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Reacciones ácido-base

Acid-Base Reaction

Un ácido libera iones hidrógeno H⁺ al disolverse en agua, y una base libera iones hidróxido OH⁻. El pH expresa la concentración de iones hidrógeno en escala logarítmica: a 25 °C una disolución es ácida por debajo de 7, neutra en 7 y básica por encima de 7. Al mezclar un ácido y una base se produce una neutralización en la que H⁺ y OH⁻ se unen para formar agua, y la disolución queda neutra donde las cantidades de los dos iones se igualan. En las figuras, al cambiar la concentración de iones hidrógeno se mueve el punto en la escala de pH, y al cambiar el volumen de ácido clorhídrico añadido cambia el número de iones y moléculas de agua en el vaso.

Qué son los ácidos y las bases

💡 La definición de Arrhenius
①Ácido: sustancia que libera H⁺ (iones hidrógeno) al disolverse en agua
②Base: sustancia que libera OH⁻ (iones hidróxido) al disolverse en agua
③HCl → H⁺ + Cl⁻ (ácido)
④NaOH → Na⁺ + OH⁻ (base)

Escala de pH

10⁻³
Definición de pH
pH = -log[H⁺]
[H⁺] es la concentración molar de iones hidrógeno (M)
Autoionización del agua
[H⁺] · [OH⁻] = Kw = 1,0 × 10⁻¹⁴ (25 °C)
En agua pura [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M, así que el pH = 7
🔍 Cómo leer la figura
①pH < 7 es ácido: hay más [H⁺] que [OH⁻]
②pH = 7 es neutro: [H⁺] y [OH⁻] son iguales
③pH > 7 es básico: hay más [OH⁻] que [H⁺]
④Cuando el pH baja 1, [H⁺] se multiplica por 10, y las dos barras suman siempre la misma longitud porque [H⁺] × [OH⁻] es constante

Neutralización

5 mL
Reacción de neutralización
H⁺ + OH⁻ → H₂O
El H⁺ del ácido y el OH⁻ de la base se unen para formar agua
Condición en el punto de equivalencia
nácido × valencia = nbase × valencia
La concentración molar × volumen × número de iones por fórmula es igual para el ácido y la base: MVa = M′V′b
💡 La clave de la valoración
①Si a 10 mL de NaOH se añaden 10 mL de HCl de la misma concentración, todo el H⁺ y el OH⁻ se convierte en agua y el pH = 7
②Con menos HCl sobra OH⁻ y el pH > 7; con más, sobra H⁺ y el pH < 7
③La neutralización desprende calor, así que la disolución está más caliente en el punto de equivalencia
④La valoración permite hallar la concentración desconocida de un ácido o una base

Resuélvelo

Ejemplo 1
Halla el pH de una disolución 0,01 M de ácido clorhídrico (HCl). (HCl es ácido fuerte, totalmente ionizado)
1
El HCl es un ácido fuerte y se ioniza por completo, así que [H⁺] es igual a la concentración del ácido.
[H⁺] = 10⁻² M
2
Se sustituye en pH = −log[H⁺].
pH = −log(10⁻²) = 2
▸ pH = 2
En un ácido fuerte la concentración es [H⁺], así que al escribirla como potencia de 10 basta con cambiar el signo del exponente para obtener el pH.
Ejemplo 2
Halla el pH de una disolución 0,001 M de hidróxido de sodio (NaOH). (25 °C)
1
El NaOH es una base fuerte, así que [OH⁻] = 10⁻³ M y pOH = 3.
[OH⁻]=10⁻³ M, pOH=3
2
Se usa pH + pOH = 14.
pH = 14 − 3 = 11
▸ pH = 11
En una base se halla primero el pOH y se resta de 14 para obtener el pH.

Resumen

Cálculo del pH
pH = -log[H⁺]
A 25 °C, pH + pOH = 14
Tipo de simulacro KICE 2023 Química I, adaptado
¿Qué volumen de disolución 0,1 M de NaOH se necesita para neutralizar 100 mL de disolución 0,1 M de HCl?
①50 mL
②100 mL
③150 mL
④200 mL
⑤250 mL
▸ ② 100 mL
1
En el punto de equivalencia, n(H⁺) = n(OH⁻).
2
Se hallan los moles de HCl y se calcula el volumen de NaOH que contiene los mismos moles.
n(HCl)=0,1×0,1=0,01 mol → V(NaOH)=0,01/0,1=0,1 L
🎯 Puntos de examen
①pH = −log[H⁺]
②Una diferencia de 1 en el pH es un factor 10 en [H⁺]
③Ecuación iónica neta de la neutralización: H⁺ + OH⁻ → H₂O
④En el punto de equivalencia, la concentración molar × volumen × número de iones por fórmula es igual para el ácido y la base
⑤Un ácido fuerte con una base fuerte da pH = 7 en el punto de equivalencia, y un ácido débil con una base fuerte da pH > 7
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