Neutralización ácido-base 15

 

A 15 mL de disolución 0,1 M de NaOH se añaden 25 mL de disolución 0,1 M de ácido acético. Hallar el pH resultante.

K_a = 1,8·10^–5

 

 

Solución:

Datos: V(NaOH) = 15 mL; [NaOH] = 0,1M; V(HAc) = 25 mL; [HAc] = 0,1 M

Reacción de neutralización:

HAc (aq) + NaOH (aq) → NaAc (aq) + H₂O (l)

El nombre de neutralización no implica que la disolución obtenida sea estrictamente neutra, ya que su pH depende de la posible hidrólisis de la sal formada en la reacción.

Número de moles que hay de cada reactivo.

Disolución del ácido acético:

0,025 L·(0,1 mol/L) = 0,0025 moles

Disolución de NaOH:

0,015 L·(0,1 mol/L) = 0,0015 moles

Como hay menos moles de hidróxido, éste será el reactivo limitante y el ácido el que está en exceso.

	HAc	NaOH	NaAc	H2O
Moles iniciales	0,0025	0,0015	0	0
Moles que reaccionan	0,0015	0,0015	–	–
Moles que se obtienen	–	–	0,0015	0,0015
Moles finales	0,001	0	0,0015	0,0015

La sal se hidrolizará ya que procede de un ácido débil (HAc), aunque la base sea fuerte (NaOH).

Reacción de disociación del acetato de sodio:

CH₃COONa (aq) → CH₃COO^– (aq) + Na⁺ (aq)

El acetato de sodio, (CH₃COONa), es una sal que se encuentra totalmente disociada por ser un electrolito fuerte, luego las concentraciones de los iones acetato, (CH₃COO^–) y sodio, Na⁺, son iguales a la concentración inicial de la sal en la disolución, es decir:

n(NaAc) = 0,0015 moles

Volumen total:

V_t = 0,015 L + 0,025 L = 0,04 L

Concentración de [H₃O⁺] = 0,0015 moles/0,040 L = 0,0375 M

[CH₃COO^–] = [Na⁺] = 0,0375 M

El ácido sobrante también estará disociado pero parcialmente, ya que se trata de un ácido débil.

Reacción de disociación del ácido acético:

CH₃COOH (aq) + H₂O (l) ⟺ CH₃COO^– (aq) + H₃O⁺ (aq)

Concentración inicial del ácido acético:

n(HAc) = 0,001 mol; V_t = 0,015 L + 0,025 L = 0,04 L

[HAc]₀ = 0,001 mol/0,04 L = 0,025 M

	[CH3COOH]	[CH3COO–]	[H3O+]
Concentración inicial	0,025	0,0375	0
Concentración que se disocia	x	–	–
Concentración disociada	–	x	x
Concentración en el equilibrio	0,025 – x	0,0375 + x	x

Constante de disociación:

K_a = [CH₃COO^–]·[H₃O⁺]/[CH₃COOH]

K_a = (0,0375 + x)·x/(0,025 – x) = 1,8·10^–5

La reacción se encuentra desplazada hacia su izquierda, a consecuencia del efecto ión común, (CH₃COO^–), y, además, que se trata de la disociación de un ácido débil; por tanto podemos suponer que 0,025 – x ≈ 0,025 y 0,0375 + x ≈ 0,0375, luego tenemos que:

0,0375 x/0,025 = 1,8·10^–5

x = 0,025·1,8·10^–5/0,0375 = 1,2·10^–5

[H₃O⁺] = 1,2·10^–5 M

pH = –log [H₃O⁺] = –log 1,2·10^–5 = 4,92