• Concepto de ácido y base
• Fuerza de los ácidos y las bases.
• Concepto de pH.
• Cálculo de concentraciones en el equilibrio.
• Disoluciones reguladoras.
• Reacciones entre ácidos y bases
Equilibrios ácido-base
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PROBLEMAS EQUILIBRIO ACIDO- BASE, Ejercicios de Química Analítica
Ejercicios de equilibrios acido base para practicar. Las constantes deberán buscarse a parte
Tipo: Ejercicios
2019/2020
1 / 37
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- Concepto de ácido y base
- Fuerza de los ácidos y las bases.
- Concepto de pH.
- Cálculo de concentraciones en el equilibrio.
- Disoluciones reguladoras.
- Reacciones entre ácidos y bases
Equilibrios ácido-base
Lavoisier, 1787: ácidos: Sustancias compuestas de un principio
acidificante (oxígeno) y un principio básico.
Boyle, 1680: ácidos: Sustancias capaces de disolver a otras
muchas, que precipitan azufre de las disoluciones alcalinas que lo
contienen, que hacen virar a rojo el color azul de ciertos colorantes
vegetales y que pierden sus propiedades en contacto con los
álcalis.
Concepto de ácido y base:
Ha evolucionado mucho a lo largo del tiempo, a medida que ha aumentado
el grado de conocimiento de las sustancias químicas.
Davy, 1811: encontró que el ácido muriático (clorhídrico) no
contiene oxígeno. Estableció que la acidez no depende de una
sustancia elemental particular, sino de una ordenación peculiar de
varias sustancias.
2
Ejemplos:
Tanto ácidos como bases pueden ser especies cargadas o especies neutras:
Cationes ácidos:
Fe3+^ + 2H 2 O ↔ Fe(OH) 2+^ + H 3 O +
Ni 2+^ + 2H 2 O ↔ Ni(OH) +^ + H 3 O +
NH 4 +^ + H 2 O ↔ NH 3 + H 3 O +
Aniones ácidos:
HCO 3 -^ + H 2 O ↔ CO 3 2-^ + H 3 O +
4
Especies moleculares ácidas: H 2 SO 4 + H 2 O ↔ HSO 4 -^ + H 3 O +
Especies moleculares básicas: NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 +^ + OH -
NH 2 – NH 2 + H 2 O ↔ NH 2 – NH 3 +^ + OH -
Hidracina
Aniones básicos:
HCO 3 -^ + H 2 O ↔ H 2 CO 3 + OH -
S 2-^ + H 2 O ↔ HS -^ + OH-
Fuerza de los ÁCIDOS y BASES
La fuerza de una especie como ácido o como base es la medida de la extensión con
que se produce su reacción ácido-base con el disolvente.
Fuerza de los ÁCIDOS
En el caso del disolvente agua, un ácido es tanto mas fuerte cuanto mas desplazada
esté la reacción:
HA + H 2 O ↔ A
- + H 3 O
+
La medida del desplazamiento de la reacción está dada por la constante de
disociación del ácido Ka :
K a
=
[A
- ][H 3
O
]
[HA]
5
Fuerza de las BASES
La fuerza de una base se corresponde con la extensión con que se produce su
reacción ácido-base con el disolvente:
A
- + H 2 O ↔ HA + OH -
Al ácido fuerte le corresponde
una base débil conjugada.
K b
=
[HA][OH
- ]
[A
- ]
Valores altos de Kb : bases fuertes
Valores bajos de Kb : bases débiles
Disociación de ácidos y bases
Relación entre K
a
y K
b
Equilibrios ácido-base
SISTEMAS ÁCIDO-BASE. CÁLCULO DE CONCENTRACIONES
EN EL EQUILIBRIO
Para poder resolver todos los problemas que se plantearan en el
cálculo de equilibrios en disolución y poder calcular las
concentraciones de las diferentes especies en el equilibrio se
pueden plantear en todos los casos las siguientes ecuaciones:
² Ecuaciones de las constantes de equilibrio de todos los sistemas
² Balances de masa de todas las especies
² Balance de cargas: La disolución tiene que ser neutra y la suma
de todas las cargas positivas ha de ser igual a la suma de las
negativas
10
Ácidos y bases fuertes
HA
Ca
A
Ca
H
C (^) a
OH
H 2 O
H
Ácidos fuertes:(solución completa)
w
a
K H OH
C A
H A OH
= ^ ^
= ^
Equilibrio del agua:
Balance de masa:
Balance de carga:
(1)
(2)
(3)
Ácidos fuertes:(solución completa)
Despejando concentraciones de OH -^ y de A-^ en (1) y (2) y sustituyendo en (3)
w
a
K
H C
H
w
a a a
w w
a
K
C H C ; pH - log C
H
K K
C H ; pH
H H
(^) = (^) +
H A OH
(^) = (^) + (^) total (^) acido agua
H H H
Soluciones aprox :
Solución completa
sólo ácidos muy diluidos :
<
Ácidos y bases fuertes
BASE FUERTE
Si la base no es muy diluida:
Conociendo concentración de la base fuerte, C (^) b , se conoce la
concentración de todas las especies en disolución.
Si la base es muy diluida, debemos plantear las ecuaciones que ya
planteamos en el caso de ácidos fuertes.
[OH
- ] = [M
] = [MOH] inicial
= C
b
Equilibrio del agua: Kw = 10
- = [H
] [OH
- ]
Balance de masa para la base: C b
= [M
]
Balance de cargas: [H
]+ [M
] = [OH]
Sustituyendo las dos primeras ecuaciones en la segunda:
[ ]
[ ]
W
K
OH Cb
OH
= +
16
Ácidos y bases fuertes
BASE FUERTE
[ ]
[ ]
W
K
OH Cb
OH
= +
[ ]
W
K
Cb
OH
[^ OH^ ] Cb
- =
[ ]
W
K
Cb
OH
2
[ ] W
OH K
=
7
[ OH ] 10
pOH = 7
Ecuación general para bases fuertes
Simplificaciones posibles:
pOH = - logCb
17
Acidos débiles monoprótidos
Ácidos débiles
[ ][ ] [ ]
a
A H HA
K
=
[ ][ ] [ ] a a
A H C A
K
= +
[ ] [ ] 1 a
a
H C A
K
= +
[ ] [ ] 1
a
a
C A H
K
=
[ ]
[ ]
a a
a
C K
A
K H
=
Ácido débil
Sustituyendo en el balance de cargas:
Ecuación que resuelve todos los casos de disolución de un ácido débil en agua.
Rara vez es necesaria su resolución completa. Dependiendo de los valores de C (^) a
y K (^) a puede ser notablemente simplificada en ciertos casos , reduciéndose a
expresiones mas sencillas.
[ ]
[ ] [ ]
a a W
a
C K K
H
K H H
= +
20
A partir de la constante Sustituir en el balance de masa