Ejercicios. 1. Disolvemos 15 g de ClNa en 60 g de agua. Calcular la concentración en masa de la mezcla.

Transcripción

1 TEMA 4: 4 : DISOLUCIONES MATERÍA HOMOGENEA Y HETEROGÉNEA Si la materia que examinamos es uniforme, es decir, sus propiedades y su composición son las mismas en todos los puntos de su masa, decimos que se trata de materia homogénea. Todos los elementos y todos los compuestos químicos son homogéneos. Otra clase de materia carece de homogeneidad y a simple vista, con lupa o con un microscopio, podemos observar que está formada por dos o más sustancias distintas separadas por superficies bien definidas. Cada sustancia tiene propiedades distintas de la otra u otras. Cuando esto ocurre decimos que la materia es heterogénea. CONCEPTO DE DISOLUCIÓN O SOLUCIÓN Una disolución es un sistema homogéneo pero de composición variable, formado por dos o más sustancias que no reaccionan entre sí. Una solución se llama también mezcla homogénea. Ejemplos de disoluciones son el agua con sal, el aire, el acero (mezcla de hierro y carbono) etc. DISOLVENTE Y SOLUTO Una disolución se compone de: - Disolvente: la sustancia que disuelve al soluto. Suele estar en mayor cantidad. - Soluto: La sustancia o sustancias que se disuelven. Suelen estar en menor cantidad. Por ejemplo en la disolución de agua con sal, el disolvente es el agua y el soluto es la sal. En general si la disolución esta compuesta por sólido+sólido, líquido+líquido o gas+gas, el disolvente será el que se encuentre en mayor cantidad. TIPOS DE DISOLUCIONES Existen varios tipos de disoluciones según su estado de agregación: - Soluciones gaseosas: Están formadas por gases como por ejemplo el aire. - Soluciones líquidas: Gas disuelto en líquido como por ejemplo el agua con gas. Líquido disuelto en líquido como por ejemplo agua y leche. Sólido disuelto en líquido como por ejemplo el agua con azúcar. - Soluciones sólidas: Están formadas por mezclas de sólidos como ejemplo nos vale cualquier aleación de metales como el latón que es una mezcla de cobre y zinc. COMPOSICIÓN DE LAS DISOLUCIONES. CONCENTRACIÓN. Para identificar una disolución no basta con decir sus componentes sino también la proporción en que se encuentran. Esto último es lo que llamamos concentración de una disolución. Una disolución se llama diluida cuando la cantidad de soluto es pequeña respecto al disolvente. Cuando la cantidad de soluto es grande respecto a la del disolvente la disolución se llama concentrada. Diluida y concentrada son formas muy imprecisas de dar la concentración. Existen otras formas distintas de dar la concentración de una disolución: Tanto por ciento en masa (% en peso) masa de soluto 100 % en masa = masa de disolución Ejercicios. 1. Disolvemos 15 g de ClNa en 60 g de agua. Calcular la concentración en masa de la mezcla. 2. Calcula la cantidad, en gramos, de nitrato de potasio y agua destilada necesarios para preparar 250 cm 3 de disolución al 20 % en masa.. La densidad de la disolución es de 1,2 g/cm 3.

2 3. Cuando se atasca la nariz a causa de un resfriado es conveniente lavarla con "solución salina", que es una disolución también conocida como suero fisiológico isotónico. Este suero tiene una concentración c del 0,9 % de sal común (cloruro de sodio) en agua. Calcula cuánta sal común y cuánta agua son necesarias para preparar 250 g de suero fisiológico. Tanto por ciento en volumen volumen de soluto 100 % en volumen = volumen de disolución Ejercicio. 4. En una bebida alcohólica a leemos: 13,5 %vol. a) Qué significa ese número? b) Si la botella contiene 700 ml de la bebida Qué volumen de alcohol contiene? Concentración en masa. Indica la masa de soluto disuelta en la unidad de volumen de la disolución. gramos de soluto Concentrac ión en masa = ( g / l) litros de disolución Ejercicios. 5. Para sazonar un caldo de pescado se deben añadir 16 g de sal a 2 litros de caldo. a) Cuál es la concentración de sal (en g/l) en el caldo? b) Si cogemos 150 ml de caldo cuál será su concentración? c) Qué cantidad de d e sal contendrán esos 150 ml? 6. La glucosa, uno de los componentes del azúcar, es una sustancia sólida soluble en agua. La disolución de glucosa en agua (suero glucosado) se usa para alimentar a los enfermos cuando no pueden comer. En la etiqueta de una botella de suero de 500 cm 3 aparece: Disolución de glucosa en agua, concentración 55 g/l. a) Cuál es el disolvente y cuál el soluto en la disolución? b) Ponemos en un plato 50 cm 3. Si dejamos que se evapore el agua, Qué cantidad de glucosa quedará en el plato?

3 c) Un enfermo necesita tomar 40 g de glucosa cada hora Qué volumen de suero de la botella anterior se le debe inyectar en una hora? 7. Queremos preparar 250 cm 3 de disolución de sal en agua, con una concentración de 5 g/l. Qué cantidad de sal debemos disolver en agua? Molaridad. Indica los moles de soluto disueltos por cada litro de disolución. moles de soluto M = litros de disolución Ejercicios. ( mol / l o M ) 8. Se disuelven en agua 0,25 moles de glucosa hasta obtener 5 litros de disolución. Calcula la molaridad de la disolución. 9. Tenemos una disolución de hidróxido sódico cuya concentración es 1,5 molar. Si tomamos 200 cm 3 de dicha disolución y le añadimos otros 200 cm 3 de agua, cuál será la concentración de la nueva disolución. 10. Mezclamos dos disoluciones de hidróxido potásico, ambas de 300 cm 3 de volumen, una de ellas es 2,00 M y la disolución resultante de la mezcla es 1,55 M. Cuál era la molaridad de la otra disolución? 11. Una disolución de ácido acético (ác etanoico, CH 3COOH), tiene un 10% en peso de riqueza y una densidad de 1 05 g/ml. Calcule: a) La molaridad de la disolución.

4 b) La molaridad de la disolución preparada llevando 25 ml de la disolución anterior a un volumen final de 250 ml mediante la adición de agua destilada. Molalidad. Indica los moles de soluto disueltos en un kilogramo de disolvente. moles de soluto m = ( mol / kg) kg de disolvente Hay que observar que una disolución preparada en mol/l depende de la temperatura, pues al cambiar ésta, varía el volumen de la disolución y en consecuencia será distinto el número de moles disueltos en cada litro de disolución. En cambio, una disolución preparada en mol/kg es independiente de la temperatura. Ejercicios. 12. Se disuelven 20 g de cloruro sódico en 100 ml de agua. Calcula la molalidad de la disolución. 13. Un ácido clorhídrico concentrado contiene 35,2% en peso de HCI y su densidad es de 1,175 g/cm 3. Calcula la molalidad. DISOLUCIÓN SATURADA. SOLUBILIDAD Si en un vaso de agua vamos añadiendo azúcar a medida que agitamos la disolución con una cuchara observaremos que llega un momento en el que el azúcar ya no se disuelve. Cuando esto ocurre, se dice que la disolución está saturada. Una disolución saturada es aquella que ya no admite más soluto. Se llama solubilidad de una sustancia, en un determinado disolvente, a la composición de la disolución saturada. Por ejemplo, la solubilidad del cloruro de potasio en agua a 20ºC es de 32 g de ClK por cada 100 g de agua. Llamamos sustancias solubles en un cierto disolvente a aquellas que se pueden disolver en mayor o menor grado, por el contrario, serán sustancias insolubles aquellas en cantidades insignificantes. Por ejemplo, una sustancia se considera insoluble en agua si se disuelve menos de 0,1 g en 100 g de agua. La solubilidad de una sustancia en un determinado disolvente es una propiedad característica y depende de la temperatura. Es decir, si se modifica la temperatura varía la solubilidad. Para la mayoría de las sustancias la solubilidad aumenta con la temperatura. Es decir, el disolvente acepta más soluto cuanto mayor es su temperatura.

5 Ejercicios. 14. Disolvemos cierta sal en 330 ml de agua.. Echando 30 g de sal observamos un precipitado cuya masa es de 4,37 g Cuánto vale la solubilidad de la sal en el agua?. 15. Una disolución saturada de cloruro de potasio, a 20ºC, contiene 296 g por litro de disolución. La densidad es 1,17 g/ml. Calcúlese lese su molaridad y su molalidad. 16. La solubilidad del nitrato de potasio a 20ºC es de 25 g en 100 ml de agua. Halla la cantidad de nitrato que hay que disolver en 2 litros de agua para formar una disolución saturada a esa temperatura. 17. Calcular el volumen de ácido clorhídrico de densidad 1,083 g/ml y del 52%de riqueza en peso necesario para preparar 5 litros de disolución de concentración 2M. CRISTALIZACIÓN Supongamos que se prepara una disolución que contiene 90 g de nitrato de potasio disueltos en 100 g de agua a 60ºC. Si la disolución se deja enfriar hasta 20ºC, como a esta temperatura sólo se disuelven 30 g de nitrato en 100 g de agua (solubilidad), en el fondo del recipiente aparecerán 60 g de soluto cristalizado. A este fenómeno se le llama cristalización, porque el cuerpo que se deposita, generalmente sólido, lo hace en forma de cristales. Igualmente, al evaporar el disolvente en una disolución, ésta se va concentrando hasta llegar a la saturación, a partir de ese momento empiezan a depositarse en el fondo cristales de soluto. Este procedimiento se emplea en las salinas para separar la sal del agua del mar. En algunos casos, al enfriar lentamente y sin agitación una disolución saturada, puede ocurrir que no cristalice el exceso de soluto. Una disolución así obtenida se llama sobresaturada. Una disolución sobresaturada es inestable y a veces basta con agitar la disolución o agregar un cristal pequeño de la sustancia disuelta, para que cristalice bruscamente todo el exceso.

6 Ejercicios. 18. Si 230 g de una u solución de KNO 3 saturada a 50ºC es enfriada hasta 20ºC Cuántos gramos de soluto cristalizarán? Toma los datos de la gráfica anterior. 19. Añadimos, gramo a gramo, cierta sal sobre 280 g de disolvente. La máxima cantidad de sal que logramos disolver es de 20 g Cuánto vale su solubilidad en ese disolvente? SOLUCIONES DE GASES EN LÍQUIDOS Los gases en general son muy poco solubles en los líquidos. Experimentalmente se demuestra que la solubilidad de los gases depende, no sólo de la naturaleza del gas y del disolvente, sino de la temperatura y dd la presión que ejerce el gas sobre el líquido. - La solubilidad de un gas en un líquido disminuye al aumentar la temperatura. - La solubilidad de un gas es directamente proporcional a la presión que ejerce el gas sobre el líquido. En efecto, según la teoría cinético molecular, al aumentar la presión del gas sobre el líquido, más moléculas chocarán contra el líquido y más cantidad de gas se disolverá. Ejemplos: 1) Las bebidas carbónicas (refrescos, gaseosas, champán, etc.) contienen CO 2 a una presión superior a la atmosférica. Al abrir la botella la presión disminuye hasta la atmosférica, por lo que la solubilidad del gas también disminuye y el exceso de gas escapa burbujeando y forma la espuma que a veces arrastra al líquido. 2) Muchos productos domésticos, como los pulverizadores (sprays), utilizan otros gases a presión y al quedar abierta la válvula del recipiente, el gas disuelto escapa de la disolución arrastrando el líquido. 3) Los buzos respiran aire comprimido que se disuelve en la sangre. Si el buzo asciende rápidamente a la superficie, la presión desciende bruscamente y el exceso de nitrógeno forma pequeñas burbujas en venas y arterias que impiden la circulación y pueden ocasionar la muerte. Para reducir este peligro se le suministra al buzo una mezcla de oxígeno y helio, gas éste mucho menos soluble que el nitrógeno. 4) La vida de todos los animales marinos depende del oxígeno disuelto en el agua, por eso resulta tan peligroso verter agua caliente en ríos y lagos, puesto que la solubilidad del oxígeno en el agua se reduce considerablemente al elevarse su temperatura. Ejercicio. 20. Cuándo tendrán los peces más oxígeno para respirar, en invierno o en verano? en un lago de alta montaña o en una al nivel del mar?

7 EJERCICIOS 1. Se disuelven 40 g de nitrato de potasio (KNO 3) en 500 g de agua. Calcular el tanto por ciento en masa de soluto en la disolución obtenida. SOL: 7,4% 2. Una disolución contiene 50 g de nitrato de litio (LiNO 3) y 45 g de cloruro de potasio (ClK) disueltos en 400 g de agua. Hallar el % de cada soluto en la disolución. SOL: 10,1%, 9,09% 3. Se dispone de una disolución de yodo en alcohol al 0,5% en masa. Calcular cuántos gramos de disolución debemos tomar para que contenga 35 g de yodo. SOL: g. 4. Se añaden 10 g de cloruro de potasio (ClK) a 200 g de una disolución de cloruro de sodio (ClNa) al 5%. Calcular el % en masa d cada componente de la disolución obtenida. SOL: 4,76%, 4,76% 5. Explicar cómo se prepararían, a 20ºC, 800 g de una disolución acuosa que contiene un 5% de azucar y un 10% de sal común. SOL: 40 g de azúcar, 80 g de sal y 680 g de agua. 6. Explicar cómo se prepararían a, 20ºC, 500 g de una disolución de yodo (sólido) en benceno (líquido) al 2% en masa. La densidad del benceno a 20ºC es de 0,88 g/cm 3. SOL: 10 g de yodo y 490 g de benceno. 7. Calcular cuántos gramos de alcohol ( C 2H 5OH ) deben agregarse a 100 g de agua para preparar una disolución que contenga el mismo número de moléculas de alcohol que de agua.. SOL: 255,6 g. 8. Una disolución contiene 12 g de cloruro de potasio en un dm 3 de disolución. Calcular cuántos cm 3 de dicha disolución deberemos tomar para tener 0,1 g de cloruro de potasio. SOL: 8,33 cm A 20ºC se dispone de 500 cm 3 de alcohol puro, de densidad 790 Kg/m 3, y se desea añadir agua destilada de manera que la solución obtenida contenga un 10% en masa de agua. Cuántos gramos de agua hay que añadir al alcohol? SOL: 43,9 g. 10. En medicina se utilizan determinadas soluciones llamadas sueros fisiológicos que suelen inyectarse por vía intravenosa. Reciben distintos nombres según el soluto disuelto. Así un suero glucosado puede contener un 5%, un 10% o un 20% en masa de glucosa (C 6H 12O 6). Calcular: a) La molalidad de cada uno de los sueros glucosados. b) Las moléculas de glucosa disueltas en un gramo de suero glucosado al 10%. SOL: a) 0,29 m, 0,62 m, y 1,39 m b) 3, moléculas. 11. Calcular cuántos gramos de soluto se necesitan para preparar 500 cm 3 de una disolución de nitrato de sodio (NaNO 3) de 3,2 g/l. Explicar cómo se prepararía dicha disolución. SOL: 1,6 g de nitrato de sodio y agua hasta tener 500 cm Se dispone de 100 g de nitrato de plata (AgNO 3) y se desea preparar con estos gramos, una disolución 0,2 mol/l. Calcularqué volumen de disolución se podrá preparar. SOL: 2,94 l 13. Calcular cuál es la molaridad de una disolución obtenida disolviendo en agua 5,85 g de cloruro de sodio hasta obtener 10 l de disolución. SOL: 0,01 M. 14. Explicar cómo se prepararían 200 cm 3 de una disolución de nitrato de sodio (NaNO 3) 0,05 M. SOL: 0,85 g de nitrato de sodio y agua hasta obtener 200 cm 3 de disolución. 15. Las normas sanitarias admiten que un contenido de alcohol en la sangre de 3 g/l corresponde a un estado de intoxicación alcohólica denominada etilismo. Cuántas moléculas de alcohol contiene cada cm 3 de sangre cuyo contenido en alcohol es de 3 g/l? SOL: 3, moléculas. 16. Se dispone de una disolución de ácido clorhídrico (HCl) 0,1 M. Calcular la masa de HCl disuelta en 100 cm 3 de disolución. SOL: 0,37 g 17. Se disuelven 100 g de azúcar (C 12H 22O 11) en agua hasta obtener 10 l de disolución. Calcular la molaridad de la disolución. SOL: 0,03 mol/l 18. Explicar cómo se prepararían las disoluciones siguientes: a)100 g de disolución de KNO 3 en agua al 2% b) Un litro de solución de carbonato de sodio (NaCO 3) en agua, de concentración 0,1 mol/l c) Un kilogramo de disolución 2 m de cloruro de sodio en agua. SOL: a) 2g de KNO 3 y 98 g de agua b) 10,6 g de Na 2CO 3 y agua hasta un litro c) 104,7 g de NaCl y 895,3 g de agua. 19. Se disuelven 80 g de hidróxido de sodio (NaOH) en 6 Kg de agua destilada. Calcular la molalidad de la disolución obtenida. SOL: 0,33 m. 20. Se disuelven 5 g de cloruro de sodio en 100 g de agua. Calcular la molalidad de la disolución obtenida. SOL: 0,85 m. 21. Calcular la masa de disolución 0,1 mol/kg de glucosa (C 6H 12O 6) que contiene disueltos 20 g de glucosa. SOL: 1 131,1 g. 22. Se han de preparar 5 Kg de una solución 0,2 m de cloruro de potasio (ClK) en agua. Calcular cuántos gramos de soluto y cuántos kilogramos de disolvente se necesitan. SOL: 73,41 g de soluto y 4,927 Kg. 23. El agua del mar contiene por término medio 19 iones cloruro (Cl - ) por cada kilogramo de agua de mar. Calcular: a) El número de iones cloruro disueltos en 1 kg de agua de mar. b) La molaridad de iones cloruro en dicha cantidad de agua. La densidad del agua del mar es de Kg/m 3. SOL: a) 3, iones Cl - b) 0,55 M. 24. El suero sanguíneo humano contiene unos 3,4 g/l de iones sodio (Na + ). Cuál es la molaridad de los iones sodio en el suero sanguíneo?. SOL: 0,15 M. 25. Calcular cuál es el % en masa de soluto en una disolución saturada de nitrato de potasio (KNO 3) en agua a 20ºC. Dato: la solubilidad del nitrato de potasio a 20 ºC es de 30 g por cada 100 g de agua. SOL: 23,1 %. 26. Calcular cuál es la molalidad de una disolución saturada de cloruro de potasio en agua a 50 ºC. Dato: la solubilidad del cloruro de potasio a 50 ºC es de 41 g de cloruro por cada 100 g de agua. SOL: 5,37 m. 27. a) Calcular cuántos gramos de cloruro de potasio pueden disolverse como máximo en 500 g de agua a 50 ºC. b) Si la disolución anterior se enfría hasta 20 ºC, cuántos gramos de cloruro de potasio se depositarán en el fondo del recipiente que contiene la disolución?. Dato: la solubilidad del ClK a 20 ºC es de 32 g por cada 100 g de agua. SOL: a) 205 g b) 45 g.

8 28. Es saturada una disolución que contiene a 25ºC un 23% en masa de cloruro de sodio (ClNa)? Dato: La solubilidad del ClNa a 25ºC es de 36 g de cloruro por cada 100 g de agua. SOL= No 29. Calcular cuántos gramos de soluto cristalizan al enfriar desde 50ºC a 20ºC, 500 g de una solución que contiene un 28,6 % de cloruro de potasio (ClK). SOL= 21,79 g. 30. Tenemos una disolución de ácido clorhídrico (HCl) en agua muy concentrada. Si su concentración es de 35% en volumen y la densidad del HCl es de 1,18 g/cm 3 a 22ºC, calcular: a) La composición de la solución en g/l. b) El volumen de solución concentrada que se necesita para preparar 1 litro de disolución cuya concentración en masa sea de 10 g/l. c) Explicar cómo se prepararía dicha disolución diluida a partir de la concentrada. SOL= a) 413 g/l b) 24,2 cm Calcular qué volumen de solución de cloruro de sodio de 1 mol/l se necesita para preparar 1 litro de una solución de cloruro de sodio 0,02 mol/l. Explicar cómo se prepararía dicha solución a partir de la más concentrada. SOL= 20 cm La etiqueta de una botella de ácido nítrico señala como datos del mismo: densidad 1,40 Kg/L y riqueza 65% en peso. Qué volumen de la misma se necesitará para preparar 250 ml de una disolución 0,5 Molar? SOL= = 8,66 cm Se desea diluir 200 g de una disolución acuosa de cloruro de sodio (NaCl) de concentración 40 mg/cm 3 disolución y densidad= 1,09 g/cm 3 para obtener otra disolución de concentración 16 mg NaCl/ cm 3 disolución y densidad=1,04 g/cm 3. Calcular el volumen de agua necesario. SOL= 277,06 cm Qué volumen de agua debe añadirse a 40 cc de ácido nítrico del 53,41 % y densidad 1,33 g/cm 3 para obtener una disolución 0,1 M? SOL= 4,470 ml 35. Suponiendo que el agua de mar contiene por término medio 2,8 % en masa de cloruro de sodio, calcular cuál es la molaridad del cloruro de sodio en el mar. Dato: La densidad del mar es de 1,03 g/cm 3. SOL= 0,49 M. 36. Calcular la masa de yodo (I 2) que hay que disolver en 200 cm 3 de tetracloruro de carbono (CCL 4) para obtener una solución al 10 % en masa. Dato: El CCl 4 es un líquido de densidad 1,6 g/cm 3 y el yodo es sólido. SOL= 35,6 g. 37. El amoniaco (NH 3) es un gas muy soluble en agua. En 1000 g de agua a 20ºC se disuelven 710 l de amoniaco medidos a 20 ºC y 1, Pa. Calcular la masa de disolución obtenida y su molalidad. SOL= 1500,68 g ; 29,45 m. 38. La solubilidad del oxígeno en el agua a 20ºC y 1, Pa es de 0,04 g/l. Calcular las moléculas de oxígeno disueltas en cada cm 3 de agua en las condiciones de presión y temperatura indicadas. SOL= 7, moléculas. 39. El aire contiene un 21% en volumen de O 2. Calcular cuántas moléculas de O 2 entran en los pulmones en una aspiración fuerte, si la presión atmosférica es de 1, Pa y la temperatura es de 20ºC. Dato: en una aspiración fuerte se inhala aproximadamente 1 litro de aire. SOL= 5, moléculas. AUTOEVALUACIÓN 1. Se disuelven 35 g de nitrato de potasio (KNO 3) en 700 g de agua. Calcular: a) El % en masa de nitrato de potasio b) La MOLALIDAD de la disolución. 2. La concentración del nitrógeno ( N 2) en el aire es del 80% en volumen. Cuántas moléculas de nitrógeno hay en un aula que tiene un volumen de 120 m 3 y está a una presión de 1 atm y a una temperatura de 25 ºC? 3. Queremos preparar medio litro de disolución de agua con azúcar con una concentración del 10 % en masa y una densidad de 1 kg/l. a) Qué cantidad de azúcar hemos de utilizar? b) Y de agua? 4. La solubilidad del KNO 3 en agua a 50ºC es de 56 g de KNO 3 por cada 100 g de agua. Calcula la molalidad de una disolución saturada de KNO 3 en agua. 5. Calcular cuántos gramos de soluto cristalizan al enfriar desde 50 ºC hasta 20 ºC, 700 g de una disolución que contiene un 30 % en masa de cloruro de potasio ( ClK ). Dato: la solubilidad del ClK en agua a 20ºC es de 32 g por cada 100 g de agua. 6. Mezclamos 320 ml de una disolución de KNO 3 de 2,3M con 250 ml de agua. Calcula la molaridad de la disolución resultante. (1 pto) 7. Mezclamos 340 ml de una disolución de MgCl 2 de concentración 2,3M con otra, también de MgCl 2, de concentración 3,4 g/l. Calcula la molaridad de la disolución resultante. 8. Disponemos de 500 cm 3 de alcohol puro de densidad 790 Kg/m 3, y se desea añadir agua destilada de manera que la disolución obtenida contenga un 10 % en masa de agua. Cuántos gramos de agua hay que añadir al alcohol? 9. Disponemos de una disolución de cloruro de sodio ( ClNa ) en agua cuya concentración es 3 M. Calcula el volumen necesario de dicha disolución para preparar 3,5 litros de disolución de cloruro de sodio 0,5 M. 10. Se ha de preparar 5 kg de una disolución 0,2 m de cloruro de potasio ( ClK ) en agua. Calcular cuántos gramos de soluto y cuántos de disolvente se necesitarán. 11. Mezclamos 300 ml de una disolución de ClNa de concentración 3M con 245 ml de otra disolución, también de ClNa de concentración 3,4 g/l. Calcula la molalidad, sabiendo que la concntración de la disolución resultante es de 1,4 g/ml.