Equilibrios cidobase y equilibrios de solubilidad Captulo 16

Equilibrios ácido-base y equilibrios de solubilidad Capítulo 16 Copyright © The Mc. Graw-Hill Companies,

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 CH 3 COONa (electrólito fuerte) y CH 3 COOH (ácido débil). CH 3 COONa (s) Na+ (ac) + CH 3 COO- (ac) CH 3 COOH (ac) H+ (ac) + CH 3 COO- (ac) Ion común 16. 2

Considere la mezcla de sal Na. A y el ácido débil HA. Na. A (s) Na+ (ac) + A- (ac) HA (ac) H+ (ac) + A- (ac) [H+] = Ka [HA] [A-] -log [H+] = -log Ka - log [HA] [A-] -] [A -log [H+] = -log Ka + log [HA] [A-] p. H = p. Ka + log [HA] [H+][A-] Ka = [HA] Ecuación de Henderson-Hasselbalch p. H = p. Ka + log [base conjugada] [ácido] p. Ka = -log Ka 16. 2

¿Cuál es el p. H 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) 0. 30 0. 00 0. 52 Cambio (M) -x +x +x 0. 30 - x x 0. 52 + x Equilibrio (M) Efecto del ion común 0. 30 – x 0. 30 0. 52 + x 0. 52 [HCOO-] p. H = p. Ka + log [HCOOH] [0. 52] = 4. 01 p. H = 3. 77 + log [0. 30] HCOOH p. Ka = 3. 77 16. 2

Una disolución amortiguadora es una disolución de: 1. Un ácido débil o una base débil y 2. 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 p. H en la adición de cantidades pequeñas de ácido o base. Considere una mezcla molar igual de CH 3 COOH y CH 3 COONa Adicionar ácido fuerte H+ (aq) + CH 3 COO- (ac) CH 3 COOH (ac) Adicionar base fuerte OH- (ac) + CH 3 COOH (ac) CH 3 COO- (ac) + H 2 O (l) 16. 3

¿Cuál de los sistemas siguientes son amortiguadores? (a) KF/HF (b) KBr/HBr, (c) Na 2 CO 3/Na. HCO 3 (a) KF es un ácido débil y F- es una base conjugada disolución amortiguadora (b) HBr es un ácido fuerte disolución no amortiguadora (c) CO 32 - es una base débil y HCO 3 - es un ácido conjugado disolución amortiguadora 16. 3

Calcule el p. H del sistema amortiguador 0. 30 M NH 3/0. 36 M NH 4 Cl. ¿Cuál es el p. H después de la adición de 20. 0 m. L de 0. 050 M Na. OH a 80. 0 m. L de la disolución amortiguadora? NH 4+ (aq) H+ (aq) + NH 3 (aq) [NH 3] p. H = p. Ka + log [NH 4+] p. Ka = 9. 25 [0. 30] p. H = 9. 25 + log = 9. 17 [0. 36] principio (moles) 0. 029 0. 001 0. 024 NH 4+ (ac) + OH- (ac) H 2 O (l) + NH 3 (ac) fin (moles) 0. 028 0. 025 volumen final = 80. 0 m. L + 20. 0 m. L = 100 m. L [NH 4 +] = 0. 028 0. 025 [NH 3] = 0. 10 [0. 25] p. H = 9. 25 + log = 9. 20 [0. 28] 16. 3

Mantenimiento del p. H de la sangre Vaso capilar Tejidos Vaso capilar Pulmones Eritocito 16. 3

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

Valoraciones ácido fuerte- base fuerte Na. OH (ac) + HCl (ac) H 2 O (l) + Na. Cl (ac) OH- (ac) + H+ (ac) H 2 O (l) 0. 10 M Na. OH agrega a 25 m. L de 0. 10 M HCl Volumen de Na. OH agregado(m. L 9 p. H Punto de equivalencia Volumen de Na. OH agregado(m. L) 16. 4

Valoraciones ácido débil- base fuerte CH 3 COOH (ac) + Na. OH (ac) CH 3 COONa (ac) + H 2 O (l) CH 3 COOH (ac) + OH- (ac) CH 3 COO- (ac) + H 2 O (l) En el punto de equivalencia (p. H > 7): CH 3 COO- (ac) + H 2 O (l) OH- (ac) + CH 3 COOH (ac) Volumen de Na. OH agregado(m. L 9 p. H Punto de equivalencia Volumen de Na. OH agregado(m. L) 16. 4

Valoraciones ácido fuerte-base débil HCl (ac) + NH 3 (ac) NH 4 Cl (ac) H+ (ac) + NH 3 (ac) NH 4 Cl (ac) En el punto de equivalencia(p. H < 7): NH 4+ (ac) + H 2 O (l) NH 3 (ac) + H+ (ac) Volumen de Na. OH agregado(m. L 9 p. H Punto de equivalencia Volumen de Na. OH agregado(m. L) 16. 4

Exactamente 100 m. L de 0. 10 M HNO 2 son valorados con una disolución de 0. 10 M Na. OH. ¿Cuál es el p. H en el punto de equivalencia? principio (moles) 0. 01 HNO 2 (ac) + OH- (ac) NO 2 - (ac) + H 2 O (l) fin (moles) 0. 01 Volumen final = 200 m. L [NO 2 -] = = 0. 05 M 0. 200 NO 2 - (ac) + H 2 O (l) OH- (ac) + HNO 2 (ac) Inicial(M) 0. 05 0. 00 Cambio(M) -x +x +x 0. 05 - x x x Equilibrio(M) [OH-][HNO 2] x 2 -11 = 2. 2 x 10 Kb = = [NO 2 -] 0. 05 -x p. OH = 5. 98 0. 05 – x 0. 05 x 1. 05 x 10 -6 = [OH-] p. H = 14 – p. OH = 8. 02

Indicadores ácido-base HIn (ac) H+ (ac) + In- (ac) [HIn] 10 Predomina el color del ácido (HIn) [In ] [HIn] -) Predomina el color de la base conjugada (In 10 [In-] 16. 5

La curva de valoración de un ácido fuerte con una base fuerte. Fenolftaleína Rojo de metilo Volumen de Na. OH agregado(m. L) 16. 5

¿Qué indicador(es) usaría para una valoración de HNO 2 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, p. H > 7 Use rojo de cresol o fenolftaleína 16. 5

Equilibrios de solubilidad Ag. Cl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac) Ksp = [Ag+][Cl-] Ksp es la constante del producto de solubilidad Mg. F 2 (s) Mg 2+ (ac) + 2 F- (ac) Kps = [Mg 2+][F-]2 Ag 2 CO 3 (s) 2 Ag+ (ac) + CO 32 - (ac) Kps = [Ag+]2[CO 32 -] Ca 3(PO 4)2 (s) 3 Ca 2+ (ac) + 2 PO 43 - (ac) Kps = [Ca 2+]3[PO 33 -]2 Disolución de un sólido iónico en disolución acuosa: Ningún precipitado Q < Ksp Disolución insaturada 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 del compuesto Solubilidad molar del compuesto Concentraciones de cationes y aniones Kp del compuesto Concentraciones de cationes y aniones Solubilidad molar del compuesto Kp del compuesto Solubilidad del compuesto 16. 6

¿Cuál es la solubilidad del cloruro de plata en g/L? Inicial(M) Ag. Cl (s) Ag+ (ac) + Cl- (ac) 0. 00 Cambio(M) Equilibrio(M) [Ag+] = 1. 3 x 10 -5 M +s +s s s [Cl-] = 1. 3 x 10 -5 M Kps = 1. 6 x 10 -10 Kps= [Ag+][Cl-] Kps = s 2 s = K sp s = 1. 3 x 10 -5 mol Ag. Cl 143. 35 g Ag. Cl Solubilidad de Ag. Cl = x = 1. 9 x 10 -3 g/L 1 L soln 1 mol Ag. Cl 16. 6

16. 6

Si 2. 00 m. L de 0. 200 M Na. OH son agregados a 1. 00 L de 0. 100 M Ca. Cl 2, ¿se formará precipitado? Los iones presentes en la disolución son Na+, OH-, Ca 2+, Cl-. El único precipitado posible es Ca(OH)2 (reglas de solubilidad ). Es Q > Kps para Ca(OH)2? [Ca 2+]0 = 0. 100 M [OH-]0 = 4. 0 x 10 -4 M Q = [Ca 2+]0[OH-]02 = 0. 10 x (4. 0 x 10 -4)2 = 1. 6 x 10 -8 Kps = [Ca 2+][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 Ag. Br en (a) agua pura y (b) 0. 0010 M Na. Br? Ag. Br (s) Ag+ (ac) + Br- (ac) Kps = 7. 7 x 10 -13 s 2 = Kps s = 8. 8 x 10 -7 Na. Br (s) Na+ (ac) + Br- (ac) [Br-] = 0. 0010 M Ag. Br (s) Ag+ (ac) + Br- (ac) [Ag+] = s [Br-] = 0. 0010 + s 0. 0010 Kps= 0. 0010 x s s = 7. 7 x 10 -10 16. 8

El p. H y la solubilidad • • • 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) Mg 2+ (ac) + 2 OH- (ac) Con p. H menor que 10. 45 Kps = [Mg 2+][OH-]2 = 1. 2 x 10 -11 Menor [OH-] Kps = (s)(2 s)2 = 4 s 3 - (ac) + H+ (ac) H O (l) OH 2 4 s 3 = 1. 2 x 10 -11 Aumenta la solubilidad de Mg(OH)2 s = 1. 4 x 10 -4 M Con p. H mayor que 10. 45 [OH-] = 2 s = 2. 8 x 10 -4 M p. OH = 3. 55 p. H = 10. 45 Aumenta [OH-] 16. 9 Disminuye la solubilidad de Mg(OH)2

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. Co 2+ (ac) + 4 Cl- (ac) Co. Cl 42 - (ac) La constante de formación o constante de estabilidad (Kf) es la contante de equilibrio para la formación del ion complejo. [Co. Cl 42 - ] Kf = 2+][Cl-]4 [Co 2+ 2 Co(H O) Co. Cl 2 6 4 Kf estabilidad del complejo 16. 10

16. 10

16. 11

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 Análisis cualitativo de los cationes Solución que contiene iones de los grupos restantes Precipitados de grupo 3 Filtración Solución que contiene iones de los grupos restantes Filtración Solución que contiene iones Na+, K+, NH+4 Precipitados de grupo 4 16. 11

La prueba de la flama para cationes litio sodio potasio cobre 16. 11