EQUILIBRIOS ÁCIDO-BASE Y EQUILIBRIOS DE SOLUBILIDAD El efecto del ion común
Preguntas de repaso
16.1 Utilice el principio de Le Chátelier para explicar cómo se modifica el pH de una disolución por efecto del ion común. 16.2 Describa el efecto que se tiene en el pH (aumento, disminución o sin cambio) al agregar: a) acetato de potasio a una disolución de ácido acético, b) nitrato de amonio a una disolución de amoniaco: c) formiato de sodio (HCOONa) a una disolución de ácido fórmico (HCOOH); d) cloruro de potasio a una disolución de ácido clorhídrico: e) yoduro de bario a una disolución de ácido yodhídrico.
Problemas 16.3 Determine el pH de a) una disolución de CH 3COOH 0.40 M, h) una disolución que es 0.40 M en CH3COOH y 0.20 A1 en CH3COONa. 16.4 Determine el pH de a) una disolución disolución de NH, 0.20 h1, b) una disolución que es 0.20 M en NH3 y 0.30 M en NH3Cl.
Disoluciones amortiguadoras
Preguntas de repaso
16.5 ¿Qué es u na disolución amortiguadora? ¿Cuál es su composición? 16.6 Defina el pK.a de un ácido débil. ¿Qué relación existe entre el valor de pK a y la fuerza del ácido'? Describa lo mismo para una base débil. 16.7 Los valores de pK a de dos ácidos monopróticos HA y HB son 5.9 y 8.1, respectivamente. ¿Cuál de los dos ácidos es el más fuerte? 16.8 Identifique cuáles de los siguientes pares son sistemas amortiguadores: a) KCl/HCl b) H3N/NH 3NO, c) Na2HPO4/NaH2PO4 d) KNO2/HNO2 e) KHSO4/H 2SO4 f) HCOOK/HCOOH
Problemas 16.9 Calcule el pH de un sistema amortiguador formado por NH3 0.15 M/NH4Cl 0.35 M. 16.10 Calcule el pH de las dos disoluciones amortiguadoras amortiguadoras siguientes: a) CH 3COONa 2.0 M/CH3COOH 2.0 M. b) CH3COONa 0.20 M/CH3COOH 0.20 M. ¿Cuál amortiguador es m ás eficaz? ¿Por qué? 16.11 Un amortiguador de bicarbonato-ácido carbónico tiene un pH de 8.00. Calcule la relación de concentración de ácido carbónico (H 2CO3) respecto de la del ion bicarbonato (HCO 3- ). 16.12 ¿Cuál es el pH de un amortiguador de Na 2HPO 4, 0.10 M/ KH 2PO4 0.15 M? 16.13 El pH de un amortiguador de acetato de sodio-ácido acético es 4.50. Calcule la relación [CH 3COO-/[CH3COOH]. 16.14 El pH del plasma sanguíneo es 7.40. Suponiendo que el sistema amortiguador principal es el de HCO3- /H2C03 calcule la relación [HCO 3- ]/[H2 _CO 3]. ¿El amortiguador es más eficaz cuando se agrega un ácido o cuando se agrega una base? 16.15 Calcule el pH de un amortiguador de NH3 0.20 M/NH4CI 0.20 M. ¿Cuál es el pH del amortiguador después de añadir 10.0 mL de HCl 0.10 M a 65.0 mL del amortiguador? 16.16 Calcule el pH de 1.00 L de un amortiguador de CH 3COONa 1.00 M/CH3COOH 1.00 M antes y después de agregar a) 0.080 moles de NaOH, h) 0.12 moles de HCI. (Suponga que no hay cambio de volumen.) 16.17 Un ácido diprótico, H2A, tiene las siguientes constantes de ionización: K a1 = l. l x 10-3 y Ka2 = 2.5 x 10-6 . Para preparar una disolución amortiguadora de pH = 5.80, ¿cuál de las dos combinaciones escogería: NaHA/H 2A o Na2A/ NaHA? 140.18 A una estudiante se le pide que prepare una disolución amortiguadora de pH = 8.60, utilizando uno de los siguientes ácidos débiles: HA (K a = 2.7 x 10 -3), HB (Ka = 4.4 x 10-6), HC (Ka = 3.6 x 10-9 ). ¿Cuál ácido debería escoger y por qué?
Valoraciones ácido-base Preguntas de repaso 16.19 Haga una breve descripción de lo que sucede en una valoración ácido-base.
16.20 Trace un bosquejo de las curvas de valoración para las siguientes valoraciones: a) HCI frente a NaOH, b) HCl frente a CH 3NH2, c) CH 3COOH frente a NaOH. En cada caso, la base se agrega al ácido contenido en un matraz Erlenmeyer. Los gráficos deberán indicar el pH en el eje de las ordenadas (y) y e1 volumen de base añadida en el eje de las abscisas (x).
Problemas 16.21 Una muestra de 0.2688 g de un ácido monoprótico neutraliza 16.4 mL de una disolución 0.08133 M de KOH. Calcule la masa molar del ácido. 16.22 Una cantidad de 5.00 g de un ácido diprótico se disolvió en agua y se llevó a exactamente 250 mL. Calcule la masa molar del ácido si 25.0 mL, de esta disolución consumieron 11.1 mL de KOH 1.00 M en la neutralización. Suponga que se neutralizan los dos protones del ácido. 16.23 En un experimento de valoración, 12.5 mL de H 2SO4 0.500 M neutralizan a 50.0 mL de NaOH. ¿Cuál es la concentración de la disolución de NaOH? 16.24 En un experimento de valoración, 20.4 mL de HCOOH 0.883 M neutralizan a 19.3 mL de Ba(OH)2. ¿Cuál es la concentración de la disolución de Ba(OH) 2? 16.25 Una muestra de 0.1276 g de un ácido monoprótico desconocido se disolvió en 25.0 mL de agua y se valoró con una disolución de NaOH 0.0633 M. El volumen de la base necesario para llegar al punto de equivalencia fue de 18.4 mL. a) Calcule la masa molar del ácido. b) Después de añadir 10.0 mL de base, el pH medido fue de 5.87. ¿Cuál es la K, del ácido? 16.26 Se prepara una disolución al mezclar 500 mL de Na OH 0.167 M con 500 mL exactos de CH3COOH 0.100 M. Calcule las concentraciones en el equilibrio de H +, CH 3COOH, CH3COO -,OH- y Na'+. 16.27 Calcule el pH del punto de equivalencia en la valoración de HC10.20 M con metilamina 0.20 M 16.28 Calcule el pH del punto de equivalencia en la valoración de HCOOH 0.10 M con NaOH 0.10 M.
Indicadores Acido-Base Preguntas de repaso 16.29 Explique cómo funciona un indicador en una valoración ácido-base ¿Qué criterios se siguen para elegir un indicador en una valoración ácido-base particular? 16.30 La cantidad de indicador utilizado en una valoración ácido-base debe ser pequeña. ¿Por qué?
Problemas Consulte la tabla 16.1 y especifique qué indicador o indicadores utilizaría en las siguientes valoraciones a) HCOOH frente a NaOH, b) HCl frente a KOH, c) HNO, frente a CH3NH2. 16.32 Una estudiante realizó una valoración ácido-base añadiendo una disolución de NaOH desde una bureta a una disolución de HCI contenida en un matraz Erlenmeyer. Utilizó fenolftaleína como indicador. En el punto de equivalencia detectó un color rosa tenue. Sin embargo, después de unos minutos, la disolución gradualmente se hizo incolora. ¿Qué se supone que sucedió? 16.33 La constante de ionización K a de un indicador HIn es 1.0 X 10 -6. El color de la forma no ionizada es rojo y el de la forma ionizada es amarillo. ¿Qué color tiene este indicador en una disolución de pH 4.00? 16.34 La Ka de cierto indicador es 2.0 x 10 -6. El color de la forma HIn es verde y el de la forma In - es rojo. Se añaden unas cuantas gotas del indicador a una disolución de-HCI, que luego se valora con una disolución de NaOH. ¿A qué pH cambia de color el indicador?
Equilibrios de solubilidad Preguntas de repaso 16.35 Utilice BaSO 4 para describir la diferencia entre solubilidad, solubilidad molar y producto de solubilidad. 16.36 ¿Por qué normalmente no se calculan los valores de K PS para los compuestos iónicos solubles? 16.37 Escriba las ecuaciones balanceadas y las expresiones del producto de solubilidad para los equilibrios de solubilidad de los compuestos siguientes: a) CuBr, b) ZnC 2O4, c)Ag2CrO 4 d)Hg2Cl 2, e) AuCl3, f) Mn3 (PO 4) 2. 16.38 Escriba la expresión del producto de solubilidad para el compuesto iónico A, xB y . 16.39 ¿Cómo se puede predecir si se forma un precipitado cuando se mezclan dos disoluciones? 16.40 El cloruro de plata tiene una K ps mayor que la del carbonato de plata (véase la tabla 16.2). ¿Esto significa que el AgCl también tiene una solubilidad molar mayor que la del Ag 2CO3?
Problemas
16.41 Calcule la concentración de los iones en las siguientes disoluciones saturadas: a) [I -] en una disolución de AgI con [Ag +] = 9.1 X 10-9 M, b) [Al3+] en una disolución de Al(OH) 3 con [OH- ] = 2.9 X 10-9 M. 16.42 Con los datos de solubilidad que se dan, calcule los productos de solubilidad de los compuestos siguientes: a) SrF 2, 7.3 x 10-2 g/L, b) Ag3PO4, 6.7 x 10-3 g/L. 16.43 La solubilidad molar del MnCO 3 es 4.2 X 10-6 M. ¿Cuál es la K ps de este compuesto? 16.44 La solubilidad molar de un compuesto iónico MX (masa molar = 346 g) es 4.63 x 10 -3 g/L. ¿Cuál es la K ps del compuesto? 16.45 La solubilidad molar de un compuesto iónico M 2X3 (masa molar = 288 g) es 3.6 x 10-17 g/L. ¿Cuál es la K ps del compuesto? 16.46 Con los datos de la tabla 16.2, calcule la solubilidad molar del CaF 2. 16.47 ¿Cuál es el pH de una disolución saturada de hidróxido de zinc? 16.48 El pH de una disolución saturada de un hidróxido metálico MOH es 9.68. Calcule la K ps del compuesto. 16.49 Si se añaden 20.0 mL de Ba(N0 3)2= 0.10 M a 50.0 mL de Na2CO3 0.10 M, ¿precipitará el BaCO 3? 10.50 Se mezcla un volumen de 75 mL de NaF 0.060 M con 25 mL de Sr(NO 3) 2 0.15 M. Calcule las concentraciones de NO 3- , Na+, Sr2+ y F- en la disolución Final. (La K ps del SrF 2 _ 2.0 X 10-10 ) -
Precipitación fraccionada Problemas
16.51 Se añade lentamente NaI sólido a una disolución que es 0.010 M en Cu + y 0.010 M en Ag+. a) ¿Cuál compuesto empezará a precipitar primero? b) Calcule la [Ag+] en el momento justo en el que el CuI comience a precipitar. c) ¿Cuál es el porcentaje de Ag+ remanente en la disolución en este punto? 16.52 Encuentre el intervalo de pH aproximado que sea adecuado para separar Fe 3+ y Zn2+ por precipitación de Fe(OH) 3 de una disolución que inicialmente tiene iones Fe 3+ y Zn 2+ , cada uno con una concentración de 0.010 M.
El efecto del ion común y la solubilidad Preguntas de repaso 16.53 ¿Cómo influye el efecto del ion común en el equilibrio de solubilidad? Utilice el principio de Le Chátelier para explicar la disminución de ia solubilidad de CaCO 3 en una disolución de Na2CO3. 16.54 La solubilidad molar del AgCI en una disolución de AgNO 3 6.5 x 10-3 M es 2.5 x 10 -8 M. ¿Cuáles de las siguientes suposiciones son razonables para estimar la K ps a partir de estos datos? a) La Kps es lo mismo que la solubilidad. b) La K ps del AgCl es igual en AgNO 3 6.5 x 10 -3 M que en agua pura. c) La solubilidad del AgCI es independiente de la concentración de AgNO 3 d) La [Ag+] en la disolución no cambia de manera significativa al agregar AgCl a una disolución de AgNO 3 6.5 x 10-3 M. e)Después de añadir AgCl a AgNO 3 6.5x l0-3 M, la [Ag+] en la disolución es la misma que en en el agua pura
Problemas 16.55 ¿Cuántos gramos de CaCO 3 , se disolverán en 3.0 X 10 2 mL de Ca(NO 3) 2 0.050 M? 16.56 El producto de solubilidad del PbBr 2 es 8.9 X 10-6 . Determine la solubilidad molar a) en agua pura, b) en una disolución de KBr 0.30 M, (-) en Una disolución de Pb(NO 3) 2 0.20 M. 16.57 Calcule la solubilidad molar del AgCl en una disolución que se prepara disolviendo 10.0 g de CaCl 2 en 1.00 L de disolución. 16.58 Calcule la solubilidad molar del BaSO 4 a) en agua, b) en una disolución que contiene iones SO 42- 1.0 M.
El pH y la solubilidad Problemas 16.59 ¿,Cuáles de los siguientes compuestos iónicos serán más solubles en una disolución ácida que en agua? a) BaSO 3, b) PbCl2, c) Fe(OH) 3 , d) CaCO3 16.60 ¿Cuáles de los siguientes compuestos serán más solubles en una disolución ácida que en agua pura? a) CuI, b) Ag 2SO 4 , c) Zn(OH) 2 , d) BaC2O4 , e) Ca 3 (PO 4) 2 . 16.61 Compare la solubilidad molar del Mg(OH) 2 en agua y en una disolución amortiguada a un pH de 9.0.
16.63 Calcule la solubilidad molar del Fe(OH) 2 a: a) un pH de 8.00, b) un pH de 10.00. 16.63 El producto de solubilidad del Mg(OH) 2 es 1.2 X 10-11 . ¿Cuál es la mínima concentración de OH- que se debe tener (por ejemplo, añadiendo NaOH) para que la concentración de Mg 2+ sea inferior a 1.0 x 10-10 M en una disolución de Mg(NO 3)2? 16.64 Determine si se formará un precipitado al añadir 2.00 ml de NH 3 0.60M a 1.0 L de FeSO 4 1.0 x 10 -3 M.
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Los
equilibrios de iones complejos y
la
solubilidad
Preguntas de repaso 16.65 Explique cómo se forman los complejos que se muestran en la tabla 16.3 en función de la teoría ácido-base de Lewis. 16.66 Dé un ejemplo para demostrar el efecto general de la formación de un ión complejo en la solubilidad.
Problemas 16.67 Si 2.50 g de CuSO, se disuelven en 9.0 X 10 2 mL de NH 3 0.30 M ¿cuáles son las concentraciones de Cu 2+ , Cu(NH3) 4 2+ y NH3 en el equilibrio? 16.68 Calcule las concentraciones en el equilibrio de Cd 2+ , Cd(CN) 42- y CN- cuando se disuelven 0.50 g de Cd(NO3) 2 en 5.0 X 10 2 mL de NaCN 0.50 M. 16.69 Si se añade NaOH a una disolución de Al 3+ 0.010 M, ¿cuál será la especie predominante en el equilibrio: Al(OH)3 , o Al(OH)4- ? El pH de la disolución es 14.00. [La K f del Al(OH) 4 - = 2.0 x 1033.] 10.70 Calcule la solubilidad molar del AgI en una disolución de NH 3 1.0 M. 10.71 La Ag+ y el Zn 2+ forman iones complejos con el NH 3. Escriba las ecuaciones balanceadas para estas reacciones. Sin embargo, el Zn(OH) 2 es soluble en NaOH 6 M, pero no el AgOH. Explique esto. 10.72 Explique, por medio de ecuaciones iónicas balanceadas, por qué a) el CuI 2 se disuelve en una disolución de amoniaco, b) el AgBr se disuelve en una disolución de NaCN, c) el HgCl 2 se disuelve en una disolución de KCl. ,
Análisis Cualitativo Pteguntas de repaso 16.73 Describa cl procedimiento general del análisis cualitativo. 16.74 Dé dos ejemplos de iones metálicos de cada uno de los grupos (del I al 5) del esquema del análisis cualitativo.
Problemas 16.75 En n análisis del grupo I, una estudiante obti ene un precipitado que contiene AgCl y PbCl 2. Sugiera un reactivo que le permita separar AgCl(.s) de PbC 2(s). 16.76 En un análisis del grupo I , una estudiante agrega HC1 a una disolución problema para hacer que [Cl] = 0.15 M y logra que se precipite una parte del PbCl 2. Calcule la concentración del Pb 2+ remanente en disolución. 16.77 Tanto el KCl como el NH 4 CI son sólidos blancos. Sugiera un reactivo que permita diferenciar estos dos compuestos. 16.78 Describa una prueba simple que permita distinguir entre AgNO 3(s) y Cu(NO3 ) 2 (s).
Problemas complementarios 16.79 El intervalo de un sistema amortiguador se define por la ecuación pH = pK a ± 1. Calcule el intervalo de la relación [base conjugada]/[ácido] que corresponde a esta ecuación. 10.80 El pKa del indicador anaranjado del metilo es 3.46. ¿En qué intervalo de pH se producirá el cambio del indicador de 90% de la forma HIn a 90% de la forma In - ? 16.81 Bosqueje la curva de valoración de un ácido débil contra una base fuerte, como la que .se muestra en la figura 16.4. En su gráfica indique el volumen de la base consumida en el punto de equivalencia así como en el punto de semiequivalencia, es decir, el punto en el que se ha neutralizado la mitad del ácido. Muestre cómo se puede medir el pH de la disolución en el punto de semiequivalencia. Utilice la ecuación (16.4) para explicar cómo se puede determinar el pK a del ácido con este procedimiento. 16.82 Se añadió un volumen de 200 mL de una disolución de NaOH a 400 mL de una disolución de HNO 2 2.00 M. El pH de la disolución de la mezcla fue de 1.50 unidades mayor que el de la disolución ácida original. Calcule la molaridad de la disolución de NaOH. 16.83 El pKa del ácido butírico (HBut) es 4.7. Calcule la Kb del ion butirato (But -).
16.84 Se prepara una disolución mezclando exactamente 500 mL de NaOH 0.167 M con 500 mL exactos de CH 3COOH 0.100 M. Calcule las concentraciones en el equilibrio de H +, CH 3 COOH, CH3COO- , OH- y Na +. 16.85 El Cd(OH)2 es un compuesto insoluble, pero se disuelve en un exceso de disolución de NaOH. Escriba la ecuación iónica balanceada para esta reacción. ¿Qué tipo de reacción es? 16.86 Un estudiante mezcla 50.0 mL de Ba(OH)2 1.00 M con 86.4 mL de H 2SO4 0.494 M. Calcule la masa de BaSO 4 formada y el pH de la disolución de la mezcla. 16.87 ¿En cuál de las siguientes reacciones se le llama producto de solubilidad a la constante de equilibrio? a) Zn(OH)2(s) + 2OH-(ac) ⇔ Zn(OH)42-(ac) b) 3Ca2+(ac) + 2PO43-(ac) ⇔ Ca 3(PO4)2(s) c) CaCO3 (s) + 2H +(ac) ⇔ Ca 2+ (ac) + H 2O(l) + CO2(g) d) PbI32(s) ⇔ Pb2+(ac) + 2I-(ac) 16.88 Una tetera de 2.0 L contiene 116 g de una costra (residuos de CaCO 3 ) que se ha acumulado por hervir agua. ¿Cuántas veces tendría que llenarse la tetera con agua destilada para eliminar todo el sedimento a la temperatura de 25°C? 16.89 Se mezclan volúmenes iguales de AgNO 3 0.12 M y ZnCl 2 0.14 M. Calcule las concentraciones en el equilibrio de Ag+, Cl- , Zn 2+ y NO 3-. 16.90 Calcule la solubilidad (en g/L) del Ag2CO3. 16.91 Encuentre el intervalo de pH aproximado que sea apropiado para separar Fe 3+ y Zn2+ por precipitación de Fe(OH) 3 de una disolución que inicialmente tiene una concentración de 0.010 M de cada uno de estos iones. 16.92 Un volumen de 25.0 mL de HCl 0.100 M se valora con una disolución de CH3NH2 0.100 M que se añade por medio de una bureta. Calcule los valores de pH de la disolución a) después de añadir 10.0 mL de disolución de CH3NH2, b) después de añadir 25.0 mL de esta disolución, c) después de añadir 35.0 mL de esta disolución. 16.93 La solubilidad molar del Pb(IO3)2 en una disolución de NaIO 3 0.10 M es 2.4 x 10 -11 mol/L. ¿Cuál es la Kps del Pb(IO3)2? 16.94 Cuando se añadió una disolución de KI a una disolución de cloruro de mercurio(II), se formó un precipitado de yoduro de mercurio(II). Un estudiante realizó un gráfico de la masa del precipitado contra e1 volumen de la disolución de KI añadida y obtuvo el siguiente resultado. Explique el significado de este gráfico.
Volumen de KI agregado 16.95 El bario es una sustancia tóxica que produce efectos graves en la función cardiaca. Para una radiografía del tracto gastrointestinal, un paciente ingiere una suspensión acuosa de 20 g de BaSO 4. Si la sustancia se lograra equilibrar con los 5.0 L de la sangre del paciente ¿cuál sería el valor de [Ba 2+ ]? Para obtener un resultado adecuado, se puede suponer que la temperatura es de 25°C. ¿Por qué no se utiliza Ba(NO 3) 2 para hacer este estudio? 16.96 El pK, de la fenolftaleína es 9.10. ¿En qué intervalo de pH cambia el indicador de 95% de HIn a 95% de In-? 16.97 Se añade lentamente NaI sólido a una disolución que tiene Cu + 0.010 M y Ag+ 0.010 M. a) ¿Cuál compuesto precipitará primero? b) Calcule el valor de [Ag+] cuando el CuI comience a precipitar. c) ¿Qué porcentaje de Ag+ queda en la disolución en este punto? 16.98 El ácido cacodílico , (CH 3)2AsO 2H, tiene una constante de ionización de 6.4 X 10 -7 . a) Calcule el pH de 50.0 mL de una disolución 0.10 M del ácido. b) Calcule el pH de 25 mL de una disolución de (CH3)2AsO 2Na 0.15 M. c) Calcule el pH de la disolución que se obtiene al mezclar las disoluciones de los incisos a) y b). 16.99 Las técnicas radioquímicas son muy útiles para determinar el producto de solubilidad de muchos compuestos. En un experimento, se mezclaron 100 mL de una disolución de NaIO 3 0.030 M con 50.00 mL de una disolución de AgNO 3 0.010 M que contenía un isótopo de plata con una radiactividad de 74 025 cuentas por minuto por mL. La mezcla se diluyó a 500 mL y se filtró para eliminar todo el
precipitado de AgIO 3. En el filtrado, se midió una radiactividad de 44.4 cuentas por min por mL. ¿Cuál es la KPs del AgIO3? 16.100 La masa molar de un carbonato de cierto metal, MCO 3, se puede determinar al añadir un exceso de ácido clorhídrico HCl para que reaccione con todo el carbonato y después "valorar por retroceso" el ácido remanente con NaOH. a) Escriba la ecuación para estas reacciones. b) En cierto experimento se añadieron 20.00 mL de HCI 0.0800 M a una muestra de 0.1022 g de MCO 3. Se consumieron 5.64 mL de NaOH 0.1000 M para neutralizar el exceso de HCI. Calcule la masa molar del carbonato e identifique el metal M. 16.101 Las reacciones ácido-base casi siempre llegan a completarse. Confirme este enunciado mediante el cálculo de la constante de equilibrio para cada una de las siguientes reacciones: a) Un ácido fuerte con una base fuerte. b) Un ácido fuerte con una base débil (NH,). c) Un ácido débil (CH 3COOH) con una base fuerte. d) Un ácido débil (CH 3COOH) con una base débil (NH 3). (Sugerencia: los ácidos fuertes pueden existir como iones H + y las bases fuertes como iones OH -. Lo que se debe buscar es K a , K b y Kw.) 16.102 Calcule el número x de moléculas de agua del hidrato de ácido oxálico, H 2C2O4 .xH2O, a partir de los siguientes datos: 5.00 g del compuesto se llevan a exactamente 250 mL de disolución; para neutralizar 25.0 mL de esta disolución se gastan 15.9 mL de una disolución de NaOH 0.500 M. 16.103 Describa cómo prepararía 1L del sistema amortiguador CH 3COONa 0.20 M/CH3COOH 0.20 M: a) al mezclar una disolución de CH 3COOH con otra de CH3COONa, b) al hacer reaccionar una disolución de CH 3COOH con otra de NaOH y c) al hacer reaccionar una disolución de CH 3COONa con una de HCl. 16.104 La fenolftaleína es el indicador más empleado para valorar un ácido fuerte con una base fuerte. a) Si el pKa de la fenolftaleína es 9.10, ¿cuál es la relación entre la forma no ionizada del indicador (incolora) y la forma ionizada (rosa intenso) a pH 8.00? b) Si en la valoración de un volumen de 50.0 mL se utilizan dos gotas de fenolftaleína 0.060 M, ¿,cuál es la concentración de la forma ionizada a un pH de 8.00? (Suponga que 1 gota = 0.050 mL.) 16.105 Las pinturas de aceite que contienen compuestos de plomo(II) como componentes de sus pigmentos se oscurecen con los años. Sugiera u na razón química que explique este cambio de color. 16.106 ¿Qué reactivos emplearía para separar los siguientes pares de iones en disolución? a) Na + y Ba2+ , b) K+ y Pb2+ , c) Zn2+ y Hg 2+ .. 16.107 Busque los valores de las K Ps del BaSO4 y SrSO4 en l a tabla 16.2. Calcule las concentraciones de Ba2+ , Sr 2+ y SO 42- de una disolución que está saturada con ambos compuestos. 16.108 En principio, los óxidos anfotéricos como el Al 2O3, y el Be0 se pueden utilizar para preparar disoluciones amortiguadoras porque tienen propiedades ácidas y básicas (véase la sección I5.11). Explique por qué estos compuestos son de poco valor práctico como componentes de los sistemas amortiguadores. 16.109 La K ps del CaSO4 (K ps = 2.4 x 10-5 ) es mayor que la del Ag2SO4 (K Ps = 1.4 X 10-5). ¿Esto significa que el CaSO 4 también tiene una solubilidad mayor (g/L)? 16.110 Cuando se exprime jugo de lim ón en el té, éste adquiere un color más tenue. El cambio de color se debe, en parte, a la dilución, pero la razón principal es que se forma una reacción ácido-base. ¿Cuál es esta reacción? (Sugerencia: el té contiene "polifenoles" que son ácidos débiles y el jugo de limón contiene ácido cítrico.) 16.111 ¿Cuántos mililitros de NaOH 1.0 M se deben añadir a 200 mL de NaH 2PO4 0.10 M para preparar una disolución amortiguadora que tenga un pH de 7.50? 16.112 La máxima concentración permitida de iones Pb 2+ en el agua potable es de 0.05 ppm (es decir, 0.05 g de Pb2+ en un millón de gramos de agua). Si el agua de un pozo subterráneo estuviera en equilibrio con el mineral anglesita, PbSO 4 (K Ps = 1.6 x 10-8 ), ¿se rebasaría esta norma? 16.113 La penicilina G (ácido benzilpenícilínico), es uno de los antibióticos más comunes y posee la siguiente estructura: O
C
H
OH O
C H3C
N
C
H
C
C
N
C H3C
S
C
CH2
O
Es un ácido monoprótico débil: HP ⇔ H+ + PKa = 1.64 x 10-3 donde HP expresa el ácido original y P es la base conjugada. La producción de penicilina G se realiza mediante el crecimiento de hongos en tanques de fermentación a 25°C y a un intervalo de pH de 4.5 a 5.0. La forma cruda de este antibiótico se obtiene al extraer el caldo de fermentación con un disolvente
orgánico en el que el ácido es soluble. a) Identifique el átomo de hidrógeno ácido. b) En una etapa de purificación, el extracto orgánico de penicilina G cruda se trata con una disolución amortiguadora de pH = 6.50. ¿Cuál es la relación entre la base conjugada de la penicilina G y su ácido a este pH? ¿Se esperaría que la base conjugada fuera más soluble en agua que el ácido? c) La penicilina G no es apropiada para la administración oral, pero sí la sal sódica (NaP) porque es soluble. Calcule el pH de una disolución de NaP 0.12 M que se forma al disolver una tableta de esta sal en un vaso de agua. 16.114 ¿Cuál de las disoluciones siguientes tiene el mayor valor de [H +]? a) HF 0.10 M, b) HF 0.10 M en NaF 0.10 M, c) HF 0.10 M en SbF 5 0.10 M. (Sugerencia: el SbF 5 reacciona con el F - y forma el ion complejo SbF3-.) 16.115 Las curvas de distribución muestran cómo varían las fracciones de un ácido no ionizado y de su base conjugada en función del pH del medio. Trace un gráfico de las curvas de distribución del CH3COOH y de su base conjugada CH 3COO- en disolución. El gráfico deberá mostrar la fracción en el eje de las ordenadas (y) y el pH en el de las abscisas (x). ¿Cuáles son las fracciones y el pH en el punto en el que las dos curvas se intersectan? 16.116 El agua que contiene iones Ca 2+ y Mg2+ se conoce cono agua dura y no es adecuada para cl consumo doméstico ni para ciertos procesos industriales porque estos iones reaccionan con el jabón y forman sales insolubles que se apelmazan. Una manera de eliminar los iones Ca 2+ dcl agua dura es añadir soda de lavado (Na 2CO3 . 10H2O). a) La solubilidad molar del CaCO3 es 9.3 x 10 -5 M. ¿Cuál es su solubilidad molar en una disolución de Na 2CO3 0.050 M? b) ¿Por qué no se pueden eliminar los iones Mg2+ con este método? c) Los iones Mg 2+ se eliminan como Mg(OH) 2 añadiendo cal apagada [Ca(OH) 2] al agua hasta formar una disolución saturada. Calcule el pH de una disolución saturada de Ca(OH) 2. d) ¿Cuál es la concentración de iones Mg 2+ a este pH? e) ¿Cuál ión (Ca 2+ o Mg2+ ) es el que suele eliminarse primero? ¿Por qué? 16.117 Considere la ionización del siguiente indicador ácido-base HIn(ac) ⇔ H+(ac) + In-(ac) El indicador cambia de color de acuerdo con las relaciones de las concentraciones de la forma ácida y de su base conjugada descritas en la página 669. Demuestre que el intervalo de pH donde el indicador cambia del color ácido al básico es pH = pKa ± 1, donde K, es la constante de ionización del ácido.
