GUÍA DE APRENDIZAJE DISOLUCIONES

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DISOLUCIONES:

guía de

aprendizaje

Objetivo Objetivo

Adquirir fluidez de cálculo con las unidades de Adquirir fluidez de cálculo con las unidades de concentración de las disoluciones.

concentración de las disoluciones. LAS DISOLUCIONES

LAS DISOLUCIONES

Una disolución es una mezcla homogénea (de igual composición y estructura en Una disolución es una mezcla homogénea (de igual composición y estructura en

todos sus puntos, es decir, que sus propiedades son uniformes en toda su extensión) todos sus puntos, es decir, que sus propiedades son uniformes en toda su extensión) que consta de:

que consta de: •

• _{DISOLVENTE: es el componente mayoritario de la mezcla y que en nuestro caso}_{DISOLVENTE: es el componente mayoritario de la mezcla y que en nuestro caso}

será casi siempre agua. será casi siempre agua. •

• _{SOLUTO: es el compuesto que está disuelto en el disolvente.}_{SOLUTO: es el compuesto que está disuelto en el disolvente.}

Según la cantidad de soluto se tiene: Según la cantidad de soluto se tiene:

-- Disoluciones concentradas, sDisoluciones concentradas, si tienen una i tienen una elevada cantidad de elevada cantidad de soluto.soluto.

-- Disoluciones diluidas, si Disoluciones diluidas, si sólo tiene disuelta sólo tiene disuelta una pequeña una pequeña cantidad de soluto.cantidad de soluto.

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

PORCENTAJES - en peso y en volumen

•

• _{Porcentaje en masa:}_{Porcentaje en masa:} _{es muy utilizado. Es la masa de soluto que hay por cada 100}_{es muy utilizado. Es la masa de soluto que hay por cada 100}

gramos de disolución. gramos de disolución. •

• _{Porcentaje en volumen:}_{Porcentaje en volumen:} _{es el volumen de soluto (mL, L,...) que hay por cada 100}_{es el volumen de soluto (mL, L,...) que hay por cada 100}

unidades de volumen de disolución. Se usa frecuente

unidades de volumen de disolución. Se usa frecuentemente cuando el solutomente cuando el soluto eses un líquido.

un líquido. MOLARIDAD (M)

MOLARIDAD (M)

Son los moles de soluto que hay por cada litro de Son los moles de soluto que hay por cada litro de disolución. disolución. @profesorjano @profesorjano FACEBOOK FACEBOOK Victor Vitoria Victor Vitoria ABOUT.ME ABOUT.ME http://about.me/profesorjano http://about.me/profesorjano WEB WEB www.profesorjano.info www.profesorjano.info - -www.profesorjano.biz www.profesorjano.biz BLOG BLOG www.jano-coach.blogspot.com www.jano-coach.blogspot.com WIX WIX www.wix.co

www.wix.com/profesorjano/pm/profesorjano/profesorjanorofesorjano

Es muy conveniente a la hora de ir Es muy conveniente a la hora de ir resolviendo el ejercicio ir

resolviendo el ejercicio ir

escribiendo las unidades completas escribiendo las unidades completas al lado de cada valor.

al lado de cada valor. Frecuenteme

Frecuentemente, las nte, las unidades vanunidades van indicando las operaciones que hay indicando las operaciones que hay que ir haciendo hasta llegar a la que ir haciendo hasta llegar a la magnitud pedida.

(2)

Gramos por litro

molalidad (m)

Son los moles de soluto que hay por cada litro de disolvente.

LA DENSIDAD

La densidad es la masa de disolución que hay por unidad de volumen de disolución.

Para poder pasar la densidad a unidades de concentración se suele necesitar información adicional, por ejemplo el % en peso. Éste se le aplica y así se puede determinar que masa de esa disolución para ese volumen es realmente de soluto.

Unos primeros ejercicios rápidos: Disol 1

Calcula el porcentaje de K2CO3 que hay en una solución que se obtiene disolviendo

15 g de K2CO3 en 60 g de H2O. ¿Qué nombres recibe el soluto?

Disol 2

Cuántos gramos de NaCl habría que disolver en 54 g de H2O para obtener una

disolución al 10 % en peso? Disol 3

¿Cuál es la molaridad de una disolución que contiene 49 g de H2SO4 en 2’0 litros de

disolución?. El peso molecular del H2SO4 es 98. ¿Cómo se llama el soluto?

Disol 4

¿Cuántos gramos de H2SO4 hay en 0’50 litros de una disolución 0’050 M?

(resolución de los 4 primeros ejercicios)

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Disol 5

Se prepara una disolución disolviendo 32 g de cloruro d e sodio en 1’2 L de disolución. Sabiendo que la masa atómica del sodio es 23 y la del cloro 35’5, determinar:

a) Molaridad de la disolución

b) En qué volumen se han disuelto 10 g. de NaCl

c) En qué volumen se han disuelto 0’16 moles (resolución) d) Cuántos moles de soluto hay en 0’35 L

e) Cuántos gramos de soluto hay en 20 ml de la disolución Disol 6

En una disolución de ácido sulfúrico se contienen 490 g del ácido en 45 L de la disolución. Conociendo las masas atómicas de los elementos S = 32, O = 16, H = 1, calcular:

a) La concentración de la disolución en g/L b) La molaridad de la disolución

c) El número de moles contenidos en 17 cm3. (resolución)

d) Los gramos contenidos en 0’025 L de disolución. e) En qué volumen de disolución hay 1/7 de mol

f) En qué volumen de la disolución hay 0’3 Kg de ácido sulfúrico Disol 7

Una disolución de NaOH tiene un porcentaje del 40 % en soluto. a) ¿Cuántos gramos de soluto hay en 25 g de disolución?

b) ¿Cuántos moles de soluto hay por cada Kg de disolución? (resolución) c) ¿Qué masa de disolución contiene 13 gramos de soluto?

d) ¿Qué masa de disolución contiene 0’6 moles de soluto? Na = 23 ; O = 16 ; H = 1

Disol 8

Una disolución de H2SO4 es 5’8 molar.

a) ¿Cuántos gramos de H2SO4 tiene por litro?

b) ¿Cuántos moles cada cm3_? _{(resolución)}

c) ¿En qué volumen hay 1 mol de H2SO4?

d) ¿En qué volumen hay 1 gramos de H2SO4?

H = 1 ; O = 16 ; S = 32 Disol 9

Se disuelven 72 g de FeCl3 en 0’5 L de disolución. ¿Cuántos gramos de hierro hay en

(4)

Disol 10

Tenemos 2 disoluciones de Ba(OH)2. Una de ellas tiene un volumen de 0’34 L y es 0’8

M. La otra tiene un volumen de 0’86 L y es 0’45 M. Si mezclamos ambas disoluciones y suponemos que el volumen total es la suma de los dos volúmenes determinar:

a) El número de moles iniciales de cada una.

b) El volumen total. (resolución)

c) La molaridad de la disolución resultante. Disol 11

Una disolución de NaCl tiene una densidad de 1’15 g/mL y una riqueza en soluto de 35 % en masa. Contestar las siguientes cuestiones:

a) ¿Cuántos gramos de disolución hay en 120 cm3_?

b) ¿Cuántos gramos de soluto en 120 cm3_?

c) ¿Cuántos gramos de agua hay en 120 cm3_? _{(resolución)}

d) Si tomamos 300 g de la disolución, cuántos hay de NaCl? e) ¿En qué masa de disolución están contenidos 32 g de NaCl?

f) Si queremos 5 g de NaCl, ¿qué volumen de la disolución deberemos tomar? g) ¿En qué volumen de la disolución está contenido 1 mol de soluto?

FRACCIÓN MOLAR (M)

En general nos indica la relación entre los moles de una de las sustancias de la mezcla y los moles totales de todos lo componentes:

En el caso de las disoluciones (s: soluto ; d: disolvente)

Dos ideas clave:

• _{La fracción mola es adimensional (= no tiene unidades)}

• _{La suma de las fracciones molares de los componentes de l a mezcla vale 1}

Videoproblema para autoestudio Enlace para ver el problema

(metodología: intenta hacer el problema antes de ver su resolución)

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Normalidad (N)

La normalidad es el número de equivalentes-gramo que hay por litro de disolución.

También se puede calcular una vez sabida la molaridad según la relación N = M . v en donde “v” es la valencia del compuesto.

Otras relaciones en relación con los equivalentes son:

Disol 12

Una disolución acuosa de tetraoxoclorato (VII) de hidrógeno (ácido perclórico) al 40 % en peso tiene una densidad de 1’2 g/cm3_{. Calcular:}

a) La molaridad de dicha disolución.

b) La normalidad (resolución)

c) La molalidad Disol 13

El alcohol etílico (etanol) que se vende en las oficinas de farmacia (no apto para consumo por vía oral) suele tener una concentración centesimal del 95 % (95 g de alcohol y 5 g de agua). Calcular las fracciones molares de cada elemento

(resolución) Disol 14

Una disolución acuosa de tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno (ácido sulfúrico) con 20 % en peso tiene una densidad de 1’14 g/ml. Calcular la molaridad, la molalidad, la normalidad y la fracción molar de ácido sulfúrico en la disolución.

(resolución)

El concepto de equivalente químico se aplica actualmente a reacciones químicas de oxidación reducción y entre ácidos y bases. Se basa en el hecho de que siempre un

equivalente de una sustancia reacciona con un equivalente de otra, algo que no sucede con los moles.

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VIDEOPIZARRA sobre el tema de DILUCIONES

Se abordan una serie de procedimientos como el de preparar una disolución a partir de otra más concentrada o la mezcla de dos

disoluciones.

Ir a la video pizarra

Un videoproblema:

Se trata de un problema en el que se aplica lo explicado en la videopizarra anterior.

Intenta hacerlo antes de ver la resolución Ir al videoproblema

Disol 15

Calcular la normalidad de una disolución acuosa de NaOH al 10 % en peso. (resolución)

Disol 16

Una disolución de ácido acético al 10 % tiene una densidad de 1’055 g/cm3_{. Se desea}

saber:

a) ¿Cuál es tu molalidad?

b) Si añadimos 1 L de agua a 500 cm3 _{de la disolución anterior, ¿cuál es el tanto por}

ciento en peso de la nueva disolución?

c) ¿Cuál es la normalidad de la nueva disolución? (resolución)

(si después de intentarlo tienes dificultades para hacer

el apartado b, mira la videopizarra. Si no las has tenido mira el vídeo al terminar tu resolución porque contiene un buen consejo)

Videopizarra de apoyo al 16b

(7)

Disol 17

Se mezclan 50 gramos de etanol (CH3 - CH2OH) y 50 gramos de agua para obtener una

disolución cuya densidad es 0’954 g/cm3. Para la disolución de etanol y agua que se forma, calcula:

a) La concentración molar de etanol b) La fracción molar del agua

(resolución)

ELECTROLITOS Y DISOLUCIONES

Muchas sustancias cuando se disuelven en agua se ionizan, es decir, se descomponen completamente en un ion negativo (anión) y otro positivo (catión). A estas

sustancias se le llama electrolitos fuertes.

En el caso de que sólo se disocien parcialmente en iones se llamarán electrolitos débiles.

El nombre de ELECTROlitos se debe a que éstas sustancias en disolución conducen la electricidad ya que forman iones. Los no electrolitos no pueden hacerlo.

A continuación se presentan dos vídeos:

• _{El primero muestra la diferencia entre electrolito y no} electrolito (ver aquí)

• _{El segundo nos enseña la diferencia entre un electrolito} fuerte (ácido clorhídrico o cloruro de hidrógeno) y uno débil (ácido acético) (ver aquí)

En general los compuestos iónicos solubles (muchas sales) y ácidos y bases fuertes son electrolitos fuertes. Los ácidos orgánicos y el amoniaco son electrolitos

débiles

Las sales binarias (NaCl, K2S,...) y los ácido hidrácidos (HCl, H2S,...) se disocian de

modo que el no metal formará el anión y el metal el catión.

En el caso de las sales que provienen de los ácidos oxoácidos y estos propios ácidos el anión lo forma el no metal junto al oxígeno con un número de cargas negativas igual al número de hidrógenos que tenía el ácido oxoácido. El metal formará el catión con un número de cargas positivas igual a su valencia. Los hidrógenos siempre tienen carga +1.

Disol 18

Escribe la reacción de disociación de los siguientes compuestos, nombrándolos y nombrando los iones que forman:

a) KI b) H2CO3 c) AgNO3

d) H2Se e) NaOH f) CuClO2

(8)

Disol 19

Calcula el número de moles de de cada ion que hay cuando se disuelven 1’135 moles de:

a) K2Cr2O7 b) Ca(OH)2 c) Al2S3

d) H3PO4 e) Na2SO3

(resolución) Disol 20

Sabiendo que una disolución concentrada de ácido clorhídrico contiene un 35’2 % en peso de HCl y su densidad es 1’175 g/cm3, calcular el volumen de dicha disolución que se necesita para preparar 2 litros de ácido clorhídrico 2 N? ( H = 1 ; Cl = 35’5) (resolución)

Disol 21

¿Cuáles son la normalidad y la molaridad de una disolución de ácido sulfúrico del 98 % en peso y densidad 1’84 g/mL? (resolución) (S = 32 ; O = 16 ; H = 1)

Disol 22

Calcular la normalidad de una disolución de ácido nítrico de densidad 1’334 g/mL y del 54 % en peso. (resolución) ( N = 14 ; O = 16 ; H = 1)

Disol 23

Calcular la molalidad de una disolución acuosa de NaOH al 10 % en peso. (resolución) (Na = 23 ; H = 1)

Disol 24

El ácido sulfúrico comercial que se encuentra en los laboratorios es 36 N. Si deseamos preparar 300 mL de dicho ácido 1 M, ¿qué volumen del comercial deberemos tomar para diluir con agua? (resolución)

Disol 25

Se disponen de 200 ml de una disolución 0’6 M de cloruro de sodio y de 400 ml de otra 0’35 M en trioxosulfato(IV) de disodio (sulfito de sodio). Si se mezclan ambas, ¿cuál es la concentración final del catión Na+_{? (resolución)}

Disol 26

Se disponen de 600 ml de una disolución 0’25 M de trioxonitrato(V) de sodio (nitrato de sodio) y de 500 ml de otra 0’42 M en bis [trioxonitrato (V)] de calcio (nitrato de calcio). Si se mezclan ambas, ¿cuál es la concentración final del catión trioxonitrato (V)? (resolución)

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pH y DISOLUCIONES

Una característica de algunas sustancias es su acidez o su basicidad o alcalinidad, (lo opuesto a acidez) y también de las disoluciones que forman estas sustancias. Se define ácido como una sustancia que en disolución produce H3O+ (a veces

representado como H+_{y llamado hidrogeniones ) y base (o alcali) como aquellas que}

producen OH- _{(grupo hidroxilo) en disolución.}

En esta lección básica trabajaremos con ácidos y bases fuertes, es decir, aquellos que están completamente disociados.

En cualquier disolución se cumple, y en el agua destilada también, que: [H3O+]

= [OH

-

] = 10

-14

= K

w

siendo la constante K

w

el producto iónico del agua.

Precisamente, para medir el grado de acidez de una disolución se mide la

[H

3

O

+

] de modo que a mayor [H

3

O

+

] mayor acidez. Como el valor de la

concentración de hidrogeniones es pequeño se le suele aplicar el

logaritmo para darle un magnitud más representativa que se conoce con

el nombre de “pH”, cuya expresión es:

pH = - Log [H

3

O

+

]

El valor del pH oscila entre 1 y 14 yendo de más ácido (1) a menos ácido

(14)

(10)

• _{Si 1 < pH < 7, la disolución es ácida} • _{Si pH = 7, la disolución es neutra} • _{Si 7 < pH < 14, la disolución es básica}

También se suele usar el pOH como pOH = - Log [OH-_{], cumpliéndose siempre que p H}

+ pOH = 14 Disol 27

Calcula el pH de disoluciones que tienen las siguientes concentraciones: a) 1’8.10-8 _{de [H}₃_O+_] _{b) 1’6.10}-2 _{de [H}₃_O+_]

c) 2’7.10-13 _{de [OH}-_] _{d) 5’2.10}-5 _{de [OH}-_]

¿Cuál de las cuatro es la más ácida? (resolución)

Disol 28

Se fabrican unas disoluciones de un litro de volumen final utilizando 48 g de:

a) HCl b) H2SO4

c) KOH d) Ca(OH)2

i) Nombra los cuatro compuestos

ii) ¿Cuál será el pH de cada una de ellas.

[Cl = 35’5 : S = 32 ; Ca = 40 ; O = 16 ; H = 1 ; K = 39,1] (resolución)

Disol 29

Se dispone de las siguientes disoluciones: a) Una de HNO3 de pH 2,73

b) Una de NaOH de pH 8’22 c) Una de H2SO4 de pH 1’76

d) Una de Mg(OH)2 de pOH = 3’49

Para cada una de ellas calcula (i): Su molaridad y su normalidad

(ii): La masa de soluto que habría en 250 ml de dicha disolución. H = 1 ; N = 14 ; Na = 23 ; S = 32 ; O = 16 ; Mg = 24,3

(11)

Disol 30

Se ha preparado una disolución de etanol en agua disolviendo 10’00 mL de etanol C2H5OH (d = 0’789 g/mL) en un volumen suficiente de agua para obtener 100’00 mL

de una disolución con una densidad de 0’982 g/mL. ¿Cuál es la concentración de etanol como

a) porcentaje en volumen b) porcentaje en peso

c) fracción molar de soluto d) Molaridad

e) Molalidad

C = 12 ; H = 1 ; O = 16 (resolución) Disol 31

Se dispone de una disolución de trioxonitrato (V) de hidrógeno (ácido nítrico) de densidad 1’334 g/mL y un 54 % en peso.

a) ¿Cuál es el pH de la disolución?

b) ¿Qué molaridad debería tener una disolución de tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno (ácido sulfúrico) para tener el mismo pH que la disolución dada? N = 14 ; H = 1 ; O = 16 ; S = 32 (resolución)

Un problema diferente

Calcular el volumen de anís que ha consumido una persona, teniendo en cuenta los siguientes datos:

• _{Porcentaje de alcohol (en masa) en el anís: 39 %} • _{Porcentaje de alcohol que pasa a la sangre: 15 %}

• _{Concentración de alcohol en sangre del individuo: 2’8 mg/mL} • _{Volumen total de sangre: 6 L}

• _{El contenido de una botella de anís de 1 L tiene una masa 1065 g} (resolución)

Otro problema diferente

Calcular el volumen total de sangre de un individuo teniendo en cuenta:

1. El plasma sanguíneo (sangre sin células) ocupa un 55 % del volumen total de la

sangre.

2. La masa de iones Ca2+ que se encuentran en el plasma es de 0’27 g siendo la

concentración molar de la misma 0’00245 moles/L

3. Masa atómica del calcio: 40

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Tercer problema diferente

Determinar el número de cervezas que había ingerido un automovilista que, en la prueba de alcoholemia realizada en un control policial, dio como resultado 1’8414 mg de alcohol por mililitro de sangre. DATOS:

• _{Densidad de la cerveza: 1’1 g/mL}

• _{El volumen de una cerveza es de 0’310 L}

• _{Porcentaje de alcohol en una cerveza5’4 % en peso.}

• _{El 15 % del alcohol consumido pasa directamente al torrente sanguíneo} • _{Volumen del torrente sanguíneo: 6 L.}

(resolución)

Cuarto problema diferente

Si quieres f abricar caramelos para la tos, lo puedes hacer de la siguiente manera:

1. En un mortero que has limpiado cuidadosamente mezcla azúcar, aceite de anís,

esencia de menta, agua y ácido tartárico.

2. Una vez bien mezclados los ingredientes, se calienta al baño María en un molde

apropiado y se espera que solidifique la mezcla.

Determina la cantidad necesaria de cada sustancia, teniendo en cuenta los datos siguientes:

• _{Masa total de la mezcla antes de ponerla a calentar: 675’5 g} • _{Porcentaje de azúcar en la mezcla: 68’097705 %}

• _{Porcentaje del aceite de anís en la mezcla: 1’850481125 %} • _{Porcentaje de esencia de menta en la mezcla: 0’14803849 %}

• _{La composición centesimal del ácido tartárico es de 64 % de O, 32 % de C y 4 %} de H, estando su masa molecular comprendida entre 100 y 200.

• _{Si disolvemos una cantidad de ácido tartárico igual a la de la receta en 133’3 mL} de agua se obtiene una disolución 0’1 M.

• _{Masas atómicas: C = 12 ; H = 1 ; O = 16} (resolución) @profesorjano Test de autoevalución Copyright by @profesorjano Ir al test