SOLUCIONARIO Guía Estándar Anual

Transcripción

1 SOLUCIONARIO Guía Estándar Anual Disoluciones I: mezclas, disoluciones y unidades porcentuales de concentración SGUICES010CB33-A16V1

2 Ítem Alternativa Habilidad 1 D Reconocimiento 2 A Reconocimiento 3 C ASE 4 E Comprensión 5 B Aplicación 6 D Aplicación 7 C Aplicación 8 A Comprensión 9 B Comprensión 10 D Aplicación 11 D Reconocimiento 12 E Comprensión 13 D Comprensión 14 D Aplicación 15 C ASE 16 E Reconocimiento 17 B Aplicación 18 C Aplicación 19 E Reconocimiento 20 D Comprensión 21 E ASE 22 C Reconocimiento 23 B ASE 24 D Aplicación 25 D Comprensión

3 EJERCICIOS PSU Ítem Alternativa Defensa 1 D La definición dada corresponde al porcentaje masa/volumen (% m/v), que se define como la masa de soluto en 100 ml de disolución. 2 A Básicamente, la dispersión coloidal o coloide se diferencia de la suspensión en el tamaño de las partículas que presenta cada una de ellas. Como las partículas en una dispersión coloidal son tan pequeñas ( mm), presentan una gran superficie por unidad de volumen, de modo que propiedades tales como la tensión superficial juegan un importante papel dentro de su comportamiento. Una suspensión presenta partículas de mayor tamaño, visibles a nivel macroscópico. La fase dispersante puede ser la misma tanto para un coloide como para una suspensión. La unión química tampoco las diferencia. 3 C Los número 1, 2 y 3 en el diagrama de flujo podrían ser reemplazados por: Son ejemplos de mezclas heterogéneas el vinagre con aceite, agua con arena y sangre. Las dos últimas corresponden a suspensiones y al dejarlas reposar, se produce una separación de sus fases. Ejemplos de coloides son la mayonesa, la leche y la niebla. Las dos primeras corresponden a emulsiones y la niebla a un aerosol. Finalmente, el aire, el alcohol de 90 y el agua con sal son ejemplos de mezclas homogéneas o disoluciones. Por lo tanto, la alternativa correcta es la C.

4 4 E El porcentaje masa/volumen (% m/v) indica la cantidad, en gramos, de soluto que están disueltos en 100 ml de disolución. Luego, para la disolución dada, se tiene 0,4 g de alcohol disueltos en agua, hasta completar un volumen de disolución de 100 ml. 5 B Una disolución de glucosa al 3% m/v tiene 3 gramos de glucosa en 100 ml de disolución. Por lo tanto: 3 g de glucosa 100 ml de disolución = x g de glucosa 6000 ml de disolución x = 3 g 6000 ml 100 ml x = 180 g de glucosa n = m MM = 180 g 180 g/mol n = 1 mol 6 D La definición de densidad nos permite relacionar la masa de una sustancia con su volumen. En este caso, si se dispone de una disolución de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) de densidad 1,84 g/ml, significa que: 1 ml (cm 3 ) 1,84 g Por lo tanto, 100 ml 184 g 1000 ml (1L) 1840 g 7 C El porcentaje masa volumen (% m/v) corresponde a la masa de soluto (en g) que se encuentra disuelta en 100 ml de disolución. Por lo tanto, para calcularlo se debe realizar la siguiente relación: 15 g de HCN 250 ml de disolución = x g de HCN 100 ml de disolución x = 15 g 100 ml 250 ml x = 6% m/v 8 A Habilidad de pensamiento científico: Explicación de la importancia de teorías y modelos para comprender la realidad, considerando su carácter sistémico, sintético y holístico, y dar

5 respuesta a diversos fenómenos o situaciones problemas. Un modelo es una representación simplificada de la realidad, que permite comprender mejor un fenómeno complejo. En este caso, para explicar la capacidad adsorbente de los coloides, se utilizan representaciones simplificadas de sus partículas, como estructuras cúbicas muy pequeñas. Esto permitiría realizar predicciones, por ejemplo, de la capacidad adsorbente de distintos coloides sobre la base del tamaño de sus partículas y someter a prueba el modelo. Una descripción implica detallar la realidad observada de forma exacta, lo que no se hace en este caso, pues corresponde a una representación idealizada y simple de un sistema coloidal. Una ley es una descripción, a menudo en términos matemáticos, de una regularidad observada en la naturaleza. En el enunciado no se realiza una descripción de una regularidad, sino una explicación sobre las posibles causas de un fenómeno observado. Una teoría es una explicación amplia y en profundidad para un fenómeno natural, que a menudo incorpora una o más hipótesis, postulados y/o leyes. Un modelo como el que se presenta en el enunciado podría formar parte de un cuerpo teórico mayor, pero no lo constituye en sí mismo. Finalmente, un supuesto es una proposición que se acepta como cierta, sin necesidad de ser probada, y que sirve como base para elaborar otros razonamientos. 9 B Una disolución del tipo líquido-sólido, implica que el soluto es quien se encuentra en el estado líquido y el disolvente, en estado sólido. De acuerdo con esto, solo la alternativa B es correcta puesto que el mercurio (Hg) es un elemento metálico cuyo estado natural es líquido, mientras que la plata (Ag) es un sólido. Estas disoluciones de mercurio en un metal se conocen como amalgamas y son utilizadas, por ejemplo, como empastes dentales. Por su parte, el cloruro de sodio (NaCl) y el platino son sólidos y el hidrógeno (H 2 ) es un gas, al igual que el oxígeno (O 2 ). Por lo tanto, la alternativa A corresponde a una disolución de tipo sólido líquido; la C, de tipo gas sólido; D muestra una disolución gas líquido y la alternativa E, una disolución gas sólido. 10 D Una disolución acuosa de azúcar al 8% m/m, tiene 8 gramos de soluto (azúcar) en 100 gramos de disolución, por lo tanto: 8 g de azúcar 100 g de disolución = x g de azúcar 400 ml de disolución Conviene transformar el volumen de disolución a masa, para lo cual utilizamos el valor de densidad.

6 d = m V m = d V m = 1,5 g/ml 400 ml m = 600 g Por lo tanto, 8 g de azúcar 100 g de disolución = x g de azúcar 600 g de disolución x = 8 g 600 g 100 g x = 48 g de azúcar 11 D Solamente la alternativa III es incorrecta, puesto que si el soluto se separa por simple decantación, es porque el tamaño de partícula que presenta es relativamente grande, y en ese caso, se trata de una suspensión y no de una disolución. 12 E La forma más directa de preparar una disolución con una determinada concentración volumen-volumen, es que ambos componentes se encuentran en estado líquido; ahora bien, como solo se necesitan 5 ml de soluto, lo más conveniente es medir esta cantidad con una pipeta volumétrica, transferirlos a un matraz de aforo de 100 ml y completar con disolvente hasta dicho volumen. 13 D Este es el típico ejemplo de una disolución iónica, en la que el soluto (NaCl) es el electrolito, capaz de disociarse en iones en la disolución y así conducir la corriente eléctrica. Además, por el hecho de tener dos componentes, es una disolución binaria. Las disoluciones moleculares son aquellas en las que cada partícula del soluto es una molécula (no se disocian en iones). 14 D Una disolución al 3,2% m/m de etanol (CH 3 CH 2 OH), tiene: 3,2 g de etanol 100 g de disolución Para calcular la concentración en % v/v necesitamos el volumen de etanol y el de disolución. Para obtener dichos valores, utilizamos la densidad. Volumen de etanol: d = m V

7 V = V = m d 3,2 g 0,8 g/ml m = 4 ml Volumen de disolución: V = 100 g 1 g/ml m = 100 ml Por lo tanto, hay 4 ml de etanol en 100 ml de disolución, es decir, la concentración es 4% v/v. 15 C Inicialmente en el matraz de destilación hay 100 ml de una disolución formada por 40 ml de etanol y 60 ml de agua. Luego de la destilación, quedan en este matraz solo 30 ml de etanol, ya que 10 ml pasaron al matraz Erlenmeyer que contiene el destilado. El volumen de agua sigue siendo 60 ml, por lo que para determinar la concentración de la disolución que queda en el matraz de destilación, debemos establecer la siguiente relación: 30 ml de etanol 90 ml de disolución = x ml de disolución 100 ml de disolución x = = 33,3% v/v 16 E Los métodos de separación de mezclas enunciados, se definen como: Destilación: separación de dos o más líquidos por medio de diferencias en sus puntos de ebullición. Decantación: separación de sustancias por medio de diferencias de densidad. Evaporación: separación de una mezcla de un sólido y un líquido por medio de diferencias en sus puntos de ebullición. Cabe destacar que en el último método no nos interesa el líquido que se evapora, a diferencia de la destilación donde sí es de interés. 17 B Calculamos las concentraciones en función de la masa de soluto y el volumen de disolución:

8 % m/v disolución I: X g soluto 100 g soluto 100 ml disolución 300 ml disolución X 33,33% m/v % m/v disolución II: X g soluto 150 g soluto 100 ml disolución 200 ml disolución X 75% m/v % m/v disolución III: X g soluto 300 g soluto 100 ml disolución 500 ml disolución X 60% m/v Por lo tanto, el orden creciente de sus concentraciones es: I < III < II 18 C Aplicando fórmula para calcular % m/v. m % v 10 g de CaCO 100 ml de disolución X g de CaCO 3 3 X = 20 g de CaCO ml de disolución 19 E El proceso de destilación consiste en separar los componentes de una mezcla, con puntos de ebullición distintos entre sí. De esta forma, si se separan dos líquidos, una vez que comienza a evaporarse (líquido gas) el primero es recogido posteriormente mediante condensación (gas líquido). 20 D Para que una mezcla se considere una disolución debe encontrarse en una fase, es decir, no se pueden distinguir sus componentes. De las mezclas propuestas, el esmog es considerado un coloide. 21 E Al interpretar el gráfico, se puede apreciar que a 40 C la masa de nitrato de plata soluble en 100 ml de agua corresponde a

9 300 gramos. En el caso de una temperatura de 80 C se observa que la masa de nitrato de plata soluble en 100 ml de agua, corresponde a 700 gramos. Por lo tanto, al considerar una disolución preparada con 1 L (1000 ml) de agua, la masa de nitrato de plata soluble a 40 ºC sería de 3000 g, mientras que a 80 ºC podrían disolverse 7000 g, es decir, 4000 g más (7000 g 3000 g). 22 C La técnica más apropiada para separar los líquidos de una mezcla homogénea corresponde a la destilación, en donde la mezcla se somete a un proceso de evaporación y condensación de manera continua. Existen dos tipos de destilación. Una de ellas se denomina destilación simple, donde las diferencias en los puntos de ebullición son amplias entre los componentes. Por el contrario, si las diferencias de los puntos de ebullición de los componentes son muy cercanas, se somete a la mezcla a un proceso de destilación fraccionada. La extracción también permite separar dos líquidos, pero solo se aplica para líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles. El tamizado se utiliza para separar sólidos con partículas de diferente tamaño. La filtración permite separar un sólido de un líquido y la cristalización se utiliza para separar sales disueltas basándose en diferencias de solubilidad. 23 B Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos. Dado que el microscopio utilizado por el investigador puede distinguir partículas de 400 nm o superiores, este podrá clasificar una mezcla como heterogénea si sus partículas de la fase dispersa tienen tamaños mayores o iguales a 400 nm, pues si son menores no podrá distinguirlas claramente. Las mezclas 1 (14 nm) y 3 (0,3 μm = 300 nm) tienen partículas de menor tamaño, por lo que no podrían ser clasificadas como heterogéneas usando este microscopio. 24 D Una disolución al 25% m/m corresponde a: 25 gramos de CuSO gramos de disolución Recordando que: Disolución = soluto + disolvente Se tiene: Disolvente = disolución soluto Disolvente = 100 g 25 g

10 Disolvente = 75 g Como la densidad de la disolución es 1 g/ml, 100 ml equivalen a 100 g de disolución y contienen 75 g de disolvente. 25 D En el enunciado se señala que la disolución se prepara utilizando una balanza y un matraz de aforo, por lo que se puede inferir que la balanza se usa para determinar la masa de soluto (NaCl); dicha masa se disuelve en agua y se transfiere a un matraz de aforo, completando con agua. Al preparar de esta forma la disolución, se tiene la masa de soluto y el volumen de disolución, pero no el volumen de soluto ni el de disolvente (agua). Por lo tanto, la forma más directa de expresar la concentración es mediante un porcentaje masa-volumen, es decir, en gramos (masa) de soluto en 100 ml de disolución.