1. Pares Ácido-Base Conjugados

Identifique los pares ácido-base conjugados en la siguiente reacción:

CH₃COO^– + HCN ⇌ CH₃COOH + CN^–

Solución:

Según la teoría de Brönsted-Lowry, un ácido es una especie química que dona un ion H⁺ a una base. Al reaccionar un ácido con una base, se produce un nuevo ácido y una nueva base.

Observemos la reacción:

CH₃COO^– + HCN ⇌ CH₃COOH + CN^–

El CH₃COO^– (ion acetato) acepta protones, actuando como base. El HCN (ácido cianhídrico) dona un ion H⁺, actuando como ácido.

CH₃COO^– + HCN ⇌ CH₃COOH + CN^–

base₁         ácido₂        ácido₁       base₂

Al transferirse el protón, la base CH₃COO^– se transforma en su ácido conjugado, CH₃COOH. El ácido HCN se transforma en su base conjugada, CN^–.

Los pares ácido-base conjugados son:

• HCN / CN^–
• CH₃COOH / CH₃COO^–

2. Fórmula de Ácidos Conjugados

Escriba la fórmula de los ácidos conjugados de las siguientes bases:

(a) HS^– ; (b) H₂PO₄^–

Solución:

(a) Una base acepta un protón. Cuando HS^– acepta un protón (H⁺), se transforma en H₂S.

(b) Similarmente, cuando H₂PO₄^– acepta un protón, se convierte en H₃PO₄.

3. Fórmula de Bases Conjugadas

Escriba la fórmula de las bases conjugadas de los siguientes ácidos:

(a) HSO₃^– ; (b) H₂PO₄^–

Solución:

(a) Un ácido, al ceder un protón, se transforma en su base conjugada. Quitando un protón al HSO₃^–, obtenemos SO₃^2-.

(b) De igual forma, quitando un protón al H₂PO₄^–, resulta HPO₄^2-.

4. Cálculo de pH con Concentración de H⁺

Calcular el pH de una disolución con las siguientes concentraciones de iones hidronio (H₃O⁺ o H⁺):

(a) 4,75 × 10^-4 M; (b) 0,0188 M; (c) 5,79 × 10^-10 M.

Solución:

Usando la definición de pH:

(a) pH = -log[H⁺] = -log(4,75 × 10^-4) = 3,32

(b) pH = -log(0,0188) = 1,73

(c) pH = -log(5,79 × 10^-10) = 9,24

5. Cálculo de pH con Concentración de OH^–

Calcular el pH de una disolución con las siguientes concentraciones de iones hidroxilo (OH^–):

(a) 4,5 × 10^-12 M; (b) 0,00316 M; (c) 2,3 × 10^-4 M.

Solución:

(a) Calculamos el pOH: pOH = -log[OH^–] = -log(4,5 × 10^-12) = 11,35

Luego, pH = 14 – pOH = 14 – 11,35 = 2,65

(b) pOH = -log(0,00316) = 2,50

pH = 14 – 2,50 = 11,5

(c) pOH = -log(2,3 × 10^-4) = 3,64

pH = 14 – 3,64 = 10,36

6. Cálculo de pH y pOH de HCl y NaOH

Calcular el pH y el pOH de:

(a) una disolución 0,15 M de HCl, y (b) una disolución 0,2 M de NaOH.

Solución:

(a) HCl es un ácido fuerte, totalmente disociado: HCl → H⁺ + Cl^–

[H⁺] = 0,15 M

pH = -log(0,15) = 0,82

pOH = 14 – pH = 14 – 0,82 = 13,18

(b) NaOH es una base fuerte, totalmente disociada: NaOH → Na⁺ + OH^–

[OH^–] = 0,2 M

pOH = -log(0,2) = 0,70

pH = 14 – pOH = 14 – 0,70 = 13,30

7. Concentración de H⁺ y OH^– a partir de pH

Calcular la concentración de iones hidronio e iones hidroxilo de una disolución con pH = 11,5.

Solución:

[H⁺] = 10^-pH = 10^-11,5 = 3,16 × 10^-12 M

8. pH de una Disolución Diluida de HNO₃

Determine el pH de una disolución que se prepara diluyendo 150 mL de solución 2,5 M de ácido nítrico (HNO₃) a un volumen total de 1 L.

Solución:

HNO₃ es un ácido fuerte (100% de disociación). Calculamos la concentración después de la dilución:

V_i × C_i = V_f × C_f

150 mL × 2,5 M = 1000 mL × C_f

C_f = 0,375 M

Siendo un ácido monoprótico, [H⁺] = 0,375 M

pH = -log(0,375) = 0,43

9. pH de una Disolución de Ca(OH)₂

Calcular el pH de una disolución que se prepara disolviendo 0,4 g de hidróxido de calcio en agua hasta completar 1,5 L.

Solución:

Ca(OH)₂ es una base fuerte (100% de disociación): Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH^–

Molaridad = moles / volumen = (0,4 g / 74 g/mol) / 1,5 L = 0,0036 M

Como 1 mol de Ca(OH)₂ produce 2 moles de OH^–, [OH^–] = 2 × 0,0036 M = 0,0072 M

pOH = -log(0,0072) = 2,14

pH = 14 – pOH = 14 – 2,14 = 11,86

10. Concentración de HClO₄ a partir de pH

Calcular la concentración de una solución de HClO₄ que tiene pH = 2,4.

Solución:

HClO₄ es un ácido fuerte (100% disociado): HClO₄ → H⁺ + ClO₄^–

[H⁺] = 10^-pH = 10^-2,4 = 4 × 10^-3 M

Por lo tanto, la concentración de HClO₄ es 4 × 10^-3 M.