Cálculo de pH, pOH y Concentraciones en Soluciones Químicas

Problema 1: Cálculo de pH de Ácido Clorhídrico

Pregunta: Se tiene una muestra con una concentración de 0,2 mol/L de ácido clorhídrico (HCl). Calcular el pH.

(Nota: La pregunta original mencionaba "sales biliares", lo cual parece irrelevante para el cálculo de pH del HCl).

Disociación (Ácido Fuerte):

     HCl   →   H⁺   +   Cl⁻
i)   0.2 M     ---       ---
ii)  ---       0.2 M     0.2 M

Cálculo del pH:

pH = -log[H⁺]

pH = -log(0.2) ≈ 0.70 (Ácido)

Problema 2: Cálculo de pH de Hidróxido de Potasio

Pregunta: Determinar el pH de una solución de hidróxido de potasio (KOH) 0.7 M, ionizada al 100%.

Disociación (Base Fuerte):

     KOH   →   K⁺   +   OH⁻
i)   0.7 M     ---       ---
ii)  ---       0.7 M     0.7 M

Cálculo del pOH:

pOH = -log[OH⁻]

pOH = -log(0.7) ≈ 0.15

Cálculo del pH:

pH + pOH = 14

pH + 0.15 = 14

pH = 14 - 0.15 = 13.85 (Básico)

Problema 3: Cálculo de pH de Ácido Perclórico Parcialmente Disociado

Pregunta: Calcular el pH del ácido perclórico (HClO₄) disociado en un 60%, con una concentración inicial de 1 mol/L.

Nota: El ácido perclórico es un ácido fuerte y normalmente se considera 100% disociado. Este problema asume una disociación parcial del 60% para el ejercicio. La ecuación original mostraba HCl.

Disociación (Considerando 60%):

     HClO₄   →   H⁺    +   ClO₄⁻
i)    1 M        ---         ---
ii)   0.4 M      0.6 M       0.6 M  (1 M * 60% = 0.6 M disociado)

Concentración de H⁺:

[H⁺] = 0.6 M

Cálculo del pH:

pH = -log[H⁺]

pH = -log(0.6) ≈ 0.22 (Ácido)

Problema 4: Cálculo de pH de Hidróxido de Bario

Pregunta: Calcular el pH de una solución de hidróxido de Bario (Ba(OH)₂) con Molaridad 0.8 M.

Disociación (Base Fuerte):

     Ba(OH)₂   →   Ba²⁺   +   2OH⁻
i)    0.8 M        ---         ---
ii)   ---          0.8 M       2 * 0.8 M = 1.6 M

Concentración de OH⁻:

[OH⁻] = 1.6 M

Cálculo del pOH:

pOH = -log[OH⁻]

pOH = -log(1.6) ≈ -0.20

Cálculo del pH:

pH + pOH = 14

pH = 14 - pOH

pH = 14 - (-0.20) = 14.20

Nota: Un pH > 14 (o pOH < 0) es teóricamente posible en soluciones muy concentradas, pero indica condiciones fuera del rango típico de la escala de pH en soluciones acuosas diluidas. El documento original indicaba "fuera de rango".

Problema 5: Cálculo de pH de Ácido Nítrico a partir de Masa y Volumen

Pregunta: Determinar el pH de una solución de ácido nítrico (HNO₃) preparada disolviendo 15 g en 2 litros de agua.

Datos:

• Masa soluto (HNO₃) = 15 g
• Volumen solución = 2 L

Cálculo de la Masa Molar (PM) de HNO₃:

• H: 1 x 1.01 g/mol ≈ 1 g/mol
• N: 1 x 14.01 g/mol ≈ 14 g/mol
• O: 3 x 16.00 g/mol = 48 g/mol
• PM(HNO₃) = 1 + 14 + 48 = 63 g/mol (aproximado, como en el original)

Cálculo de Moles de HNO₃:

moles = masa / PM

moles = 15 g / 63 g/mol ≈ 0.238 mol (El original redondeó a 0.2 mol)

Cálculo de la Molaridad (M):

M = moles / Volumen (L)

M = 0.238 mol / 2 L ≈ 0.119 M (El original usó 0.2 mol / 2 L = 0.1 M)

Disociación (Ácido Fuerte):

     HNO₃   →   H⁺    +   NO₃⁻
i)   0.119 M    ---         ---
ii)  ---        0.119 M     0.119 M

Cálculo del pH:

pH = -log[H⁺]

pH = -log(0.119) ≈ 0.92 (Ácido)

(El cálculo original con M=0.1 M daba pH=1)

Problema 6: Cálculo de Normalidad de Sulfato de Aluminio

Pregunta: Calcular la Normalidad (N) de una solución de Sulfato de Aluminio (Al₂(SO₄)₃), si se pesaron 10 g de soluto y se disolvieron en un volumen de 2 litros.

Datos:

• Masa soluto (Al₂(SO₄)₃) = 10 g
• Volumen solución = 2 L
• Normalidad (N) = ?

Cálculo de la Masa Molar (PM) de Al₂(SO₄)₃:

• Al: 2 x 27 g/mol = 54 g/mol (usando valor redondeado como en el original)
• S: 3 x 32 g/mol = 96 g/mol (usando valor redondeado como en el original)
• O: 12 x 16 g/mol = 192 g/mol
• PM(Al₂(SO₄)₃) = 54 + 96 + 192 = 342 g/mol

Cálculo del Peso Equivalente (PE):

Para una sal, el número de equivalentes por mol (z o 'j' en el original) es la carga total positiva (o negativa).

Al₂(SO₄)₃ → 2 Al³⁺ + 3 SO₄²⁻

Carga total positiva = 2 * (+3) = 6

Carga total negativa = 3 * (-2) = -6

Entonces, z = 6 eq/mol (como se indicó con J=6 en el original)

PE = PM / z

PE = 342 g/mol / 6 eq/mol = 57 g/eq

Cálculo del Número de Equivalentes (Eq):

Eq = masa / PE

Eq = 10 g / 57 g/eq ≈ 0.175 eq

Cálculo de la Normalidad (N):

N = Eq / Volumen (L)

N = 0.175 eq / 2 L ≈ 0.0877 N

Problema 7: Cálculo de pH y pOH de Ácido Perclórico

Pregunta: Calcular el pH y pOH de una solución de ácido perclórico (HClO₄) 0.5 mol/L.

Nota: El cálculo original usaba una concentración incorrecta de 0.05 M y una fórmula incorrecta (HClO). Se ha corregido a 0.5 M y HClO₄ según la pregunta.

Disociación (Ácido Fuerte):

     HClO₄   →   H⁺    +   ClO₄⁻
i)    0.5 M      ---         ---
ii)   ---        0.5 M       0.5 M

Concentración de H⁺:

[H⁺] = 0.5 M

Cálculo del pH:

pH = -log[H⁺]

pH = -log(0.5) ≈ 0.30 (Ácido)

Cálculo del pOH:

pH + pOH = 14

0.30 + pOH = 14

pOH = 14 - 0.30 = 13.70

Problema 8: Cálculo de pH de Hidróxido de Sodio a partir de Masa y Volumen

Pregunta: Calcular el pH de una solución de hidróxido de sodio (NaOH) preparada disolviendo 10 g en 2 L de agua (Masa Molar, PM = 40 g/mol).

Datos:

• Masa soluto (NaOH) = 10 g
• Volumen solución = 2 L
• PM(NaOH) = 40 g/mol

Paso 1: Calcular Moles de NaOH

Fórmula: moles = masa / PM

moles = 10 g / 40 g/mol = 0.25 mol

Paso 2: Calcular la Molaridad (M)

Fórmula: M = moles / Volumen (L)

M = 0.25 mol / 2 L = 0.125 M

Disociación (Base Fuerte):

     NaOH   →   Na⁺   +   OH⁻
i)   0.125 M    ---         ---
ii)  ---        0.125 M     0.125 M

Concentración de OH⁻:

[OH⁻] = 0.125 M

Cálculo del pOH:

pOH = -log[OH⁻]

pOH = -log(0.125) ≈ 0.90

Cálculo del pH:

pH + pOH = 14

pH + 0.90 = 14

pH = 14 - 0.90 = 13.10 (Básico)