3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas.

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1 3. Los sistemas materiales. Sustancias puras y mezclas. 3.1 Señala en cada apartado dos materiales, naturales o sintéticos, que posean la característica indicada: a) Dureza: b) Resistencia a la corrosión: c) Elasticidad: d) Ligereza: e) Rigidez: f) Flexibilidad: g) Impermeabilidad: h) Brillo: 3.2 Cómo clasificarías estas sustancias? Explica el criterio que has utilizado. a) Plata, b) Acero, c) Petróleo, d) Agua, e) Diamante, f) Azúcar, g) Dióxido de carbono, h) Zumo de naranja, i) Aire. 3.3 Entramos en una cocina y encontramos esto: a) Agua mineral, b) Sal. c) Azúcar, d) Leche, e) Mantel, f) Zumo de naranja, g) Papel de aluminio, h) Vinagre, i) Detergente, j) Papel de cocina, k) Cobre. l) Acero inoxidable. Puedes indicar si se trata de sustancias puras o mezclas? En el caso de las mezclas, especifica sus componentes buscando información en una enciclopedia o en Internet. Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 1

2 3.4 Explica la diferencia entre: a) Elemento y mezcla. b) Mezcla homogénea y mezcla heterogénea. c) Compuesto y mezcla homogénea. d) Sustancia pura y compuesto. 3.5 Corrige los errores que ha cometido un alumno de 3 de ESO en este resumen: «Hay varios tipos de sustancias. Las más sencillas son las sustancias puras; dentro de ellas tenemos los elementos, formados por átomos iguales, y los compuestos, constituidos por partículas iguales formadas por átomos diferentes. Otro tipo de sustancias son las mezclas, que pueden ser homogéneas si sus componentes no se pueden ver y heterogéneas si sus componentes sí se pueden distinguir». 3.6 Teniendo en cuenta las características de las mezclas heterogéneas y homogéneas, busca tres ejemplos de cada una de ellas en los siguientes entornos cotidianos, indicando en cada caso cuáles son los componentes y en qué te basas para clasificarlas: a) Una playa, b) Una farmacia, c) Un supermercado. 2 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

3 3.7 Indica si estas afirmaciones son correctas o no, justificando tu respuesta en cada caso: a) Una mezcla presenta siempre un aspecto no uniforme. b) Las mezclas son muy comunes en la naturaleza. c) Es posible conseguir distintas mezclas a partir de los mismos componentes. 3.8 Ayer llegó a nuestro laboratorio una sustancia desconocida; se trataba de un líquido rojo oscuro no transparente, de apariencia uniforme. Esta mañana hemos observado en el vaso un sólido rojo en el fondo y un líquido rosado transparente. Qué tipo de sustancia será? Razona tu respuesta. 3.9 Pueden usarse la filtración y la decantación para separar mezclas homogéneas? Justifica tu respuesta. Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 3

4 3.10 Puede servir la destilación para separar dos líquidos inmiscibles? Qué inconvenientes tiene frente a la decantación? 3.11 Ahora diseña tú la separación de una mezcla de agua salada y aceite. Explica lo que ocurre en cada paso y lo que se va obteniendo, igual que en los ejemplos anteriores El azufre es un sólido de color amarillo insoluble en agua. Teniendo en cuenta este dato, cómo puedes separar una mezcla sólida de azufre y sal? 4 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

5 3.13 Observa los ejemplos anteriores y contesta a las siguientes cuestiones: a) Por qué sabemos que se trata de disoluciones? b) En el caso del acero, cuál es el disolvente y cuál el soluto? c) Las disoluciones de los ejemplos, tienen siempre la misma composición o esta es variable? Justifica tu respuesta A partir de la información dada en cada apartado, identifica los componentes de las disoluciones e indica cuáles son los disolventes y cuáles los solutos: a) Cada litro de agua del mar contiene entre 33 g y 37 g de sales. b) Cada kilogramo de oro de 18 quilates contiene 750 g de oro y 250 g de plata. c) En 100 ml de alcohol desinfectante hay 96 ml de alcohol y 4 ml de agua. d) El gas natural es gas metano con algo de etano, propano y butano Clasifica las disoluciones de la actividad 14 según los estados de agregación del disolvente y del soluto. Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 5

6 3.16 Puedes afirmar que un refresco es una disolución en la que hay un disolvente líquido y varios solutos en diferentes estados de agregación? Explícalo considerando como ejemplo un refresco de cola Enumera cinco disoluciones acuosas presentes en la naturaleza e investiga en enciclopedias o en Internet su composición. Por qué el agua forma parte de casi todas las disoluciones naturales? 3.18 Redacta un texto en el que aparezcan obligatoriamente estos términos: disolución, homogénea, disolvente, soluto, saturada, concentrada, diluida, so- bresaturada. No olvides leerlo antes de dar por finalizado el ejercicio! 6 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

7 3.19 Una disolución saturada contiene 2,08 g de sulfato de calcio en 1 L de agua. Cómo se clasifica una disolución que contiene 1,9 g de este compuesto por litro de agua? Qué aspecto tiene la mezcla de 1 L de agua y 5 g de sulfato de calcio? 3.20 Queremos preparar una disolución concentrada de azúcar en agua en el mínimo tiempo posible. Teniendo en cuenta el modo en que ocurre la disolución a escala microscópica, qué se te ocurre para hacer el proceso más rápido? Justifica tu propuesta Indica los factores de los que depende la solubilidad y explica cuál es la influencia de la temperatura. Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 7

8 3.22 Ordena las sustancias que aparecen en la tabla de la página 61 de menor a mayor solubilidad, utilizando los datos a la temperatura de 20 C. Se mantiene el mismo orden de solubilidades a 60 C? A qué puede ser debido? 3.23 Construye curvas de solubilidad sobre los mismos ejes para los solutos de la tabla de la página 61. Qué conclusiones deduces? 3.24 La solubilidad de una sustancia A en agua es el doble que la solubilidad de otra sustancia B, consideradas ambas a una temperatura de 20 C. Puedes afirmar que si mezclamos estas sustancias con agua la cantidad de A que se disuelve es el doble que la que se disolverá de B? 8 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

9 3.25 La solubilidad de una sustancia A en etanol a 18 C es 32. Qué significa este dato? Qué ocurre si mezclamos 15 g de esta sustancia con 150 g de etanol a esa temperatura? 3.26 Calcula la concentración como porcentaje en masa de las disoluciones obtenidas a partir de la mezcla de: a) 30 g de sal común y 570 g de agua, b) 5 g de azúcar y 395 g de agua, c) 75 mg de cloruro de litio y 300 mg de agua Según los datos suministrados, calcula la concentración de estas disoluciones: a) 3 g de soluto; 15 g de disolvente. b) 10 ml de soluto; 500 ml de disolución. c) 6 g de soluto; 10 L de disolución. Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 9

10 3.28 Explica los pasos que seguirías para: a) Preparar una disolución diluida a partir de una saturada. b) Obtener una disolución saturada a partir de una concentrada Se ha preparado una disolución a partir de 15 g de sal y 3 L de agua. Teniendo en cuenta la densidad del agua (1 g/cm3) y considerando que el volumen final es prácticamente el mismo que el de agua, calcula su concentración de dos formas distintas. Si añadimos otro litro de agua, cuál es la concentración ahora? Es menor o mayor? 3.30 En qué se parece la destilación fraccionada a la destilación simple que has estudiado en esta unidad? En quése diferencian? 10 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

11 3.31 Por qué la destilación simple no sirve para separar los componentes del petróleo? Ten en cuenta la composición del petróleo, sus características y que una refinería puede llegar a procesar más de 500 toneladas de petróleo a la hora Copia y completa este texto en tu cuaderno, sustituyendo los símbolos por los términos correspondientes. La materia puede clasificarse en... y.... Las primeras se dividen a su vez, en elementos y... y se caracterizan por contener partículas.... Las s segundas están formadas por partículas... y pueden ser... u.... En estas últimas es imposible... sus componentes y reciben también el nombre de.... Una característica fundamental de las mezclas es que sus componentes pueden estar en proporciones Define estos términos: a) Elemento: b) Mezcla heterogénea: c) Sustancia pura: Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 11

12 3.34 Copia en tu cuaderno el esquema de la clasificación de la materia de la página 53 y complétalo poniendo tres ejemplos de cada tipo de sustancia Observa estas representaciones microscópicas de sustancias e indica, en cada caso y de manera razonada, si se trata de un elemento, un compuesto o una mezcla Para cada grupo de sustancias (elementos, compuestos, mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas), responde afirmativa o negativamente a las siguientes preguntas: a) Son iguales sus partículas constituyentes? b) Se pueden distinguir sus componentes a simple vista? c) Pueden dar lugar a varias sustancias mediante procesos físicos? d) Pueden dar lugar a varias sustancias mediante procesos químicos? 12 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

13 3.37 Clasifica las siguientes sustancias en puras o mezclas; en el segundo caso, distingue entre homogéneas y heterogéneas. Consulta una enciclopedia o Internet si lo necesitas. a) Latón. b) Mármol. c) Hielo. d) Almíbar Para realizar una escultura en bronce, un estudiante de Bellas Artes utiliza la técnica de la cera perdida. Primero esculpe una figura con cera de abejas, para luego recubrirla con arcilla. Cuando se ha endurecido la arcilla, calienta el conjunto con el objetivo de fundir la cera. A continuación rellena el hueco con bronce fundido y, una vez solidificado, rompe el molde para extraer la escultura. Enumera y clasifica, de acuerdo con lo estudiado, todas las sustancias empleadas en este proceso Explica la diferencia entre: a) Decantación y destilación. b) Centrifugación y filtración. Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 13

14 3.40 Qué utilidad tiene la separación magnética en los procesos de reciclaje de basuras? Te parece importante esta contribución a la preservación del medio ambiente? 3.41 Indica en qué tipo de mezclas están indicados los siguientes procesos de separación: a) Decantación. b) Destilación. c) Cristalización. d) Filtración Considera una sustancia material muy común, el barro. Es una sustancia pura o una mezcla? Clasifícala de forma exacta e indica cómo podríamos separar sus componentes. Redacta en un párrafo tus respuestas. 14 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

15 3.43 Indica qué método físico es el más adecuado para separar los componentes de estas mezclas: a) Residuos de agua en gasolina. b) Arena y grava. c) Partículas de hierro y polvos de talco Qué métodos de separación de mezclas se usan en estos procesos? Razona tus respuestas. a) La extracción de sal en las salinas. b) La eliminación de partículas en el aceite usado. c) La obtención de combustibles a partir del petróleo. d) La retención de las partículas de polvo y polen en una mascarilla Diseña un procedimiento para separar los componentes de las siguientes mezclas mediante procesos físicos: a) agua, gasolina y gasóleo. separar la gasolina del gasóleo, pues forman una mezcla homogénea de dos líquidos de distinto punto de ebullición. La gasolina, al tener un punto de ebullición menor, se vaporiza antes que el gasóleo, recogiéndose en un vaso de precipitados. b) Virutas de aluminio, agua y etanol. las virutas de aluminio. El etanol se separa del agua mediante una destilación, y se vaporiza primero al tener un punto de ebullición inferior a esta. Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 15

16 3.46 Para investigar una sustancia desconocida, realizamos el siguiente procedimiento: En primer lugar, nos fijamos en su aspecto. A simple vista, solo observamos una fase líquida. Sobre esta sustancia líquida llevamos a cabo una filtración y una destilación, y únicamente obtenemos el líquido inicial. Tras un proceso químico denominado electrólisis obtenemos dos sustancias diferentes a partir de la muestra. Se trata de una sustancia pura (elemento o compuesto) o de una mezcla (homogénea o heterogénea)? Explícalo A partir de la información que se te proporciona, diseña con detalle un procedimiento para separar los componentes de una mezcla de agua, sulfato de bario (BaS04), nitrato de sodio (NaN03) y tetracloruro de carbono (CCl4): El agua y el tetracloruro de carbono (más denso) son sustancias líquidas incoloras no miscibles. El sulfato de bario es insoluble en ambos disolventes. El nitrato de sodio solo es soluble en agua Pon tres ejemplos de mezclas que puedas considerar disoluciones y otros tres ejemplos de mezclas que no lo sean. Justifica tu respuesta en cada caso, explicando el criterio que has usado para clasificarlas. 16 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

17 3.49 Copia y completa este texto en tu cuaderno sustituyendo los símbolos por los términos correspondientes Qué dato necesitas conocer para poder preparar una disolución saturada de una sustancia a una determinada temperatura? Justifica tu respuesta y explica cómo prepararías esa disolución En una empresa que fabrica y embotella bebidas refrescantes saben bien que la solubilidad de los gases como el dióxido de carbono (C02) en agua es menor a medida que aumenta la temperatura. De acuerdo con esto: a) En qué condiciones de temperatura crees que se carbonatarán los refrescos antes de envasarlos? b) Por qué cuando se calienta una lata de refresco, su contenido se derrama bruscamente al abrirla? Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 17

18 3.52 En la tabla se recogen datos de solubilidad del oxígeno (O2) en agua a diferentes temperaturas. Dibuja la curva de solubilidad correspondiente a este gas y responde razonadamente a estas cuestiones: Tª(ºC) Sol (mg/100 g) ,70 a) Cómo varía la solubilidad en agua del oxígeno con la temperatura? b) Cómo podría afectar a la vida acuática en una charca un calentamiento del agua debido a la acción de los rayos del sol en verano? 3.53 A 25 C hemos mezclado 30 g de una sustancia con 200 g de agua, de los cuales se han disuelto 18 g y han quedado 12 g sin disolver, a) Haz un dibujo y refleja en él los datos, b) Puedes decir que esta sustancia no es soluble en agua? c) Puedes calcular la solubilidad de esta sustancia en agua a 25 C? En caso afirmativo, explica cómo lo has hecho e interpreta el resultado Observa la curva de solubilidad de la página 68. a) Hemos preparado una disolución de esta sustancia en agua a 50 C, mezclando 180 g de soluto con 300 g de agua. Se tratará de una disolución saturada? b) Enfriamos la disolución anterior hasta la temperatura de 40 C. Qué ocurre? 18 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

19 3.55 Interpreta los siguientes resultados, obtenidos al calcular la concentración de varias disoluciones: a) Disolución de azúcar en agua al 17 %. b) Disolución de hidróxido de sodio (NaOH) en agua de concentración 30 g/l. c) Una bebida tiene una concentración de alcohol etílico del 36 % en volumen. d) En un jarabe, la concentración de principio activo es 0,3 mg/ml Calcula la concentración de estas disoluciones en porcentaje en masa y en masa por unidad de volumen a partir de los datos de esta tabla: Disol 1 Disol 2 Disol 3 m Soluto 10 g 1.02 kg 250 mg m Disolv 490 g kg 2.25 g V Disoln 625 ml 25 L 2 dl 3.57 Se ha preparado una disolución disolviendo 60 g de tricloruro de hierro (FeCl3) en 840 g de agua, con lo que ha resultado un volumen final de 850 ml. Calcula la concentración en porcentaje en masa y en masa por unidad de volumen para esta disolución. Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 19

20 3.58 Ordena las siguientes disoluciones, de mayor a menor concentración: a) 25 g/l. b) 20 mg/ml. c) 0,038 g/ml. d) 420 mg/ml Una disolución de sulfato de sodio (Na2SO4) en agua tiene una concentración en masa del 14 %: a) Qué información aporta este dato? b) Qué cantidad de sulfato de sodio habrá disuelto en un recipiente que contenga 120 g de esta disolución? 3.60 Disponemos de 300 ml de una disolución de alcohol etílico y agua de concentración igual al 15,6 % en volumen, cuyos componentes pretendemos separar mediante una destilación. Qué volumen de alcohol se obtendrá tras el proceso? 20 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

21 3.61 Hemos preparado una disolución de cloruro de litio (LiCl) cuya concentración es 7,5 g/l. Qué volumen de esta disolución, expresado en mililitros, debemos tomar para tener 1,5 g de cloruro de litio? Una disolución cuyo volumen es 250 cm3 contiene disueltos 12 g de sulfato de hierro (II) y 26 g de nitrato de sodio: a) Calcula la concentración en masa por unidad de volumen (g/l) de cada soluto en la disolución anterior e interpreta el resultado. b) Tomamos una porción de 60 cm3 de esta disolución. Cuál es la concentración de sulfato de hierro (II) y de nitrato de sodio en ella? c) Calcula la cantidad de ambas sales que habrá disuelta en esos 60 cnv de disolución Los siguientes enunciados son incorrectos. Encuentra los errores y corrígelos: a) El porcentaje en masa se calcula dividiendo la masa de soluto y la masa de disolvente entre sí. b) En una disolución el disolvente siempre es un líquido, mientras que el soluto puede ser una sustancia en cualquier estado de agregación. c) Una disolución es una mezcla de dos o más sustancias que mantienen siempre la misma proporción, con independencia de la forma de preparación. Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 21

22 3.64. Estudiando los envases y la publicidad de algunos productos que habitualmente se encuentran en el mercado, hemos encontrado las siguientes expresiones. Discute cada una de ellas e interpreta su significado. a) Detergente concentrado. b) Diluir antes de usar. c) Soluble en agua Explica la diferencia entre: a) Solubilidad y tanto por ciento en masa. b) Disolver y diluir Pedro ha comprado agua embotellada, y curioseando en la etiqueta del envase, lee lo siguiente: bicarbonatos: 127 mg/l; calcio: 36 mg/l; magnesio: 8 mg/l; sodio: 11 mg/l. a) De qué forma se expresa la concentración salina del agua embotellada? b) Qué cantidad total de calcio y magnesio toma Pedro cada vez que bebe un vaso de agua de 250 ml? 22 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3

23 3.67. Juan y Marta deben preparar un biberón para su bebé. Para ello, añaden 6 cacitos de 4,5 g de leche en polvo cada uno a un biberón que contiene 180 g de agua y agitan hasta que el contenido queda mezclado: a) Puedes decir que han preparado una disolución? b) Calcula la concentración en porcentaje en masa. c) El bebé solo toma 150 g del biberón. Qué cantidad de leche en polvo habrá ingerido? La concentración media de vitamina C en un zumo de naranja natural es del 0,052 %, mientras que en un kiwi es del 0,1 %: a) Cuál de los dos contiene mayor cantidad de vitamina C? b) Sabiendo que la cantidad diaria recomendada (C.D.R.) de vitamina C para una persona de 15 años en adelante es de 60 mg/día, qué cantidad de zumo de naranja deberá tomar un adulto para satisfacer sus necesidades de vitamina C? Y si prefiere consumir kiwi? Una marca de leche muestra esta información nu- tricional en el envase, correspondiente a 100 ml: proteínas: 3,10 g; hidratos de carbono: 4,6 g; grasas: 3,5 g. a) Calcula la concentración de cada nutriente en g/l e interpreta el resultado. b) Qué cantidad en gramos de cada uno de los principios nutritivos ingiere una persona que toma 625 ml de esta leche al día? Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3 23

24 3.70. Un abono comercial para plantas contiene 160 g de óxido de potasio (K 2 O) por cada 2 L de disolución. Sabiendo que la densidad del producto es de 1,05 g/cm3, calcula la concentración en masa por unidad de volumen y en porcentaje en masa En el laboratorio tenemos tres disoluciones de ácido clorhídrico en matraces de 250 ml, de concentraciones: disolución 1: 5 %; disolución 2: 10 g/l; disolución 3: 15 mg/l. a) Halla la masa en gramos de ácido que hay en cada disolución. Necesitas algún dato adicional? En el caso de que sea así, indica cuál. b) Mezclamos las disoluciones 2 y 3 en un matraz de 1 L. Qué concentración tiene la nueva disolución así obtenida? Lee con atención la siguiente información, extraída del prospecto de un jarabe: «100 ml del preparado contienen 50 mg del principio activo. La posología recomendada es de 0,25 mg por kilogramo de peso corporal y día». a) Qué cantidad del principio activo debe tomar un niño de 15 kg de peso al día? b) Cuántos mililitros del jarabe debe ingerir, si va a hacer una toma por la mañana y otra por la noche? 24 Física y Química 3º E.S.O., Cuaderno de actividades U.D. 3