UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA DE BIOANALISIS DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS ASIGNATURA DE QUIMICA ANALITICA PROF. RAYMI DE CONTRERAS. GUIA PARA TEMA TEMA No. 3. EQUILIBRIO IONICO ACIDO-BASE. ACIDO-BASE.
CONTENIDO DEL TEMA: 1. La escala escala de pH. Medici Medición ón del pH. Proble Problemas mas:: el pH. pH. a. Una muestra de jugo de limón tiene una [H+]=3,8x10-4M. Calcule el + -9 b. Una disolución común para limpiar ventanas tiene una [H ]=5,3x10 M. ¿Cuál es el pH?. c. Una muestra de jugo de manzana manzana recién extraído tiene un pH=3,76. ¿Cuál es la [H+]?. d. Una disolución preparada preparada disolviendo una tableta tableta antiácida tiene un pH=9,18. Calcula la [H+] y [OH-].
2. Concepto de ácidos y bases. Svante Arrhenius. Bronsted-Lowry, el ión H+ en agua: H3O+, pares conjugados.
3. Fuerza relativa de ácidos y bases. bases. Ácidos y bases fuertes. Ácidos y bases débiles. débiles. 4. Ácidos y bases fuertes. Problemas: a. ¿Cuál es el pH de una disolución 0,040 M de HClO4? concentración del ácido? ácido? b. Una disolución acuosa de HNO3 tiene un pH de 2,34. ¿Cuál es la concentración c. ¿Cuál es el pH de una disolución 0,028 M de NaOH?, ¿y de una disolución 0,0011 M de
Ca(OH)2?. d. ¿Cuál ¿Cuál es la concent concentrac ración ión de una disoluc disolución ión de KOH cuyo pH es 11,89? 11,89?.. ¿Cuál ¿Cuál es la concentración de una disolución de Ca(OH)2 cuyo pH es 11,68?.
5. Ácidos y bases débiles. débiles. Reacciones de equilibrio. Constante de equilibrio y su expresión. expresión. Problemas: a. Calcule el pH de una disolución 0,20 M de HCN sabiendo que la Ka es 4,9x10-10. b. Calcule α y pH en una disolución 0,10 M de HF y en una disolución 0,010 M de HF. c. d. e.
f.
Ka=6,8x10-4M. Calcule la concentración de OH- en una disolución 0,15 M de NH 3. Kb=1,8x10-3. Un estudiante preparó una disolución 0,10 M de ácido fórmico y midió su pH, resultando ser 2,38. 2,38. Calcu Calcule le la Ka del ácido fórmic fórmicoo y el porcen porcentaj tajee del ácido ácido que está disocia disociado do en la solución. Una Una disoluc disolución ión 0,02 0,0200 M de niacina niacina (vita (vitamin minaa B) tiene tiene un pH de 3,26. 3,26. ¿Qué ¿Qué porcent porcentaje aje de vitamina está disociada y cual es la Ka de la misma?. ¿Cuál es el pH de una disolución 0,010 M de niacina?. Se prepara una disolución de NH 4OH en agua suficiente suficiente para tener 2,00 L de disolución. disolución. Si la disolución tiene un pH de 10,50, ¿cuántos moles de base se agregaron al agua?.
6. Ácidos polipróticos. Problemas. a. Calcule el pH y la concentración de todas las especies en el equilibrio de una disolución de ácido cítrico (H3C6H5O7) 0,015 M. Ka1=7,4x10-4, Ka2 =1,7x10-5, Ka3=4,0x10-7.
b. Calcule el pH y la concentración de ión oxalato en una disolución 0,020 M de ácido oxálico. Ka1=5,9x10-2, Ka2=6,4x10-5. 7. Auto-ionización del agua. Producto iónico del agua. 8. Problemas varios para la casa. a. Complete el siguiente cuadro calculando los datos que faltan e indicando si la disolución es ácida o básica. [H+]
[OH-]
pH
pOH
Carácter de la solución
7,5x10-3 M 3,6x10-10 M 8,25 5,70
b. El dióxido de carbono de la atmósfera se disuelve en las gotas de lluvia y forma ácido carbónico, c.
d.
e. f. g. h.
i.
por esta razón el pH de la lluvia limpia no contaminada fluctúa entre 5.2 y 5.6. ¿Entre que límites varían [H+] y [OH-] en las gotas de lluvia?. Calcule el pH de las siguientes disoluciones de ácidos y bases fuertes: i. HBr 8,5x10-3 M ii. 1,52 g de HNO3 en 575 ml de disolución. iii. 5,00 ml de HClO4 0,250 M diluidos a 50 ml. iv. Sr(OH)2 1,5 x 10-3 M. v. 2,250 g de hidróxido de litio en 250 ml de disolución. vi. 1 ml de hidróxido de sodio 0,175 M diluido a 2,00 L de disolución. El ácido fenilacético (HC8H7O2) es una de las sustancias que se acumulan en la sangre de los pacientes con fenilcetonuria, un trastorno hereditario que produce retardo mental o incluso la muerte. El pH de una disolución 0,085 M de HC8H7O2 resulta ser de 2,68. Calcule el valor de la Ka de este ácido. Una disolución 0,200 M de un ácido débil está disociada en un 9,4%. Con base a esta información calcule [H+], pH y Ka. Cierta muestra de vinagre (ácido acético) tiene un pH de 2,90. Sabiendo que Ka=1,8x10-5, calcule la concentración de ácido acético en el vinagre. La constante de disociación del ácido benzoico (HC7H5O2) es de 6,3x10-5. Calcule las concentraciones en el equilibrio de H3O+, C7H5O2-, y H C7H5O2 en la disolución si la concentración inicial de HC7H5O2 es 0,050 M. Determine el pH de las siguientes disoluciones de electrolitos débiles, para lo cual deberá investigar el valor de la Ka o Kb según corresponda: i. Ácido hipocloroso 0,125 M. ii. Fenol 0,0085 M. iii. Hidroxilamina 0,095 M. La efedrina, un estimulante del sistema nervioso central, se usa en rocíos nasales como descongestionante. Este compuesto es una base orgánica débil: C10H15ON (ac) + H2O(l) -C10H15ONH+(ac) + OH-(ac). Una disolución 0,035 M de efedrina tiene un pH de 11,33. Calcule el Kb de la efedrina y las concentración de todas las especies en el equilibrio. Calcule la concentración molar de iones OH- de una disolución 0,075 M de etilamina (C 2H5 NH2) Kb=6,4x10-4. Calcule el pH de esta disolución. ˂
j.
9. Sales. Hidrólisis.
˃
a. Organice las disoluciones siguientes en orden de acidez creciente: Ba(C 2H3O2)2 0,1 M; NH4Cl 0,1 M; NH3CH3Br 0,1 M; KNO3 0,1 M. Constantes: Ka HC2H3O2 = 1,8x10-5; Kb NH3 = 1,8x10-5; Kb NH2CH3 = 4,4x10-4. b. El ácido sórbico (HC6H7O2) es un ácido monoprótico débil con Ka=1,7x10-5. Su sal (sorbato de potasio) se agrega al queso para inhibir la formación de mohos. ¿Cuál es el pH de una disolución que contiene 11,25 g de sorbato de potasio en 1,75 L. de disolución?. c. Una sal desconocida puede ser NaF, NaCl o NaClO. Al disolver 0,050 mol de la sal en agua para formar 0,5 L. de disolución, el pH de ésta es 8,08. ¿De que sal se trata? Ka HF=6,8x10-4; Ka HClO=3x10-8. 10. Problema integrador: Organice las siguientes disoluciones 0,10 M en orden de acidez creciente: a. NH4 NO3, Kb NH3=1,8x10-5. b. NaF, Ka HF=6,8x10 -4. c. HCl d. Ca(OH)2 e. CH3COOH, Ka=1,8x10-5 f. NH2CH3, Kb=4,4x10-4
11. Buffer. Concepto y composición. Acción amortiguadora. Cálculo del pH de un buffer: ecuación de Henderson-Hasselbalch. Cálculo de la acción amortiguadora de un buffer. a. ¿Cuál es el pH de una amortiguador compuesto por ácido láctico (HC 3H5O3) 0,12 M y lactato de sodio 0,10 M?. Ka=1,4x10-4. b. Se prepara un amortiguador disolviendo 5,0 g de amoníaco y 20 g de cloruro de amonio en suficiente agua para tener 2,50 L de disolución. ¿Cuál es el pH de este amortiguador?. Kb NH3=1,8x10-5. c. Calcular el pH de una disolución formada por 100 ml de ácido acético 0,1 M y 50 ml de acetato de sodio 0,25 M. Ka CH3COOH=1,8x10-5. d. ¿Cuántos g de lactato de sodio (NaC 3H5O3) se deben agregar a 1,00 L de ácido láctico 0,150 M (HC3H5O3) para formar una disolución amortiguadora de pH 2,90?. e. Se prepara un amortiguador agregando 0,3 moles de HC 2H5O2 Y 0,3 moles de NaC2H5O2 a suficiente agua para tener 1,00 L de solución. Ka del HC2H5O2 = 1,4 x 10-4. Calcule el pH de esta disolución después de agregar 0,02 moles de NaOH, y para comparar, calcule el pH que se tendrá si se agregaran 0,02 moles de NaOH a 1,00 L de agua pura. f. Calcular el pH de una disolución formada por 10,0 ml de cloruro de amonio 0,10 M y 20 ml de hidróxido de amonio 0,05 M. Calcule la variación de pH si se agrega 1 ml de ácido clorhídrico 0,01 M. Calcule la variación de pH si en vez de ácido clorhídrico se añade hidróxido de sodio.
12. Ejercicio para la casa: a. Un bioquímico necesita 750 ml de amortiguador de ácido acético y acetato de sodio de pH 4,50, y dispone de acetato de sodio sólido puro y ácido acético glacial que es 99% m/m y de densidad 1,05 g/ml. Si el amortiguador debe ser 0,20 M con respecto al ácido acético, ¿cuántos g de acetato de sodio y cuántos ml de ácido acético glacial se deben usar?. b. Calcule es efecto amortiguador del buffer preparado en el punto anterior, si a 300 ml del mismo se le agregan 5 ml de hidróxido de potasio 0,02 M. Calcule la variación del pH si el hidróxido de potasio se añade a 300 ml de agua. c. Calcule es efecto amortiguador del buffer preparado en el punto a, si a 500 ml del mismo se le agregan 10 ml de ácido nítrico 0,05 M. Calcule la variación del pH si el ácido nítrico se añade a 500 ml de agua.
