El ácido fluorhídrico concentrado, HF, tiene habitualmente una concentración del 49% en masa y su densidad relativa es de 1,17 g/ml.

Transcripción

1 DISOLUCIONES Ejercicio nº 1.- El ácido fluorhídrico concentrado, HF, tiene habitualmente una concentración del 49% en masa y su densidad relativa es de 1,17 /ml. a) Cuál es la aridad de la disolución? b) Cuál es la aridad de la disolución que resulta de mezclar 500 ml de este ácido con 1 L de ácido fluorhídrico 2 M? a) Sabiendo que la aridad de una disolución se define como el número de es de soluto, en este caso ácido fluorhídrico puro, en 1 L de disolución tendremos que en dicho volumen hay: m V d; m ml 1,17 /ml 1.170, de los cuales sólo el 49% es ácido puro, es decir: ,49 57, de HF puro. Puesto que la masa ar el HF es 20 /, el número de es será: 57, / ,7, cantidad que está en 1 L de disolución. Por tanto, la disolución será de 28,7 M. b) Suponiendo que los volúmenes son aditivos, el volumen de la disolución final es de 1,5 L, en los cuales hay: Ejercicio nº 2.- n.º es HF disol. 28,7 M 28,7 0,5 L L n.º es HF disol. 2 M 2 1L L 2 HF puro 14,5 HF puro Es decir, hay 14, ,5 es en 1,5 L de disolución; lueo la aridad será 16,5/1,5 10,9 M. Se dispone de un ácido clorhídrico comercial al 6% en peso y 1,18 / de densidad, y deseamos preparar 200 de una disolución M. Explica detalladamente el procedimiento a seuir así como el material de laboratorio que necesitarías en este proceso. Datos. Masas atómicas: Cl 5,5; H 1. El problema plantea una casuística muy común en el laboratorio, donde, a partir de un ácido comercial es necesario preparar otra disolución ácida siempre más diluida. El problema se reduce a calcular cuantos ramos de ácido puro hay en la disolución final, y qué volumen habrá que extraer de la disolución líquida del ácido comercial que contena dicha cantidad. En los 200 de HCl M ( /L) habrá /5 0,6 HCl puro (200 es la quinta parte 1

2 de un litro), que teniendo en cuenta su masa ar, 6,5 /, equivalen a: 0,6 6,5 21,9 de ácido puro cantidad que extraeremos del HCl al 6% en peso y densidad 1,18 /. En 1 L de este ácido hay: m V d ,18 / de disolución ácida, de los cuales sólo el 6 % es ácido puro, esto es: / ,8 de HCl puro. Por tanto podremos escribir: disolución 424,8 HCl puro x ;de donde : x 51,6 21,9 Es decir, con una pipeta (no pipetear nunca con la boca) extraeríamos 51,6 del ácido comercial que verteríamos posteriormente en un matraz aforado de 200. A continuación añadiríamos aua destilada hasta completar el volumen final. La fiura muestra el material de laboratorio necesario.. Ejercicio nº.- Se toman 50 ml de un disolución de ácido nítrico al 42% en peso y densidad 1,26 /ml, se vierten en un matraz aforado de 250 ml y se enrasa con aua destilada hasta completar el citado volumen. Calcular: a) La alidad de la disolución resultante. b) La fracción ar del HNO en la nueva disolución. Datos. Masas atómicas: H 1; N 14; O 16. 2

3 Al no tener como dato la densidad de la disolución final, la resolución del problema requiere el uso de dos aproximaciones. La primera consiste en suponer que los volúmenes son aditivos (lo cual es sólo aceptable); la seunda es la de considerar que la densidad del aua es de 1 /ml, valor que sólo es riurosamente cierto a 4 C. (Esta aproximación es bastante buena, ya que la densidad del aua, a los valores de T que podemos encontrar en el laboratorio, es muy próxima a la unidad). a) Los 50 ml de la disolución ácida contienen: m V d 50 ml 1,26 ml 6, de los cuales sólo el 42 % es ácido puro, 42 esto es : 6 26, Teniendo en cuenta la masa ar del HNO, 6 /, dicha cantidad equivale a: 26, ,42 HNO puro. Utilizando las dos aproximaciones comentadas al inicio de la solución, es necesario añadir 200 ml de aua, es decir, 200 de aua, que teniendo en cuenta su masa ar, 18 /, equivalen a 11,1 de H 2 O. La alidad será: 200 disolvente 0,42 HNO 1.000, de donde : m m 2,1(/k de disolvente). b) Teniendo en cuenta la definición de fracción ar será: Ejercicio nº 4.- 0,42 x(hno ) 0, ,1 0,06. Se dispone de un ácido nítrico concentrado de densidad 1,505 / y 98% en masa. a) Cuál será el volumen necesario de este ácido para preparar 250 ml de una disolución 1 M? b) Se toman 50 ml de la disolución anterior, se trasvasan a un matraz aforado de 1 L y se enrasa posteriormente con aua destilada. Calcular los ramos de hidróxido de potasio que son necesarios para neutralizar la disolución ácida preparada. Datos. Masas atómicas: H 1; N 14; O 16, K 9. a) En los 250 de disolución 1 M hay la cuarta parte de es que en 1.000, esto es: 0,25, que deberán tomarse del ácido comercial más concentrado. En 1 L de este ácido hay: m V d , , de los cuales el 98 % es HNO puro; es decir: / , que teniendo en cuenta su masa ar, 6 /,

4 equivalen a: / 6 1 2,4. Lueo: 2,4 HNO puro 0,25, de donde: V 10, dis. comercial V b) En 50 de HNO hay 1/20 0,05 de ácido nítrico puro (50 es 20 veces menos que ). Aunque ahora añadamos aua hasta un volumen superior, el número de es de ácido siue siendo el mismo (no así la concentración, que sería menor). La reacción de neutralización es: HNO + KOH KNO + H 2 O que nos indica que ácido y base reaccionan a. Serán necesarios, por tanto, 0,05 de KOH, que teniendo en cuenta su masa ar, 56 /, equivalen a: Ejercicio nº 5.- 0, ,8 KOH. El amoníaco suele venderse en los comercios en disoluciones acuosas al 0% en peso y densidad 0,88 /. Calcular: a) La aridad de la disolución. b) El volumen de HCl 1,0 M necesario para neutralizar totalmente 10 de la disolución amoniacal. Datos. Masas atómicas: N 14; H 1. a) En 1L de disolución amoniacal hay : m V d ,88 880, de los cuales solo el 0% es soluto puro, es decir: 880 0/ de NH, que teniendo en cuenta su masa ar, 17 /, equivalen a: 264/17 15,5. Como esta cantidad está contendida en 1 L de disolución, la aridad será precisamente 15,5. b) La reacción de neutralización es: HCl + NH NH 4 Cl ecuación que nos indica que ambas sustancias reaccionan a. Puesto que en los 10 de disolución amoniacal hay: 15,5/100 0,155 de NH (10 es la centésima parte de un litro), será necesario la misma cantidad de HCl, que extraeremos del ácido clorhídrico 1,0 M. Por tanto, podremos escribir: dis. HCl x ; de donde: x ,0 0,155 4

5 Ejercicio nº 6.- Se dispone en el laboratorio de un ácido acético lacial al 96% en peso y densidad 1,06 /. Calcular: a) La fracción ar del soluto. b) El volumen de disolución necesario para que contena 4 de ácido acético puro. Datos. Masas atómicas: C 12; O 16; H 1. a) En 100 de la disolución de ácido acético lacial hay 96 de ácido puro y 4 de aua. Teniendo en cuenta las masas ares de soluto y disolvente, 60 / y 18 /, respectivamente, dichas cantidades equivalen a 1,6 de CH COOH y 0,22 de H 2 O, por lo que la fracción ar, x, del soluto será: nº es de soluto 1,6 x( CH COOH) nº total de es 1,6 + 0,22 0,88. b) Puesto que la disolución está al 96 % en peso, 4 de soluto estarán contendidos en: 100 disolución x ; de donde: x 96 soluto 4 4,17. Teniendo en cuenta la relación entre masa y volumen, m V d, será: V m 4 d,17 1,06,9. Ejercicio nº 7.- La etiqueta de un determinado frasco de ácido clorhídrico nos indica que está al 20% en peso y que su densidad es 1,100 /. Cómo prepararías a partir de este ácido 500 ml de HCl 1,0 M? Se toman 10 ml del ácido más diluido y se le añaden 10 ml del más concentrado, cuál es la aridad del HCl resultante? Datos. Masas atómicas: Cl 5,5; H 1. En el volumen del ácido más diluido habrá 1,0/2 0,5 es de HCl puro, que habrá que tomar del frasco que contiene el ácido al 20% en peso. En 1 L de esta disolución hay: m V d , , de los cuales solo el 20% es ácido puro; esto es: / de HCl, que teniendo en cuenta su masa ar, 6,5 /, equivalen a: 220 / 6,5-1 6,0. Con este dato podemos escribir: 5

6 ,0 HCl disolución 6 0,5 ; de donde : x x 8,. Por tanto, mediríamos con una bureta (o una probeta) este volumen de HCl al 20% en peso que trasvasaríamos a un matraz aforado de 500 ml, completando con aua destilada hasta el enrase. En 10 ml de HCl 1,0 M hay 0,01 de ácido puro, y en 10 ml de HCl 6,0 M 0,06, por lo que al mezclar ambas disoluciones habrá: 0,01 + 0,06 0,07 en un volumen total de: ml (suponiendo que los volúmenes son aditivos). Por tanto, la nueva disolución de HCl será: 20 ml disolución ; de donde : M 0,07 M,5 /L. Ejercicio nº 8.- Cómo prepararías 500 ml de una disolución 1 M de KOH? Sabiendo que la densidad de la disolución así preparada es de 1,045 /, determina su alidad así como la fracción ar del soluto. Datos. Masas atómicas: K 9; O 16; H 1. En 500 ml de disolución 1 M habrá: 1/2 0,5 de KOH, que teniendo en cuenta su masa ar, 56 /, equivalen a: 0, de KOH. Por tanto, pesaríamos esta cantidad que colocaríamos en un matraz aforado de 500 ml. A continuación añadiríamos aua para disolver el sólido, enrasando posteriormente hasta el volumen final. Los 500 ml de disolución contienen: m V d 500 1, , de los cuales 28 son de KOH y el resto: son de aua, que teniendo en cuenta la masa ar de esta sustancia, 18 /, equivalen a: 494 / ,5. Por tanto, seún la definición de alidad será: 494 aua 0,5 soluto (KOH) Y la fracción ar, x, valdrá: ; de donde : m 1,01/k. m x 0,5 0,5 + 27,5 0,018. NOTA. Obsérvese que para disoluciones muy diluidas, esto es d 1, la alidad y la aridad prácticamente coinciden (1 L de disolución, que es casi todo aua, pesa 1 k). 6

7 Ejercicio nº 9.- Se dispone de una disolución de hidróxido sódico al 40% en peso y densidad 1,40 /. Calcular: a) La fracción ar del soluto. b) El volumen necesario de esta disolución para preparar 100 ml de NaOH 0,1 M Indica el material de laboratorio que debes utilizar en este proceso. Datos. Masas atómicas: Na 2; O 16; H 1. a) Si la disolución está la 40 % en peso, de cada 100, cuarenta ramos serán de NaOH, y el resto, 60, de aua. Puesto que sus masas ares son, 40 / y 18 /, respectivamente, tendremos: 40 / de NaOH, y 60 /18-1, de aua. Por tanto, la fracción ar, x, del soluto es: x 1 1 +, 0,2. b) En 100 ml de disolución 0,1 M hay 0,01 es de NaOH (en un volumen 10 veces menor habrá la décima parte de es), que habrá que tomar de la disolución al 40% en peso. Puesto que la masa ar del NaOH es 40 /, los 0,01 es de esta sustancia equivalen a: 0,01 40 / 0,4. Al estar la disolución al 40% serán necesarios: 100 disolución x ;de donde : x 1 de disolución. 40 NaOH 0,4 que teniendo en cuenta la relación entre masa y volumen, requerirán: V m 1 d 1,4 0,7. Ejercicio nº 10.- El material de laboratorio necesario para preparar esta disolución sería: Pipeta para tomar los 0,7. (NO pipetear nunca con la boca, es una disolución cáustica) Matraz aforado de 100 ml. Se dispone de un ácido acético comercial de densidad 1,061 / y al 96% en peso de pureza. Explica cómo prepararías a partir de este ácido 10 L de una disolución de ácido acético al 5% en peso y densidad 1,019 /. Cuál es la alidad de la disolución final? Datos. Masa ecular del ácido acético 60. Los 10 L de la disolución al 5% en peso contienen: m V d 10 L (1.000 ) 1,019 L de disolución, de los cuales solo el 5% es ácido puro, esto es: / Esta cantidad debe tomarse del ácido más concentrado, por lo que será: 100 disolución 96 ácido puro x ; de donde : x disolución ácido acético al 96 %. 7

8 Teniendo en cuenta la relación entre masa y volumen, serán necesarios: V m d.715 1, Por tanto, tomaríamos con una probeta este volumen de ácido que verteríamos dentro de un matraz aforado de 10 L. Finalmente añadiríamos aua destilada hasta completar el volumen pedido. En la disolución más diluida hemos visto que hay.566 de ácido puro por cada de disolución; es decir, de aua habrá: de H 2 O. Teniendo en cuenta la masa ar del ácido acético, 60 /, habrá:.566 / ,4, por lo que al aplicar la definición de alidad será: disolvente 59,4 soluto ;de donde: m m 8,97 /k. Ejercicio nº 11.- El ácido fosfórico (ortofosfórico) se puede presentar en disoluciones acuosas al 90% en peso y densidad 1,746 /. Calcular: a) La aridad y la alidad de la disolución. b) El volumen de este ácido necesario para preparar 100 ml de ácido fosfórico 1 M. Datos. Masas atómicas: P 1; O 16; H 1. a) En 1 L de la disolución de H PO 4 hay: m V d , , de los cuales solo el 90% es ácido puro; esto es: / de H PO 4, que teniendo en cuenta su masa ar, 98 /, equivalen a: / , por lo que la disolución será 16 M. Por otro lado, de aua tenemos: ; con este dato podemos escribir: 16 HPO aua m ; de donde : m ,4. b) En 100 ml de disolución 1 M hay 0,1 de H PO 4 puro, que habrá que tomar del ácido 16 M. Por tanto, será: 16 HPO 4 0,1 ; de donde : x 6, disolución x 8