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FISICOQUÍMICA II
EQUILIBRIO QUÍMICO ÁCIDO-BASE (EJEMPLOS-PROBLEMAS)
1). Ejemplo-problema En una vasija que tiene una capacidad de 3 L se hace el vacío y se introducen 0. g de H 2 y 30 g de I 2. Se eleva la temperatura a 500 ºC, estableciéndose el siguiente equilibrio. I2(g) + H2(g) HI(g) El valor de Kc es 50, Calcular: a). Moles de HI que se han formado una vez que se alcanza el equilibrio b) Moles de I 2 presentes en el equilibrio. a) Antes de realizar algún cálculo, se debe balancear la ecuación I2(g) + H2(g) 2 HI(g) De acuerdo a los datos entregados en el problema, para poder calcular los moles de HI, se debe calcular en primer lugar la cantidad de moles iniciales de cada especie que está reaccionando. Calculando los moles iniciales para I 2 e H 2 se tiene: Para I2(g) 𝑛 = #$ & '(#.* (^) ,-.+ = 0.118 mol Para H2(g) 𝑛 = $.( & ' (^) ,-.+
I2(g) + H2(g) 2 HI(g) Moles iniciales 0.118 0.25 0 Moles formados 0 0 2x Moles que reaccionan (gastados) - x - x 0 Moles en equilibrio 0.118 - x 0.25 - x 2x 567 567 en el equilibrio $.88* 9 :
$.'( 9 :
':
Escribiendo la expresión de la constante de equilibrio HI = [ 𝐼 2 ][A=]
Reemplazando el valor de Kc para esta reacción que es 50 y conociendo la concentración en el equilibrio (*), se tiene: =D E = F.GGH I D E F.=J I D E
KD L F.GGH I D E F.=J I D E
KM= L F.GGH I D F.=J I D L
[ NO=] P
F.GGH I D F.=J I D L =^50
[ NO=]
F.GGH I D F.=J I D =^50 0.25^ -^ x
0.118 – x
0.0295 - 0.118x
_____________
0.0295 – 0.368x + 𝑥' [ NO=]
- 0295 – 0 .368x + 𝑥^2
4 𝑥'^ = 1.48 – 18.4 x + 50 𝑥' 0 = 1.48 – 18.4 x- 4 𝑥'^ + 50 𝑥' 0 = 46 𝑥'^ – 18.4 x + 1. 0 = ax^2 + bx + c
−𝒃 ± 𝒃𝟐^ − 𝟒𝒂𝒄
Si el pH de la disolución es 10.63, su pOH será: pH + pOH= 14 pOH= 14 – pH pOH= 14 – 10.63= 3. pOH= - log [OH-] - (-log [OH-])= (pOH) – [OH
- ]= Antilog - 3.37= 4.27x 𝟏𝟎^9 𝟒 pH= - log [H+] - (-log [H+])= (pH) – **[H
])=** Antilog - 10.63= 2.34x 𝟏𝟎^9 𝟏𝟏 Ecuación de electro neutralidad. Teniendo presente que el agua carece de carga (puesto que contiene igual cantidad de cargas positivas y negativas. [NHN+]= [OH-] [N 𝐇𝟒 + ]= 4.27x 𝟏𝟎^9 𝟒 Ecuaciones de conservación de la materia (par conjugado). NH# + [N𝐻N^ q]= 0. 01 M NH# = 0.01 M – [N𝐻N^ q] NH# + O𝐻^9 = [0. 01 M NH# = 0. 01 M – O𝐻^9 𝐍𝐇𝟑 = 0. 01 M – 4.27x 109 N^ = 𝟗. 𝟓𝟕𝒙𝟏𝟎^9 𝟑 𝐍𝐇𝟑 = 0. 01 M – 4.27x 109 N^ = 𝟗. 𝟓𝟕𝒙𝟏𝟎^9 𝟑 b) El grado de disociación es el cociente de la concentración de sus iones obtenidos ([NHN+]= [OH-]) entre la concentración inicial (M= 0.01) multiplicada por 100: Kb= 𝒙 𝒏𝒐 a = 𝒙 𝒏𝒐
𝟒.𝟐𝟕𝐱𝟏𝟎I𝟒 $.$
c). Sustituyendo las concentraciones de las especies en el equilibrio y operando se obtiene el valor de la constante de basicidad del amoniaco: Kb = [}~K^ ][~I] }~E
(𝟒.𝟐𝟕𝐱𝟏𝟎I𝟒)(𝟒.𝟐𝟕𝐱𝟏𝟎I𝟒) 𝟗.𝟓𝟕𝒙𝟏𝟎I𝟑^ = 1 .91x 109 (
𝐊𝐛 = 𝟏. 𝟗𝟏𝐱𝟏𝟎^9 𝟓
3 ). Ejemplo-Problema Calcular el pOH, la [OH
- ] y la [H + ] de las disoluciones que posean los siguientes pH: a). 0. b). 7. c). 3. d). 10. e). 14 a). pOH= 14 [OH-]= 1.0x 10 8N^ M [H+]= 1 .0 M b). pOH= 6.48 [OH
]= 3.31.0x 10 ^ 𝑀 [H
]= 3.02x 109 *^ 𝑀 c). pOH= 10.7 [OH
]= 2 .0x 1088 𝑀 [H
]= 5.01x 109 N^ 𝑀 d). pOH= 3.1 [OH-]= 7 .94x 109 N^ M [H+]= 1. 26 x 10988 𝑀 e). pOH= 0 [OH-]= 1 .0 M [H+]= 1.00x 109 8N^ 𝑀 4). Ejemplo-Problema Calcule el pH, pOH, [H+], [OH-] de una disolución de hipoclorito de sodio, NaClO, 0.010 M. (la constante de disociación básica del ClO
, es de Kb= 3.3x
- 7 Solución El hipoclorito de sodio es una sal, electrólito fuerte NaClO, el ion hipoclorito, ClO-, que es suministrado por esta sal es una base débil. Podemos escribir la ecuación de la reacción entre el ClO-^ y el agua, y la concentración de equilibrio presente en esta disolución de la manera siguiente: 0.010 M 0.010 M 0.010 M 0.010 - x NaClO Na+^ + ClO-^ + x
ClO
0.010 + x Moles iniciales 0.010 0 0 0 Moles formadas 0 x x M que reaccionan (gastados) – x 0 0
Para obtener la [H
] se puede obtener utilizando la constante del producto iónico para el agua. [H
] [OH
] = 8 .$:8$IGK [~I]
[H
] = 8 .$:8$IGK (.:8$IJ^ = 1.73x 109 8$ [H+] = 1.73x 109 8$^ M pOH= − log[𝑂𝐻^9 ] pOH= − log 5 .77x 109 (^ = 4. pH= − log[Hq] pH=gr − log 1 .73x 109 8$^ = 9. 76 5). Ejemplo-Problema Se prepara una disolución añadiendo hipoclorito de sodio (NaClO) sólido en suficiente agua para obtener 2.00 L de disolución a un pH de 10.50. Utilizando la información de la ecuación ClO
H 2 O HClO + OH
Kb = 3.3x 10 - 7 ,
calcule el número de moles de NaClO que se agregaron al agua. (problema tomado del libro Química-La Ciencia Central, 12 va edición. pag. 678). Solución A partir del pH podemos determinar la concentración de equilibrio de OH. Podemos entonces construir una tabla con las concentraciones iniciales y de equilibrio, donde la concentración de ClO
es nuestra incógnita (x). Calculamos [ClO
] utilizando la expresión de la constante de equilibrio, Kb. pH + pOH = 14.00 (a 25 °C) pOH = 14.00 – pH pOH = 14.00 – 10.50= 3. POH= - Log [OH-] - Log [OH-]= pH [OH
]= Antilog – pH [OH
]= Antilog – 3.50= 3.16x 109 N [OH-]= 3.16x 109 N^ M El NaClO es un compuesto iónico que consiste en iones Na
y ClO
. Como tal, se trata de un electrolito fuerte que se disocia por completo en disolución en Na
, el cual es un ion espectador, y en ion ClO, el cual es una base débil con una Kb= 3.3x 109 .
ClO
Moles iniciales x - 0 0 Moles formadas 0 - 0 0 M que reaccionan(gastados) - 3.16x 109 N^ M - 3.16x 109 NM 3.16x 109 NM Moles en equilibrio x - 3.16x 109 N^ M 3.16x 109 NM 3.16x 109 NM Ahora se utiliza la expresión para la constante de disociación básica para despejar x: 𝐾𝑏 = [~] [AI] [I^ ]
- 7 [#.8:8$IK] [#.8:8$IK] [: 9 #.8:8$IK^ ]
- 3 𝑥 10 -^7 x −1.04x 109 8$^ = 9. 99 𝑥 109 * X = P.PPO8$IH^ q 8 .$N:8$IGF #.#O8$I^
= 0.30 M
Decimos que la disolución es 0.30 M con respecto al NaClO, aun cuando algunos de los iones ClO han reaccionado con el agua. Como la disolución es 0.30 M con respecto al NaClO y el volumen total de la disolución es 2.00 L, 0.60 moles de NaClO es la cantidad de sal que se agregó al agua 6). Ejemplo-Problema El producto de la constante de disociación ácida para un ácido y la constante de disociación básica para su base conjugada es igual a la constante del producto iónico del agua. Ka x Kb= Kw A partir de esta fórmula, calcula: a) La constante de disociación básica, Kb, para el ion fluoruro, F
- , la Ka para su ácido conjugado, HF, es Ka= 6.8x
- 4 . b) La constante de disociación ácida Ka. Para el ión amonio, NH 4.
