Ácidos y bases ejercicios, Ejercicios de Química

¡Descarga Ácidos y bases ejercicios y más Ejercicios en PDF de Química solo en Docsity! Ácidos y bases 03/08/18 Q.F.B. Giovanni Jose Pedro Aguado Chavarría. 1 Inicio En el hogar es común encontrar sustancias de uso cotidiano que son acidas o básicas, a continuación, se muestran algunas de esas sustancias, identifícalas y clasifícalas. Vinagre, agua carbonatada, jugo de limón, bicarbonato sódico, sosa caustica, vitamina c, vino, aspirina, salsa (Valentina®, San Luis®...), refresco, limpiador para vidrios, café negro, jabón, detergente, kétchup, chiles en vinagre, limpiador de pisos, quita sarro, destapa caños…. ¡Agrega otras! xD. Actividad 1. Clasifica las sustancias en el siguiente cuadro Acidas Básicas Desarrollo Ácidos y bases. Los ácidos y las bases son sustancias con las que convivimos diariamente, algunas son sustancias industriales y caseras; también en nuestra constitución orgánica existen ácidos y bases importantes que intervienen en reacciones químicas que nos ayudan a conservar nuestra vida, por ejemplo: el ácido clorhídrico no sólo es un componente industrial importante, sino constituyente del jugo gástrico del estómago para facilitar la digestión, el exceso de ácido estomacal produce acidez e indigestión. Al momento de preparar una ensalada, por ejemplo, de lechuga y pepinos, agregamos limón; cuando queremos llevar cierta dieta tomamos jugo de naranja, toronja entre otros; si tenemos agruras utilizamos sustancias que neutralizan la acidez estomacal. En nuestras actividades recreativas es necesario controlar el grado de acidez en las albercas y spas. Éstos son ejemplos del uso que hacemos de los ácidos y las bases de manera cotidiana. Los ácidos y las bases participan en un sin número de procesos biológicos e industriales, incluido nuestro medio ambiente. Características de ácidos y bases. Características de los ácidos ▪ Los ácidos tienen sabor acre (agrio). Los chiles se conservan en vinagre, una disolución de ácido acético al 5%, los limones contienen ácido cítrico, por ello su sabor ácido característico. ▪ Los ácidos causan el cambio de color de muchos indicadores. Los ácidos vuelven rojo el tornasol azul y hacen que el azul de bromotimol cambie de azul a amarillo. ▪ Reaccionan con algunos metales como el magnesio y el zinc liberando hidrógeno gaseoso (H2). ▪ La disolución acuosa de los ácidos conduce la corriente eléctrica porque se ionizan de forma total o parcial, es decir, son electrolitos. ▪ Los ácidos reaccionan (neutralizan) a los hidróxidos metálicos formando sales y agua. Comportamiento de ácidos y bases a partir de sus propiedades y la Teoría de Arrhenius Ácidos y bases 03/08/18 Q.F.B. Giovanni Jose Pedro Aguado Chavarría. 2 Características de las bases ▪ Las bases tienen sabor amargo ▪ Son untuosas al tacto. Una disolución de blanqueador casero se siente muy untuosa porque es muy básica. ▪ Las bases causan el cambio de color de muchos indicadores; las bases vuelven azul el tornasol rojo y el azul de bromotimol cambia de amarillo a azul. ▪ Sus disoluciones acuosas conducen la corriente eléctrica porque las bases se ionizan o se disocian, son electrolitos. ▪ Las bases reaccionan (neutralizan) con los ácidos para formar sales y agua. Actividad 2. Completa el siguiente cuadro comparativo Características ácidos bases Sabor Untuosas o grasientas Cambian el tornasol Cambian el azul de bromotimol Reaccionan con algunos metales Conducen la corriente eléctrica Son electrolitos Neutralizan Teoría de Arrhenius o de la disociación electrolítica. Svante Arrhenius, un científico sueco, realizó importantes descubrimientos en química, sobre todo relacionado con las disociaciones de compuestos en disolución acuosa (lo que le valió ser galardonado con el Premio Nobel de Química en 1903). Dentro de lo más importante que formulo este químico se encuentra su Teoría ácido-base. Publico su teoría, en 1887, cuando los conocimientos sobre la estructura de la materia se limitaban prácticamente a la existencia de átomos y moléculas. Se desconocían las partículas subatómicas, como el electrón y el protón. Pero se sabía, por los estudios de Faraday, que ciertas sustancias disueltas en agua, como los ácidos, las bases y las sales, conducían la corriente eléctrica. Las disoluciones así formadas se les llamó electrolitos. Al realizar algunos experimentos en la Universidad de Uppsala (Suecia), Arrhenius descubrió que algunas substancias sufren ionización en medio acuosa y otras no. Esto significa que algunos compuestos, como por ejemplo los iónicos, generan iones (partículas cargadas) disueltos en agua, por lo que esa solución si conduce la corriente eléctrica, y otros compuestos que al disolverse en agua no origina iones, por lo que es una solución que no conduce la electricidad. Realizó el siguiente experimento: En el primer ejemplo el foco no enciende, probando que la solución acuosa de sacarosa no conduce la electricidad. Este tipo de solución es conocida como solución no electrolítica. En el otro ejemplo el foco si enciende, lo que significa que la solución acuosa de sal si produce electricidad. Este tipo de soluciones se conocen como solución electrolítica. Ácidos y bases 03/08/18 Q.F.B. Giovanni Jose Pedro Aguado Chavarría. 5 con una sustancia más básica y como base cuando se combina con una sustancia más ácida Par conjugado de ácidos y bases. En la representación observamos que una molécula de agua cede un hidrógeno (protón) a otra molécula de agua (pares de electrones sin compartir) y se obtiene el ion hidronio [H3O]+ y el ion hidroxilo [OH]- A su vez, el ion hidronio (NH3+) cede un hidrógeno (protón) al ion hidroxilo (OH-) formando nuevamente moléculas de agua. De acuerdo con la teoría de Brønsted-Lowry tanto la reacción directa e indirecta produce un ácido y una base, por lo que podemos decir que cada par acido-base genera otro par de ácido- base a los que se les llama conjugados. El ácido, al ceder protones se transforma en una especie química capaz de aceptar protones, es decir, en una base, llamada base conjugada: Igualmente, la base, al aceptar los protones aportados por el ácido, se transforma en una especie química capaz de ceder protones, es decir, en un ácido, llamado ácido conjugado: La ecuación global correspondiente a ambos procesos es: Donde la Base1 es la base conjugada del Ácido1 y el Ácido2 es el ácido conjugado de la Base2. Ejemplos: Actividad 2 I. Escribe la fórmula de la base conjugada de cada especie siguiente aplicando la definición de la teoría de ácido base según Brønsted- Lowry. a) H2O b) HBr c) HS- + (H + d) PH4+ II. Identifica los ácidos y las bases de Brønsted-Lowry de estas reacciones y agrúpelos en pares conjugados acido base. a) NH3 + HI NH4+ + I- b) NH4+ + HS- NH3 + H2S c) H3O+ + PO4-3 HPO4-2 + H2O Concentración de iones hidronio y pH. Ionización del agua Aunque es una pobre conductora de la electricidad, el agua pura se ioniza en iones hidronio [H3O]+ o hidrógeno [H]+ e hidróxido o hidroxilo (OH-). Dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrógeno que se establecen entre ellas. Aunque lo haga en baja proporción, esta disociación del agua en iones, llamada ionización, se representa según la siguiente ecuación: Ácidos y bases 03/08/18 Q.F.B. Giovanni Jose Pedro Aguado Chavarría. 6 Al producto de la concentración de iones hidronio [H3O+] por la concentración de hidroxilo [OH−] se le denomina producto iónico del agua y se representa como Kw Las concentraciones de los iones H+ y OH– se expresan en moles / litro (molaridad). Este producto tiene un valor constante igual a 10−14 a 25º C, como se grafica en la siguiente ecuación: o, que es lo mismo: Debido a que en el agua pura por cada ion hidronio (o ion hidrógeno) hay un ion hidróxido (o hidroxilo), la concentración es la misma, por lo que: De esta expresión se deduce que las concentraciones de hidronios (también llamada de protones) [H+] y de hidroxilos [OH-] son inversamente proporcionales; es decir, para que el valor de la constante de disociación se mantenga como tal, el aumento de una de las concentraciones implica la disminución de la otra. Una solución en la que [H3O+] es igual a [OH-] se llama solución neutra. Si se agrega un ácido, la concentración del ion hidronio aumenta y el equilibrio entre los iones hidronio e hidroxilo se altera momentáneamente, hasta que el producto de las concentraciones de los dos iones se haya reducido a 10-14. Cuando el equilibrio se restablece nuevamente, las concentraciones de los dos iones ya no serán iguales. Si, por ejemplo, la concentración del ion hidronio es de 1x10-3 M cuando el equilibrio se restablece la concentración del ion hidroxilo será de 1 x 10 -11 (el producto de las dos concentraciones es igual a 10-14). Potencial de Hidrogeno. El producto [H+]•[OH-] = 10–14, que se denomina producto iónico del agua, es el valor que constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa; es decir, su concentración de iones [H+] o [OH–], respectivamente. La sigla pH significa "potencial de hidrógeno" (pondus Hydrogenii, del latín pondus, = peso; hydrogenium, = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés Sorensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de la concentración molar de iones hidrógeno o iones hidronio presentes en la disolución. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar (moles/litros) del ion hidrógeno: [H3O+] = 1 × 10–7 M (0.0000001) pH = –log [10–7] = 7 pH menores a 7 indican soluciones acidas pH mayores a 7 indican soluciones alcalinas pH igual a 7 indica la neutralidad de la disolución En la figura de abajo se señala el pH de algunas soluciones. En general hay que decir que la vida se desarrolla a valores de pH próximos a la neutralidad. Actividad 3 En equipo de tres integrantes, resuelve los siguientes problemas y comenta los resultados al grupo. 1. El ácido ascórbico es un ácido poliprótico presente en las frutas ácidas, determina su pH si se tiene una concentración de ion hidrogeno de 0.0002 mol/L. 2. Obtén el pH y el pOH de una disolución de jugo de naranja en la que se tiene una concentración de ion H3O+ de 5.7 x 10-4 M. Ácidos y bases 03/08/18 Q.F.B. Giovanni Jose Pedro Aguado Chavarría. 7 3. El ácido cacodílico se emplea como defoliante del algodón, una solución con una [H3O]+1= 2.5 x 10-9 mol/L de este ácido. ¿Qué pH y pOH presenta? 4. La concentración del ion hidróxido (-OH) de una solución amoniacal para limpieza doméstica es 0.004 M. Calcula el pH de esta solución. 5. Una solución como la leche de magnesia que utilizamos como antiácido, tiene un pH de 9.87. Calcula la concentración de -OH presentes en la solución. 6. El pH de los jugos gástricos del estómago es de 1.3. Calcula la concentración molar de H+ presentes en el estómago. Medición del pH en el laboratorio El valor del pH se puede medir de forma precisa mediante un potenciómetro, también conocido como el pH-metro, un instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos: un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es sensible al ion de hidrógeno. A pesar de que muchos potenciómetros tienen escalas con valores que van desde 1 hasta 14, los valores de pH también pueden ser aún menores que 1 o aún mayores que 14. Por ejemplo, el ácido de batería de automóviles tiene valores cercanos de pH menores que uno, mientras que el hidróxido de sodio1 M varía de 13,5 a 14. También se puede medir de forma aproximada el pH de una disolución empleando indicadores, ácidos o bases débiles que presentan diferente color según el pH. Generalmente se emplea papel indicador pH, que se trata de papel impregnado de una mezcla de indicadores cualitativos para la determinación del pH. El papel de litmus o papel tornasol es el indicador mejor conocido. Otros indicadores usuales son la fenolftaleína y el anaranjado de metilo. La determinación del pH es uno de los procedimientos analíticos más importantes y más usados en ciencias tales como química, bioquímica y la química de suelos. El pH determina muchas características notables de la estructura y actividad de las biomacromoléculas y, por tanto, del comportamiento de células y organismos. Lista de indicadores más comunes Teoría de Lewis. En 1923, el profesor G. N. Lewis (1875- 1946) presentó la teoría más completa de la teoría ácido-base; a continuación, se dan las definiciones de Lewis. Un ácido es toda especie que puede aceptar en forma compartida un par de electrones. Una base es toda especie que puede compartir o donar un par de electrones. Estas definiciones no especifican qué par de electrones debe transferirse de un átomo a otro, sólo que un par de electrones, que reside originalmente en un átomo, debe estar compartido entre dos