guia nº 7 soluciones - Departamento de Electrónica y Automática

Cátedras Química y Química I – Ing. Electrónica-Bioingeniería – Depto. de Electrónica y Automática
Fac. de Ingeniería – UNSJ
Departamento de Electrónica y
Automática
Facultad de Ingeniería
CÁTEDRA DE QUÍMICA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA - BIOINGENIERÍA
GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS DE
AULA Nº 7
SOLUCIONES
Profesor Titular:
Daniel José GomezZacca
-
Profesor de Enseñanza Media y Superior en Química
Químico
Licenciado en Bioquímica
Magister en Alimentos – Mención Ciencias
Año 2016
Mg. Lic. GOMEZ Daniel José
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Cátedras Química y Química I – Ing. Electrónica-Bioingeniería – Depto. de Electrónica y Automática
Fac. de Ingeniería – UNSJ
QUIMICA
GUIA Nº 7 SOLUCIONES
Las soluciones son sistemas homogéneos formados por dos o más componentes, llamadas
sustancias puras.
Concentración: proporción de una sustancia en una mezcla.
Comúnmente se expresa como la proporción de soluto en una cantidad de solución, aunque a
veces es la proporción de soluto en solvente.
Soluto: componente de una solución que se encuentra en menor proporción
Solvente: componente de la solución que disuelve al soluto, se encuentra en mayor proporción.
Solución: es la suma de soluto + solvente.
En química se emplean varios términos de concentración, tales como molaridad, molalidad,
normalidad, etc.
 Molaridad
número de moles de soluto disuelto en un litro de solución. Se expresa con la letra M.
M =
Normalmente decimos que una solución 1 M es aquella que contiene 1
mol de soluto en un litro de solución.
1000 ml solución
1M
contienen 1 PM (1 mol)
Así por ejemplo: una solución 1 M de NaCl contiene en un litro de solución 1 mol de la sal, o
bien, su peso molecular. Podemos expresarlo de la siguiente manera:
1000 ml solución
Mg. Lic. GOMEZ Daniel José
1M
1 mol (58,5 g de NaCl)
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Ejemplo: calcular los gramos de ácido nítrico necesarios para preparar 200 ml de una solución
0,4 M.
1000 ml
200 ml
1M
63 g HNO3
0,4 M
x g HNO3 =
(por definición)
(nuestro problema)
Queda así planteado un problema de regla de tres compuesta. A los fines prácticos
convertiremos este planteo en dos problemas de regla de tres simple. Para ello, lo primero
que hacemos es dejar constante uno de los valores de nuestro problema (1000 ml o 1 M); en
nuestro caso dejaremos constante 1000 ml:
1000 ml
1M
1000 ml
0,4 M
Estos datos constantes
no intervienen en el
cálculo
63 g HNO3
x g HNO 3 =
0,4 . 63 / 1 = 25,2 g HNO3
Queda así planteado
un problema de
Regla de tres simple
Sabemos ahora que para preparar 1000 ml de solución 0,4 M de ácido nítrico, se necesitan
25,2 g de éste. Escribimos entonces este dato junto con el planteo completo de nuestro
problema:
1000 ml
0,4 M
25,2 g HNO3
200 ml
0,4 M
x g HNO3 =
Queda ahora constante el dato de molaridad y nuevamente se plantea una regla de tres
simple:
1000 ml
0,4 M
25,2 g HNO3
200 ml
0,4 M
x g HNO3 = 200 . 25,2 / 1000 = 5,04 g HNO3
Vale decir, para preparar 200 ml de una solución 0,4 M de HNO3 se necesitan 5,04 g de éste.
Mg. Lic. GOMEZ Daniel José
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 molalidad
número de moles de soluto disuelto en 1000 g de solvente. Se expresa con la letra m.
m =
las soluciones molales se preparan midiendo masas de soluto y solvente. No utiliza
volúmenes.
Si queremos calcular la molalidad de una solución de 32 g de cloruro de calcio disueltos en 271
g de agua podemos operar de la siguiente manera:
Por definición decimos que:
1000 g de solvente
1m
111 g de CaCl 2 (1 mol)
Entonces planteamos el problema:
1000 g de solvente
1m
111 g de CaCl 2
(por definición)
271 g de solvente
xm
32 g de CaCl2
(por averiguar)
Nos queda así planteado un problema de regla de tres compuesta.
resolvemos:
1000 g de solvente
111 g de CaCl2
271 g de solvente
32 g de CaCl2
Reordenamos y
1m
xm
Para razonar el problema vamos a realizar dos reglas de tres simples. Para ello debemos dejar
constante un dato:
(1)*
1000 g de solvente
111 g de CaCl2
1m
1000 g de solvente
32 g de CaCl2
xm =
Mg. Lic. GOMEZ Daniel José
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Si por ejemplo dejamos constantes los gramos de solvente nos queda una ecuación simple y
razonamos de la siguiente manera: si teniendo el mismo volumen (1000 g) en dos soluciones
distintas, una con 111 g de soluto y otra con 32 g de soluto, ésta última deberá presentar
menor molalidad.
111 g de CaCl2
32 g de CaCl2
1m
x m = 32 g . 1 m / 111 g = 0,28 m
Tomemos ahora la ecuación (1)* con el valor obtenido anteriormente y agreguemos los datos
de nuestro problema, en este caso nos quedarán constantes los g de soluto:
1000 g de solvente
111 g de CaCl2
1m
1000 g de solvente
32 g de CaCl2
0,28 m
271 g de solvente
32 g de CaCl2
x m =
Y la regla de tres simple a resolver es la siguiente:
1000 g de solvente
271 g de solvente
0,28 m
x m = 271 . 0,28 / 1000 = 0,075 m
Aquí observamos que al realizar los cálculos obtenemos un valor inferior a 0,28 m. Si
razonamos veremos que tenemos la misma cantidad de soluto (32 g) pero en dos cantidades
de solventes distintos: 1000 g y 271 g.
Ahora bien, si disolvemos 32 g de soluto en 1000 g de solvente y tenemos una molalidad de
0,28 m, cuando agreguemos la misma cantidad de soluto (32 g) a 271 g de solvente, la solución
estará más concentrada. Entonces no puede presentar una molalidad igual a 0,075.
En este caso, la regla de tres es inversa y operamos de la siguiente manera:
1000 g de solvente
0,28 m
271 g de solvente
x m =
Mg. Lic. GOMEZ Daniel José
1000 . 0,28 / 271 = 1,03 m
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 Normalidad
peso equivalente o equivalente gramo del soluto disuelto en un litro de solución. Se
expresa con N.
Una solución 1 N es aquella que contiene 1 peso equivalente g de soluto
en un litro de solución.
Decimos entonces que 1 litro de una solución 1 N contiene disuelto 1 peso equivalente del
soluto:
1000 ml solución
1N
1 PEq
Determinación de pesos equivalentes:
 Elementos químicos
 Ácidos y Bases
Al(HO)3 si se disocia totalmente, entonces su peso equivalente será:
 Oxidos
Ejemplos:
CaO
Na2O
Ca2+
Na+ (+1. 2 = +2)
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Al2O3
Al3+ (+3 . 2 = + 6)
FeO Fe2+
Fe2O3 Fe3+ (+3 . 2 = +6)
Para el caso de reacciones redox, el peso equivalente se calcula teniendo en cuenta los
electrones puestos en juego en la reacción.
Ejemplo: Se quiere preparar 100 ml de solución de KMnO4 0,7 N para utilizarla en una reacción
en donde MnO4- pasa a Mn2+. ¿Cuántos gramos de KMnO4 se necesitan?
Por definición:
1000 ml solución
1N
contienen 1 Peq
Lo primero que debemos conocer es el peso equivalente de la sustancia en cuestión. Para
nuestro caso en particular sabemos que el Mn pasará de un estado de oxidación +7 a otro +2.
Esto indica que en la reacción hay 5 e- en juego. Entonces el peso equivalente viene
determinado de la siguiente manera:
Planteamos ahora el problema tal cual lo veníamos haciendo en los ejemplos anteriores:
1000 ml solución
1N
31,8 g KMnO4
100 ml solución
0,7 N
x g KMnO4
Un planteo general podría hacerse de la siguiente manera:
Mg. Lic. GOMEZ Daniel José
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1000 ml solución
1N
31,8 g KMnO4
1000 ml solución
0,7 N
x g KMnO4 = 0,7 . 31,8 / 1 = 22,26
100 ml solución
0,7 N
x g KMnO4 = 100 . 22,26 / 1000 = 2,226 g KMnO4
(1*)
(1*) calculamos primero lo que corresponde a volumen constante (1000 ml) y luego
realizamos el paso siguiente: realizamos el cálculo con el segundo y tercer renglón (N
constante).
 Partes De Soluto Por Parte De Solución:
Tal como lo indica su nombre esta denominación de concentración se basa en el
número de partes de soluto (o solvente) presentes en un número específico de partes
de solución.
Las partes de solución pueden expresarse en términos de masa, volumen o moles.
Tendremos así:
 Partes por masa
 Partes por volumen
Partes por masa: el más común es el porcentaje de masa. Hace referencia a la masa de soluto
disuelta en cada 100 partes de masa de solución, o bien, a la fracción de masa multiplicada por
100.
Es común escribirlo como % (p/p), lo que indica que el porcentaje es una relación de masas.
Dos unidades muy similares son las partes por millón (ppm) y las partes por billón (ppb). En
este caso multiplicamos por 106 o 109 en vez de 100.
Partes por volumen: en este caso también se puede emplear el criterio de medir como partes
por cien (por ciento), partes por millón o partes por billón.
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El símbolo comúnmente utilizado es % (v/v). El ejemplo diario lo observamos en el envase del
alcohol comercial, en donde la etiqueta indica “70 % (v/v)” y expresa que la concentración
equivale a 70 volúmenes de alcohol por 100 volúmenes de solución.
Un símbolo frecuentemente usado en soluciones acuosas es % (p/v), e indica una proporción
de peso (masa) de soluto por volumen de solución. Por ejemplo: NaCl al 1,5 % (p/v) contiene
1,5 g de NaCl por cada 100 ml de solución.
 Fracción Molar
La fracción molar (x) es la relación del número de moles de soluto al número de moles total
(soluto más solvente)
Mol % = fracción molar . 100
EJEMPLO PRÁCTICO
En 40 g de agua se disuelven 5 g de ácido sulfhídrico, PMH2S = 34 g/mol. La densidad de la
disolución formada es 1,08 g/cm3. Calcula: a) el porcentaje en masa; b) la molalidad; c) la
molaridad; d) la normalidad de la disolución y e) la fracción molar.
a)
masa de soluto = 5 g
peso del solvente = 40 g
peso de la solución = 40 g + 5 g = 45 g
45 g de solución
100 g de solución
5 g de solvente
x = 100 . 5 / 45 = 11,11 %
b) Planteamos nuestro problema:
1000 g de solvente
34 g de H2S
1m
40 g de solvente
5 g de H2S
xm
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1000 g de solvente
34 g de H2S
1000 g de solvente
5 g de H2S
1000 g de solvente
5 g de H2S
40 g de solvente
5 g de H2S
1m
x m = 5 / 34 = 0,1471 m
0,1471 m
x m = 1000 . 0,1471 / 40 = 3,67 m
c) En primer lugar necesitamos conocer el volumen de solución, para ello utilizamos el
dato de densidad:
1,08 g
45 g
1 ml de solución
x = 45 / 1,08 = 41,67 ml de solución
Ahora planteamos nuestro problema:
1000 ml
34 g de H2S
1M
41,67 ml
5 g de H2S
xM
1000 ml
34 g de H2S
1M
1000 ml
5 g de H2S
x M = 5 / 34 = 0,1471 M
1000 ml
5 g de H2S
0,1471 M
41,67 ml
5 g de H2S
x M = 1000 . 0,1471 / 41,67 = 3,53 M
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d) Para calcular la normalidad necesitamos conocer el número de equivalentes.
Como es un ácido diprótico (lleva dos hidrógenos la molécula) el Eq- gramo es la mitad del mol:
Eq  gramo 
mol( g ) 34 g

 17 g ;
2
2
1000 ml
17 g de H2S
1N
41,67 ml
5 g de H2S
xM
1000 ml
17 g de H2S
1N
1000 ml
5 g de H2S
x M = 5 / 17 = 0,2941 M
1000 ml
5 g de H2S
0,2941 N
41,67 ml
5 g de H2S
x M = 1000 . 0,2941 / 41,67 = 7,06 N
e)
34 g de H2S
5 g de H2S
1 mol
x moles = 5 / 34 = 0,1471 moles de H2S
18 g de H2O
1 mol
40 g de H2O
x moles = 40 / 18 = 2,22 moles de H2O
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PROBLEMAS
1.-
Calcular la molaridad de 300 ml de una disolución acuosa que contiene 12 g de ácido
sulfúrico.
R: 0,41 M
2.-
Calcular la molaridad de una disolución de 2,12 g de KBr en 458 ml de disolución.
3.-
Calcular la molalidad y la fracción molar de etanol en una disolución de 20 g de etanol,
C2H6O, en 100 g de agua.
R: 4,3 m ; X = 0,07
4.-
Expresar la concentración de 40 g de una solución acuosa que contiene 8 g de soluto y
cuya densidad es de 1,15 g/cm3, en:
a) gramos de soluto por 100 g de solución.
b) gramos de soluto por 100 g de disolvente.
5.-
Una solución acuosa contiene 10 g de sal en 40 g de solución. Expresar su
concentración en:
a) Gramos de sal por 100 g de agua.
b) Gramos de sal por 100 g de solución.
6.-
Se disuelven 10 g de cloruro de sodio en 50 g de agua, expresar la concentración en:
a) Gramos de sal por 100 g de solución.
b) Gramos de sal por 100 cm3 de disolvente.
7.-
Hallar la normalidad de una solución de 50 g de H2SO4 en 500 ml de solución
8.-
¿Qué cantidad de CaCl2 se necesitan para preparar 400 ml de solución 0,5 M.
9.-
Calcular los equivalentes gramos de Ca(OH)2, Al(OH)3 y Na2SO4.
10.-
Calcular la molaridad de 300 ml de una disolución acuosa que contiene 12 g de ácido
sulfúrico.
R: 0,41 M
11.-
Calcular la molaridad de una disolución acuosa de cloruro de sodio, al 15% p/v y
densidad 1,02 g/ml.
R: 2,6 M
12.-
Indicar cómo se prepararía 250 ml de una disolución 1 M de ácido nítrico, si se dispone
de un ácido nítrico comercial de densidad 1,15 g/ml y 25,48 % de riqueza en peso.
R: 53,75 ml
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13.-
Se disuelven 294 g de ácido fosfórico (H3PO4) hasta lograr 1 l de disolución. La densidad
es 1,15 g/ml. Calcular la molaridad.
R:
M=3
14.-
Calcular el volumen que se debe tomar de una disolución de H2SO4 del 75 % de riqueza y
densidad 1,4 g/ml, para preparar 2 l de una disolución 3 M.
R: 560 ml
15.-
Disponemos de 100 ml de una disolución de HCl 0,5 M y deseamos preparar 100 ml de
otra disolución de HCl exactamente 0,05 M. ¿Cómo procedería?.
R: 0,01 l
16.-
Se prepara una disolución disolviendo 180 g de hidróxido de sodio en 400 g de agua. La
densidad de la disolución resultante es de 1,34 g/ml. Calcular:
a. La molaridad de la disolución.
b. Los g de NaOH necesario para preparar 1 L de una disolución 0,1 M.
R: a) M = 10,4 b) 4 g
17.-
Se disuelven 294 g de ácido fosfórico (H3PO4) hasta lograr 1 l de disolución. La densidad
es 1,15 g/ml. Calcular la molaridad, molalidad, % en peso y fracción molar.
R:
18.-
M = 3, m = 3,5 % = 25,56 X = 0,059
Se dispone de una disolución de ácido nítrico cuya riqueza es del 70 % y su densidad es
1,42 g/ml.
a. ¿Cuál es la molaridad de dicha disolución y la fracción molar?.
b. ¿Cuántos g de esta disolución serán necesarios para preparar 300 ml de ácido nítrico
2,5 M?.
R: a) 15,7 M, X = 0,4
b) 67,8 g
19.-
Si a 52 g de sacarosa (C12H22O11) se añaden 48 g de agua para formar una disolución
que tiene una densidad de 1,24 g/ml. Calcular:
a. El porcentaje en peso de sacarosa.
b. La molaridad de la disolución de sacarosa.
R: a) 52% c) 1,88 M
20.-
Una solución acuosa contiene 10 g de sal en 40 g de solución. Expresar su
concentración en:
a) Gramos de sal por 100 g de agua.
b) Gramos de sal por 100 g de solución.
R: 33,33 g y 25 g
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21.-
Se disuelven 10 g de cloruro de sodio en 50 g de agua, expresar la concentración en:
a) Gramos de sal por 100 g de solución.
b) Gramos de sal por 100 cm3 de disolvente.
R: 16,66 g y 20 g
22.-
En la etiqueta de un frasco de ácido sulfúrico figuran los siguientes datos: densidad 1,84
g/ml ; riqueza 96% (en peso).
a. Averiguar la concentración molar del ácido.
b. ¿Cuántos ml de hidróxido sódico 2 M se requieren para que reaccionen
completamente con 10 ml de ácido sulfúrico del frasco?.
R:
23.-
a) 18,02 M
b) 180 ml
Una disolución de ácido clorhídrico, al 37,2 % en peso, tiene una densidad de 1,19 g/ml:
a. ¿Cuál es la molaridad?
b. ¿Qué peso de ácido clorhídrico hay en 50 ml de la misma?
R: a) 12,12 M b) 22,13 g
24.-
En la etiqueta de un frasco de ácido clorhídrico dice: densidad 1,19 g/ml; riqueza 37,1 %
en peso. Calcula la molaridad de ese ácido
R: 12,09 M
25.- ¿Cuál es la molaridad de una disolución de 20 g de NaCl en 180 ml de agua?
26.- Al neutralizar 10 ml de cierta disolución de hidróxido de sodio (NaOH) se gastaron 20 ml
de ácido sulfúrico (SO4H2) 0,2 N. Calcular la normalidad de la solución de hidróxido sódico.
27.- ¿Qué volumen de ácido clorhídrico con una densidad de 1,17 g/ml y un 33,46 % de riqueza
han de medirse para preparar 1 litro de disolución 0,2 N.
28.- El ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad de 1,84 g/ml y contiene un 95 % de
ácido puro. Calcular:
a) El contenido en g/ml
b) La molaridad
c) La normalidad
29.- Calcular cuántos gramos de ácido nítrico al 60 % son necesarios para preparar 300 ml de
solución 0,2 N de HNO3.
30.- Se tienen 5 gramos de AlF3 en 250 ml de solución, cuál será la Normalidad?
Mg. Lic. GOMEZ Daniel José
0,72 N
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