Equilibrios ácido-base y equilibrios de solubilidad

1. Equilibrios ácido-base y
equilibrios de solubilidad
Capítulo 16
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2. El efecto del ion común es el desplazamiento del equilibrio
causado por la adición de un compuesto que tiene un ion
común con la sustancia disuelta.
La presencia de un ion común suprime la
ionización de un ácido débil o una base débil .
Considere la mezcla de CH3COONa (electrólito fuerte) y
CH3COOH (ácido débil).
CH3COONa (s) Na+ (ac) + CH3COO- (ac)
Ion
común
CH3COOH (ac) H+ (ac) + CH3COO- (ac)
16.2

3. Considere la mezcla de sal NaA y el ácido débil HA.
NaA (s) Na+ (ac) + A- (ac) [H+][A-]
Ka =
HA (ac) H+ (ac) + A- (ac) [HA]
Ka [HA]
[H ] =
+
Ecuación de
[A-]
Henderson-Hasselbalch
[HA]
-log [H+] = -log Ka - log
[A-] [base conjugada]
pH = pKa + log
-log [H ] = -log Ka + log
+ [A-] [ácido]
[HA]
pH = pKa + log [A-] pKa = -log Ka
[HA]
16.2

4. ¿Cuál es el pH de una disolución que contiene 0.30 M
HCOOH y 0.52 M HCOOK?
¡Mezcla de ácido débil y base conjugada!
HCOOH (ac) H+ (ac) + HCOO- (ac)
Inicial (M) 0.30 0.00 0.52
Cambio (M) -x +x +x
Equilibrio (M) 0.30 - x x 0.52 + x
Efecto del ion común pH = pKa + log [HCOO-]
[HCOOH]
0.30 – x ≈ 0.30
[0.52]
0.52 + x ≈ 0.52 pH = 3.77 + log = 4.01
[0.30]
HCOOH pKa = 3.77
16.2

5. Una disolución amortiguadora es una disolución de:
1. Un ácido débil o una base débil y
2. La sal de un ácido débil o una base débil
¡Ambos deben estar presentes!
Una disolución amortiguadora tiene la habilidad de resistir
los cambios en el pH en la adición de cantidades pequeñas
de ácido o base.
Considere una mezcla molar igual de CH3COOH y CH3COONa
Adicionar ácido fuerte
H+ (aq) + CH3COO- (ac) CH3COOH (ac)
Adicionar base fuerte
OH- (ac) + CH3COOH (ac) CH3COO- (ac) + H2O (l)
16.3

6. ¿Cuál de los sistemas siguientes son amortiguadores?
(a) KF/HF
(b) KBr/HBr, (c) Na2CO3/NaHCO3
(a) KF es un ácido débil y F- es una base conjugada
disolución amortiguadora
(b) HBr es un ácido fuerte
disolución no amortiguadora
(c) CO32- es una base débil y HCO3- es un ácido conjugado
disolución amortiguadora
16.3

7. Calcule el pH del sistema amortiguador 0.30 M NH3/0.36 M
NH4Cl. ¿Cuál es el pH después de la adición de 20.0 mL
de 0.050 M NaOH a 80.0 mL de la disolución
amortiguadora?
NH4+ (aq) H+ (aq) + NH3 (aq)
[NH3] [0.30]
pH = pKa + log pKa = 9.25 pH = 9.25 + log = 9.17
[NH4+] [0.36]
principio (moles) 0.029 0.001 0.024
NH4+ (ac) + OH- (ac) H2O (l) + NH3 (ac)
fin (moles) 0.028 0.0 0.025
volumen final = 80.0 mL + 20.0 mL = 100 mL
0.028 0.025 [0.25]
[NH4 ] =
+
[NH3] = pH = 9.25 + log = 9.20
0.10 0.10 [0.28]
16.3

8. Mantenimiento del pH de la sangre
Vaso capilar Vaso capilar
Tejidos Pulmones
Eritocito Eritocito
16.3

9. Valoraciones
En una valoración una disolución de concentración
exactamente conocida se agrega gradualmente adicionando a
otra disolución de concentración desconocida hasta que la
reacción química entre las dos disoluciones está completa.
Punto de equivalencia: el punto en que la reacción está completa
Indicador: sustancia que cambia el color en (o cerca de)
el punto de equivalencia
Despacio agregue la
base al ácido
desconocido
HASTA
que el indicador
cambia de color
(rosa) 4.7

10. Valoraciones ácido fuerte- base fuerte
NaOH (ac) + HCl (ac) H2O (l) + NaCl (ac)
OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l)
0.10 M NaOH agrega a 25 mL de 0.10 M HCl
Volumen de NaOH
agregado(mL9 pH
Punto de
equivalencia
Volumen de NaOH agregado(mL) 16.4

11. Valoraciones ácido débil- base fuerte
CH3COOH (ac) + NaOH (ac) CH3COONa (ac) + H2O (l)
CH3COOH (ac) + OH- (ac) CH3COO- (ac) + H2O (l)
En el punto de equivalencia (pH > 7):
CH3COO- (ac) + H2O (l) OH- (ac) + CH3COOH (ac)
Volumen de NaOH
agregado(mL9 pH
Punto de
equivalencia
Volumen de NaOH agregado(mL) 16.4

12. Valoraciones ácido fuerte-base débil
HCl (ac) + NH3 (ac) NH4Cl (ac)
H+ (ac) + NH3 (ac) NH4Cl (ac)
En el punto de equivalencia(pH < 7):
NH4+ (ac) + H2O (l) NH3 (ac) + H+ (ac)
Volumen de NaOH
agregado(mL9 pH
Punto de
equivalencia
Volumen de NaOH agregado(mL) 16.4

13. Exactamente 100 mL de 0.10 M HNO2 son valorados con
una disolución de 0.10 M NaOH. ¿Cuál es el pH en el
punto de equivalencia?
principio (moles) 0.01 0.01
HNO2 (ac) + OH- (ac) NO2- (ac) + H2O (l)
fin (moles) 0.0 0.0 0.01
0.01
Volumen final = 200 mL [NO2 ] = 0.200 = 0.05 M
-
NO2- (ac) + H2O (l) OH- (ac) + HNO2 (ac)
Inicial(M) 0.05 0.00 0.00
Cambio(M) -x +x +x
Equilibrio(M) 0.05 - x x x
[OH-][HNO2] x2
Kb = = = 2.2 x 10-11 pOH = 5.98
[NO2-] 0.05-x
0.05 – x ≈ 0.05 x ≈ 1.05 x 10-6 = [OH-] pH = 14 – pOH = 8.02

14. Indicadores ácido-base
HIn (ac) H+ (ac) + In- (ac)
[HIn]
-
≥ 10 Predomina el color del ácido (HIn)
[In ]
[HIn]
≤ 10 Predomina el color de la base conjugada (In-)
[In-]
16.5

15. La curva de valoración de un ácido fuerte con una base fuerte.
Fenolftaleína
Rojo de metilo
Volumen de NaOH agregado(mL) 16.5

16. ¿Qué indicador(es) usaría para una valoración de HNO2
con KOH ?
El ácido débil valorado con la base fuerte.
En el punto de equivalencia tendrá base conjugada de ácido
débil.
En el punto de equivalencia, pH > 7
Use rojo de cresol o fenolftaleína
16.5

17. Equilibrios de solubilidad
AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac)
Ksp = [Ag+][Cl-] Ksp es la constante del producto de
solubilidad
MgF2 (s) Mg2+ (ac) + 2F- (ac) Kps = [Mg2+][F-]2
Ag2CO3 (s) 2Ag+ (ac) + CO32- (ac) Kps = [Ag+]2[CO32-]
Ca3(PO4)2 (s) 3Ca2+ (ac) + 2PO43- (ac) Kps = [Ca2+]3[PO33-]2
Disolución de un sólido iónico en disolución acuosa:
Q < Ksp Disolución insaturada Ningún precipitado
Q = Ksp Disolución saturada
Q > Ksp Disolución sobresaturada Formará precipitado
16.6

18. 16.6

19. Solubilidad molar (mol/L) es el número de moles de soluto
disuelto en 1 litro de una disolución saturada.
Solubilidad (g/L) es el número de gramos de soluto disuelto
en 1 litro de una disolución saturada.
Solubilidad Concentraciones
Solubilidad Kp del
molar de cationes
del compuesto compuesto
del compuesto y aniones
Concentraciones Solubilidad Solubilidad
Kp del de cationes molar del
compuesto y aniones compuesto
del compuesto
16.6

20. ¿Cuál es la solubilidad del cloruro de plata en g/L?
AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac) Kps = 1.6 x 10-10
Inicial(M) 0.00 0.00 Kps= [Ag+][Cl-]
Cambio(M) +s +s Kps = s2
Equilibrio(M) s s s = √Ksp
s = 1.3 x 10-5
[Ag+] = 1.3 x 10-5 M [Cl-] = 1.3 x 10-5 M
1.3 x 10-5 mol AgCl 143.35 g AgCl
Solubilidad de AgCl = x = 1.9 x 10-3 g/L
1 L soln 1 mol AgCl
16.6

21. 16.6

22. Si 2.00 mL de 0.200 M NaOH son agregados a 1.00 L
de 0.100 M CaCl2, ¿se formará precipitado?
Los iones presentes en la disolución son Na+, OH-, Ca2+, Cl-.
El único precipitado posible es Ca(OH)2 (reglas de solubilidad ).
Es Q > Kps para Ca(OH)2?
[Ca2+]0 = 0.100 M [OH-]0 = 4.0 x 10-4 M
2
Q = [Ca2+]0[OH-]0 = 0.10 x (4.0 x 10-4)2 = 1.6 x 10-8
Kps = [Ca2+][OH-]2 = 8.0 x 10-6
Q < Kps No formará precipitado
16.6

23. El efecto del ion común y la solubilidad
La presencia de un ion común disminuye la
solubilidad de la sal.
¡Cuál es la solubilidad molar del AgBr en (a) agua pura
y (b) 0.0010 M NaBr?
NaBr (s) Na+ (ac) + Br- (ac)
AgBr (s) Ag+ (ac) + Br- (ac) [Br-] = 0.0010 M
Kps = 7.7 x 10-13
AgBr (s) Ag+ (ac) + Br- (ac)
s2 = Kps [Ag+] = s
s = 8.8 x 10-7 [Br-] = 0.0010 + s ≈ 0.0010
Kps= 0.0010 x s
s = 7.7 x 10-10
16.8

24. El pH y la solubilidad
• La presencia de un ion común disminuye la solubilidad.
• Las bases Insolubles disuelven en las disoluciones ácidas
• Los ácidos Insolubles disuelven en las disoluciones básicas
remove
ad
Mg(OH)2 (s) Mg2+ (ac) + 2OH- (ac)
Con pH menor que 10.45
Kps = [Mg2+][OH-]2 = 1.2 x 10-11 Menor [OH-]
Kps = (s)(2s)2 = 4s3
4s = 1.2 x 10
3 -11 OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l)
s = 1.4 x 10-4 M Aumenta la solubilidad de Mg(OH)2
[OH-] = 2s = 2.8 x 10-4 M Con pH mayor que 10.45
pOH = 3.55 pH = 10.45 Aumenta [OH-]
Disminuye la solubilidad de Mg(OH)2
16.9

25. Equilibrio de ion complejo y solubilidad
Un ion complejo es un ion que contiene un ion metálico
central enlazado a una o mas moléculas o iones.
2-
Co2+ (ac) + 4Cl- (ac) CoCl4 (ac)
La constante de formación o constante de estabilidad
(Kf) es la contante de equilibrio para la formación del ion
complejo. 2-
[CoCl4 ]
Kf =
Co(H2O)2+ CoCl2- [Co2+][Cl-]4
6 4
estabilidad
Kf
del complejo
16.10

26. 16.10

27. 16.11

28. Solución que contiene iones de
todos los grupos de cationes
Precipitados de grupo 1
Filtración
Solución que contiene iones de
los grupos restantes
Precipitados de grupo 2
Filtración
Solución que contiene iones de
Análisis los grupos restantes
Precipitados de grupo3
cualitativo Filtración
de los
Solución que contiene iones de
cationes los grupos restantes
Precipitados de grupo 4
Filtración
Solución que contiene iones
Na+, K+, NH+4
16.11

29. La prueba de la flama para cationes
litio sodio potasio cobre
16.11