PROBLEMAS DE DISOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS

Transcripción

1 PRBEMAS DE DISUCINES Y PRPIEDADES CIGATIVAS 1.- Ua disolució acuosa de ácido ítrico cocetrado cotiee 68,1% e peso de dicho ácido y su desidad es de 1,05 /cc a 0 ºC. Calcular: a) las fraccioes molares del ácido y del aua e la disolució b) la molalidad del ácido c) la molaridad del ácido e la disolució a esa temperatura a) Cálculo de la fracció molar de ambos compoetes Por defiició : y + + Siedo úmero de moles de y úmero de moles deh Si el PM ( ) 6 /mol y el PM (H ) 18 /mol el úmero de moles de cada especie e 100 de disolució será: 1mol( 6 ) 68,1 1mol( ) 18 (100 68,1) 68,1 / 6 / / mol 1,081moles de (100 68,1) / 18 / / mol 1,77moles de H Aplicado las ecuacioes de las fraccioes molares de ambos compoetes: o bié 1,081 1,081+ 1,77 como + H + 1 0,79 1,77 0,61 1,081+ 1,77 + b) Cálculo de la molalidad del ácido moles Por defiició: m k de disolvete H ( ) 1 0,79 0,61 Respuesta: 0,79 Aplicado la ecuació a 100 de disolució podremos utilizar el úmero de moles de ácido calculado e el apartado a), de forma que: 1,081moles ( ) m, 887 mol (0,100 0,0681) k k Respuesta: m,887 mol/k 0,61

2 c) Cálculo de la molaridad del ácido: Por defiició: moles M Volume de disolució ( ) Tomado como referecia 100 de disolució y teiedo e cueta la desidad podremos calcular el volume de la disolució a 0 ºC. 1cc disolucíó 1,05 1 m cc. 71,17 1cc Volume de disolució , m 100 Volume de disolució / 71,17 cc 1,05 / / cc Ua vez coocido el volume de la disolució e litros se substituye e la ecuació de la molaridad, utilizado el dato de úmeros de moles calculado e el apartado a). 1,081moles M 15, 188mol 71,17.10 Respuesta: M 15,188 mol/.- U frasco de ácido sulfúrico comercial (disolució acuosa cocetrada) cotiee 96% e peso de ácido y su desidad es de 1,86 /m a 5 ºC. Calcular el volume de dicho ácido comercial ecesario para preparar: a) 500 m de ua disolució 0,5 M b) 500 m de ua disolució al 10 /. a) Seú la defiició de la molaridad: H moles S 0,5M H S 0,5M 0,500 0,50moles 0,500 Seú este resultado es ecesarios extraer del frasco la catidad ecesaria de disolució de forma que cotea estos 0,50 moles. Si la masa molar del H S 98 /mol Se ecesita: 0,50moles 98,5 de H S mol Como la disolució cotiee 96% e peso de ácido y su desidad es 1,86 /m 100 disolució 1 m disolució,5 H S 1, 90 m de disolució 96 H S 1,86 Respuesta: Volume 1,90 m b) Para preparar 500 m de ua disolució co ua cocetració del ácido de 10 / xh S 10 x H S 10 0,5 5 0,500 El volume de disolució que es ecesario extraer del frasco para que cotea los 5 de ácido que se ecesita.

3 100 disolució 1 m disolució 5 H S, 8 m 96 H S 1,86 disolució Respuesta: Volume,8 m.- Hallar las masas de aua y de sulfato de cobre (II) petahidratado ecesarias para preparar 1 litro de disolució que cotiee 8% e peso de sal ahidra. a desidad es 1,08 /m. Hay sales como el sulfato de cobre (II) que posee la capacidad de reteer moléculas de aua que forma parte del cristal sólido, se deomia aua de cristalizació y es ecesario teerla e cueta e la fórmula y e el cálculo del peso molecular de la deomiada sal hidratada. E este caso la fórmula de la sal petahidratada sería: CuS.5H Cuado la sal se disuelve se deshace el edificio cristalio y el aua de cristalizació pasa a erosar las moléculas de disolvete. a sal si aua de hidratació se deomia ahidra. Para preparar 1 litro de disolució co 8% e peso de CuS y desidad 1,08 /m. 1000cc 1,08 8 sal ahidra 1 86, 7 sal ahidra 1 1cc 100 disolució Es ecesario determiar la catidad de sal petahidratada que debemos pesar para que cotea los 86,7 de sal ahidra ecesarios. Podremos determiar por ejemplo el % e peso de sal ahidra que cotiee la sal hidratada: a masa molar de la sal hidratada CuS. 5H 0 159,5 + 90(aua)9,5 159, CuS % w ( CuS ) 100 6,88% 9,5 CuS.5H Por cada 100 de sal hidratada que pesemos sólo 6,88 so de sal ahidra el resto es el aua. Por tato, si se ecesita 86,7 de sal ahidra tedremos que pesar: 100 CuS.5H 86,7 CuS 15, 75 de sal hidratada 6,88 CuS Para determiar la catidad de aua que debemos añadir para preparar 1 litro de disolució, es ecesario utilizar la desidad para coocer lo que pesa m 1, de disolució 1 1 m 108 disolució 15,75 sal hidratada 98,5 de aua Respuesta: 15,75 de sal hidratada y 98,5 de aua.- El aticoelate es utilizado e motores de combustió itera y muchas otras aplicacioes de trasferecia de calor, tales como los efriadores y caletadores de aua. El propósito del aticoelate es evitar que ua caja ríida sufra estrés físico y defor-

4 mació catastrófica debido a la expasió que se produce cuado el aua se covierte e hielo. a mayoría de aticoelates so compuestos químicos que se añade al aua para reducir el puto de coelació de la mezcla por debajo de la temperatura más baja a la que probablemete el sistema puede ser expuesto. E climas cálidos, estos compuestos o sólo produce ua dismiució e el puto de coelació e el iviero cuado se mezcla co aua, sio que aumeta la temperatura de ebullició del aua. Estas sustacias se refiere correctamete como tato aticoelate y "atiebullició" cuado se usa para ambas propiedades. Uo de los compuestos químicos más utilizados para esta fució es el propilelicol (1,-propaodiol). Calcular que volume de propilelicol se ecesitará añadir por litro de aua para preparar u aticoelate que permaezca líquido hasta ua temperatura de -10 ºC. A que temperatura empezará a hervir el aua del aticoelate preparado? DATS: desidad del propile licol 1,061 /m; Kc del aua 1,86 ºC/molal; Keb 0,51 ºC/molal. Pat (C) 1 ; Pat () 16 Supoiedo que la disolució aticoelate que vamos a preparar preseta u comportamieto ideal, las expresioes del desceso e el puto de coelació (crioscópico) y del aumeto e la temperatura de ebullició so: Desceso crioscópico: ΔT K m c c eb Keb Aumeto ebulloscópico: Δ T m Siedo Kc y Kb costates características del disolvete (aua e este caso) y m la cocetració molal del aditivo e el aua. Teiedo e cueta que la temperatura de coelació ormal del aua es 0 ºC, si se desea que ésta o coele hasta 10 ºC, el desceso crioscópìco debe ser 10 ºC. Si se aplica e la ecuació correspodiete: 10 º C 1,86 º C m m 5, 76molal molal Este resultado idica que será ecesario añadir 5,76 moles de propilelicol por k de aua. a masa molar del propilelicol CH CHHCH H es 76 /mol 5,76moles propilelicol 76 propilelicol 1m propilelicol 1k H 9,cc k 1mol propilelicol 1,061 propilelicol 1 Para calcular la temperatura de ebullició de este aticoelate: Δ T C eb 0,51 º 5,76molal,7º C molal Si la temperatura de ebullició ormal del aua es 100 ºC, quiere decir que la temperatura de ebullició del aticoelate preparado será:,7 T 100 T 10,7 C eb eb º Respuestas: 9, m de propilelicol y la T eb 10,7ºC 5.- os hematíes de la sare a la temperatura corporal de 7 ºC so isotóicos co ua disolució al 0,91% de cloruro de sodio cuya desidad es 1 /m. El rado de disociació aparete del cloruro de sodio es del 90%. Hallar: a) a presió osmótica de la sare b) a temperatura de coelació

5 c) El volume de aua que hay que añadir a 100 de la primera disolució para que la presió osmótica sea 5 atm. a) Si los hematíes de la sare so isotóicos co la disolució del euciado idica que ambas tiee la misma presió osmótica. Para calcular la presió osmótica de la disolució diluida de NaCl puede utilizarse la ecuació: π M R T Siedo R la costate de los ases. T la temperatura e Kelvi y M la cocetració molar de las especies e la disolució. E primer luar calcularemos la cocetració de NaCl que hemos adicioado cosiderado 1 litro de disolució ó 1 k de disolució (desidad es 1k/) y que la masa molar del NaCl es 58,5 /mol 9,1 NaCl moles NaCl 58,5 / mol M 0,1555 molar disolució 1 E el caso de los electrolitos como el NaCl se produce ua disociació e ioes, lo cual produce u aumeto e el úmero de partículas disueltas. o que ifluye sobre las propiedades coliativas debido a que éstas depede de la catidad de partículas disueltas o de su aturaleza. Cada electrolito se caracteriza por u rado de disociació, que idica el % de la especie que se ecuetra disociada. E este caso os idica que el NaCl está disociado e u 90%. El equilibrio de disociació se expresa mediate ua ecuació química: NaCl(a.c) Na + + Cl - Iicialmete M 0 0 Al fial M(1-α) αm αm Dode α es el rado de disociació expresado e tato por uo. E este caso α 0,90 por tato al fial e 1 litro de la disolució habrá: 0,1555 (1-0,90) moles de NaCl si disociar 0,1555.0,90 moles de Na + 0,1555.0,90 moles de Cl - E total e la disolució hay 0,1555(1-0,90+0,90+0,90) 0,1555.i 0,95 moles/ a presió osmótica de la disolució que es isotóica co la sare es: moles atm π 0,95 0,08 ( 7 + 7) K 7,5 atm mol K a) Respuesta: presió osmótica de la sare 7,5 atm b) a temperatura de coelació es tambié ua propiedad que depede del úmero de partículas disueltas lueo es ecesario tambié teer e cueta la disociació. ΔTc Kc mi. Co los datos del euciado calculamos la molalidad de la disolució de NaCl. 9,1 moles NaCl 58,5 mol m. 0, 157molal k aua (1000 9,1).10 k aua Teiedo e cueta el rado de disociació m.i 0,157 (1+0,90) 0,08 molal y tomado el dato de la costate Kc 1,85ªC/molal ΔT C c 1,85 º 0,08molal 0,55º C molal

6 Cosiderado que la temperatura de coelació ormal del aua es 0ºC, esta disolució coelará a Tc -0,55 ºC. b) Respuesta: Tc -0,55ºC c) Para dismiuir la presió osmótica a 5 atm será ecesario dismiuir la molaridad adicioado disolvete (aua) atm 5 atm M 0,08 (7 + 7) K 0, 197 mol mol K E 100 (0,1 litros) de la disolució iicial había: 1mol NaCl 0,91 NaCl (1 + 0,90) 0, 095 moles totales debido a la disociació 58,5 NaCl Para que la disolució sea 0,197 molar será ecesario añadir u volume x de aua: 0,095moles 0,197molar x 0, m (0,1 + x) c) Respuesta: 50 m de aua 6.- Supoiedo que se cumple la ey de Raoult, explicar que variacioes sufre la presió de vapor del aua si se disuelve,68 de azúcar, C 1 H 11, e 5,0 m de aua a 5 ºC. A esta temperatura la desidad del aua es 0,9971 /m y su presió de vapor es,756 Torr (mm H). El azúcar o se evapora i se disocia e aua. a ey de Raoult se cumple e disolucioes ideales. Por tato cosiderado que se trata de 0 ua disolució ideal se cumple: Δp v pv S o que idica que la presió de vapor del H dismiuye proporcioalmete a la catidad de soluto disuelto, expresado e fracció molar. Esto quiere decir que a ua determiada temperatura el aua se evapora meos si cotiee u soluto disuelto que cuado es aua sola. De forma que el aua e presecia de u soluto, dismiuye su presió de vapor, dismiuye su temperatura de coelació y aumeta su temperatura de ebullició, aumeta su presió osmótica. E primer luar calcularemos la fracció molar del azúcar e la disolució, siedo la masa molar del C 1 H 11 /mol y la del H 18 /mol a masa de aua es: 5,0m 0,9971, 9 m,68 mol 0,18mol S 9,.10,68 +,9 0,18mol + 1,57mol mol 18 mol Sustituyedo e la ey de Raoult: Δp v,756mm H 9,.10 0, mm H a presió de vapor del aua habrá dismiuido desde,756 Torr hasta,5 Torr Respuesta: desde,756 Torr hasta,5 Torr