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BLOQUE 2 ADA 1_AE22-23 Ácidos y bases Este documento debe ser editado y contestado correctamente por cada uno de los estudiantes. Se deberá devolver una vez resuelto para tener derecho a responder la siguiente etapa, misma que será un cuestionario con base a lo que se plantea en esta actividad. Nombre del estudiante: Nicole Zagada Valdez Grupo: 1-C Fecha: 20/04/2021 Aprendizajes esperados ● Modelos de ácidos y bases ¿Por qué algunas sustancias son corrosivas? ● La energía en las reacciones químicas. ● ¿Qué hidrocarburos se utilizan en el hogar? Competencias Disciplinares 1. 2. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de impacto ambiental. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos y el entorno al que pertenece. Atributos de las competencias genéricas 1. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 2. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 3. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. Objetivos ● Conocer las características experimentales de ácidos y bases. ● Estudiar las teorías que permiten explicar el comportamiento de los ácidos y de las bases. ● Comprender que no todos los ácidos ni todas las bases son igual de fuertes, y que puede haber ácidos y bases fuertes y débiles. ● Aprender la importancia de la escala pH para indicar la concentración de protones o de hidróxidos de una disolución. ● Calcular y medir el pH de una disolución. Producto esperado 1 Ejercicios de identificación de sustancias ácidas y básicas. Sección I. Inicio Revisar el material del enlace https://gastronomiasolar.com/ph-alimentos/ Redacta tus ideas previas en dos párrafos, apóyate respondiendo lo siguiente: • . ¿Qué efectos tiene en las propiedades de los alimentos el PH? https://gastronomiasolar.com/ph-alimentos/ • ¿Cuál es la función de medir el pH? • ¿Cómo afecta el proceso de crecimiento de los microorganismos el pH de los alimentos? • ¿Cómo puedes medir el pH? • Qué opinas de esta aplicación del control del pH en la industria de los alimentos. Identifica las características de un ácido (A) o de una base (B), o si es común a ambas especies (C): a) Tienen sabor agrio. ( A ) b) Tienen sabor amargo. ( B ) c) Son jabonosas. ( B ) d) Conducen la electricidad. ( C ) e) Reaccionan con algunos metales, liberando Hidrógeno. ( A ) f) Su pH es menor de 7. ( B ) g) Su pH es mayor que el valor de pH neutro. (B) h) Reaccionan con el bicarbonato liberando CO2. (A) i) Cambian el color del papel tornasol de azul a rojo. ( B ) j) Son electrolitos. ( B ) k) Cambian el color del papel tornasol de rojo a azul. ( C ) l) Reaccionan con su opuesto para producir sal y agua. ( C ) Sección II. Desarrollo Electrolito Un electrolito (o electrólito) es una sustancia que al disolverse en agua da lugar a la formación de iones. Los electrolitos pueden ser débiles o fuertes, según estén parcial o totalmente ionizados en medio acuoso. Un electrolito fuerte es toda sustancia que al disolverse en agua se disocia completamente en iones. Por ejemplo: KNO3 → NO3 - + K + NaOH → Na+ + OHH2 SO4 → HSO4 - + H+ Un electrolito débil es una sustancia que al disolverse en agua se disocia Nos ayuda a la elaboración y conservación segura; así como también determina el tipo de microorganismos son capaces de crecer en el pH nos ayuda a medir la avises de los alimentos, la manera más sencilla de medir el pH de los alimentos es utilizando un instrumento llamado potenciómetro, mi opinión acerca del pH en la industria de los alimentos es que es buena, y nos ayuda a prevenir enfermedades en la comida parcialmente. Por ejemplo, el ácido acético: H Ac Ac- + H+ Los ácidos y las bases son electrolitos, algunos más fuertes que otros. Para explicar la disociación y clasificación de estos se han planteado las siguientes teorías. Teoría de Arrhenius Arrhenius definió los ácidos como electrolitos que contienen hidrógeno y que, disueltos en agua, producen una concentración de iones hidrógeno o protones (H+) mayor que la existente en el agua pura. Del mismo modo, Arrhenius definió una base como una sustancia que disuelta en agua producía un exceso de iones hidróxido (OH-). La teoría de Arrhenius ha sido objeto de críticas. La primera es que el concepto de ácido se limita a especies químicas que contienen hidrógeno y el de base a las especies que contienen iones hidróxido. La segunda crítica es que la teoría solo se refiere a disoluciones acuosas, cuando en realidad se conocen muchas reacciones ácido-base que tienen lugar en ausencia de agua. Teoría de Brønsted-Lowry Esta teoría establece que los ácidos son sustancias capaces de ceder protones (iones hidrógeno H+ ) y bases sustancias capaces de aceptarlos. Aún se contempla la presencia de hidrógeno en el ácido, pero ya se necesita un medio acuoso. El concepto de ácido y base de Brønsted y Lowry ayuda a entender por qué un ácido fuerte desplaza a otro débil de sus compuestos (lo mismo ocurre entre una base fuerte y otra débil). Las reacciones ácido-base se contemplan como una competición por los protones. las no La siguiente figura muestra un ejemplo de lo que se conoce como PAR CONJUGADO: El agua es una sustancia que se puede comportar tanto como un acido como una base, de acuerdo a esta teoría, por lo que es una sustancia anfótera: Teoría de Lewis Según esta teoría, una base sería una especie que puede donar un par de electrones (¡ya no se habla de protones!), y un ácido la que los puede aceptar. El ácido debe tener su octeto de electrones incompleto y la base debe tener algún par de electrones solitario. El amoníaco es una base de Lewis típica y el tri fluoruro de boro un ácido de Lewis típico. La reacción de un ácido con una base de Lewis da como resultado un compuesto de adición. Los ácidos de Lewis tales como el tricloruro de aluminio, el tri fluoruro de boro, el cloruro estánico, el cloruro de cinc y el cloruro de hierro (III) son catalizadores sumamente importantes de ciertas reacciones orgánicas. De esta forma se incluyen sustancias que se comportan como ácidos, pero no cumplen la definición de Brönsted y Lowry, y suelen ser denominadas ácidos de Lewis. ● Elabora una tabla comparativa de las principales ideas de cada teoría indicando ejemplo de las sustancias que las avalan: ARRHENIUS BRONSTEO-LOWRY LEWIS Ácidos: electrolitos que contienen hidrógeno disueltos en agua producen iones (H) o protones (H±) Ácidos: Capaces de ceder protones. •Ya no se necesita un medio acuoso para la presencia de H Ácidos: puede aceptar electrones Críticas: el concepto ácido se limita a especies químicas con (H) •Solo se refiere a disoluciones acuosas Bases: Capaces de aceptar protones Base: puede donar electrones (esto solo en caso de que falten y sobren en cada sustancia) Subraye la respuesta correcta de las siguientes cuestiones: • ¿Cuál de las siguientes bases es una base de Arrhenius? HCl KOH NH3 KMnO4 • ¿Cuál de los siguientes científicos planteó que una base es una sustancia capaz de aceptar protones? Arrhenius Bronsted – Lowry Lewis Ninguno • ¿Cuál de los siguientes compuestos es una base según Lowry y no es una base de Arrhenius? la teoría de Bronsted NH4+ PH3 NaOH HNO3 • El ion NO3- es _____ HNO3, según la teoría de Brönsted la base conjugada del ácido el ácido conjugado de la base el ácido de la base conjugada la base del ácido conjugado• Un ion Hidrógeno, H+, es un: neutrón electrón protón hidrogenado • El ion OH- es definido como ion: Hidróxilo Hidratado Hidronio Hidróxido • ¿Qué tipo de iones incrementan los ácidos cuando se disuelven en agua? H+ Cl- OH- ninguno • Las Bases puede ser consideradas: Receptora de electrones Donadoras de protones Receptora de protones Donadora de electrones • ¿Cuál de las siguientes sustancias tiene el menor pH? Leche Destapacaños Agua destilada Aspirina • Una sustancia desconocida es adicionada a una solución y provoca el incremento en el valor del pH. ¿Qué tipo de sustancia es? Hidróxido Ácido Solvente Dulce ¿Sabes que indica el valor del pH? El pH se utiliza para medir el grado de la acidez y de la alcalinidad de una sustancia. Sus valores están comprendidos desde 0 a 14. Una sustancia es ácida si tiene un pH entre 0 y 7 y es una base (alcalina) si su pH está entre 7 y 14. El agua potable puede variar su pH entre 6 y 9, sin embargo, fuera de esos valores sería perjudicial para la salud, ya que sería corrosiva. Entonces se puede decir que el pH El pH indica la concentración de iones del átomo de hidrógeno (H+) presentes en una disolución. La sigla de pH significa potencial de hidrógeno. El pH es el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno: Nota: Se sugiere revises los siguientes enlaces para comprender el concepto de logaritmos: https://www.youtube.com/watch?v=pw7pVbUj5X8 https://www.aiu.edu/cursos/matematica/pdf%20leccion%201/lecci%C3%B3n%201.3.pdf La escala del pH es una escala numérica que va de 0 a 14. El conocimiento de la escala es fundamental para poder trabajar con el pH. Aquí puedes ver la escala del pH. Verás que es una escala que va del 1 al 14, donde entre el 1 y el 7 corresponden al pH ácido y entre 7 y 14 al pH alcalino. Los productos ácidos son aquellos productos que van a tener un pH menor que 7, ya sea ácido cítrico, bórico o cualquier tipo de ácido. En solución acuosa, un ácido se define como cualquier especie que aumenta la concentración de H +, mientras que una base aumenta la concentración de OH−. Las concentraciones típicas de estos iones en solución pueden ser muy pequeñas y también abarcan un intervalo amplio, por ello se requiere la escala del pH Sin embargo y dado que no solo se disuelven sustancias ácidas (las que generan iones H+), sino que también están las sustancias alcalinas o bases (iones OH-), se requiere determinar el pOH mediante una ecuación similar: A partir de la relación que existe entre el𝑝𝑂𝐻pH y=el− Oh𝑙𝑜𝑔del [𝑂𝐻agua,] es posible la conversión de pOH a pH utilizando primero respectivas ecuaciones: Y estableciendo la relación𝑝𝐻 que= se− tiene𝑙𝑜𝑔 [𝐻para+] cualquier solución𝑝𝑂𝐻acuosa=−a 25𝑙𝑜𝑔[ 𝑂𝐻 −] 14, es decir: ∘, la suma del pH y el pOH es Revisa el siguiente Simulador de ácidos y bases:𝑝𝐻 + 𝑝𝑂𝐻 = 14 https://phet.colorado.edu/sims/html/acid-base-solutions/latest/acid-base-solutions_es.ht ml para que veas los conceptos de ácidos y bases, y si son fuertes y débiles. https://www.youtube.com/watch?v=pw7pVbUj5X8 https://www.aiu.edu/cursos/matematica/pdf%20leccion%201/lecci%C3%B3n%201.3.pdf https://phet.colorado.edu/sims/html/acid-base-solutions/latest/acid-base-solutions_es.html https://phet.colorado.edu/sims/html/acid-base-solutions/latest/acid-base-solutions_es.html Ahora veamos unos ejemplos de aplicación: ● ¿Cómo calcular el pH de una disolución de HCL 0.2 M? El HCl (cloruro de hidrógeno) es un ácido fuerte en disolución acuosa, por lo que estará totalmente disociado, lo cual genera la misma concentración de iones H+ que la de HCl, de acuerdo con la reacción: HCl(ac) H+(ac) + Cl-(ac) Las concentraciones finales son: 0.2M 0. 2M Dado que la concentración de iones H+ es igual a la concentración inicial del ácido fuerte: 𝑝𝐻𝑝𝐻𝑝𝐻==𝑝𝐻 =−−= loglog− 0(.𝑙𝑜𝑔𝑙𝑜𝑔-0.699)699 [[𝐻0. +2]] ● ¿Cómo calcular el pH de una disolución de NaOH 0.2 M? El Na OH (hidróxido de sodio) es una base fuerte en disolución acuosa, por lo que estará totalmente disociada, lo cual genera la misma concentración de iones OH- que la de NaOH, de acuerdo con la reacción: NaOH(ac) Na+(ac) +OH-(ac) Las concentraciones finales son: 0.2M 0. 2M Como podemos ver ahora no se tienen iones H+, por lo que el cálculo será similar, pero se determinara el pOH. Dado que la concentración de iones OH- es igual a la concentración inicial de la base fuerte: Recordando que la suma del pH y el pOH es 14, se puede𝑝𝑂𝐻𝑝𝑂𝐻𝑝𝑂𝐻=𝑝𝑂𝐻= =−−= loglog− 0𝑙𝑜𝑔(.𝑙𝑜𝑔699 [ 𝑂𝐻[0. 2−determinar que:] ] - 0.699) 𝑝𝐻𝑝𝐻==1414𝑝𝐻−−=0𝑝𝑂𝐻.13699. 301 ● ¿Cómo calcular el pH de una disolución de H2SO3 0.2 M? El H2SO3 (Acido sulfuroso) es un ácido fuerte en disolución acuosa, por lo que estará totalmente disociado, lo cual genera el doble de concentración de iones H+ que la de H2SO3, de acuerdo con la reacción: H2SO3 (ac) 2 H+(ac) + SO3-2(ac) Las concentraciones finales son: 0.4M 0. 2M Dado que la concentración de iones H+ es igual a la concentración inicial del ácido fuerte: 𝑝𝐻𝑝𝐻𝑝𝐻==𝑝𝐻 =−−= loglog− 0(.𝑙𝑜𝑔𝑙𝑜𝑔-0.398)398 [[𝐻0. +4]] ● ¿Cómo calcular el pH de una disolución de Ca (OH) 2 0.2 M? El Ca (OH)2 (hidróxido de sodio) es una base fuerte en disolución acuosa, por lo que estará totalmente disociada, lo cual genera el doble de concentración de iones OH- que la de Ca (OH)2, de acuerdo con la reacción: Ca (OH)2 (ac) Na+(ac) + 2OH-(ac) Las concentraciones finales son: 0.2M 0. 4M Como podemos ver ahora no se tienen iones H+, por lo que el cálculo será similar, pero se determinará el pOH. Dado que la concentración de iones OH- es igual a la doble concentración inicial de la base fuerte: Recordando que la suma del pH y el pOH es 14, se puede𝑝𝑂𝐻𝑝𝑂𝐻𝑝𝑂𝐻=𝑝𝑂𝐻= =−−= loglog− 0𝑙𝑜𝑔(.𝑙𝑜𝑔398 [ 𝑂𝐻[0. 4−determinar que:] ] - 0.398) 𝑝𝐻𝑝𝐻𝑝𝐻===141413−−. 6020𝑝𝑂𝐻. 398 Resuelve los siguientes ejercicios, incluir los procedimientos: 1- es el pH de una disolución acuosa de ácido nítrico (HNO ) 0.15 M? PH+P6H=14 PH=-Log (H±) PH=-Log (.15)=.81 PH=.82 4ND³ ➪ H + N0³ P0H=73.1 0.15. 0.15. .6 R=PH=.82 2. ¿Cuál es el pH de una disolución acuosa de ácido fosfórico (H3PO3) 0.61 M? PH=-Log (H±) PH=-.26 .64 H³PO³ ➪ H³+ P0³ 0.61. 1.83. 2.44 3. ¿Cuál es el pH de una disolución acuosa de hidróxido de Bario (Ba (OH)2 0.25 M? Ba0H² ➪ Ba + 0H² P0H-log (0.35). PH=-log (0.25) 0.25. 0.25. 0.50. P0H-log (0H±). PH+P0H=14 PH= 12.31. P0H-log (.50). PH=14-P0H P0H=1.69. PH=14- 2.69 PH=12.31 4. ¿Cuál es el pH de una disolución acuosa de hidróxido de Aluminio (Al (OH)3 0.75 M? PH + P0H= 14 AIC0H ➪ AI + 0H³ .75. .75. 2.25 P0H=-log (0H-). P0H=-log (2.25) PH+P0H=14. PH= 13.65 P0H= -.35 PH=14-P0H PH=14-.35 5. Determine la concentración de una solución cuyo pH es 2 PH 2 P0H 12 (H30)± H0-2 (0H) 10-12 Ácido PH+P0H= 14 (H30)+(0H)=10-14 6. Una solución de NaOH tiene un pOH =3, ¿cuál es era la concentración inicial de la sustancia? PH 11 P0H 3 (H30+) 10-3 (0H-) 10-3 PH+P0H=14 (H30)+(0H-)=10-14 7. Si se disuelven 30 gramos de H2CO3 en agua, ¿cuál es el pH de la solución? H²C0. H²0 H²C03=62g 30g H=1C=12 0=48 30×1mo PH=.31 62g = 0.48 mol pH+log(.48) 8. Cuantos gramos de HCl se requieren para tener una solución con un pH de 4 3 Sección III. Final Neutralización. Las reacciones entre las sustancias denominadas ácidos y bases, son conocidas antiguamente como reacciones de neutralización, ya que se destruyen las propiedades características de las sustancias reaccionantes. Hoy es conocida la trascendencia analítica de estas reacciones, así como su importancia en todo tipo de industrias -siderúrgicas, alimentación, curtidos, etc.- e incluso en las reacciones que tienen lugar en los seres vivos, pues muchas reacciones bioquímicas pueden modificarse con una pequeñísima transformación de las sustancias ácidas. Dos sustancias con pH opuestos (siendo una ácida y la otra alcalina) generan una reacción. Estas reacciones entre sustancias denominadas ácidos y bases, son conocidas como de neutralización, ya que se destruyen las propiedades características de las sustancias reaccionantes. Los productos de estas reacciones son una sal y agua: Hoy es conocida la trascendencia analítica de estas reacciones, así como su importancia en todo tipo de industrias -siderúrgicas, alimentación, curtidos, etc.- e incluso en las reacciones que tienen lugar en los seres vivos, pues muchas reacciones bioquímicas pueden modificarse con una pequeñísima transformación de las sustancias ácidas. Uno de los productos conocidos más ácidos sería el ácido clorhídrico (con pH menor de 1) y uno de los más alcalinos que conocemos sería la lejía (con pH cercano a 14). Aplicamos ahora lo que ya sabemos: ● Identificamos la reacción. ● Escribimos la ecuación que representa la reacción. ● Balanceamos la ecuación. ● Determinamos las moles de los reactivos y o productos de acuerdo con la concentración de las soluciones que se utilicen en lo solicitado. ● Obtenemos lo que se nos solicita de acuerdo a la estequiometria mol – mol (o aplicar la que se requiera) Ejemplo 1: Se utiliza una solución de HCl(ac) cuyo pH es 2.4, para neutralizar 300 ml una solución de NaOH 0.3 M. a) ¿Cuál es la concentración se la solución de HCl (ac)? b) ¿Cuántos ml de solución de HCl (ac) se requieren para la neutralización? c) ¿Cuántos gramos de sal se forman? ● Tomando en cuenta la información, podemos utilizar la figura siguiente: ● Para este caso, solo comprobamos que la ecuación no requiere coeficientes. Ya que esta balanceada: ● La información que tenemos es:𝐻𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 − → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻20 Por otra parte, se requieren neutralizar 30 ml (0.3 lt) de una solución 0.03 M de NaOH. De acuerdo con la fórmula: 𝑀 = 𝑉𝑛 , despejando Considerando esto, y la ecuación balanceada se requiere:𝑛 = 0. 03 𝑥 0. 03𝑛==0.𝑀𝑥𝑉0009 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑜𝐻 1 mol de HCl para neutralizar 1 mol de NaOH X cuántas moles para neutralizar 0.09 moles de NaOH? Por lo que x= 0.0009 moles de HCl Dado que la solución de HCl tiene un pH = 2.4: 𝑝𝐻[[=𝐻𝐻−++log]]==𝑙𝑜𝑔 1010 −[𝐻𝑝𝐻 +] Obtenemos que la cantidad de iones hidrogeno es−2.4 [𝐻 +] = 0. 00398 = 3. 98 10−3 mol/lt 𝐿𝑎 𝑐𝑢𝑎𝑙se determinó 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑞𝑢𝑒 que𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒se requieren 𝑎𝑙 𝐻𝐶𝑙0.009 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠moles 𝑑𝑒 de𝑑𝑖𝑠𝑜𝑐𝑖𝑎𝑟𝑠𝑒NaOH, por. lo que nuevamente recurrimos a la fórmula: Pero ahora despejamos V:𝑀 = 𝑉𝑛 𝑉 = 𝑀𝑛 𝑉 = 0.0009−3 3,98 𝑥 10 𝑉 = 0. 226 lt = 226 ml se solución HCl (ac) En la neutralización de 200 mL de hidróxido de sodio 0,1 M se emplean 100 mL de ácido clorhídrico 0,5 M. Calcula: a) Los moles de ácido clorhídrico añadidos en exceso. b) El pH de la disolución resultante. Solución: a) La reacción de neutralización se balancea con la ecuación: NaOH + HCl → NaCl + H2O, pone de manifiesto que 1 mol de NaOH reacciona con 1 mol de HCl, por lo que determinando los moles en cada uno de los volúmenes utilizados de las respectivas disoluciones, puede determinarse el que se encuentra en exceso: Moles de NaOH: n = M / V = 0,1 moles/l Tomando en cuenta esto: 0,2 l contiene 0,02 moles de NaOH. Moles de HCl: n = M / V = 0.5 moles/l Por ello, en el caso del HCl. Si se tiene 0.1 lt de la solución, se contienen 0.05 moles de HCl. Dado que hay una estequiometría 1 a 1 de los moles de NaOH y HCl, ;os moles de HCl en exceso son los adicionados menos los consumidos: 0,05 moles – 0,02 moles = 0,03 moles de HCl en exceso. b) El HCl es un ácido muy fuerte que se encuentra totalmente disociado, siendo su concentración la de los iones H3O +. Por estar los 0,03 moles disueltos en el volumen 0,3 l (0.2 + 0.1), la concentración del HCl y H3O+ es: [H3O+] = 0.03 moles/ 0.3L = 0.1 M Por lo que el pH de la disolución final es: pH = – log 0,1 = 1. Resuelve los siguientes ejercicios, incluir los procedimientos: 1. Calcular el volumen de una disolución 0,3 M de HCl necesaria para neutralizar 600 ml de una disolución 0,1M de Ca(OH)2. ¿Cuál es el pH de cada solución antes de reaccionar? NOTA: tomar en cuenta que el Ca(OH) 2 genera el doble de concentración de iones (OH)- al disociarse. 2. Se añaden 7 g de hidróxido de potasio en la cantidad de agua necesaria para obtener 500 mL de disolución. Calcular los ml de solución 0.01 M de HCl(ac) se requieren para neutralizar esa solución. 3. Se neutralizan 25 ml de una disolución de NaOH con 30 ml de HCl 0.2 M. Calcular la concentración del hidróxido de sodio y los gramos de NaOH Determinar los pH iniciales, así como la de la solución final. Electrolito
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