Solubilidad y concentracion

GUÍA DE PROBLEMAS Nº 4
CÁTEDRA: QUÍMICA
TEMA: ESTEQUIOMETRÍA DE SOLUCIONES
OBJETIVOS: Resolver problemas basados en la estequiometría de las soluciones, ampliando
los conocimientos para ser aplicados criteriosamente en el laboratorio.
PRERREQUISITOS: Conocimientos de las formas de concentración más comunes: % m/m;
% m/V, molaridad, molalidad y fracción molar.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA.
Una solución (sol) es una mezcla homogénea de dos o más sustancias puras, de composición
variable y fraccionable por métodos químicos. Los componentes de la solución se denominan
soluto (sto) y solvente (svte) pudiendo hallarse ambos en cualquier estado de agregación.
Soluto es el componente que se halla en menor proporción. Por otro lado el disolvente es
quien dispersa al soluto o bien el componente en mayor proporción o aquel que se halla en el
mismo estado físico que la solución. Las soluciones más comunes son las de solutos sólidos en
agua, solvente por excelencia, ya que por la naturaleza de sus moléculas facilita la disolución
de gases, líquidos y sólidos.
La concentración de una solución es la expresión de su composición relativa, es decir la
relación entre soluto y solvente que puede establecerse entre masas o masas y volúmenes.
Clasificación de las soluciones según su concentración:
Diluidas: Contienen sólo una pequeña cantidad de soluto.
Concentradas: Contienen soluto en una cantidad próxima al límite de solubilidad.
Saturadas: Aquellas que a una temperatura dada no admiten más soluto.
Sobresaturadas: Contienen mayor cantidad de soluto de la que pueden disolver.
La solubilidad de un soluto en un solvente es la concentración de su solución saturada,
expresada en gramos de soluto/100 g de solvente. Esta depende de la naturaleza de ambos
componentes, de la temperatura y de la presión.
FORMAS MÁS COMUNES DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN:
FÍSICAS:
% m/m: g de soluto/100 g de solución
% m/V: g de soluto/100 mL de solución
(porcentaje en masa o en peso)
(porcentaje en volumen)
QUÍMICAS:
Molaridad (M): Número de moles de un componente en 1 L de solución
nº moles de soluto
M =
Volumen solución (L)
Molalidad (m): Número de moles de un componente por cada 1000 g de solvente puro
nº moles de soluto
m=
Masa de solvente (Kg)
Fracción molar: Relación entre el numero de moles de un componente y el numero de moles
totales.
nº moles de soluto
nº moles de disolvente
X soluto =
X disolvnete =
n ° de moles totales
n ° de moles totales
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° ° ° Si lo visualizamos esquemáticamente:
Molalidad
Fracción molar
Molaridad
DILUCIÓN DE SOLUCIONES
Las soluciones concentradas normalmente se guardan en el laboratorio y se diluyen antes de
utilizarlas. La dilución es el procedimiento que se sigue para preparar una solución menos
concentrada a partir de una más concentrada.
Para diluir agregamos solvente a la solución, con lo que la concentración de la solución
original cambia (disminuye) sin que cambie el número de moles de soluto presente en la
misma.
ó é ó
Donde Mi y Mf son las concentraciones molares de la solución inicial y final y Vi y Vf son los
volúmenes respectivos de la solución inicial y final. Desde luego las unidades de Vi y Vf deben
ser las mismas (mL o L) para que los cálculos funcionen.
PROBLEMAS RESUELTOS
PROBLEMA N°1: ¿Cómo prepararía 5,00 L de permanganato de potasio 0,050M a partir del
reactivo sólido?
Solución:
Debemos escribir la fórmula del compuesto, que está conformado por el ión permanganato y el
ión potasio: KMnO4
Determinamos la masa molar del KMnO4 (sto) = 158,03 g/mol
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Ahora debemos determinar la masa necesaria de permanganato para preparar la solución:
masa de KMnO" #,#%# &'()* +) ,-./0 1 %,# 2 *'( 1 3%4,#5 6 ,-./0
3 2 *'( 1 3 &'( ,-./0
39,5 g
Peso 39,5 g de KMnO4 y disuelvo con agua destilada llevando a volumen final de 5,00 L.
PROBLEMA N°2: ¿Cuantos gramos de agua deben usarse para disolver 128 g de metanol
(CH3OH) y obtener una solución 37 molal? ¿Cuáles son las fracciones molares del soluto (sto)
y solvente (svte)?
Solución:
128 > ?
3 @AB CDA
5E F CDA
4 Como la solución es 37 molal significa que tenemos 37 moles de soluto en 1 kg de solvente
entonces:
3### F HI CJDI
4 ? 5K @ABIC HI CDA 108,1 > 108,1 > ?
3 @AB CJDI
34 F
6,0 NADOBIC CDA CJDI 4 6 10 @ABIC HI CDA
"
@ABIC HI CJDI
?CDA @ABIC DADOBIC 3# 0,4
?CJDI @ABIC DADOBIC P
3#
0,6
PROBLEMA N°3: El ácido sulfúrico comercial es una solución al 96,4 % en masa de ácido y
su densidad es de 1,84 g/mL. Calcule la molaridad de dicho ácido.
Solución:
MM H2SO4 = 98,1 g/mol
á 3,4" F CAB
3 @R CAB
?
SP," F CDA
3## F CAB
?
3 @AB CDA
S4,3 F CDA
?
3### @R CAB
3 R CAB
18,1 PROBLEMA N°4: ¿Cómo se procedería para preparar 1,50 L de hidróxido de sodio 0,215M
a partir del reactivo comercial concentrado hidróxido de sodio 50 % m/m con densidad de
1,525 g/mL?.
a) Primero escribimos correctamente la fórmula del compuesto para poder calcular su
masa molar
MMNaOH = 40 g/mol
b) para calcular la concentración molar del hidróxido de sodio 50% m/m realizamos el
siguiente calculo:
TOUV %# F CDA
3## F HI CAB
?
3,%E F CAB
3 @R CAB
?
3### @R
3R
37
?
3 @AB CDA
"# F CDA
19,07 c) ahora hallamos el volumen de solución 19,07 M que es necesario tomar para preparar la
solución final:
X YZ [Z
Y\
#,E3% Y ] 3%## @R
3S,#K Y
16,9 ^
Es decir que tomando 16,9 mL de solución comercial y llevándolos a 1,50 L con agua destilada
obtendremos la solución final pedida.
Preguntas de repaso:
1.- Para preparar una solución 15 M a partir de otra de los mismos componentes pero 18 M
debo:
a) Agregar moles de soluto.
b) Agregar un volumen determinado de solvente.
c) Preparar la solución nuevamente.
2.- Marcar los planteos incorrectos y razonar el por qué:
a) Solución de acido clorhídrico en agua de fracción molar 4.
b) Solución de agua en cloruro de sodio.
c) Solución de sulfato ferroso en agua 0,3 Molar.
3.- Si preparo una solución de concentración 1 Molar a 25 º C ¿Cambiará su concentración al
variar la temperatura? ¿Por qué?
4.- Si se prepara 1L de solución acuosa disolviendo X gramos de cada uno de los siguientes
solutos: a) Cloruro de sodio b) nitrato de plata c) sacarosa (C12H22O11)
¿Con cuál de ellos se obtendrá la mayor concentración molar? Justifique
EJERCITACIÓN
1.- Se forma una solución mezclando 25 g de hidróxido de calcio en 50 ml de agua. Calcular el
% en masa de la solución. Considerar la densidad del agua igual a 1g/mL.
2.- Una solución contiene 144,06 g de ácido sulfúrico por litro. Si la densidad de la solución es
1,129 g/mL. Calcular el % en masa y el % en volumen de ese ácido.
3.- Si se pesan 15 g de cloruro de sodio y se disuelven en 200 mL de agua destilada.
a) ¿Cuál será la concentración en % m/m de la solución?
b) ¿Cuántos gramos de soluto tenemos cada 100 g de solvente? Considerar la densidad del
agua 1 g/mL
4.- Hallar la concentración en % m/v de una solución de hidróxido de sodio al 30 % en masa y
densidad 1,20 g/mL.
5.- Calcular las masas y los moles de soluto presentes en las siguientes soluciones acuosas:
a) 350 mL de solución de cloruro de potasio al 32 % m/m (densidad: 1,17 g/mL)
b) 200 mL de solución 5 M de sulfato de amonio.
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6. - Calcular la molaridad de una solución de acido sulfúrico 37 % m/m y densidad 1,19 g/mL.
7.- Calcular la molaridad y molalidad de las siguientes soluciones acuosas:
a) sosa cáustica (hidróxido de sodio comercial al 50,5 % m/m, densidad: 1,53 g/mL)
b) óleum (acido sulfúrico comercial al 98 % m/m, densidad: 1,84 g/mL)
8.- Calcule la molalidad de las siguientes soluciones acuosas:
a) Solución 3 % de hidróxido de potasio en masa.
b) Solución 0,4 M de acido nitroso (considere densidad de la solución: 1 g/mL)
9.- Calcule la fracción molar de soluto y solvente en las siguientes soluciones:
a) Solución acuosa de cloruro de sodio 1,3 M (considere densidad de la solución: 1 g/mL)
b) Solución acuosa de bromuro de potasio 3,7 % en masa.
10.- ¿Que volumen de acido clorhídrico del 38 % en masa, densidad 1,19 g/mL ha de medirse
para obtener 2,5 L de solución 0,10 M ?
11.- Se tiene un solución acuosa de acido perclórico al 40 % en masa y densidad 1,21 g/mL.
Calcular la M y fracción molar del acido en agua.
12.- Si 25 mL de solución 2,5 M de sulfato cúprico se diluyen con agua hasta 450 mL
a) ¿Cuántos gramos de sal hay en la solución original?
b) Calcular la molaridad de la solución resultante
13.- Se mezclan 25 mL de solución 0,1 M de acido clorhídrico con 50 mL de otra solución 0,2
M del mismo ácido. ¿Cuál será la concentración final de la solución en M?
14.- a) Calcular la M y m de una solución de acido nítrico 36 % en masa y densidad 1,22 g/mL
b) ¿Qué volumen de esta solución debemos tomar para preparar 0,5 L de solución 0,25 M?
15.- Una empresa farmacéutica pide a cierta planta de tratamiento y envasado de reactivos
químicos que le preparen 100 botellas de 1 L de acido sulfúrico 0,10 M. Si el acido disponible
es del 96% en masa y densidad 1,858 g/mL. Calcular:
a) la masa de ácido del 96 % necesario para preparar las 100 botellas.
b) el volumen de ácido del 96 % usado por litro de solución.
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