SOLUCIONES - quimicaensuma2

Logro: Considera a las soluciones químicas como una de las formas de
materia más comunes, haciendo hincapié en sus propiedades, componentes y
formas de expresar su concentración.
Indicadores de logros:



Reconoce los componentes de una solución.
Emplea el principio de constancia de la cantidad de soluto para categorizar
a una solución como insaturada, saturada o sobresaturada.
Calcula la concentración de soluciones en porcentajes, partes por millón,
molaridad, normalidad, molalidad y fracción molar.
A. Vivencia:
Con ayuda de mis compañeros de subgrupo respondo las siguientes preguntas:
1.
2.
3.
4.
5.
¿Qué es una solución?
Nombro algunas sustancias solubles en agua.
¿Qué es soluto y que es solvente?
Nombro algunas soluciones liquidas, sólidas y gaseosas.
Cual de los siguientes ejemplos los clasifico como soluciones: Aire y hielo, la orina, el whisky, el
hierro.
6. ¿Qué es solubilidad de una sustancia?
BC. Fundamentación Teórica y Actividad practica:
a. Leo y analizo detenidamente la siguiente información:
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más
componentes. Al estudiar las soluciones, se hace diferencia entre las
sustancias que se disuelven y aquellas en las cuales se produce la
disolución. La sustancia que se disuelve se llama soluto y la
sustancia en la que se produce la disolución se llama solvente. El
soluto es la sustancia que esta en menor cantidad en la solución.
Clases de soluciones y factores de solubilidad: De los tres estados generales de la materia, por lo
menos, teóricamente cada uno puede ser soluto o solvente en una solución, existe nueve tipo de
soluciones con base en su estado físico. En la siguiente tabla se presenta esta clasificación y algunos
ejemplos:
Estado del soluto
Estado del solvente
Gas
Gas
Gas
Liquido
Liquido
Liquido
Sólido
Sólido
Sólido
Gas
Liquido
Sólido
Gas
Liquido
Sólido
Gas
Liquido
Sólido
Estados de la
solución
Gas
Liquido
Sólido
Gas
Liquido
Sólido
Gas
Liquido
Sólido
Ejemplos
Aire (O2 y N2)
Agua mineral (CO2 y H2O)
Hidrogeno en paladio
No existe ejemplos
Bebidas alcohólicas
Amalgamas (mercurio y oro)
No existe ejemplos
Azúcar o sal en agua
Aleaciones cobre o zinc, forman el
bronce
Solubilidad: Es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad determinada
de solvente a una temperatura previamente establecida. Generalmente, la solubilidad de una
sustancia se expresa en gramos de soluto por cada 100 gramos de solvente, por ejemplo: A 20°C la
máxima cantidad de cloruro de sodio que se puede disolver en 100g de agua son 36g.
2. Explico el significado de la siguiente expresión: A 50°C, la solubilidad del KBr en 100g de agua es
116g.
Factores de solubilidad: Un factor determinante de la solubilidad es la naturaleza del soluto y del
solvente. Además de la naturaleza de sus compuestos, la temperatura y la presión también influyen
en la solubilidad de una sustancia.
SOLUBILIDAD
depende de
Tamaño de las
partículas
Naturaleza
de
Soluto
Solvente
Temperatura
Presión
generalmente
nte
importante en
Al aumentar la
temperatura
Gases
aumenta
aumenta
La solubilidad
La solubilidad
Según la cantidad de soluto las soluciones pueden ser:



Solución saturada: Cuando una solución a una temperatura determinada en una cantidad dada de
solvente se tiene disuelta la máxima cantidad de soluto que se pueda disolver. Por ejemplo, una
solución de KBr que tenga disueltos 116g de KBr en 100g de agua a 50°C es una solución
saturada, cualquier exceso de KBR se deposita en el fondo del recipiente.
Solución insaturada: Cuando en una temperatura determinada en una cantidad dada de solvente
se tiene disuelto menos soluto del que se puede disolver en ese solvente. En el caso de KBr una
cantidad menor a los 116g de este compuesto en 100g de agua.
Soluciones sobresaturadas: A pesar de que la concentración de una solución esta limitada por la
solubilidad máxima del soluto, es posible preparar soluciones que contengan disueltas una mayor
cantidad se soluto a una temperatura establecida. La sobresaturación de una solución es un
proceso muy cuidadoso; generalmente se realiza por calentamiento. Estas soluciones precipitan
soluto al agitarlas.
En las siguientes graficas se ilustra una solución
insaturada, una saturada y una sobresaturada
respectivamente:
A continuación se muestran unos valores de solubilidad
de algunas sustancias en gramos de soluto en 100g de
H2O a 20°C y a 60°C.
Soluto
NaCl
KBr
KMnO4
AgNO3
BaSO4
Solubilidad
20°C
60°C
36
37.3
67
85.5
64
22.2
225
525
0.00024
0.00036
3.
a.
b.
c.
Con base en la tabla menciono si las siguientes soluciones son saturadas o insaturadas:
37.3g de NaCl en 100g de agua a 60°C.
b. 20g de KMnO4 en 100g de agua a 60°C.
100g de AgNO3 en 100g de agua a 20°C.
30g de KMnO4 en 100g de agua a 20°C.
4. Ordeno de menor a mayor, las siguientes soluciones según la concentración:
a. 0.1g de KMnO4 en 100g de agua a 20°C.
c. 20g de KMnO4 en 100g de agua a 20°C.
b. 22g de KMnO4 en 100g de agua a 20°C.
d. 1g de KMnO4 en 100g de agua a 20°C.
Formas de expresar la concentración y sus unidades: Para fines cuantitativos se requieren
conocimientos más precisos de las relaciones de cantidad de soluto y cantidad del solvente. Para
expresar estas relaciones, se emplean unidades físicas y unidades químicas.
Unidades físicas de concentración:

Porcentaje peso a peso (% p/p): Indica el peso de soluto o del solvente por cada 100g de la
solución.
%p/ p  .
Peso..de..soluto
.x..100
Peso..de..la..solucion
%p/ p  .
Peso..de..solvente
.x..100
Peso..de..la..solucion
Ejemplo: Cuando se evaporan 300g de una solución de sulfato de cobre CuSO4 se obtiene un residuo
de 25g de sulfato.
a. ¿Cuántos gramos de agua se evaporan?
b. ¿Cuál es el % de soluto por peso de la solución?
c. ¿Cuál es el porcentaje del solvente?
Solución:
a. Gramos de solución = gramos de soluto + gramos de solvente
300 gramos de solución = 25 gramos de soluto+ X gramos de H2O
300g -25g=275g de H2O
g.CuSO4
25g
.x.100.  .
.x.100.  .8.3% %
g.solución
300g
c. %. solvente .  ..100 .  .%.soluto .  .100 .  .8.3.  .97.7%
b.
%.soluto..  ..
5. ¿Cuantos gramos de solvente se requieren para preparar una solución de 20% de CuSO4 por
masa que contenga 80 gramos de soluto?

Porcentaje peso a volumen (% p/v): Es una forma de expresar los gramos de soluto existen en
un volumen de 100mL de solución.
%. p / v.  .
gramos .de.soluto
.x.100 %
mililitros .de.solución
Ejemplo: ¿Cuál es el % de dextrosa en una solución que contiene 10 gramos de soluto en 80mL de la
solución?
Solución:
A partir de la ecuación se obtiene:
%. dextrosa .  .
10.g
.x.100 .  .12.5%
80 mL
6. ¿Cuál es el % de una solución de NaOH si en 60 mL de ella hay 3 gr. de NaOH?

Porcentaje volumen a volumen (% v/v): Se emplea para expresar concentraciones de líquidos y
expresa el volumen de un soluto en un volumen de 100ml de solución. En general, es la fracción
de volumen multiplicada por 100.
%.v / v.  .
mililitros .de.soluto
.x.100
mililitros .de.solución
Ejemplo:
¿Cuál es el % volumen a volumen de una solución que contiene 1mL de acido en 40mL de agua?
Solución:
El ejercicio da explícitamente los mililitros de soluto y los mililitros de solvente. Antes de usar la
expresión, se requiere hallar el volumen total de la solución.
Volumen de la solución = volumen de soluto + volumen de solvente
=1mL + 40mL = 41mL
%.v / v.  .
1mL
.x.100 .  .2.4% %
41mL
7. Calculo el % volumen a volumen en una solución que contiene 3mL de metanol en 220mL de
agua.

Partes por millón (ppm): De la misma manera que el porcentaje significa partes de masa de
soluto por 100 partes de masa por solución, las partes de millón significan partes de soluto por
cada millón de partes de solución.
Puesto que en un Kg hay 1, 000,000 de miligramos, las partes por millón suelen escribirse como mg
de soluto por Kg de solución.
ppm.  .
m g.soluto
Kg .solución
o
ppm.  .
mg .soluto
L..solución
Ejemplo: Una muestra de agua de 500 mL tiene 4 mg de F_ . ¿Cuantos ppm de fluoruro hay en la
muestra?
Solución:
Convirtiendo los mL a litros y aplicando la ecuación, se tiene:
ppm.  .
8.
a.
b.
c.
4mg .F 
.  .8 ppm
0.5L
Calculo las partes por millón de soluto de cada una de las siguientes soluciones:
100 mg de Na en 800 mL de H2O
d. 4 x 10-3 mg de Au en 800 mL de agua de
mar
2 mg de Al en 2L de H2O
200 mg de NaCl en 800 mL de H2O
Unidades químicas de concentración:

Molaridad (M): Muchas de las reacciones químicas suceden en soluciones acuosas, y es
importante e incluso, necesario calcular la cantidad de sustancias que intervienen en ellas. Para
tal efecto, es útil el concepto de molaridad, que se representa por M. la molaridad corresponde al
numero de moles de soluto por cada litro de solución.
M.  .
moles .de.soluto
moles
n
..
..
litros.de.solución
litro
litro.de.solución
Donde n = numero de moles
Ejemplo: ¿Cual es la molaridad da una solución que posee 3 moles de NaOH en 2L de solución?
Solución:
Puesto que el enunciado proporciona directamente el numero de moles de soluto y los litros de
solución, la molaridad se calcula directamente de la expresión:
M.  .
3.moles
moles
.  .1.5.
2.litros
litro.
o simplemente M = 1.5M
9. Si se tiene 20g de NaOH en 250mL de solución, calculo su molaridad.
10. Calculo la molaridad de una solución que tiene 0.4 moles de NH3 en 500mL de solución.
11. Calculo el numero de moles de NaCl que hay en 20mL de solución 2 molar y los gramos de NaCl
presentes.

Pesos equivalentes (eq): El concepto de equivalente gramo, peso equivalente o, simplemente,
equivalente depende del tipo de reacción que se considere y se plantea de tal manera que un
equivalente de un reactivo se combine exactamente con un equivalente de otro.
1.equivalent e.  .
peso .molecular
C
Donde el valor de C depende de la clase de reacción.
Para las reacciones de neutralización, los pesos equivalentes se basan en el hecho de que un protón
H+ reacciona en un grupo OH- , para producir una molécula de H2O.
1 equivalente de un acido es la cantidad del acido que libera una mol de protones, H +. Un equivalente
de una base es la cantidad de esa base que libera un mol de grupos OH-. De esta manera, C en la
ecuación anterior es el numero de moles de H+ que libera un acido el numero de moles de OH- que
libera una base.
En reacciones redox, C es el numero de electrones tomados o liberados por la sustancia y coincide
con el numero de equivalente para la misma especie.
Ejemplo: Calcule el peso de un equivalente de KMnO 4, en un proceso químico en el cual el Mn pasa
del estado de oxidación de +7 a +2, según la siguiente ecuación:
Mn+7 + 5e
→
Mn+2
Solución:
C = Cambio de variación del numero de oxidación del Mn.
C = +7 - (+2) = 5
En este caso, el Mn gana 5e, por tanto, C = 5
1.eq.  .
158g / m ol
.  .31.6.g / eq
5eq / m ol
12. Establezco el peso de un equivalente de FeSO4, si en una reacción el Fe pasa de estado de
oxidación de +2 al estado de oxidación de +3, según la ecuación:
Fe+2So4 - 1e → Fe2+3(SO4)3-+
13. Calculo el peso de un equivalente de HC y un equivalente para NaOH.
14. Calculo cuantos equivalentes de cada una de las sustancias hay en las siguientes cantidades:
a. 70g de HCl
c. 30g de NaNO3
b. 80g de NaOH
Normalidad (N): Se define como el número de equivalentes gramo de soluto por cada litro de
solución.
N.  .
numero .de.equivalent e.gramo .de.soluto
litro.de.solución
Ejemplo: ¿Cuál es la normalidad de una solución de HCl que tiene 0.2 equivalentes del acido en 2L?
Solución:
El enunciado presenta directamente el número de equivalentes de soluto y el volumen de la solución
en litros. Por tanto, la normalidad se calcula directamente de la expresión:
N.  .
0.2.eq
.  .0.1N
2L
15. Calculo la normalidad de una solución de HCl que tiene 20g de HCl en 500mL de solución.
16. Calculo la normalidad del KMnO4, si en una reacción química el Mn pasa del estado de oxidación
de +7 al estado de oxidación de +2 y si se disuelven 5g de KMnO 4 en 500mL de H2O.
17. Calculo la normalidad para una solución de K2Cr2O7 si en una reacción el cromo pasa del estado
de oxidación +6 a +3 y se disuelven 7g de K2Cr2O7 en 400 cm3.
Fracción molar (X): Se denomina fracción molar al cociente entre el número de moles de un
componente de una mezcla y el número total de moles de todos los componentes.
En las soluciones de dos componentes, un soluto y un solvente, si nA es el número de moles de
soluto y nB es el número de moles del solvente, entonces, la fracción molar del soluto XA es:
X A.  .
nA
.
n A .  .nB
y la fracción molar del solvente
X B.  .
nB
.
n A .  .nB
La suma de las fracciones molares es igual a 1.
Ejemplo: Una solución contiene 30g de NaCl y 40g de H2O. ¿Cuáles son las fracciones molares del
H2O y NaCl?
Solución:
Tanto el soluto como el solvente están dados en gramos. Se requiere convertirlos a moles:
m oles.NaCl.  .30gNaCl.x.
moles.H 2 O.  .40gH2 O.x.
1.m ol.NaCl
.  .0.51.m oles
58.5 g.NaCl
1.mol.H 2 O
.  .2.2.moles
18g.H 2 O
La fracción molar de soluto NaCl es:
X .
0.5moles
0.5
..
.  .0.19
0.5moles .  .2.2moles
2.7
Y para el solvente agua es:
X .
2.2moles
2.2
..
.  .0.81
0.5moles .  .2.2moles
2.7
Nótese que la suma de las fracciones molares para el agua y el cloruro de sodio dan como resultado
1. Por lo tanto, conociendo la fracción molar del soluto o del solvente, la otra se puede obtener
restando de la unidad.
18.
a.
b.
c.
d.
Calculo la fracción molar del soluto y del solvente en cada una de las siguientes soluciones:
10g de NaOH y 80g de H2O.
0.5 moles de H2SO4 y 3 moles de H2O.
5g de C2H6O etanol y 90g de H2O.
0.2 moles de HCl y 2.5 moles de H2O.
Molalidad (m): Esta definida como el numero de moles por kilogramos de soluto.
m.  .
num ero.de.m oles.de.soluto
Kg.solvente
Ejemplo: Calcule la molalidad de una solución que tiene 0.1 moles de NaCl en 2 Kg de agua.
Solución:
Puesto que la cantidad de soluto esta dada en moles y el solvente en Kg, la molalidad se halla
reemplazando directamente en la expresión:
m.  .
19.
20.
a.
b.
c.
0.1m oles
.  .0.5m
0.2 Kg
Calculo la molalidad de una solución resultante al disolver 4g de NaOH en 250 mL de agua.
Calculo la molalidad para las siguientes soluciones:0.3 moles de HCl en 1 Kg de agua.
0.1 moles de KCl en 1.5 Kg de agua.
d. 50g de KOH en 2000g de agua.
0.02 moles de NH3 en 2 Kg de agua.
10g de HCl en 250g de agua.
D. Ejercitación:
Con ayuda de mis compañeros de subgrupo realizamos los siguientes ejercicios:
1. Con base a los datos de la tabla de valores de solubilidad, clasifico las siguientes
soluciones en insaturadas, saturadas o sobresaturadas:
a. 20g de NaCl en 100g de H2O a 20°C.
b. 19g de KMnO4 en 100g de H2O a 20°C.
c. 3g de AgNO3 en 100g de H2O a 60°C.
d. 20g de KBr en 100g de H2O a 60°C.
e. 38g de NaCl en 100g de H2O a 60°C.
2. Ordene las siguientes soluciones según su concentración:
a. 1g de AgNO3 en 100g de H2O.
d. 10g de AgNO3 en 100g de H2O.
b. 0.1g de AgNO3 en 100g de H2O.
e. 0.01g de AgNO3 en 100g de H2O.
c. 0.3g de AgNO3 en 100g de H2O.
Porcentajes:
3. Calculo el porcentaje de soluto en una solución que se prepara disolviendo 40g de KBr en 70g de H 2O.
4. Cuando se evaporan 5g de solución de NaCl, se obtiene un residuo de 0.2g. ¿Cuál es el porcentaje de
soluto y de solvente en la solución?
5. ¿Cuántos gramos de NaOH se requieren para preparar 250g de una solución al 3%p/p?
6. ¿Cuántos gramos de agua se requieren para disolver 40g de NaCl y obtener una solución al 25%p/p?
7. ¿Cuántos gramos de CuSO4 hay en 500g de solución de sulfato de cobre al 5%p/p?
8. ¿Cuál es el porcentaje p/v de una solución que contiene 16g de KOH en 75mL de solución?
9. Se mezcla 10mL de alcohol en 150mL de agua. ¿Cuál es el porcentaje de agua y alcohol?
10. ¿Cuántos mililitros de alcohol se requieren para preparar 200mL de una solución acuosa al 10%?
Partes por millón:
11. Calculo las partes por millón de soluto de cada una de las siguientes soluciones:
a. 5Kg de K en 500mL de agua.
c. 3.6 x 103mg de Li en 1000mL de agua.
b. 200mg de Fe en 2.5L de agua.
d. 0.002Kg de Ag en 750mL de agua.
Molaridad:
12. Calculo la molaridad para cada una de las siguientes soluciones:
a. 40g de etanol C2H6O en 400mL de solución.
c. 0.1 moles de H2S en 250mL de solución.
b. 6g de NaCl en 500mL de solución.
d. 1 mol de NaOH en 1000mL de solución.
13. Calculo los gramos de soluto en cada una de las siguientes soluciones:
a. 100mL de NaCl 0.1M.
b. 2000mL se solución de glucosa C 6H12O6
0.2M.
14. Calculo la molaridad de una solución de HCl de densidad 1.16g/mL y cuya concentración es 32%p/p.
15. Calculo la molaridad de H3PO4 cuya densidad es 1.75g/mL y concentración de 89%p/p.
Pesos equivalentes:
16. Calculo el peso de un equivalente para las siguientes sustancias:CaCl2
a. HNO3
c. Ca(OH)2
e. NaCl
b. Al(OH)3
d. H3PO4
f. LiOH
17. Calculo el numero de equivalentes para cada uno de los siguientes casos:
a. 60g de CaCl2
d. 120g de HNO3
g. 100g de NaCl
b. 50g de Ca(OH)2
e. 90g de H3PO4
c. 20g de LiOH
f. 200g de Al(OH)3
18. ¿Cuántos equivalentes gramo de HCl hay en 100mL de una solución 3M?
19. ¿Cuántos equivalentes gramo de KCl hay en 1L de una solución 0.5M?
Normalidad:
20. Calculo la normalidad de las siguientes soluciones:
a. 9g de H3PO4 en 500mL de solución.
b. 100g de NaCl en 2L de solución.
c.
0.5 equivalentes de CaCl2 en 100mL de
solución.
d. 0.1 equivalentes de NaOH en 1L de solución.
21. Calculo los gramos de soluto que hay en cada una de las siguientes soluciones:
a. 200mL de NaOH 0.6N
b. 800mL de H2SO4 3N
22. Calculo la normalidad de una solución de NH3 de densidad 0.902g/mL y concentración de 26.6%p/p.
23. Calculo la normalidad de una solución de KOH de densidad es de 1.41g/mL y concentración es
41%p/p.
Molalidad:
24. Calculo la molalidad para las siguientes soluciones:
a. 0.1 moles de H2S en 2Kg de agua.
c. 10g de KCl en 2000mg de agua.
b. 2 moles de HNO3 en 2Kg de agua.
d. 0.2g de NaBr en 1Kg de agua.
E. Complementación:
Vamos al laboratorio.
Practica 1: Factores que afectan la solubilidad
Materiales:
-
Beaker
Aceite de cocina
Alcohol
Sal
-
Un tronco de barro
Colorante
Mechero
Mortero
Procedimiento:

Naturaleza del soluto y del solvente:
1. Tomo 20mL de agua y adiciono una cucharadita de aceite.
2. Tomo 20mL de agua y adiciono 5mL de alcohol.
3. Tomo 20mL de agua y adiciono un poquito de sal.
Mezcla
Agua + aceite
Agua + alcohol
Agua + NaCl
Disolvió
No disolvió
Conclusión: ____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________

Temperatura:
1. Tomo un poco de colorante y lo añado a 20mLde agua muy fría.
2. Tomo un poco de colorante y lo añado a 20mL de agua tibia.
3. Tomo un poco de colorante y lo añado a 20mL de agua caliente.
Temperatura del agua
Fría
Tibia
Caliente
Tiempo que tarda la disolución
Conclusión: ____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________

Estado de subdivisión:
1. Tomo un tronco de barro y lo parto en partes pequeñas, le añado agua y agito.
2. Con el mortero trituro un poco de barro, le añado agua y agito.
¿En este caso la trituración del soluto facilitó la disolución del soluto? Si___ No___
Conclusión: ____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
Con ayuda de mis compañeros de subgrupo respondemos las siguientes preguntas:

1. Indico en cada enunciado cual es verdadero (V) y cual falso (F):
a. La velocidad a que se disuelve una sustancia aumenta cuando la mezcla se agita vigorosamente. ( )
b. Los sólidos finamente pulverizados se disuelven a una velocidad mayor que la misma cantidad de solido
sin pulverizar. ( )
c. En general la solubilidad de un sólido aumenta al aumentar la temperatura. ( )
d. La velocidad a la cual se disuelve un sólido en un líquido depende de la naturaleza del sólido y la
naturaleza del líquido. ( )
e. La solubilidad de un gas en un líquido disminuye al aumentar la temperatura. ( )
2. ¿Cree usted que al calentar una solución aumentara la solubilidad de un sólido? Justifique su respuesta.
Practica 2: Preparación de soluciones
Materiales:
-
Pipeta.
Agitador.
Papel de filtro.
Beaker de 50 y 100 mL
-
Balanza.
Embudo de vidrio.
Cloruro de sodio.
Procedimiento:
1.
a.
b.
c.
d.
Coloco en un beaker 15g de cloruro de sodio.
Mido con una pipeta 25 mL de agua y los llevo al beaker que contiene el cloruro de sodio.
Caliento 10 minutos la solución de cloruro de sodio. Agito continuamente.
Dejo enfriar la solución.
Filtro la solución a través de un papel de filtro. Recibo el filtrado en un vaso de precipitados y lo guardo
para pruebas posteriores.
2. Peso un beaker vacío y anoto el dato, posteriormente adiciono 10 mL de la solución de NaCl preparada
en el paso anterior.
a. Peso el beaker con la solución y anoto el dato.
b. Evaporo el solvente, para ello someto el vaso de precipitados con la solución a calentamiento.
c. Cuando se halla evaporado totalmente el solvente, dejo enfriar y secar la parte externa del beaker.
d. Peso el beaker.
Medida
Peso del beaker vacío.
Peso del beaker más la solución.
Peso del solvente.
Volumen de la solución.
Peso de la solución.
Peso del soluto en 10 mL de solución.
Peso del solvente en 10 mL de solución.
Con ayuda de mis compañeros de subgrupo respondemos las siguientes preguntas:
Con los datos obtenidos, calculo:
a. Molaridad.
b. Fracción molar del soluto.
c. Porcentaje en peso.
d. Normalidad.