Ejercicios: Hidrólisis de sales

Se dispone en el laboratorio de dos matraces con disoluciones acuosas de la misma concentración: una de cloruro de sodio, $\mathrm{NaCl}$, y otra de nitrito de potasio, $\mathrm{KNO_2}$, a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Escriba las ecuaciones de disociación en agua de ambas sales e identifique los iones espectadores que no experimentan hidrólisis.
2. b) Justifique el carácter ácido, básico o neutro de cada una de las dos disoluciones resultantes sabiendo que $K_\mathrm{a}(\mathrm{HNO_2})=4{,}5\cdot 10^{-4}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Considere ideales las disoluciones.

El nitrato de amonio, $\mathrm{NH_4NO_3}$, es un compuesto ampliamente empleado en disoluciones fertilizantes a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Formule los procesos de disociación e hidrólisis iónica en agua correspondientes a esta sal, indicando las especies que actúan como ácido o base de Brønsted-Lowry.
2. b) Deduzca razonadamente si el pH de la disolución acuosa resultante será menor, igual o mayor que $7$. Dato a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$. Considere ideales las disoluciones.

Se prepara una disolución acuosa de fluoruro de amonio, $\mathrm{NH_4F}$, a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Considere los siguientes datos de constantes de equilibrio a dicha temperatura: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HF})=6{,}6\cdot 10^{-4}$, $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$ y $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$.

1. a) Escriba las reacciones iónicas que tienen lugar al interactuar ambos iones procedentes de la sal con el agua.
2. b) Compare cuantitativamente las constantes de los equilibrios de hidrólisis de los iones presentes y determine si la disolución resultante tiene carácter ácido, básico o neutro. Considere ideales las disoluciones.

En el laboratorio de química general se han etiquetado cuatro vasos de precipitados numerados del 1 al 4, conteniendo cada uno una disolución acuosa $0{,}10\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$ de las siguientes sustancias: $\mathrm{NaCl}$, $\mathrm{CH_3COONa}$, $\mathrm{NH_4Cl}$ y $\mathrm{KNO_3}$. El esquema del conjunto experimental se muestra a continuación:

1. a) Clasifique cada una de las cuatro sales indicando la naturaleza fuerte o débil del ácido y la base de los que procede, y señale cuáles experimentan hidrólisis.
2. b) Sabiendo que $K_\mathrm{a}(\mathrm{CH_3COOH})=1{,}8\cdot 10^{-5}$, $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$ y $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$, ordene las cuatro disoluciones de menor a mayor valor de pH justificando la respuesta. Considere ideales las disoluciones.

Se prepara una disolución acuosa disolviendo $4{,}10\text{ g}$ de acetato de sodio, $\mathrm{CH_3COONa}$, en agua destilada hasta alcanzar un volumen total de $500\text{ mL}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Escriba la ecuación del equilibrio químico de hidrólisis y determine el valor de la constante de hidrólisis $K_\mathrm{h}$.
2. b) Calcule la concentración molar de todas las especies presentes en el equilibrio ($\mathrm{Na^+}$, $\mathrm{CH_3COO^-}$, $\mathrm{CH_3COOH}$, $\mathrm{OH^-}$ y $\mathrm{H_3O^+}$) y determine el pH final de la disolución.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: Masas molares atómicas en $\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$; $\mathrm{Na}=23{,}0$. $K_\mathrm{a}(\mathrm{CH_3COOH})=1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considere ideales las disoluciones.

Una disolución acuosa de cloruro de amonio, $\mathrm{NH_4Cl}$, de concentración $0{,}25\text{ M}$ se mantiene a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Plantee el equilibrio iónico de hidrólisis correspondiente y calcule el grado de hidrólisis ($\alpha_\mathrm{h}$) del ion amonio en esta disolución.
2. b) Determine la concentración de iones $\mathrm{H_3O^+}$ en el equilibrio y el valor del pH resultante.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considere ideales las disoluciones.

Se dispone de $250\text{ mL}$ de una disolución acuosa de cianuro de sodio, $\mathrm{NaCN}$, cuya concentración inicial es $0{,}40\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Posteriormente, esta disolución se diluye añadiendo agua destilada hasta alcanzar un volumen total de $2{,}50\text{ L}$.

1. a) Calcule el pH y el grado de hidrólisis ($\alpha_\mathrm{h1}$) del anión cianuro en la disolución concentrada original.
2. b) Calcule el pH y el nuevo grado de hidrólisis ($\alpha_\mathrm{h2}$) en la disolución tras la dilución, y justifique razonadamente el efecto que produce la dilución sobre el grado de hidrólisis basándose en el principio de Le Chatelier.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HCN})=4{,}9\cdot 10^{-10}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considere ideales las disoluciones.

Se disuelven $0{,}10\text{ moles}$ de formiato de amonio, $\mathrm{HCOONH_4}$, en agua destilada hasta un volumen de $1{,}0\text{ L}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Tanto el catión amonio como el anión formiato sufren hidrólisis en disolución acuosa.

1. a) Escriba los equilibrios individuales de hidrólisis de ambos iones junto con el equilibrio global que se establece y deduzca, a partir de las expresiones de las constantes, la ecuación que relaciona $[\mathrm{H_3O^+}]$ exclusivamente con $K_\mathrm{a}$, $K_\mathrm{b}$ y $K_\mathrm{w}$, asumiendo que los grados de hidrólisis de catión y anión son prácticamente iguales.
2. b) Calcule el pH de la disolución y determine la concentración molar de las especies $\mathrm{NH_3}$ y $\mathrm{HCOOH}$ en el equilibrio.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HCOOH})=1{,}8\cdot 10^{-4}$; $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considere ideales las disoluciones.

Se titulan $50{,}0\text{ mL}$ de una disolución de ácido benzoico ($\mathrm{C_6H_5COOH}$) $0{,}0120\text{ M}$ con una disolución de hidróxido de sodio ($\mathrm{NaOH}$) $0{,}0080\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$ hasta alcanzar exactamente el punto de equivalencia estequiométrico.

1. a) Calcule el volumen de valorante necesario para alcanzar la equivalencia y el pH de la disolución resultante en dicho punto.
2. b) Si a la disolución resultante en el punto de equivalencia se le añade agua destilada hasta duplicar su volumen total, calcule el nuevo pH y demuestre cuantitativamente la variación experimentada en el porcentaje de ion benzoato hidrolizado.

Datos a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{C_6H_5COOH})=6{,}3\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considere ideales las disoluciones.