Exemplos de preguntas e debate sobre ácidos e bases de Arrhenius
Os ácidos e as bases son conceptos fundamentais en química. Unha das teorías máis coñecidas para explicar o comportamento dos ácidos e as bases é a teoría de Arrhenius. Segundo Arrhenius, un ácido é un composto que, cando se disolve en auga, produce ións H⁺ (ou H₃O⁺), mentres que unha base é un composto que, cando se disolve en auga, produce ións OH⁻. Neste artigo, trataremos varios problemas de exemplo relacionados cos ácidos e as bases segundo a teoría de Arrhenius, xunto coas súas solucións.
Exemplo de pregunta 1
Pregunta:
Disólvese unha solución de ácido clorhídrico (HCl) 0,1 M en auga. Calcula a concentración de ións H⁺ na solución.
Debate:
Segundo a teoría de Arrhenius, o HCl é un ácido porque produce ións H⁺ cando se disolve en auga. A ecuación de ionización do HCl na auga é a seguinte:
\[ \text{HCl} \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
A concentración inicial de HCl é 0,1 M. Dado que o HCl é un ácido forte que se ioniza completamente en solución acuosa, cada molécula de HCl producirá un ión H⁺ e un ión Cl⁻. Polo tanto, a concentración de ións H⁺ na solución tamén é igual á concentración de HCl, é dicir:
\[ [H}^+] = 0,1 M]
Entón, a concentración de ións H⁺ nunha solución de HCl 0,1 M é de 0,1 M.
Exemplo de pregunta 2
Pregunta:
Calcula o pH dunha solución de ácido nítrico (HNO₃) 0,01 M.
Debate:
O HNO₃ é un ácido forte que se ioniza completamente en auga, polo que a ecuación de ionización para o HNO₃ é a seguinte:
\[ \text{HNO}_3 \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]
A concentración dada de HNO₃ é 0,01 M. Dado que o HNO₃ é un ácido forte, cada molécula de HNO₃ producirá un ión H⁺. Polo tanto, a concentración de ións H⁺ na solución é igual á concentración de HNO₃, é dicir:
\[ [H}^+] = 0,01 M]
O pH pódese calcular usando a fórmula:
pH = -log [H+]
Ao introducir a concentración de ións H⁺ na fórmula, obtemos:
pH = -log (0,01) = -log (10-2) = 2
Entón, o pH dunha solución de HNO₃ 0,01 M é 2.
Exemplo de pregunta 3
Pregunta:
Determinar a concentración de ións OH⁻ nunha solución de NaOH 0,05 M.
Debate:
O NaOH é unha base forte que se ioniza completamente en auga, polo que a ecuación de ionización para o NaOH é a seguinte:
\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
A concentración de NaOH dada é de 0,05 M. Dado que o NaOH é unha base forte, cada molécula de NaOH producirá un ión OH⁻. Polo tanto, a concentración de ións OH⁻ na solución é igual á concentración de NaOH, é dicir:
\[ [OH]^-] = 0,05 M
Entón, a concentración de ións OH⁻ nunha solución de NaOH 0,05 M é de 0,05 M.
Exemplo de pregunta 4
Pregunta:
Calcula o pH dunha solución de KOH 0,01 M.
Debate:
O KOH é unha base forte que se ioniza completamente en auga. A ecuación de ionización do KOH en auga é a seguinte:
\[ \text{KOH} \text{K}^+ + \text{OH}^- \]
A concentración de KOH dada é de 0,01 M. Dado que o KOH é unha base forte, cada molécula de KOH producirá un ión OH⁻. Polo tanto, a concentración de ións OH⁻ na solución é igual á concentración de KOH, é dicir:
\[ [OH]^-] = 0,01 M
O pH é unha medida da concentración de ións H⁺ nunha solución. Podemos usar a relación entre o pH, os ións H⁺ e os ións OH⁻ dada polo produto de ións auga (Kw):
\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]
Coñecendo o valor de [OH⁻], podemos calcular [H⁺]:
\[ [\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \text{ M} \]
O pH pódese calcular usando a fórmula:
pH = -log [H+]
Ao introducir a concentración de ións H⁺ na fórmula, obtemos:
pH = -log (1 × 10-12) = 12
Entón, o pH dunha solución de KOH 0,01 M é 12.
Exemplo de pregunta 5
Pregunta:
Unha solución ten un pH = 3. Calcula a concentración de ións H⁺ na solución.
Debate:
O pH é unha medida da concentración de ións H⁺ nunha solución e pódese expresar coa seguinte fórmula:
pH = -log [H+]
Para calcular a concentración de ións H⁺, cambiamos a fórmula a:
\[ [H}^+] = 10^{-pH}} \]
Ao introducir os valores de pH dados, obtemos:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{ M} \]
Entón, a concentración de ións H⁺ nunha solución con pH = 3 é de 0,001 M.
Exemplo de pregunta 6
Pregunta:
A solución de NH₄OH ten unha concentración de 0,1 M. Calcula o pH da solución se o valor de Kb para NH₄OH é 1,8 x 10⁻⁵.
Debate:
O NH₄OH é unha base débil que non se ioniza completamente en auga. A ecuación de ionización para o NH₄OH en auga é a seguinte:
\[ \text{NH}_4 \text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
A constante de equilibrio para a ionización de NH₄OH chámase Kb e vén dada por:
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]
Dado que NH₄OH é unha base débil, usamos Kb para calcular a concentración de ións OH⁻. Asumindo que \(x\) é a concentración de NH₄OH ionizado, a ecuación de ionización convértese en:
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
Dado que o valor de Kb é moi pequeno, supoñemos que \(0,1 – x \approx 0,1\):
\[ 1,8 × 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,8 × 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \x 10^{-6}} \]
\[ x \approx 1,34 \times 10^{-3} \text{ M} \]
Entón, a concentración de ións OH⁻ é \(1,34 \times 10^{-3} \text{ M}\).
A partir desta concentración, podemos calcular a concentración de ións H⁺ usando Kw:
\[ [\text{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]
\[ [\text{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \text{ M} \]
pH:
pH = -log (7,46 × 10-12)
pH aprox. 11,13
Entón, o pH dunha solución de NH₄OH 0,1 M é de aproximadamente 11,13.
Conclusión
A teoría de Arrhenius proporciona unha base valiosa para comprender como se comportan os ácidos e as bases en solución. Nesta análise, analizamos varios problemas de exemplo que ilustran como se poden empregar estes conceptos para calcular as concentracións de ións H⁺ e OH⁻ e o pH de diversas solucións. Comprender esta teoría é esencial para calquera persoa que desexe unha carreira profesional en química, xa sexa no ensino secundario ou na educación superior.
