INSTITUTO TECNICO MARIA INMACULADA Ciencia, Virtud y Labor Resolución de aprobación 1627 del 23 de abril de 2013 nit

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1 INSTITUTO TECNICO MARIA INMACULADA Ciencia, Virtud y Labor Resolución de aprobación 1627 del 23 de abril de 2013 nit EJE TEMATICO CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES Área: C. Naturales Asignatura Química Docente: JOSE BEETHOVEN LERMA nnanaturales Periodo:TERCERO : Grado: 10 Guía No. 1 Tiempo 12 horas Estudiante: Estándar(ES) Establezco relaciones entre las características macroscópicas y microscópicas de la materia y las propiedades físicas y químicas de las sustancias que la constituyen. Competencia(s) COGNITIVA, INTERPRETATIVA, ARGUMENTATIVA Y PROPOSITIVA Indicador(es) de desempeño Adquiere habilidad y destreza para resolver problemas de concentración de las soluciones: Unidades físicas, unidades químicas. Conceptualización Comprensión, análisis Síntesis Plenaria, PLAN DE CLASE GUÍA PEDAGÓGICA DE QUÍMICA 1. Motivación: El tema de la concentración de las soluciones, es nuevo en la asignatura de química, pero no en la cotidianidad, ya que a diario nosotros, y específicamente en la cocina de nuestro hogar constantemente preparamos soluciones de diferentes concentraciones, por ejemplo, preparamos una limonada, un jugo de mora, un tinto, etc. Esto significa que tenemos soluciones de diferentes concentraciones, es decir, diferente relación soluto solvente. También encontramos en nuestro hogar varios frascos rotulados así: VINAGRE (ácido acético al 5% m/v), alcohol etílico al 90% v/v, cloruro de magnesio al 15% m/m. Te invito a reflexionar el por qué de estas especificaciones y comprender significativamente el tema que estamos abordando. 2. Lectura: En la biblioteca de tu colegio encuentras el libro de química 1 de norma, procede a leer en la pagina 204 productos necesarios y peligrosos, seguidamente desarrolla en tu cuaderno la competencia lectora, averigua por el vocabulario y la profundización. Plantea algunas preguntas sobre el tema de la lectura, entre tus compañeros. 3. Presentación del tema: a. Construye tu mismo el concepto de solución. b. Identifica los componentes de una solución. c. TIPOS DE SOLUCIONES ESTADO FÍSICO DE LA SOLUCIÓN ESTADO FÍSICO DE LOS COMPONENTES PUROS EJEMPLOS GASEOSO GAS EN GAS LÍQUIDO EN GAS SÓLIDO EN GAS AIRE, MEZCLAS GASEOSAS AGUA EN AIRE, BROMO EN CLORO NAFTALENO EN METANO LÍQUIDO SÓLIDO GAS EN LÍQUIDO LÍQUIDO EN LÍQUIDO SÓLIDO EN LÍQUIDO GAS EN SÓLIDO LÍQUIDO EN SÓLIDO SÓLIDO EN SÓLIDO AMONÍACO EN AGUA ALCOHOL EN AGUA AZÚCAR EN AGUA HIDRÓGENO EN PALADIO MERCURIO EN TALIO ORO EN PLATA d. Averigua que es solubilidad e. Cuales son los factores que afectan la solubilidad? De qué depende la velocidad de disolución? f. Concentración de las soluciones: De la concentración de las soluciones dependen las propiedades físicas y químicas. Soluciones diluidas y concentradas: 1 gr de (NaCl) en solución, es una solución diluida cuando se compara con el mismo volumen, de una solución que contenga 20 gr de (NaCl). El término diluido se usa para expresar una solución que contiene una cantidad relativamente pequeña de soluto disuelto. Consecuentemente, una solución concentrada contiene una cantidad relativamente grande de soluto disuelto. Solución saturada, insaturadas y sobresaturadas: Saturada; cuando el soluto disuelto, se encuentra en equilibrio dinámico con el soluto sin disolver. Qué es un equilibrio dinámico? Soluto (sin disolver) Soluto (disuelto)

2 Una solución saturada siempre será una solución concentrada? Insaturada; cuando contiene menos soluto por unidad de volumen, que su correspondiente solución saturada. Sobresaturada; cuando contiene más soluto por unidad de volumen que su correspondiente solución saturada. Qué son propiedades coligativas, y cuales son? CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES EN UNIDADES FÍSICAS a. Porcentaje en masa: es la masa de soluto por 100 gr de solución. Así, una solución de NaOH al 15 por ciento por masa sobre masa, contiene 15 gr de hidróxido de sodio y 85 gr de agua. masa de soluto en gramos X 100 masa de la solución en gramos w sto X 100 w sln Masa de la solució masa de soluto + masa del solvente w sl w sto + w ste Ejemplo 1: una solución contiene 4,5 gr de NaCl y 90 gr de agua. Calcular el % m/m de la solución. w sto X 100 w sln gr sl gr sto + gr ste gr sl 4.5 gr + 90 gr gr sl 94.5 gr 4.5 gr X gr 4.76 % Ejemplo 2: Una solución acuosa de cloruro de sodio (NaCl) tiene una densidad de 1,18 gr/ml y un porcentaje en peso del 20%. Calcular los gramos de soluto y los gramos de solvente presentes en 500 ml de solución. b. Porcentaje en volumen: significa mililitros de soluto en 100 ml de solución. Así, una solución de alcohol al 40% volumen/volumen, contiene 40 ml de alcohol y 60 ml de agua. volumen de soluto en mililitros X 100 volumen de la solución en mililitros v sto X 100 Volumen de la solució volumen de soluto + volumen de solvente Ejemplo: Cual es el porcentaje en volumen de alcohol en una solución que se prepara a partir de 30 ml de alcohol isopropílico en 80 ml de agua. v sto X ml X ml v sl v sto + v ste v sl 30 ml + 80 ml v sl 110 ml 27,27% c. Porcentaje masa a volumen: significa la cantidad en gramos de soluto por cada 100 ml de solución. Una solución de Ca(OH) 2 al 25% masa sobre volumen es la que está formada por 25 gr de hidróxido de calcio en 100 ml de solución. masa de soluto en gramos X 100 volumen de la solución en mililitros w sto X100 Ejemplo 1: si en 150 ml de una solución existen 15 gr de ( KI ), cual es el % m/v. 15 gr X ml Problema propuesto: Una solución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) está al 2,3% m/v. Calcular los gramos de soluto y los gramos de solvente presentes en un litro de solución. 2. Problema propuesto: Cuantos gramos de sulfato de cobre (II) habrá en 120 ml de una solución al 15% m/v d. partes por millo kilogramos de solución partes por millo litros de solución Cuando es necesario medir concentraciones muy pequeñas, como por ejemplo la concentración de cromo en aguas residuales y provenientes de las curtiembres (industria del cuero), se emplea una unidad de concentración denominada partes por millón (ppm). Como su nombre lo indica, expresa el número de partes de masa o volumen de soluto presentes en un millón de partes de solución. Generalmente se expresa en mg/kg para soluciones sólidas, y en mg/lt para soluciones líquidas. Kgr sln mgr sto lts sln Ejemplo 1: Una solución contiene 10 ppm de ión fosfato ( PO 4 ). Cuantos miligramos de dicho ión habrá en 250 ml de esta solución. Ppm = 10 V sl 250 ml = 0,25 lt =? litros de solución = ppm x lt sln = 10 x 0,25 = 2,5 Ejemplo 2: Una solución de Na 3PO 4 se prepara disolviendo 16,4 gramos de fosfato de sodio, en 100 gramos de agua. Encuentre las concentraciones en ppm para cada ión asumiendo disociación total.

3 Moles de fosfato n Na 3PO 4 W M 16,4 gr 164 gr/n = Na 3PO 4 disociación 3Na + + PO 4 1 mol de Na 3PO 4 3 n de Na + 1 mol de Na 3PO 4 1 n PO 4 mol de Na 3PO 4 X mol de Na 3PO 4 X x = 0,3 n de Na x = n de PO 4 I mol de Na mg 1 mol de PO mg 0,3 mol de Na + X mol de PO 4 X X = 6900 mg X = 9500 mg ppm Na = Kg sln ppm Na = 6900 = ppm ppm PO4 = Kg sln ppm PO4 = = ppm Resuelve los siguientes ejercicios utilizando las ppm. Ejemplo 3.Calcular la concentración en partes por millón de cloruro férrico (FeCl 3) presente en una muestra de agua analizada por parte de invima, si en 900 ml de solución hay 4,5 mg de la sal. Ejemplo 4. En un análisis que se realizo a una muestra de suelo de 8500 gr se encontró que contenía 2,2 mg de (Pb). Cual es la concentración de (Pb) en ppm? Ejemplo 5. Una muestra de 350 ml de agua contiene 1,5 mg de Mg+2. Cual es la concentración en partes ppm? Ejemplo 6. El límite máximo para el contenido de (Hg) en pescado es 0,5 mg de soluto por millón de mg de alimento. El análisis de un pescado revela que una muestra de 10 gr contiene 72 µgr (microgramos) de Hg. Excede el contenido de Hg de este pescado el limite máximo permitido? CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES EN UNIDADES QUÍMICAS a. Fracción molar. Son las moles de cada componente en una mol de solución. Una solución moles de tolueno en dos moles de benceno nos dará estos valores de las correspondientes fracciones molares: 0,048 para el tolueno y 0,952 para el benceno. La suma de las fracciones molares de los componentes de una solución es igual a 1. Ejemplo; se disuelven 15 gr de glucosa en 115 gr de agua. Determinar las fracciones molares de los componentes de la solución. Hallamos las moles de glucosa presentes en 15 gr con la fórmula w 15 gr 180 gr/mol 0,083 moles. Hallamos las moles de agua presentes en 115 gr con la fórmula w 115 gr 18 gr/mol 6,38 moles Sabemos que el soluto en esta solución es la glucosa y el solvente es el agua. fracción molar de soluto = moles de soluto moles de soluto+moles de solvente fracción molar de solvente = moles de solvente moles de soluto+moles de solvente Remplazamos fracción molar por ( X ) Entonces X sto = n sto n sto + n ste X ste = n ste n sto + n ste X sto = 0,083 0,083 +6,38 X sto = 0,012 X ste = 6,38 0, ,38 X ste = 0,987 X sto + X ste = 1 0, ,987 = 1 b. Molaridad. Puede definirse la molaridad de una solución como el número de pesos moleculares gramo (moles) de soluto, disueltos en un litro de solución. Para preparar una solución molar se coloca la cantidad de soluto determinada y se le agrega el solvente hasta completar un litro de solución. La molaridad se representa con la letra (M). Molaridad = moles de soluto volumen de la solución en litros M = n sto V sln (lt) Ejemplo: cuantos gramos de hidróxido de potasio (KOH) se requieren para preparar 600 ml de una solución 0,45 M M = n sto V sln soluto a gramos con la fórmula W = 15,1 gr de KOH n sto = M x n sto = 0,45 x 0,6 lt n sto = 0,27. Como nos están pidiendo gramos, entonces pasamos las moles de w W = n x W = 0,27 n x 56,1 gr/ n c. Normalidad. La normalidad de una solución (N), es el número de equivalentes gramo de soluto contenido en un litro de solución. Para hallar el peso de un equivalente gramo de un ácido, se calcula dividiendo el peso de una mol de dicho ácido por el número de hidrógenos reemplazables que posea el ácido.

4 Para hallar el peso de un equivalente gramo de una base o hidróxido, se calcula dividiendo el peso de una mol de dicha base por el número de grupos (OH) que contenga la mol. Para hallar el peso de un equivalente gramo de una sal, se calcula dividiendo el peso de un mol de la sal por el número de cargas positivas. Ejemplo: FÓRMULA PESO DE UNA MOL PESO DE UN EQUIVALENTE GRAMO HCL 36,4 gr 36,4 / 1 = 36,4 gr H 2SO 4 98 gr 98 / 2 = 49 gr H 3BO 3 61,8 gr 61,8 / 3 = 20,6 gr NaOH 40 gr 40 / 1 = 40 gr Ca(OH) 2 74 gr 74 / 2 = 37 gr Al(OH) 3 78 gr 78 / 3 = 26 gr Al 2(SO 4) gr 342 / 6 = 57 gr Na 3PO gr 164 / 3 = 54,7 gr Zn 3(PO 4) 2 386,2 gr 386,2 / 6 = 64,4 gr NaCl 57,5 gr 57,5 / 1 = 57,5 gr Normalidad = número de equivalentes gramo volumen (litros) N = # eq gr v Ejemplo: determinar el # eq. gr, contenido en 500 ml de una solución 6 N de ácido carbónico. # eq. gr = N x V # eq. gr = 6 x 0,5 # eq. gr = 3 d. Molalidad. Es el número de moles de soluto contenido en un kilogramo de solvente. Ejemplo; una solución formada por 98 gr de ácido sulfúrico (H 2SO 4) y 1000 gr de agua, es una solución 1 molal ( 1 m ).Una solución que contiene 4 moles de NaCl en 1000 gr de agua es ( 4 m ). La molalidad se representa con la letra (m) minúscula. m = n sto Kgr ste 1. Ejercicio. Se disuelven 147 gr de ácido sulfúrico en 750 ml de agua. Cual es la molalidad de la solución. w 147 gr 98 gr/mol 1,49 moles de H 2SO 4 m = 1,49 0,75 m = 1,98 2. Ejercicio. Calcular la molalidad de una solución preparada por disolución de 29,2 gr de NaCl en 100 gr de agua. w 29,2 gr 58,4 gr/mol 0,5 de NaCl 100 gr de agua = 0 Kgr de agua m = s sto Kgr ste m = 0,5 m = 5 DILUCIÓN DE SOLUCIONES: Es agregar el volumen adecuado de solvente a una cantidad medida de la solución concentrada. En este caso el número de moles o cantidad de soluto es constante. La solución se va a llevar de unas condiciones iniciales a otras finales. La fórmula para problemas de dilución es la siguiente. V 1 x C 1 = V 2 x C 2 Ejemplo: Qué volumen de agua se debe agregar a 10 ml de HCl 12N para preparar una solución 2N? Solución: V 1 = 10 ml de HCl V 2 =? C 1 = 12N C 2 = 2N Agua que se agrega = V 2 - V 1 De la ecuación principal despejamos a V 2 V2 = V1 X C1 C2 V2 = 10 X 12 2 V 2 = 60 ml 60 ml - 10 ml = 50 ml Es decir, se deben agregar a la solución 50 ml Desarrolla el siguiente ejercicio: Tenemos 250 ml de H 2SO 4 en solución 2M. Qué volumen final de ácido 1M se podrá obtener agregando agua?. 4. Aplicación práctica (taller) En el cuadro siguiente, complete los valores correspondientes a cada incógnita utilizando los valores que en él se dan.

5 FÓRMULA % m/m % m/v % v/v SOLVENTE SOLUCIÓN DENSIDAD KClO 3? 40 gr 70 gr NaCl 15? 120 ml KMnO 4 15? AgNO 3 20? 2,5 ml 1,19 gr/ml KNO 3? 25 gr 78 gr C 2H 5OH??? 13,33 ml 320 ml 0,79 gr/ml C 3H 6O? 8 ml 112 ml CCl 4? 2 ml 60 ml KCl 35?? 500 ml 1,18 gr/ml En el cuadro siguiente, complete los valores correspondientes a cada incógnita, utilizando los valores que en él se dan, si es necesario. FÓRMULA FÓRMULA SOLVENTE P.M. X STO X STE CANTIDAD STO CANTIDAD STE (M) (N) (m) DENSIDAD STO KNO 3 H 2O 101?? 202 gr 900 gr??? Na 2SO 4 H 2O?? 10 moles 1000 ml??? KOH H 2O?? 20 gr 80 gr??? 1,198 gr/ml H 2SO 4 C2H 5OH 98?? 250 gr 500 ml??? 1,456 gr/ml H 3PO 3 H 2O 82? 1 6 galón Al(OH) 3 gr =? 1800 ml 5 Desarrolla los siguientes ejercicios de dilución. - Se tienen 100 ml de una solución 2M de NaOH. Cuantos ml de agua se deben agregar para que la solución quede 0,5M? R/ta: 300ml - A qué volumen deben diluirse 20 ml de H 2CO 3 1,5M para obtener una solución 0,5M R/ta: 60 ml - Cuantos gramos de NaCl se necesitan para preparar 100 ml de una solución 1,2M de esta sal? Qué volumen de agua debe agregarse a dicha solución para diluirla hasta 0,4M? R/ta: 7 gr de NaCl, 200 ml de agua - El jugo gástrico del estomago tiene aproximadamente 0,25% P/V de HCl. Cual es su molaridad? - Cual es la molaridad resultante cuando se mezclan 30 ml de H 3PO 4 0,5M y 70 ml de H 3PO 4 M? R/ta 0,22M 5. Síntesis En el siguiente cuadro se resume la fundamentación teórica, en cuanto a las fórmulas para obtener las diferentes concentraciones de las soluciones. RESUMEN DE LAS UNIDADES DE CONCENTRACIÓN NOMBRE ABREVIATURA UNIDADES Porcentaje en masa % m / m gr sto/ gr sln x 100 Porcentaje en masa - volumen % m / v gr sto / ml sln x 100 Porcentje en volumen % v / v ml sto / ml sln x 100 Partes por millón ppm / Kg sln / lt sln Fracción molar de soluto X sto X sto = n sto / n sto + n ste Fracción molar de solvente X ste X ste = n ste / n sto + n ste Molaridad M M = n sto / (lt) Normalidad N N = Eq. gr sto / (lt) Molalidad m m = n sto / Kg ste Dilución dsln V 1 x C 1 = V 2 x C 2 6. Plenaria Mediante una plenaria, donde participen todos los estudiantes de undécimo grado, se socializará el tema de la concentración de las soluciones para observar los avances en el proceso de aprendizaje hacia el logro como es, adquirir habilidades y destrezas para resolver problemas de concentración de las soluciones. Conocidas las posibles dificultades en la consecución de los logros se procederá a retroalimentar la fundamentación teórico practica para llegar a las metas propuestas. 7. Evaluación Para la evaluación de este tema, se tendrá en cuenta el trabajo en clase individual y grupal de los estudiantes, por parte del jurado encargado de la heteroevaluación. El docente también tendrá en cuenta la participación en clase, y el desempeño en las posibles pruebas objetivas que se efectúen. Además la autoevaluación seria, honesta y responsable de cada uno de los estudiantes.