FORMAS MÁS COMUNES DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN:

Transcripción

1 CÁTEDRA: QUÍMICA GUÍA DE PROBLEMAS Nº 4 TEMA: ESTEQUIOMETRÍA DE SOLUCIONES OBJETIVOS: Resolver problemas basados en la estequiometría de las soluciones, ampliando los conocimientos para ser aplicados criteriosamente en el laboratorio. PRERREQUISITOS: Conocimientos de las formas de concentración más comunes: % m/m; % m/v, molaridad, molalidad y fracción molar. INTRODUCCIÓN TEÓRICA. Una solución (sol) es una mezcla homogénea de dos o más sustancias puras, de composición variable y fraccionable por métodos químicos. Los componentes de la solución se denominan soluto (sto) y solvente (svte) pudiendo hallarse ambos en cualquier estado de agregación. Soluto es el componente que se halla en menor proporción. Por otro lado el disolvente es quien dispersa al soluto o bien el componente en mayor proporción o aquel que se halla en el mismo estado físico que la solución. Las soluciones más comunes son las de solutos sólidos en agua, solvente por excelencia, ya que por la naturaleza de sus moléculas facilita la disolución de gases, líquidos y sólidos. La concentración de una solución es la expresión de su composición relativa, es decir la relación entre soluto y solvente que puede establecerse entre masas o masas y volúmenes. Clasificación de las soluciones según su concentración: Diluidas: Contienen sólo una pequeña cantidad de soluto. Concentradas: Contienen soluto en una cantidad próxima al límite de solubilidad. Saturadas: Aquellas que a una temperatura dada no admiten más soluto. Sobresaturadas: Contienen mayor cantidad de soluto de la que pueden disolver. La solubilidad de un soluto en un solvente es la concentración de su solución saturada, expresada en gramos de soluto/100 g de solvente. Esta depende de la naturaleza de ambos componentes, de la temperatura y de la presión. FORMAS MÁS COMUNES DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN: FÍSICAS: % m/m: g de soluto/100 g de solución (porcentaje en masa o en peso) % m/v: g de soluto/100 ml de solución (porcentaje en volumen) QUÍMICAS: Molaridad (M): Número de moles de un componente en 1 L de solución M = Volumen solución (L) Molalidad (m): Número de moles de un componente por cada 1000 g de solvente puro m = Masa de solvente (Kg) Fracción molar: Relación entre el numero de moles de un componente y el numero de moles totales. nº moles de disolvente X soluto = X disolvnete = n de moles totales n de moles totales 35

2 Si lo visualizamos esquemáticamente: Molalidad Fracción molar Molaridad DILUCIÓN DE SOLUCIONES Las soluciones concentradas normalmente se guardan en el laboratorio y se diluyen antes de utilizarlas. La dilución es el procedimiento que se sigue para preparar una solución menos concentrada a partir de una más concentrada. Para diluir agregamos solvente a la solución, con lo que la concentración de la solución original cambia (disminuye) sin que cambie el número de moles de soluto presente en la misma. ó é ó Donde Mi y Mf son las concentraciones molares de la solución inicial y final y Vi y Vf son los volúmenes respectivos de la solución inicial y final. Desde luego las unidades de Vi y Vf deben ser las mismas (ml o L) para que los cálculos funcionen. PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA N 1: Cómo prepararía 5,00 L de permanganato de potasio 0,050M a partir del reactivo sólido? Debemos escribir la fórmula del compuesto, que está conformado por el ión permanganato y el ión potasio: KMnO 4 Determinamos la masa molar del KMnO 4 (sto) = 158,03 g/mol 36

3 Ahora debemos determinar la masa necesaria de permanganato para preparar la solución: masa de KMnO,,, 39,5 g Peso 39,5 g de KMnO 4 y disuelvo con agua destilada llevando a volumen final de 5,00 L. PROBLEMA N 2: Cuantos gramos de agua deben usarse para disolver 128 g de metanol (CH 3 OH) y obtener una solución 37 molal? Cuáles son las fracciones molares del soluto (sto) y solvente (svte)? Como la solución es 37 molal significa que tenemos 37 moles de soluto en 1 kg de solvente entonces: 4 108,1 6,0 108, ,4 0,6 PROBLEMA N 3: El ácido sulfúrico comercial es una solución al 96,4 % en masa de ácido y su densidad es de 1,84 g/ml. Calcule la molaridad de dicho ácido. MM H2SO4 = 98,1 g/mol á,,, 18,1 PROBLEMA N 4: Cómo se procedería para preparar 1,50 L de hidróxido de sodio 0,215M a partir del reactivo comercial concentrado hidróxido de sodio 50 % m/m con densidad de 1,525 g/ml?. a) Primero escribimos correctamente la fórmula del compuesto para poder calcular su masa molar MM NaOH = 40 g/mol b) para calcular la concentración molar del hidróxido de sodio 50% m/m realizamos el siguiente calculo:, 19,07 37

4 c) ahora hallamos el volumen de solución 19,07 M que es necesario tomar para preparar la solución final:,, 16,9 Es decir que tomando 16,9 ml de solución comercial y llevándolos a 1,50 L con agua destilada obtendremos la solución final pedida. Preguntas de repaso: 1.- Para preparar una solución 15 M a partir de otra de los mismos componentes pero 18 M debo: a) Agregar moles de soluto. b) Agregar un volumen determinado de solvente. c) Preparar la solución nuevamente. 2.- Marcar los planteos incorrectos y razonar el por qué: a) Solución de acido clorhídrico en agua de fracción molar 4. b) Solución de agua en cloruro de sodio. c) Solución de sulfato ferroso en agua 0,3 Molar. 3.- Si preparo una solución de concentración 1 Molar a 25 º C Cambiará su concentración al variar la temperatura? Por qué? 4.- Si se prepara 1L de solución acuosa disolviendo X gramos de cada uno de los siguientes solutos: a) Cloruro de sodio b) nitrato de plata c) sacarosa (C 12 H 22 O 11 ) Con cuál de ellos se obtendrá la mayor concentración molar? Justifique EJERCITACIÓN 1.- Se forma una solución mezclando 25 g de hidróxido de calcio en 50 ml de agua. Calcular el % en masa de la solución. Considerar la densidad del agua igual a 1g/mL. 2.- Una solución contiene 144,06 g de ácido sulfúrico por litro. Si la densidad de la solución es 1,129 g/ml. Calcular el % en masa y el % en volumen de ese ácido. 3.- Si se pesan 15 g de cloruro de sodio y se disuelven en 200 ml de agua destilada. a) Cuál será la concentración en % m/m de la solución? b) Cuántos gramos de soluto tenemos cada 100 g de solvente? Considerar la densidad del agua 1 g/ml 4.- Hallar la concentración en % m/v de una solución de hidróxido de sodio al 30 % en masa y densidad 1,20 g/ml. 5.- Calcular las masas y los moles de soluto presentes en las siguientes soluciones acuosas: a) 350 ml de solución de cloruro de potasio al 32 % m/m (densidad: 1,17 g/ml) b) 200 ml de solución 5 M de sulfato de amonio. 38

5 6. - Calcular la molaridad de una solución de acido sulfúrico 37 % m/m y densidad 1,19 g/ml. 7.- Calcular la molaridad y molalidad de las siguientes soluciones acuosas: a) sosa cáustica (hidróxido de sodio comercial al 50,5 % m/m, densidad: 1,53 g/ml) b) óleum (acido sulfúrico comercial al 98 % m/m, densidad: 1,84 g/ml) 8.- Calcule la molalidad de las siguientes soluciones acuosas: a) Solución 3 % de hidróxido de potasio en masa. b) Solución 0,4 M de acido nitroso (considere densidad de la solución: 1 g/ml) 9.- Calcule la fracción molar de soluto y solvente en las siguientes soluciones: a) Solución acuosa de cloruro de sodio 1,3 M (considere densidad de la solución: 1 g/ml) b) Solución acuosa de bromuro de potasio 3,7 % en masa Que volumen de acido clorhídrico del 38 % en masa, densidad 1,19 g/ml ha de medirse para obtener 2,5 L de solución 0,10 M? 11.- Se tiene un solución acuosa de acido perclórico al 40 % en masa y densidad 1,21 g/ml. Calcular la M y fracción molar del acido en agua Si 25 ml de solución 2,5 M de sulfato cúprico se diluyen con agua hasta 450 ml a) Cuántos gramos de sal hay en la solución original? b) Calcular la molaridad de la solución resultante 13.- Se mezclan 25 ml de solución 0,1 M de acido clorhídrico con 50 ml de otra solución 0,2 M del mismo ácido. Cuál será la concentración final de la solución en M? 14.- a) Calcular la M y m de una solución de acido nítrico 36 % en masa y densidad 1,22 g/ml b) Qué volumen de esta solución debemos tomar para preparar 0,5 L de solución 0,25 M? 15.- Una empresa farmacéutica pide a cierta planta de tratamiento y envasado de reactivos químicos que le preparen 100 botellas de 1 L de acido sulfúrico 0,10 M. Si el acido disponible es del 96% en masa y densidad 1,858 g/ml. Calcular: a) la masa de ácido del 96 % necesario para preparar las 100 botellas. b) el volumen de ácido del 96 % usado por litro de solución. 39