Equilibrios ácido-base y equilibrios de solubilidad Capítulo 16 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc.  Permission required for reproduction or display.

CH3COONa (s) Na+ (ac) + CH3COO- (ac) El efecto del ion común es el desplazamiento del equilibrio causado por la adición de un compuesto que tiene un ion común con la sustancia disuelta. La presencia de un ion común suprime la ionización de un ácido débil o una base débil . Considere la mezcla de CH3COONa (electrólito fuerte) y CH3COOH (ácido débil). CH3COONa (s) Na+ (ac) + CH3COO- (ac) Ion común CH3COOH (ac) H+ (ac) + CH3COO- (ac) 16.2

Henderson-Hasselbalch Considere la mezcla de sal NaA y el ácido débil HA. NaA (s) Na+ (ac) + A- (ac) Ka = [H+][A-] [HA] HA (ac) H+ (ac) + A- (ac) [H+] = Ka [HA] [A-] Ecuación de Henderson-Hasselbalch -log [H+] = -log Ka - log [HA] [A-] pH = pKa + log [base conjugada] [ácido] -log [H+] = -log Ka + log [A-] [HA] pH = pKa + log [A-] [HA] pKa = -log Ka 16.2

¡Mezcla de ácido débil y base conjugada! ¿Cuál es el pH de una disolución que contiene 0.30 M HCOOH y 0.52 M HCOOK? ¡Mezcla de ácido débil y base conjugada! HCOOH (ac) H+ (ac) + HCOO- (ac) Inicial (M) Cambio (M) Equilibrio (M) 0.30 0.00 0.52 -x +x +x 0.30 - x x 0.52 + x pH = pKa + log [HCOO-] [HCOOH] Efecto del ion común 0.30 – x  0.30 pH = 3.77 + log [0.52] [0.30] = 4.01 0.52 + x  0.52 HCOOH pKa = 3.77 16.2

Una disolución amortiguadora es una disolución de: Un ácido débil o una base débil y La sal de un ácido débil o una base débil ¡Ambos deben estar presentes! Una disolución amortiguadora tiene la habilidad de resistir los cambios en el pH en la adición de cantidades pequeñas de ácido o base. Considere una mezcla molar igual de CH3COOH y CH3COONa Adicionar ácido fuerte H+ (aq) + CH3COO- (ac) CH3COOH (ac) Adicionar base fuerte OH- (ac) + CH3COOH (ac) CH3COO- (ac) + H2O (l) 16.3

¿Cuál de los sistemas siguientes son amortiguadores? (a) KF/HF (b) KBr/HBr, (c) Na2CO3/NaHCO3 (a) KF es un ácido débil y F- es una base conjugada disolución amortiguadora (b) HBr es un ácido fuerte disolución no amortiguadora (c) CO32- es una base débil y HCO3- es un ácido conjugado disolución amortiguadora 16.3

NH4+ (aq) H+ (aq) + NH3 (aq) Calcule el pH del sistema amortiguador 0.30 M NH3/0.36 M NH4Cl. ¿Cuál es el pH después de la adición de 20.0 mL de 0.050 M NaOH a 80.0 mL de la disolución amortiguadora? NH4+ (aq) H+ (aq) + NH3 (aq) pH = pKa + log [NH3] [NH4+] pH = 9.25 + log [0.30] [0.36] pKa = 9.25 = 9.17 principio (moles) 0.029 0.001 0.024 NH4+ (ac) + OH- (ac) H2O (l) + NH3 (ac) fin (moles) 0.028 0.0 0.025 volumen final = 80.0 mL + 20.0 mL = 100 mL [NH4+] = 0.028 0.10 [NH3] = 0.025 0.10 pH = 9.25 + log [0.25] [0.28] = 9.20 16.3

Mantenimiento del pH de la sangre Vaso capilar Vaso capilar Pulmones Tejidos Eritocito Eritocito Eritocito 16.3

Punto de equivalencia: el punto en que la reacción está completa Valoraciones En una valoración una disolución de concentración exactamente conocida se agrega gradualmente adicionando a otra disolución de concentración desconocida hasta que la reacción química entre las dos disoluciones está completa. Punto de equivalencia: el punto en que la reacción está completa Indicador: sustancia que cambia el color en (o cerca de) el punto de equivalencia Despacio agregue la base al ácido desconocido HASTA que el indicador cambia de color (rosa) 4.7

0.10 M NaOH agrega a 25 mL de 0.10 M HCl Valoraciones ácido fuerte- base fuerte NaOH (ac) + HCl (ac) H2O (l) + NaCl (ac) OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l) 0.10 M NaOH agrega a 25 mL de 0.10 M HCl Volumen de NaOH agregado(mL9 pH Punto de equivalencia 16.4 Volumen de NaOH agregado(mL)

Valoraciones ácido débil- base fuerte CH3COOH (ac) + NaOH (ac) CH3COONa (ac) + H2O (l) CH3COOH (ac) + OH- (ac) CH3COO- (ac) + H2O (l) En el punto de equivalencia (pH > 7): CH3COO- (ac) + H2O (l) OH- (ac) + CH3COOH (ac) Volumen de NaOH agregado(mL9 pH Punto de equivalencia 16.4 Volumen de NaOH agregado(mL)

Valoraciones ácido fuerte-base débil HCl (ac) + NH3 (ac) NH4Cl (ac) H+ (ac) + NH3 (ac) NH4Cl (ac) En el punto de equivalencia(pH < 7): NH4+ (ac) + H2O (l) NH3 (ac) + H+ (ac) Volumen de NaOH agregado(mL9 pH Punto de equivalencia 16.4 Volumen de NaOH agregado(mL)

Exactamente 100 mL de 0.10 M HNO2 son valorados con una disolución de 0.10 M NaOH. ¿Cuál es el pH en el punto de equivalencia? principio (moles) 0.01 0.01 HNO2 (ac) + OH- (ac) NO2- (ac) + H2O (l) fin (moles) 0.0 0.0 0.01 [NO2-] = 0.01 0.200 = 0.05 M Volumen final = 200 mL NO2- (ac) + H2O (l) OH- (ac) + HNO2 (ac) Inicial(M) Cambio(M) Equilibrio(M) 0.05 0.00 0.00 -x +x +x 0.05 - x x x Kb = [OH-][HNO2] [NO2-] = x2 0.05-x pOH = 5.98 = 2.2 x 10-11 pH = 14 – pOH = 8.02 0.05 – x  0.05 x  1.05 x 10-6 = [OH-]

Indicadores ácido-base HIn (ac) H+ (ac) + In- (ac)  10 [HIn] [In-] Predomina el color del ácido (HIn)  10 [HIn] [In-] Predomina el color de la base conjugada (In-) 16.5

La curva de valoración de un ácido fuerte con una base fuerte. Fenolftaleína Rojo de metilo Volumen de NaOH agregado(mL) 16.5

¿Qué indicador(es) usaría para una valoración de HNO2 con KOH ? El ácido débil valorado con la base fuerte. En el punto de equivalencia tendrá base conjugada de ácido débil. En el punto de equivalencia, pH > 7 Use rojo de cresol o fenolftaleína 16.5

Equilibrios de solubilidad AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac) Ksp = [Ag+][Cl-] Ksp es la constante del producto de solubilidad MgF2 (s) Mg2+ (ac) + 2F- (ac) Kps = [Mg2+][F-]2 Ag2CO3 (s) 2Ag+ (ac) + CO32- (ac) Kps = [Ag+]2[CO32-] Ca3(PO4)2 (s) 3Ca2+ (ac) + 2PO43- (ac) Kps = [Ca2+]3[PO33-]2 Disolución de un sólido iónico en disolución acuosa: Q < Ksp Disolución insaturada Ningún precipitado Q = Ksp Disolución saturada Q > Ksp Disolución sobresaturada Formará precipitado 16.6

16.6

Solubilidad molar (mol/L) es el número de moles de soluto disuelto en 1 litro de una disolución saturada. Solubilidad (g/L) es el número de gramos de soluto disuelto en 1 litro de una disolución saturada. Solubilidad molar del compuesto Concentraciones de cationes y aniones Solubilidad del compuesto Kp del compuesto Solubilidad molar del compuesto Solubilidad del compuesto Concentraciones de cationes y aniones Kp del compuesto 16.6

 ¿Cuál es la solubilidad del cloruro de plata en g/L? AgCl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac) Kps = 1.6 x 10-10 Inicial(M) Cambio(M) Equilibrio(M) 0.00 0.00 Kps= [Ag+][Cl-] +s +s Kps = s2 s = Ksp  s s s = 1.3 x 10-5 [Ag+] = 1.3 x 10-5 M [Cl-] = 1.3 x 10-5 M 1.3 x 10-5 mol AgCl 1 L soln 143.35 g AgCl 1 mol AgCl x Solubilidad de AgCl = = 1.9 x 10-3 g/L 16.6

16.6

Los iones presentes en la disolución son Na+, OH-, Ca2+, Cl-. Si 2.00 mL de 0.200 M NaOH son agregados a 1.00 L de 0.100 M CaCl2, ¿se formará precipitado? Los iones presentes en la disolución son Na+, OH-, Ca2+, Cl-. El único precipitado posible es Ca(OH)2 (reglas de solubilidad ). Es Q > Kps para Ca(OH)2? [Ca2+]0 = 0.100 M [OH-]0 = 4.0 x 10-4 M Q = [Ca2+]0[OH-]0 2 = 0.10 x (4.0 x 10-4)2 = 1.6 x 10-8 Kps = [Ca2+][OH-]2 = 8.0 x 10-6 Q < Kps No formará precipitado 16.6

El efecto del ion común y la solubilidad La presencia de un ion común disminuye la solubilidad de la sal. ¡Cuál es la solubilidad molar del AgBr en (a) agua pura y (b) 0.0010 M NaBr? NaBr (s) Na+ (ac) + Br- (ac) AgBr (s) Ag+ (ac) + Br- (ac) [Br-] = 0.0010 M Kps = 7.7 x 10-13 AgBr (s) Ag+ (ac) + Br- (ac) s2 = Kps [Ag+] = s s = 8.8 x 10-7 [Br-] = 0.0010 + s  0.0010 Kps= 0.0010 x s s = 7.7 x 10-10 16.8

El pH y la solubilidad Mg(OH)2 (s) Mg2+ (ac) + 2OH- (ac) La presencia de un ion común disminuye la solubilidad. Las bases Insolubles disuelven en las disoluciones ácidas Los ácidos Insolubles disuelven en las disoluciones básicas ad remove Mg(OH)2 (s) Mg2+ (ac) + 2OH- (ac) Con pH menor que 10.45 Kps = [Mg2+][OH-]2 = 1.2 x 10-11 Menor [OH-] Kps = (s)(2s)2 = 4s3 OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l) 4s3 = 1.2 x 10-11 Aumenta la solubilidad de Mg(OH)2 s = 1.4 x 10-4 M [OH-] = 2s = 2.8 x 10-4 M Con pH mayor que 10.45 pOH = 3.55 pH = 10.45 Aumenta [OH-] Disminuye la solubilidad de Mg(OH)2 16.9

Equilibrio de ion complejo y solubilidad Un ion complejo es un ion que contiene un ion metálico central enlazado a una o mas moléculas o iones. Co2+ (ac) + 4Cl- (ac) CoCl4 (ac) 2- La constante de formación o constante de estabilidad (Kf) es la contante de equilibrio para la formación del ion complejo. Kf = [CoCl4 ] [Co2+][Cl-]4 2- Co(H2O)6 2+ CoCl4 2- estabilidad del complejo Kf 16.10

16.10

16.11

cualitativo de los cationes Solución que contiene iones de todos los grupos de cationes Precipitados de grupo 1 Filtración Solución que contiene iones de los grupos restantes Precipitados de grupo 2 Filtración Solución que contiene iones de los grupos restantes Análisis cualitativo de los cationes Precipitados de grupo3 Filtración Solución que contiene iones de los grupos restantes Precipitados de grupo 4 Filtración Solución que contiene iones Na+, K+, NH+4 16.11

La prueba de la flama para cationes litio sodio potasio cobre 16.11