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Universidad Nacional Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas Introducción a la Química QUI080 Guía Nº 5 Soluciones Lectura de Referencia: “Química. La Ciencia Central” 7ª Edición. T.L. Brown, H.E. LeMay, Jr.,B.E. Bursten Referencia: CAPÍTULO 13 (BROWN) Reacciones en Solución Acuosa Concentración de las disoluciones Objetivos Específicos 1. 2. 3.

Composición de soluciones. Unidades de concentración de las disoluciones % m/m, % m/v, ppm, M, m. Diluciones.

Ejercicios Resueltos 1.

Se prepara una disolución disolviendo 54,35 g de KOH en 489,30 g de agua. La densidad es 1,087 g/mL. Exprese la concentración de la disolución en: a) % en masa (ó % p/p)

b) molalidad

c) Molaridad

Desarrollo a)

Los gramos de disolución corresponden a g soluto más g solvente: 54,35 g de KOH + 489,30 g de agua = 543,65 g de disolución % en masa se define como los gramos de soluto en 100 g de disolución 54,35 g KOH 543,65 g de solución X

=

x g de KOH 100 g de solución

=

10 g de KOH

Como hay 10 g de soluto en 100 g de disolución,la disolución es al 10 % en masa o 10% p/p b)

molalidad: moles de soluto / Kg de SOLVENTE nKOH = masa / masa molar = 54,35 g / 56,112 g/mol = 0,97 mol de KOH Kg solvente = 489,30g x 1 Kg = 0,48930 Kg 1000 g

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m = 0,97 mol / 0,48930 Kg = 1,98 molal c)

Molaridad: moles de soluto / Litros de disolución Los moles de soluto ya los calculamos: 0,97 mol de KOH Debemos calcular el volumen en litros de 543,65 g de disolución. Para ello tenemos la densidad msolucion d solucion = Vsolucion De donde, reemplazando se obtiene: Vsolucion

543, 65 g 1, 087 g / mL

=

=

500,1mL x 1L 1000mL

= 0,5 L

Ahora calculamos la Molaridad, M: M

2.

=

moles V ( L)

=

0,97mol 0,5 L

= 1,94

Si se requieren 37,5 mL de una solución 0,25 molar de HCl para neutralizar una solución de Ca(OH)2 ¿Cuántos gramos de hidróxido de calcio hay en la solución? 2 HCl (ac) +

Ca(OH)2 (ac)

CaCl2 (ac) + 2 H2O (l)

Desarrollo Calculando los moles de HCl que hay en los 37,5 mL de solución 0,25 mol/L: M

=

moles V ( L)

;

despejando n = M x V (L) n = 0,25 mol/L x 0,0375 L n = 9,36 x 10-3 moles de HCl

De la ecuación: 2 moles de HCl neutralizan 1 mol de Ca (OH)2

Entonces ahora calcularemos a cuántos moles de hidróxido de calcio neutralizan los 9,36 x 10-3 moles de HCl que hay en los 37,5 mL de la solución 0,25 molar: 2 mol HCl = 9,36 x 10-3 mol HCl 1 mol Ca(OH)2 X mol Ca(OH)2

X = 4,68 x 10-3 mol Ca(OH)2

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Son 4,68 x 10-3 moles de Ca(OH)2 los neutralizados; como se pregunta por los gramos, llevamos los moles de hidróxido de calcio a gramos: Masa Ca(OH)2 = n x Masa Molar = 4,68 x 10-3 mol x 74,10 g /mol = 0,347 g Resultado: Hay 0,347 g de Ca(OH)2 en la solución. Ejercicios propuestos 1. (a) ¿La concentración de una solución es una propiedad intensiva o extensiva?, (b) Suponga que prepara 500 mL de una solución 0,10 M de una sal y luego derrama un poco de solución. ¿Qué pasa con la concentración que queda en el recipiente? R: (a) Intensiva; la proporción del soluto respecto a la cantidad total de solución es la misma cualquiera que sea la cantidad de solución presente. (b) La concentración de la solución remanente no cambia y se asume la misma de la solución original. 2. Cierto volumen de una solución 0,50 M contiene 4,5 g de cierta sal. ¿Qué masa de la sal esta presente en el mismo volumen de una solución 2,5 M?. R: 23 g de soluto. 3. ¿Qué tiene una concentración más alta de ión potasio: KCl 0,20 M, K2CrO4 0,35 M o K3PO4 0,080 M? R: 0,70 M K2CrO4 4. a) Calcule la molaridad de una solución que contiene 0,0345 mol de NH4Cl en 400 mL de solución; b) ¿cuántos moles de HNO3 hay en 35,0 mL de una solución 2,20 M de ácido nítrico?; c) cuántos mililitros de una solución 1,50 M de KOH se necesitan para suministrar 0,125 mol de KOH?; d) Calcule la masa de KBr que hay en 0,250 L de una solución de KBr 0,120 M; e) calcule la concentración molar de una solución que contiene 4,75 g de Ca(NO3)2 en 0,200 L; f) calcule el volumen en mL de Na3PO4 1,50 M que contiene 5,0 g de soluto. R: (a) 0,0863 M NH4Cl, (b) 0,0770 mol de HNO3, (c) 83,3 mL de 1,50 M de KOH, (d) 3,57 g de KBr (e) 0,145 M de Ca(NO3)2 (f) 20,3 mL de 1,50 M Na3PO4 5. a) Calcule el % m/m de CaCl2 en una solución que contiene 16,5 g de CaCl2 en 456 g de agua; b) un mineral de plata contiene 83,5 g de Ag por tonelada de mineral, (Tonelada corta equivale a 907,18474 kg ) exprese la concentración de plata en ppm. R: (a) 3,49 % (b) 92,0 ppm 6. Calcule la fracción molar de alcohol metílico (CH3OH) en las siguientes soluciones: (a) 8,5 g de CH3OH en 224 g de agua, (b) 65,2 g de CH3OH en 144 g de CCl4. R : (a) XCH3OH = 0,021 (b) XCH3OH = 0,685 7. Calcule la molaridad de las soluciones acuosas siguientes: (a)10,5 g de NaCl en 350,0 mL de solución, (b) 40,7 g de LiClO4 • 3H2O en 125 mL de solución, (c) 40,0 mL de ácido nítrico 1,50 M diluido a 500 mL. R: (a) 0,513 M NaCl (b) 2,03 M LiClO4 • H2O (c) 0,120 M HNO3 8. ¿Qué volumen se debe medir de una solución de HCl 6,0M para preparar por dilución, 50 mL de otra disolución de HCl cuya concentración sea 0,6M?

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R: 5mL 9. Calcule la molalidad de las siguientes soluciones: (a) 13,0 g de benceno C6H6, disuelto en 17,0 g de CCl4, (b) 5,85 g de NaCl disuelto en 0,250 L de agua (considere que la densidad del agua es 0,997 g/mL). R: (a) 9,79 m C6H6 (b) 0,402 M NaCl 10. Se mezclan 28 g de soluto (masa molar 95,21 g/mol) y 250 g de agua formando una disolución. La densidad de la mezcla homogénea es 1,18 g/mL. Exprese la concentración de la disolución en: a) % p/p o en masa b) % p/V c) molalidad d) Molaridad R: a) 10,1 %m/m b) 11,9 %m/v c) 1,18 m d) 1,25 mol/L 11. ¿Cuántos gramos de azufre S8, es preciso disolver en 100,0 g de naftaleno, C10H8, para preparar una solución 0,16 molal. R: 4,1 g de S8 12. La densidad del Tolueno C7H8 es de 0,867 g/mL y la del Tiofeno, C 4H4S, es de 1,065 g/mL. Para una solución que se preparar disolviendo 15,0 g de tiofeno en 250,0 mL de tolueno, calcule: (a) fracción molar del tiofeno en la solución, (b) molalidad, (c) molaridad. R: (a) X C4H4S = 0,0705 (b) 0,822 m de C4H4S (c) 0,675 M de C4H4S 13. Calcule el número de moles de soluto que están presentes en cada una de las siguientes soluciones: (a) 75,0 g de solución acuosa que tiene 2,50 % en masa de sacarosa, C 12H22O11, (b) 300 g de una solución acuosa que tiene 0,460 % en masa de NaCl, (c) 1,20 L de HNO 3 2,55 M. R: (a) 5,48 x 10-3 mol C12H22O11 (b) 2,36 x 10-2 mol de NaCl (c) 3,06 mol HNO3 14. Describa como prepararía cada una de las soluciones acuosas siguientes: (a) 1,60 L de solución de Na2CO3 0,110 M partiendo de Na2CO3 sólido, (b) 120 g de una solución 0,65 molal de (NH4)2SO4 partiendo del soluto sólido, (c) 1,20 L de una solución que contiene 20,0 % en masa de Pb(NO 3)2, partiendo del soluto sólido. La densidad de la solución es de 1,20 g/mL, (d) una solución de HCl 0,50 M que apenas neutralizaría 6,60g de Ba(OH)2, partiendo de HCl 6,0 M R: (a) Se deben pesar 18,7 g de Na2CO3 esta masa se disuelve en un vaso con una pequeña cantidad de agua y luego se lleva a un matraz de aforo de 1,6 L, se afora con agua destilada (b) Se deben pasar 9,5 g de (NH4)SO4 esta masa se disuelve en un vaso con una pequeña cantidad de agua. Una vez disuelto se agrega 110,5 g de agua (120 – 9,5 = 110,5) de tal manera que la solución completa sea de 150 g (c) Se pesan 288 g de Pb(NO3)2 Luego de disolver en un poco de agua destilada se agregan 1152 g de agua de tal manera que la solución completa pese 1400 g o 1.2 L (d) Debemos calcular primero los moles de HCl necesarios para neutralizar 6,6 g de Ba(OH) 2 = 0,0772 moles de HCl, son necesarios 150 mL de 0,50 M de HCl, esta solución la debemos preparar del ácido 6,0 M por dilución lo que da 13 mL. Entonces: se toman 13 mL del ácido 6,0 M y se aforar a 150 mL con agua destilada.

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Ejercicios de otros textos 15. ¿Cuántos gramos de nitrato de plata deberá pesar para preparar 200 mL de una solución al 2,00 % en masa? La densidad de la solución es 1,01 g/ml R: 4,04 g de sal. 16. ¿Qué volumen en mL se deben tomar de una solución de glucosa 0,25 M si se desea tener 25 mg de glucosa? R: 0,56 mL de la solución 0,25 M 17. La cantidad de 180 mg de colesterol C27H46O por cada 0,100 litro en el suero sanguíneo está dentro del rango normal para esta hormona. Calcular la concentración molar si un adulto tiene como promedio 5000 ml de suero sanguíneo. R: 4,7 x 10-3 M 18. ¿Cuál es el % m/m de una solución formada al agrega 2 tabletas de sacarina C7H5SO3N (cada tableta masa 0,500 g) a una taza de café (volumen de la taza = 275 ml), considere que la solución tiene una densidad de 1,00 kg/L R: 0,36 % 19. Se tiene una solución de ácido sulfúrico H2SO4 al 98,0 % en masa cuya densidad es 1,84 g/ml. ¿Qué volumen de esta solución debemos tomar para recuperar 40,0 g de ácido puro? R: 22,2 mL 20. ¿Cuántos mL de agua se deberán agregar a 34,6 g de azúcar para obtener una solución final al 50,0 % en masa? R: 34,6 g de agua. 21. Si tenemos 300 mL de una solución 0,05 M ¿Cuál es la masa molar del soluto si se pesaron 600 mg del soluto en la preparación? R: 40,0 g/mol 22. El agua de mar es una solución acuosa con una concentración aproximada de 3,2 % en masa en cloruro de sodio, NaCl. Calcule la masa de sal que se puede obtener al evaporar 2,0 litros de agua de mar. La densidad del agua de mar 1,12 g/ml R: 71,7 g de NaCl 23. Se calientan 150,0 mL de una solución 0,15 M de BaSO4 (soluto no volátil), hasta que se evapora un 35% de la solución. ¿Cuál es la nueva molaridad de la solución? R: 0,231 M 24. Una persona que padece úlcera al duodeno tiene ácido clorhídrico en el jugo gástrico con una concentración de 7,7 x10-2 molar. Si diariamente se segregan 3500 ml de jugo gástrico, ¿qué masa de ácido se produce en el estómago? R: 9,82 g de HCl Ejercicios de solemnes anteriores 25. El carbonato de litio Li2CO3 es una droga usada en el tratamiento de la depresión aguda. Para una solución 0,25 M de Li2CO3 responda: (a) ¿Cuántos moles de Li2CO3 están presentes en 45,8 mL de esta solución?, (b) ¿Cuántos gramos de Li2CO3 están presentes en 750 mL de esta solución?, (c) ¿Cuántos mL de esta solución se deben administrar a un paciente si la dosis necesaria es de 500 mg cada 6 horas, (d) Si la solución tiene una densidad de 1,22 g /mL ¿Cuál es su % m/m?

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26. El ácido nítrico concentrado comercial contiene 65% m/m de ácido puro y su densidad es de 1,40 Kg/L. De acuerdo a lo anterior calcule: (a) gramos de ácido puro contenidos en 1L de solución, (b) molaridad de la solución, (c) molalidad de la solución , (d)¿qué cantidad de esta solución se debe tomar para preparar 250 mL de una solución que contenga 2,0 g de ácido puro por litro de solución? 27. Para preparar una disolución acuosa de permanganato de potasio se masan de 22 gramos del compuesto y se disuelven en 110 gramos de agua. Si la densidad de la disolución resultante es 1,02000 g/mL y la densidad del agua es 0,99862 g/mL, calcule: (a) el porcentaje % m/m, % m/v y la Molaridad de la disolución preparada, (b) la fracción molar de soluto y solvente en la disolución, (c) las ppm de permanganato de potasio en la disolución, (d) si desea diluir la disolución anterior ¿Qué alícuota (mL) debe tomar para preparar 200 mL de una solución 0,400 M de permanganato de potasio en agua?, (e) si se adiciona 50 mL de agua a la disolución preparada en a) ¿Cuál es la nueva Molaridad de la disolución? 28. El ácido fosfórico se obtiene normalmente como una solución al 85% en masa. Si se conoce además que esta solución es 15M. Respecto de esta solución responda: (a) ¿Cuál es la densidad de esta disolución?, (b) ¿Cuál es la molalidad de la disolución, (c) Determine las fracciones molares de soluto y disolvente en la disolución. 29. Calcule la concentración molar de todos los iones presentes en las siguientes disoluciones: (a) 0,100 g de MgCl2 en 10,0 ml de disolución, (b) una disolución 0,25 M de Ca(NO3)2 30. ¿Cuál de las siguientes soluciones tiene una concentración molar más alta de ión sodio: a) NaCl 1,05 M, b) Na2CrO4 1,05 M, c) Na3PO4 0,75 M? En su respuesta debe incluir la ecuación de disociación de cada sal. A una taza con 225 g de agua, se le agregan 40,0 g de sacarosa (C12H22O11). La solución resultante posee una densidad de 1,09 g/mL. Al respecto calcular: a) concentración % m/m. b) la Molaridad de la disolución 31. Una solución de ácido nítrico al 69% p/p, tiene una densidad de 1,41g/mL a 20ºC. a) ¿Qué masa de ácido nítrico concentrado se necesitan para preparar 100mL de ácido 6M? b) ¿Qué volumen de ácido nítrico concentrado se necesitan para preparar 2000mL de ácido 0,5M? c) ¿Cuantos µmoles están contenidos en 10mL de la disolución b) d) ¿Qué cantidad de milimoles están contenidos en 50L de la disolución

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32. El H3PO4, tiene una concentración de 85,0% en masa y una densidad de 1,70 g/mL. Al respecto indique:

a)

La concentración m/v de esta solución.

b)

La concentración Molar de esta solución.

c)

La concentración molal de esta solución.

d)

La fracción molar del soluto en la solución 85% m/m

e) ¿Cuántos gramos de H3PO4 concentrado deben utilizarse para preparar 250 mL de solución de H3PO4 2,00 M? f) ¿Cuántos mL de H3PO4 concentrado deben utilizarse para preparar la solución anterior?

Datos: masa molar. H3PO4: 98,0g/mol; masa molar. H2O: 18,0 g/mol; d H2O = 1,00 g/mL.