COLECCIN DE EJERCICIOS CIDO-BASE RESUELTOS. Resultados comparados obtenidos por tres mtodos de resolucin. Los mtodos seleccionados para resolver los ejercicios se enlistan y se describen los pasos propuestos para la resolucin. Se seleccionaron dos ejemplos, el de un cido dbil y el de una base dbil. 1.- PRIMER MTODO DE RESOLUCIN. Es el mtodo clsico de resolucin en que se identifican las especies presentes y por cada una de ellas deber plantearse una ecuacin, ya que cada concentracin al equilibrio de las especies significa una incgnita en un sistema algebraico de un conjunto de ecuaciones. En esencia son: constantes de equilibrio (Kw, y una KA, por cada cido presente), balances de materia y balance de electroneutralidad. El mtodo se halla dividido en tres pasos. 2.- SEGUNDO MTODO DE RESOLUCIN. Consiste en utilizar la Ecuacin de Charlot, cuya deduccin se encuentra en la parte terica desarrollada con anterioridad. En ella se ensea al estudiante a hacer las aproximaciones pertinentes hasta llegar al polinomio ms sencillo posible en cada caso. 3.- TERCER MTODO GRFICO UTILIZANDO EL DIAGRAMA DE FLOOD. Se muestra el diagrama que es una representacin grfica de la Ecuacin de Charlot y se explica su forma de aplicacin como una herramienta til para la obtencin rpida y bastante aproximada del pH. 4.Se hacen algunas REFLEXIONES SOBRE LA CONCENTRACIN ANALTICA FLOOD. 5.- Se describe como se realizan los CLCULO DE LAS CONCENTRACIONES DE TODAS LAS ESPECIES AL EQUILIBRIO. 6.- Se finaliza con un concentrado de los datos y resultados del problema aqu resuelto: DEL CIDO Y LA ZONA UTILIZADA EN EL DIAGRAMA DE

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R.Sandoval.

1.- Calcular el pH de un cido frmico 0.0250 F en medio acuoso. Datos: HCOOH H+ +HCOOPRIMER MTODO DE RESOLUCIN. Se trata de una disolucin de un cido dbil. Las especies en disolucin son: HCOOH, HCOO-, H+ y OH-. Son 4 especies y por lo tanto son necesarias cuatro ecuaciones: PRIMER PASO Plantear las cuatro ecuaciones. KA=

pKA=3.75

[H ][HCOO ] = 10+

[HCOOH]

3.75

(1)

constante de acidez

Kw=[H+][OH-]=10-14 0.0250=[HCOO-] + [HCOOH]

(2) constante de autodisociacin del agua. (3) balance de materia del frmico (4) ecuacin de electroneutralidad. SEGUNDO PASO

[H+]=[OH-]+[HCOO-]

Encontrar una ecuacin en [H+] utilizando las cuatro ecuaciones planteadas. Lo ms conveniente es sustituir valores en la de electroneutralidad. De la (2), OH =

[

] [Kw] H+

(5)

De la (3) : [HCOO-]=0.0250--]-[HCOOH] De la (1): [HCOOH]=

[H ][HCOO ]+

KA

Sustituyendo en la (3) modificada: [HCOO-]=0.0250+

[H ][HCOO ]+

KA-

Agrupando trminos: KA[HCOO ]=0.0250KA-[H ][HCOO ] KA[HCOO-]+[H+][HCOO-] =0.0250KA [HCOO-](KA+[H+])=0.0250KA [HCOO-]=

0.0250K A KA + H+

[ ]

(6)

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R.Sandoval.

Sustituyendo (5) y (6) en (4), se tendr finalmente:

[H+]=

[ ]

Kw 0.0250K A + que nos lleva a la ecuacin de tercer grado: H+ KA + H+

[ ]

[H+]3+KA[H+]2-[H+]{0.0250KA+Kw}-KwKA=0 TERCER PASO Obtencin de las races del polinomio de tercer grado. La ecuacin tiene tres races pero slo una de ellas estar en el intervalo de validez del pH. Las races son: X1=-4.0000x10-13 X2= 0.0020 X3=-0.0022 Dos de las races son negativas, y la positiva X2=0.0020=[H+]=10-2.699mol/L, que implica un pH=2.699. Este valor est dentro del margen de un pH de un cido de fuerza media como lo es el cido frmico.

SEGUNDO MTODO MTODO DE RESOLUCIN. Para este segundo mtodo se utilizar la Ecuacin de Charlot, cuyos fundamentos tericos se revisarn en la parte terica de cidos y bases. La Ecuacin de Charlot tiene la siguiente expresin y se utiliza para obtener el pH de cidos y bases dbiles:

[H ] = K+

A

C A H + + OH C B + H + OH

[ ] [ [ ] [

] ]

Esta ecuacin tiene una gran flexibilidad, ya que se puede aplicar a disoluciones buffer o amortiguadoras, a disoluciones de cidos dbiles solos, o a bases dbiles slas. Para transformarla, basta eliminar algunos trminos. Cabe aclarar que en esta ecuacin, CA y CB son concentraciones analticas o bien de un cido (CA) o de una base (CB). En cuanto a las concentracio0nes de H+ y de OH-, son concentraciones al equilibrio, KA es la constante de acidez del cido o de la base conjugada correspondiente.

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R.Sandoval.

En el presente ejercicio KA=10-3.75, que es la del cido frmico. Puesto que nuestra disolucin es de un cido dbil, el cido frmico, CB=0 mol/L, ya que no existe en concentracin analtica el HCOO-. Por otro lado puesto que se trata de un cido podemos decir, como una hiptesis por comprobar, que [OH-]