Reacciones de neutralización

Clasifica cada una de estas sustancias como ácido, base o sal:

1. a) $HNO_3$ (ácido nítrico)
2. b) $KOH$ (hidróxido de potasio)
3. c) $NaCl$ (cloruro de sodio)
4. d) $H_2SO_4$ (ácido sulfúrico)
5. e) $Ca(OH)_2$ (hidróxido de calcio)

El pH mide lo ácida o básica que es una disolución. Estas son las posiciones de las cuatro disoluciones en la escala de pH:

Indica si cada una de estas disoluciones es ácida, neutra o básica:

1. a) zumo de limón, $pH = 2,5$
2. b) agua pura, $pH = 7$
3. c) jabón de manos, $pH = 10$
4. d) tomate triturado, $pH = 4,5$

Completa el esquema general de una reacción de neutralización con las palabras que faltan: «Un $\dots$ reacciona con una $\dots$ y se forman una $\dots$ y $\dots$». Pon después un ejemplo con la reacción entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio.

En el laboratorio se mezcla ácido clorhídrico ($HCl$) con hidróxido de sodio ($NaOH$) y se forma cloruro de sodio ($NaCl$), la sal común, y agua. Escribe la ecuación de la reacción y comprueba contando átomos que está ajustada.

El ácido sulfúrico ($H_2SO_4$) reacciona con el hidróxido de calcio ($Ca(OH)_2$) y se forma sulfato de calcio ($CaSO_4$) y agua. Escribe la ecuación y ajústala; fíjate bien en cuántas moléculas de agua se forman por cada sulfato de calcio.

Escribe y ajusta la ecuación de la neutralización entre el ácido clorhídrico ($HCl$) y el hidróxido de calcio ($Ca(OH)_2$), en la que se forma cloruro de calcio ($CaCl_2$) y agua.

El ácido fosfórico ($H_3PO_4$), presente en algunos refrescos de cola, reacciona con el hidróxido de calcio y forma fosfato de calcio ($Ca_3(PO_4)_2$) y agua.

1. a) Escribe y ajusta la ecuación (te harán falta los coeficientes $2$, $3$ y $6$).
2. b) ¿Cuántos moles de agua se forman por cada mol de ácido fosfórico?
3. c) Explica por qué en este ajuste no basta con mirar un solo elemento y conviene empezar ajustando el calcio y el fósforo antes que el hidrógeno y el oxígeno.

En el laboratorio se añade poco a poco una disolución de $NaOH$ sobre $25\ \text{mL}$ de una disolución de $HCl$ mientras se mide el pH, como se muestra en la figura.

Esto es lo que se observa: al principio el pH vale $1$ y apenas sube durante los primeros $20\ \text{mL}$ añadidos; entre los $24$ y los $26\ \text{mL}$ el pH pega un salto de $3$ a $11$; a partir de ahí sube despacio hasta acercarse a $13$.

1. a) Dibuja en tu cuaderno la gráfica del pH frente al volumen de $NaOH$ añadido, marcando esos tres tramos.
2. b) ¿Para qué volumen añadido es la neutralización exactamente completa? ¿Qué pH tiene la disolución en ese punto?
3. c) Explica, con la reacción $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$, por qué el pH cambia tan deprisa precisamente alrededor de ese punto.

Mezclamos $0,1\ \text{mol}$ de ácido sulfúrico ($H_2SO_4$) con $0,1\ \text{mol}$ de hidróxido de sodio ($NaOH$).

1. a) Escribe la ecuación ajustada de la neutralización, que da sulfato de sodio ($Na_2SO_4$) y agua.
2. b) Razona cuál de los dos reactivos se agota primero y cuántos moles quedan del otro sin reaccionar.
3. c) ¿Será el pH final ácido, básico o neutro? ¿Y si mezclamos $0,1\ \text{mol}$ de $H_2SO_4$ con $0,2\ \text{mol}$ de $NaOH$? Justifica ambas respuestas.

El jugo gástrico del estómago contiene ácido clorhídrico. Cuando hay ardor, los antiácidos de la farmacia, que contienen bases como el hidróxido de magnesio, lo alivian. Explica, usando el esquema de la neutralización, cómo actúa un antiácido en el estómago.

El papel tornasol se pone rojo en medio ácido y azul en medio básico.

1. a) ¿De qué color se pondrá en una disolución de $HCl$?
2. b) ¿Y en una disolución de $NaOH$?
3. c) Mezclamos las dos disoluciones en las cantidades justas para que la neutralización sea completa: razona por qué el papel tornasol ya no indica ni ácido ni base en la mezcla resultante.

¿Qué antiácido aprovecha mejor cada gramo? Estas son las reacciones de tres antiácidos con el ácido del estómago:

1. a) hidróxido de magnesio ($58\ \text{g/mol}$): $Mg(OH)_2 + 2\ HCl \rightarrow MgCl_2 + 2\ H_2O$
2. b) carbonato de calcio ($100\ \text{g/mol}$): $CaCO_3 + 2\ HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2$
3. c) bicarbonato de sodio ($84\ \text{g/mol}$): $NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2$

Calcula los moles de $HCl$ que neutraliza $1\ \text{g}$ de cada antiácido (puedes darlo como fracción o redondeado a tres decimales), ordénalos de mayor a menor capacidad por gramo y explica por qué no gana el que más ácido neutraliza por mol.

La leche de magnesia es una suspensión de hidróxido de magnesio ($Mg(OH)_2$) que se toma contra la acidez. Su reacción con el ácido del estómago es $Mg(OH)_2 + 2\ HCl \rightarrow MgCl_2 + 2\ H_2O$.

1. a) ¿Cuántos moles de $HCl$ neutraliza $1\ \text{mol}$ de $Mg(OH)_2$?
2. b) Si el estómago tiene un exceso de $0,1\ \text{mol}$ de $HCl$, ¿cuántos moles de $Mg(OH)_2$ hacen falta para neutralizarlo?

En un matraz del laboratorio hay $0,2\ \text{mol}$ de ácido sulfúrico ($H_2SO_4$).

1. a) Escribe la ecuación ajustada de su neutralización con hidróxido de sodio ($NaOH$), que da sulfato de sodio ($Na_2SO_4$) y agua.
2. b) Calcula cuántos moles de $NaOH$ hacen falta para neutralizar todo el ácido.
3. c) Si solo echáramos $0,2\ \text{mol}$ de $NaOH$, ¿quedaría la disolución ácida, neutra o básica? Justifícalo con la estequiometría.

Las fachadas y estatuas de mármol (carbonato de calcio, $CaCO_3$) se deterioran con la lluvia ácida, que contiene ácido sulfúrico ($H_2SO_4$).

1. a) Escribe y ajusta la reacción entre el ácido sulfúrico y el carbonato de calcio, en la que se forma sulfato de calcio ($CaSO_4$), agua y dióxido de carbono.
2. b) Explica por qué esta reacción «se come» poco a poco las estatuas.
3. c) El granito no contiene carbonatos: razona por qué los edificios de granito resisten mejor la lluvia ácida que los de mármol.