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• Leidy Correa

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78CAPÍTULO 4

Cálculos utilizados en la química analítica

EJEMPLO 4.14 ¿Cuál será la concentración molar analítica de Na2CO3 en la disolución producida cuando se mezclan 25 mL de AgNO3 0.200 M con 50 mL de Na2CO3 0.800 M? Solución Vimos en el ejemplo previo que la formación de 5.00 3 1023 mol de AgNO3 requiere 2.50 3 1023 mol de Na2CO3. El número de moles de Na2CO3 que no reacciona está dado por 1 mol Na2CO3 23 23 5 4.00 4.00 3 3 10 1023 mol Na Na2CO CO3 2 2 5.00 5.00 3 3 10 1023 mol AgNO AgNO3 3 3 1 mol Na2CO3 Na2CO3 5 nnNa mol mol 2 3 3 2CO3 mol AgNO AgNO3 22 mol 3 23 23 mol Na2CO3 5 1.50 3 10 5 1.50 3 10 mol Na CO 2

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Por definición, la concentración molar es el número de moles de Na2CO3/L. Por lo tanto, 23 1.50 3 1023 mol Na2CO3 1000 1000 mL mL cc Na2CO3 5 5 1.50 3 10 mol Na2CO3 3 3 5 0.0200 0.0200 M M Na Na2CO CO3 5 Na2CO3 2 3 (50.0 1 1 25.0) 25.0) mL mL (50.0 11 LL

En este capítulo revisamos muchos de los conceptos químicos y habilidades necesarias básicos para el estudio efectivo de la química analítica. En los capítulos restantes del libro, usted utilizará estas bases firmes conforme explore los métodos del análisis químico.

TAREA EN LÍNEA

Este capítulo inicia con una fotografía de una esfera casi perfecta de silicio que se utiliza para determinar el número de Avogadro. Cuando esta medición se haya completado, el kilogramo será redefinido de la masa de un cilindro Pt-Ir alojado en París a la masa de un múltiplo conocido del número de Avogadro de átomos de silicio. Este será conocido como kilogramo silicio. Utilice su navegador para conectarse a www.cengage.com/chemistry/skoog/fac9*. En el Chapter Resources Menu (Menú Recursos de Capítulo), seleccione Web Works (Tarea en línea). Localice la sección del capítulo 4 y dé clic en el vínculo al artículo del sitio web de la Royal Society of Chemistry (Sociedad Real de Química) escrito por Peter Atkins que discute el significado del kilogramo silicio y lea el artículo. Después seleccione, en el mismo sitio web, el vínculo al artículo que trata sobre la consistencia del número de Avogadro. ¿Cómo se relacionan la constante de Planck, el número de Avogadro y el kilogramo silicio? ¿Por qué el kilogramo está siendo redefinido? ¿Cuál es la incertidumbre en el número de Avogrado en la actualidad? ¿Cuál es la velocidad de perfeccionamiento en la incertidumbre del número de Avogadro? *Este material se encuentra disponible solo en inglés.

PREGUNTAS Y PROBLEMAS 4.1 Defina *a) milimol. b) masa molar. *c) masa milimolar. d) partes por millón. 4.2 ¿Cuál es la diferencia entre concentración molar de especies y concentración molar analítica? *4.3 Enuncie dos ejemplos de unidades derivadas de las unidades básicas fundamentales del si.

4.4 Simplifique las siguientes cantidades utilizando una unidad con un prefijo adecuado *a) 3.2 3 108 Hz. b) 4.56 3 1027 g. *c) 8.43 3 107 µmoles. d) 6.5 3 1010 s. *e) 8.96 3 106 nm. f ) 48,000 g. *4.5 Demuestre que un gramo es un mol de unidades de masa atómica unificadas.

Preguntas y problemas  79

4.6 En uno de los pies de figura sugerimos que el kilogramo estándar será definido pronto como 1000/12 del número de Avogadro de átomos de carbono. Demuestre que esta afirmación es matemáticamente correcta y discuta las implicaciones de esta nueva definición del kilogramo. *4.7 Encuentre el número de iones Na 1 en 2.92 g de Na3PO4. 4.8 Encuentre el número de iones K1 en 3.41 moles de K2HPO4. *4.9 Encuentre la cantidad (en moles) del elemento indicado a) 8.75 g de B2O3. b) 167.2 mg de Na2B4O7∙10H2O. c) 4.96 g de Mn3O4. d) 333 mg de CaC2O4. 4.10 Encuentre la cantidad, en milimoles, de las especies indicadas a) 850 mg de P2O5. b) 40.0 g de CO2. c) 12.92 g de NaHCO3. d) 57 mg de MgNH4PO4. *4.11 Encuentre el número de milimoles de soluto en a) 2.00 L de KMnO4 0.0555 M. b) 750 mL de KSCN 3.25 3 1023 M. c) 3.50 L de una disolución que contiene 3.33 ppm de CuSO4. d) 250 mL de KCl 0.414 M. 4.12 Encuentre el número de milimoles de soluto en a) 226 mL de HClO4 0.320 M. b) 25.0 L de K2CrO4 8.05 3 1023 M. c) 6.00 L de una disolución acuosa que contiene 6.75 ppm de AgNO3. d) 537 mL de KOH 0.0200 M. *4.13 ¿Cuál es la masa en miligramos de a) 0.367 moles de HNO3? b) 245 mmol de MgO? c) 12.5 moles de NH4NO3? d) 4.95 moles de (NH4)2Ce(NO3)6 (548.23 g/mol)? 4.14 ¿Cuál es la masa en gramos de a) 3.20 moles de KBr? b) 18.9 mmol de PbO? c) 6.02 moles de MgSO4? d) 10.9 mmol de Fe(NH4)2(SO4) ∙ 6H2O? 4.15 ¿Cuál es la masa en miligramos de soluto en *a) 16.0 mL de sacarosa 0.350 M (342 g/mol)? *b) 1.92 L de 3.76 3 1023 M H2O2? c) 356 mL de una disolución que contiene 2.96 ppm de Pb(NO3)2? d) 5.75 mL de KNO3 0.0819 M? 4.16 ¿Cuál es la masa en gramos de soluto en *a) 250 mL de H2O2 0.264 M? b) 37.0 mL de ácido benzoico 5.75 3 1024 M (122 g/ mol)? c) 4.50 L de una disolución que contiene 31.7 ppm de SnCl2? d) 11.7 mL de KBrO3 0.0225 M?

4.17 Calcule el valor p para cada uno de los iones indicados a continuación: *a) Na1, Cl- y OH2 en una disolución 0.0635 M de NaCl y 0.0403 M en NaOH. b) Ba21, Mn21 y Cl- en una disolución 4.65 3 1023 M de BaCl2 y 2.54 M en MnCl2. *c) H1, Cl2 y Zn21 en una disolución 0.400 M en HCl y 0.100 M de ZnCl2. d) Cu21, Zn21 y NO32 en una disolución 5.78 3 10–2 M de Cu(NO3)2 y 0.204 M en Zn(NO3)2. *e) K1, OH– y Fe(CN)642 en una disolución 1.62 3 10–7 M en K4Fe(CN)6 y 5.12 3 10–7 M en KOH. f ) H1, Ba21 y ClO4– M en una disolución 2.35 3 10–4 M en Ba(ClO4)2 y 4.75 3 10–4 M en HClO4. 4.18 Calcule la concentración molar del ion H3O1 de una disolución que tiene un pH de *a) 4.31. *c) 0.59. *e) 7.62. *g) 0.76. b) 4.48. d) 13.89. f ) 5.32. h) 0.42. 4.19 Calcule la función p para cada ion en una disolución *a) 0.0300 M de NaBr. b) 0.0200 M de BaBr2. *c) 5.5 3 1023 M de Ba(OH)2. d) 0.020 M de HCl y 0.010 M de NaCl. *e) 8.7 3 1023 M de CaCl2 y 6.6 3 1023 M de BaCl2. f ) 2.8 310 28 M de Zn(NO 3 ) 2 y 6.6 3 10 27 M Cd(NO3)2. 4.20 Convierta las siguientes funciones p a concentraciones molares: a) pH 5 1.020. *e) pLi 5 12.35. b) pOH 5 0.0025. f ) pNO3 5 0.034. *c) pBr 5 7.77. *g) pMn 5 0.135. d) pCa 5 –0.221. h) pCl 5 9.67 *4.21 El agua de mar contiene un promedio de 1.08 3 103 ppm de Na1 y 270 ppm de SO422. Calcule a) la concentración molar de Na+ y SO422 dada que la densidad promedio del agua de mar es 1.02 g/mL. b) el pNa y pSO4 para el agua de mar. 4.22 En promedio, la sangre humana contiene 300 nmol de hemoglobina (Hb) por litro de plasma y 2.2 mmol por litro de sangre total. Calcule a) la concentración molar en cada uno de estos medios. b) el pHb en plasma en suero humano. *4.23 Una disolución fue preparada para disolver 5.76 g de KCl·MgCl2·6H2O (277.85 g/mol en agua suficiente para producir 2.000 L. Calcule a) la concentración analítica molar de KCl·MgCl2 en esta disolución b) la concentración molar de Mg21. c) la concentración molar de Cl-. d) el por ciento peso/volumen de KCl·MgCl2·6H2O. e) el número de milimoles de Cl2 en 25.0 mL de esta disolución. f ) ppm K1. g) pMg para la disolución. h) pCl para la disolución.

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Cálculos utilizados en la química analítica

4.24 Una disolución fue preparada al disolver 1210 mg de K3Fe(CN)6 (329.2 g/mol) en suficiente agua para producir 775 mL. Calcule a) la concentración molar analítica de K3Fe(CN)6. b) la concentración molar de K1. c) la concentración molar de Fe(CN)632. d) el por ciento peso/volumen de K3Fe(CN)6. e) el número de milimoles de K1 en 50.0 mL de esta disolución. f ) ppm Fe(CN)632. g) pK para la disolución. h) pFe(CN)6 para la disolución. *4.25 Una disolución 6.42% (p/p) de Fe(NO3)3 (241.86 g/ mol) tiene una densidad de 1.059 g/mL. Calcule a) la concentración molar analítica de Fe(NO3)3 en esta disolución. b) la concentración molar de NO32 en la disolución. c) la masa en gramos de Fe(NO3)3 contenida en cada litro de esta disolución. 4.26 Una disolución 12.5% (p/p) NiCl2 (129.61 g/mol) tiene una densidad de 1.149 g/mL. Calcule a) la concentración molar de NiCl2 en esta disolución. b) la concentración molar de Cl- de la disolución. c) la masa en gramos de NiCl2 contenida en cada litro de esta disolución. *4.27 Describa la preparación de a) 500 mL de 4.75% (p/v) etanol acuoso (C2H5OH, 46.1 g/mol). b) 500 g de 4.75% (p/p) etanol acuoso. c) 500 mL de 4.75% (v/v) etanol acuoso. 4.28 Describa la preparación de a) 2.50L de 21.0% (p/v) glicerol acuoso (C3H 8O 3, 92.1 g/mol). b) 2.50 kg de 21.0% (p/p) glicerol acuoso. c) 2.50 L de 21.0% (v/v) glicerol acuoso. *4.29 Describa la preparación de 750 mL de H3PO4 6.00 M a partir del reactivo comercial que es 86% (p/p) y que tiene una gravedad específica de 1.71. 4.30 Describa la preparación de 900 mL de HNO3 3.00 M a partir del reactivo comercial que es 70.5% HNO3 (p/p) y que tiene una gravedad específica de 1.42. *4.31 Describa la preparación de a) 500 mL de AgNO3 0.0750 M a partir del reactivo sólido. b) 1.00 L de HCl 0.285 M, comenzando con una disolución 6.00 M del reactivo. c) 400 mL de una disolución 0.0810 M de K+, partiendo del K4Fe(CN)6 sólido. d) 600 mL de BaCl2 3.00% (p/v) acuoso a partir de una disolución BaCl2 0.400 M. e) 2.00 L de HClO4 0.120 M a partir del reactivo comercial [HClO 4 71.0% (p/p), sp gr (gravedad específica) 1.67]. f ) 9.00 L de una disolución que es 60.0 ppm en Na+, partiendo del Na2SO4 sólido.

4.32 Describa la preparación de a) 5.00 L de KMnO4 0.0500 M a partir del reactivo sólido. b) 4.00 L de HClO4 0.250 M, a partir de una disolución 8.00 M del reactivo. c) 400 mL de una disolución 0.0250 M de I2, partiendo de MgI2. d) 200 mL de 1.00% (w/v CuSO4 acuoso a partir de una disolución de CuSO4 0.365 M. e) 1.50 L de NaOH 0.215 M a partir del reactivo comercial [NaOH 50% (p/p), sp gr 1.525]. f ) 1.50 L de una disolución 12.0 ppm en K1, partiendo de K4Fe(CN)6 sólido. *4.33 ¿Qué masa de La(IO3)3(663.6 g/mol) sólido se forma cuando 50.0 mL de La31 0.250 M se mezclan con 75.0 mL de 0.302 M IO3-? 4.34 ¿Qué masa de PbCl2 (278.10 g/mol) sólido se forma cuando 200 mL de Pb21 0.125 M se mezclan con 400 mL de Cl2 0.175 M? *4.35 Exactamente 0.2220 g de Na2CO3puro fue disuelto en 100.0 mL de HCl 0.0731 M. a) ¿Qué masa en gramos de CO2 liberó? b) ¿Cuál era la concentración molar del exceso de reactante (HCl o Na2CO3)? 4.36 Exactamente 25.0 mL de una disolución 0.3757 M de Na3PO4 fueron mezclados con 100.00 mL de HgNO3 0.5151 M. a) ¿Qué masa de Hg3PO4 sólido se formó tras haberse completado la reacción? b) ¿Cuál es la concentración molar de las especies que no reaccionaron (Na3PO4 o HgNO3) tras completarse la reacción? *4.37 Exactamente 75.00 mL de una disolución 0.3132 M de Na2SO3 fueron tratados con 150.0 mL de HClO4 0.4025 M y hervidos para retirar el SO2 formado. a) ¿Cuál fue la masa en gramos de SO2 que se liberó? b) ¿Cuál fue la concentración del reactivo sin reaccionar (Na2SO3 o HClO4) tras completarse la reacción? 4.38 ¿Qué masa de MgNH4PO4 precipitó cuando 200.0 mL de una disolución 1.000% (p/v) de MgCl2 fue tratada con 40.0 mL de Na3PO4 0.1753 M y un exceso de NH41? ¿Cuál era la concentración molar del reactivo en exceso (Na3PO4 o MgCl2) después de haberse completado la precipitación? *4.39 ¿Qué volumen de AgNO3 0.01000 M se necesitaría para precipitar todo el I2 en 200.0 mL de una disolución que contiene 24.32 ppt KI? 4.40 Exactamente 750.0 mL de una disolución que contenía 480.4 ppm de Ba(NO3)2 fueron mezclados con 200.0 mL de una disolución que era 0.03090 M en Al2(SO4)3. a) ¿Qué masa de BaSO4 sólido se formó? b) ¿Cuál fue la concentración molar del reactivo sin reaccionar: [Al2(SO4)3 o Ba(NO3)2]?