Ejercicios

Escriba ecuaciones que muestren el ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4{}^{\text{–}}$ actuando como ácido y como base.

Demuestre mediante ecuaciones iónicas netas adecuadas que cada una de las siguientes especies puede actuar como un ácido de Brønsted-Lowry:

(a) HNO₃

(b) ${\text{PH}}_4{}^{\text{+}}$

(c) H₂S

(d) CH₃CH₂COOH

(e) ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4{}^{\text{–}}$

(f) HS⁻

Demuestre mediante ecuaciones iónicas netas adecuadas que cada una de las siguientes especies puede actuar como una base de Brønsted-Lowry:

(a) HS⁻

(b) ${\text{PO}}_4{}^{\text{3−}}$

(c) ${\text{NH}}_2{}^{\text{–}}$

(d) C₂H₅OH

(e) O²⁻

(f) ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4{}^{\text{–}}$

¿Cuál es el ácido conjugado de cada uno de los siguientes? ¿Cuál es la base conjugada de cada una?

(a) H₂S

(b) ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4{}^{\text{–}}$

(c) PH₃

(d) HS⁻

(e) ${\text{HSO}}_3{}^{\text{–}}$

(f) ${\text{H}}_3{\text{O}}_2{}^{\text{+}}$

(g) H₄N₂

(h) CH₃OH

Identifique y marque el ácido de Brønsted-Lowry, su base conjugada, la base de Brønsted-Lowry y su ácido conjugado en cada una de las siguientes ecuaciones:

(a) ${\text{NO}}_2{}^{\text{–}}+{\text{H}}_2\text{O}⟶{\text{HNO}}_2+{\text{OH}}^{\text{–}}$

(b) $\text{HBr}+{\text{H}}_2\text{O}⟶{\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}+{\text{Br}}^{\text{–}}$

(c) ${\text{HS}}^{\text{–}}+{\text{H}}_2\text{O}⟶{\text{H}}_2\text{S}+{\text{OH}}^{\text{–}}$

(d) ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4{}^{\text{–}}+{\text{OH}}^{\text{–}}⟶{\text{HPO}}_4{}^{\text{2−}}+{\text{H}}_2\text{O}$

(e) ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4{}^{\text{–}}+\text{HCl}⟶{\text{H}}_3{\text{PO}}_4+{\text{Cl}}^{\text{–}}$

(f) ${[\text{Fe}{({\text{H}}_2\text{O})}_5(\text{OH})]}^{\mathrm{2+}}+{[\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_6]}^{\mathrm{3+}}⟶{\text{[Fe}{({\text{H}}_2\text{O})}_6]}^{\mathrm{3+}}+{[\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_5(\text{OH})]}^{\mathrm{2+}}$

(g) ${\text{CH}}_3\text{OH}+{\text{H}}^{\text{–}}⟶{\text{CH}}_3{\text{O}}^{\text{–}}+{\text{H}}_2$

Indique cuáles de las siguientes especies son anfipróticas y escriba ecuaciones químicas que ilustren el carácter anfiprótico de estas especies:

(a) H₂O

(b) ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4{}^{\text{–}}$

(c) S²⁻

(d) ${\text{CO}}_3{}^{\text{2−}}$

(e) ${\text{HSO}}_4{}^{\text{–}}$

¿La autoionización del agua es endotérmica o exotérmica? El producto iónico del agua (K_w) es de 2,9 $\times$ 10⁻¹⁴ a 40 °C y 9,3 $\times$ 10⁻¹⁴ a 60 °C.

El producto iónico del agua (K_w) es de 2,9 $\times$ 10⁻¹⁴ a 40 °C. Calcule [H₃O⁺], [OH⁻], pH y pOH para el agua pura a 40 °C.

Calcule el pH y el pOH de cada una de las siguientes soluciones a 25 °C para los que las sustancias se ionizan completamente:

(a) 0,200 M de HCl

(b) 0,0143 M de NaOH

(c) 3,0 M de HNO₃

(d) 0,0031 M de Ca(OH)₂

¿Cuáles son el pH y el pOH de una solución de 2,0 M HCl, que se ioniza completamente?

Calcule la concentración de iones de hidrógeno y la concentración de iones de hidróxido en el vino a partir de su pH. Consulte la Figura 14.2 para obtener información útil.

La concentración de iones de hidronio en una muestra de agua de lluvia es de 1,7 $\times$ 10⁻⁶ M a 25 °C. ¿Cuál es la concentración de iones de hidróxido en el agua de lluvia?

Explique por qué la reacción de neutralización de un ácido fuerte y una base débil da una solución débilmente ácida.

Utilice esta lista de compuestos industriales importantes (y la Figura 14.8) para responder las siguientes preguntas sobre: Ca(OH)₂, CH₃CO₂H, HCl, H₂CO₃, HF, HNO₂, HNO₃, H₃PO₄, H₂SO₄, NH₃, NaOH, Na₂CO₃.

(a) Identifique los ácidos fuertes de Brønsted-Lowry y las bases fuertes de Brønsted-Lowry.

(b) Identifique los compuestos que pueden comportarse como ácidos de Brønsted-Lowry con fuerzas situadas entre las de H₃O⁺ y H₂O.

(c) Identifique los compuestos que pueden comportarse como bases de Brønsted-Lowry con fuerzas situadas entre las de H₂O y OH^-.

El amoníaco doméstico es una solución de la base débil NH₃ en agua. Enumere, en orden de concentración descendente, todas las especies iónicas y moleculares presentes en una solución acuosa 1-M de esta base.

Explique por qué la constante de ionización, K_a, para el HI es mayor que la constante de ionización para el HF.

El ácido nítrico reacciona con el óxido de cobre(II) insoluble para formar nitrato de cobre(II) soluble, Cu(NO₃)₂, un compuesto que se ha utilizado para evitar el crecimiento de algas en las piscinas. Escriba la ecuación química balanceada para la reacción de una solución acuosa de HNO₃ con CuO.

¿Cuál es la constante de ionización a 25 °C del ácido débil ${({\text{CH}}_3)}_2{\text{NH}}_2{}^{\text{+}},$ el ácido conjugado de la base débil (CH₃)₂NH, K_b = 5,9 $\times$ 10⁻⁴?

¿Cuál es el ácido más fuerte, ${\text{NH}}_4{}^{\text{+}}$ o HBrO?

Prediga qué ácido de cada uno de los siguientes pares es el más fuerte y explique su razonamiento para cada uno.

(a) H₂O o HF

(b) B(OH)₃ o Al(OH)₃

(c) ${\text{HSO}}_3{}^{\text{–}}$ o ${\text{HSO}}_4{}^{\text{–}}$

(d) NH₃ o H₂S

(e) H₂O o H₂Te

Clasifique los compuestos de cada uno de los siguientes grupos en orden de acidez o basicidad creciente, según se indique, y explique el orden que asigne.

(a) acidez: HCl, HBr, HI

(b) basicidad: H₂O, OH⁻, H⁻, Cl⁻

(c) basicidad: Mg(OH)₂, Si(OH)₄, ClO₃(OH) (Pista: La fórmula también podría escribirse como HClO₄).

(d) acidez: HF, H₂O, NH₃, CH₄

Tanto el HF como el HCN se ionizan en el agua de forma limitada. ¿Cuál de las bases conjugadas, F⁻ o CN⁻, es la base más fuerte?

¿Las concentraciones de iones de hidronio e iones de hidróxido en una solución de un ácido o una base en agua son directamente proporcionales o inversamente proporcionales? Explique su respuesta.

¿Cuál de las siguientes opciones aumentará el porcentaje de HF que se convierte en ion de fluoruro en el agua?

(a) adición de NaOH

(b) adición de HCl

(c) adición de NaF

¿Cuál es el efecto sobre la concentración de ácido fluorhídrico, ion de hidronio e ion de flúor cuando se añaden a soluciones separadas de ácido fluorhídrico?

(a) HCl

(b) KF

(c) NaCl

(d) KOH

(e) HF

A partir de las concentraciones de equilibrio dadas, calcule K_a para cada uno de los ácidos débiles y K_b para cada una de las bases débiles.

(a) CH₃CO₂H: $[{\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}]$ = 1,34 $\times$ 10⁻³ M;
$[{\text{CH}}_3{\text{CO}}_2{}^{\text{–}}]$ = 1,34 $\times$ 10⁻³ M;

[CH₃CO₂H] = 9,866 $\times$ 10⁻² M;

(b) ClO⁻: [OH⁻] = 4,0 $\times$ 10⁻⁴ M;

[HClO] = 2,38 $\times$ 10⁻⁴ M;

[ClO⁻] = 0,273 M;

(c) HCO₂H: [HCO₂H] = 0,524 M;
$[{\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}]$ = 9,8 $\times$ 10⁻³ M;
$[{\text{HCO}}_2{}^{\text{–}}]$ = 9,8 $\times$ 10⁻³ M;

(d) ${\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{NH}}_3{}^{\text{+}}:$ $[{\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{NH}}_3{}^{\text{+}}]$ = 0,233 M;

[C₆H₅NH₂] = 2,3 $\times$ 10⁻³ M;
$[{\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}]$ = 2,3 $\times$ 10⁻³ M

Determine K_b para el ion de nitrito, ${\text{NO}}_2{}^{\text{–}}.$ En una solución 0,10-M esta base está ionizada al 0,0015%.

Calcule la constante de ionización de cada uno de los siguientes ácidos o bases a partir de la constante de ionización de su base conjugada o ácido conjugado:

(a) F⁻

(b) ${\text{NH}}_4{}^{\text{+}}$

(c) ${\text{AsO}}_4{}^{\mathrm{3-}}$

(d) ${({\text{CH}}_3)}_2{\text{NH}}_2{}^{\text{+}}$

(e) ${\text{NO}}_2{}^{\text{–}}$

(f) ${\text{HC}}_2{\text{O}}_4{}^{\text{–}}$ (como base)

Utilizando el valor K_a de 1,4 $\times$ 10⁻⁵, ponga $\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_6{}^{\mathrm{3+}}$ en la ubicación correcta en la Figura 14.7.

Ácido propiónico, C₂H₅CO₂H (K_a = 1,34 $\times$ 10⁻⁵), se utiliza en la fabricación de propionato de calcio, un conservante de alimentos. ¿Cuál es el pH de una solución 0,698-M de C₂H₅CO₂H?

La constante de ionización del ácido láctico, CH₃CH(OH)CO₂H, un ácido que se encuentra en la sangre tras un ejercicio intenso, es de 1,36 $\times$ 10⁻⁴. Si se utilizan 20,0 g de ácido láctico para hacer una solución con un volumen de 1,00 L, ¿cuál es la concentración de ion de hidronio en la solución?

El pH de una solución 0,23-M de HF es de 1,92. Determine K_a para el HF a partir de estos datos.

El pH de una solución 0,10-M de cafeína es de 11,70. Determine K_b para la cafeína a partir de estos datos:
${\text{C}}_8{\text{H}}_{10}{\text{N}}_4{\text{O}}_2(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{C}}_8{\text{H}}_{10}{\text{N}}_4{\text{O}}_2{\text{H}}^{\text{+}}(aq)+{\text{OH}}^{\text{–}}(aq)$

Determine si las soluciones acuosas de las siguientes sales son ácidas, básicas o neutras:

(a) Al(NO₃)₃

(b) RbI

(c) KHCO₂

(d) CH₃NH₃Br

La novocaína, C₁₃H₂₁O₂N₂Cl, es la sal de la base procaína y el ácido clorhídrico. La constante de ionización de la procaína es de 7 $\times$ 10⁻⁶. ¿Una solución de novocaína es ácida o básica? ¿Cuáles son los valores de [H₃O⁺], [OH⁻] y el pH de una solución al 2,0% en masa de novocaína, suponiendo que la densidad de la solución es de 1,0 g/mL?

Calcule la concentración de cada especie presente en una solución 0,050-M de H₂S.

El ácido salicílico, HOC₆H₄CO₂H, y sus derivados se han utilizado como analgésicos durante mucho tiempo. El ácido salicílico se encuentra en pequeñas cantidades en las hojas, la corteza y las raíces de algunos vegetales (sobre todo, históricamente, en la corteza del sauce). Los extractos de estas plantas se han utilizado como medicamentos durante siglos. El ácido se aisló por primera vez en un laboratorio en 1838.

(a) Ambos grupos funcionales del ácido salicílico se ionizan en el agua, con una K_a = 1,0 $\times$ 10⁻³ para el grupo —CO₂H y 4,2 $\times$ 10⁻¹³ para el grupo −OH. ¿Cuál es el pH de una solución saturada del ácido? (solubilidad = 1,8 g/L)

(b) La aspirina se descubrió como resultado de los esfuerzos por producir un derivado del ácido salicílico que no fuera irritante para el revestimiento del estómago. La aspirina es ácido acetilsalicílico, CH₃CO₂C₆H₄CO₂H. El grupo funcional −CO₂H sigue presente, pero su acidez es reducida, K_a = 3,0 $\times$ 10⁻⁴. ¿Cuál es el pH de una solución de aspirina con la misma concentración que una solución saturada de ácido salicílico? (vea la parte a).

Explique por qué se puede preparar un tampón a partir de una mezcla de NH₄Cl y NaOH pero no de NH₃ y NaOH.

Explique por qué el pH no cambia significativamente cuando se añade una pequeña cantidad de un ácido o una base a una solución que contiene cantidades iguales de la base NH₃ y una sal de su ácido conjugado NH₄Cl.

¿Cuál es el valor de [H₃O⁺] en una solución 0,075 M de HNO₂ y 0,030 M de NaNO₂?
${\text{HNO}}_2(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+{\text{NO}}_2{}^{\text{–}}(aq)K_{\text{a}}=\mathrm{4,5}\times {10}^{-5}$

¿Cuál es el valor de [OH⁻] en una solución 1,25 M de NH₃ y 0,78 M de NH₄NO₃?
${\text{NH}}_3(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{NH}}_4{}^{\text{+}}(aq)+{\text{OH}}^{\text{–}}(aq)K_{\text{b}}=\mathrm{1,8}\times {10}^{-5}$

¿Cuál es el efecto sobre la concentración de amoníaco, ion de hidróxido e ion de amonio cuando se añaden los siguientes elementos a una solución tampón básica de concentraciones iguales de amoníaco y nitrato de amonio?

(a) KI

(b) NH₃

(c) HI

(d) NaOH

(e) NH₄Cl

Calcule el pH de una solución tampón preparada a partir de 0,155 mol de ácido fosfórico, 0,250 mol de KH₂PO₄ y suficiente agua para producir 0,500 L de solución.

¿Qué masa de NH₄Cl debe añadirse a 0,750 L de una solución 0,100-M de NH₃ para obtener una solución tampón con un pH de 9,26? (Pista: Supongamos que el cambio de volumen es insignificante a medida que se añade el sólido).

Se añadió una muestra de 5,36 g de NH₄Cl a 25,0 mL de 1,00 M de NaOH y la solución resultante se diluyó

a 0,100 L.

(a) ¿Cuál es el pH de esta solución tampón?

(b) ¿Es la solución ácida o básica?

(c) ¿Cuál es el pH de una solución que resulta cuando se añaden 3,00 mL de 0,034 M de HCl a la solución?

Explique por qué un indicador ácido-base cambia de color a lo largo de un rango de valores de pH y no a un pH específico.

El indicador dinitrofenol es un ácido con una K_a de 1,1 $\times$ 10⁻⁴. En una solución de 1,0 $\times$ 10⁻⁴-M, es incoloro en el ácido y amarillo en la base. Calcule el intervalo de pH en el que pasa del 10% de ionización (incoloro) al 90% de ionización (amarillo).