SOLUCIONARIO Guía Estándar Anual

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1 SOLUCIONARIO Guía Estándar Anual Disoluciones II: unidades químicas de concentración y dilución SGUICES044CB33-A16V1

2 Ítem Alternativa Habilidad 1 C Aplicación 2 B Aplicación 3 B Aplicación 4 C Comprensión 5 B ASE 6 B Aplicación 7 C Aplicación 8 B Aplicación 9 B Aplicación 10 A Aplicación 11 E Aplicación 12 E Aplicación 13 C Aplicación 14 E Aplicación 15 E Comprensión 16 B Aplicación 17 A Aplicación 18 D ASE 19 C ASE 20 B ASE 21 D Aplicación 22 D Aplicación 23 D Aplicación 24 B Aplicación 25 B Aplicación

3 EJERCICIOS PSU Ítem Alternativa Defensa 1 C Una concentración de 0,25 M significa que la disolución contiene 0,25 mol de NaOH en 1000 ml. Por lo que podemos establecer la siguiente proporción: 0,25 mol NaOH 1000 ml = X g NaOH 2000 ml X = 0,25 mol 2000 ml 1000 ml X = 0,5 mol Para transformar los mol de NaOH a masa (gramos), utilizamos la siguiente fórmula: m = n MM m = 0,5 mol 40 g/mol m = 20 g 2 B Para calcular la molalidad de una disolución necesitamos conocer los mol de soluto que se encuentran presentes en 1000 g de disolvente. Por definición, una disolución 32% m/m contiene: 32 g de CH g disolución Dado que hay 100 g de disolución y 32 g de soluto, la masa de disolvente es: m disolvente = 100 g 32 g = 68 g Para transformar los 32 g de CH 4 a número siguiente ecuación: de mol, utilizamos la m MM 32 g 16 g/mol = 2 mol Por lo tanto, tenemos 2 mol de soluto en 68 g de disolvente y podemos establecer la siguiente relación: 2 mol x mol = 68 g disolvente 1000 g de disolvente

4 Por lo tanto, la molalidad es: x = = m 3 B Para resolver este ejercicio, necesitamos obtener los mol del soluto y del disolvente, puesto que la fracción molar se define como: X soluto = mol de soluto mol de soluto + mol de disolvente Primero debemos establecer la cantidad de mol de soluto y disolvente presentes en la mezcla. 736 g Glicerina : 92 g mol 432 g Agua : 18 g mol 8 mol 24 mol Ahora se establece la fracción molar, X 8 mol soluto 8 mol soluto + 24 mol disolvente X 0,250 4 C La unidad conocida como partes por millón se emplea usualmente para expresar la presencia de elementos en pequeñas cantidades (traza) en una mezcla. Se abrevia como ppm. También se puede definir como "la cantidad de partes de materia contenida en un total de un millón de partes", por lo tanto la única opción correcta es la III, ya que equivale a 1 mg en de miligramos (mg). 5 B Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos. A partir de los datos de la tabla, podemos determinar el número de mol de soluto en cada disolución de acuerdo a la siguiente expresión: m MM Para la disolución 1 tenemos: 200 g de soluto 200 g/mol 1 mol

5 Para la disolución 2: 100 g de soluto 200 g/mol 0,5 mol Por lo tanto, la disolución 2 tiene menor número de mol de soluto. La molaridad corresponde al número de mol de soluto en 1 L de disolución, por lo tanto, la molaridad de la disolución 1 es 1 M (hay 1 mol de soluto en 1000 ml de disolución). Para determinar la molaridad de la disolución 2, realizamos la siguiente relación, 0,5 mol de soluto x x = = 250 ml de disolución 1000 ml de disolución 0,5 mol 1000 ml 250 ml x = 2 M Por lo tanto, la molaridad de la disolución 2 es mayor. 6 B Considerando la definición de molaridad, M X mol de soluto en 1000 ml de disolución Se tiene, 79 g 158 g/mol 0,5 mol de KMnO 4 x mol de KMnO ml de disolución 0,5 mol de KMnO ml de disolución x = 5 M 7 C La molaridad corresponde al número de mol de soluto en 1000 ml de disolución Por lo tanto, para una disolución 4,0 M tenemos, 4,0 mol de NH 4 OH x mol de NH 4 OH 1000 ml de disolución 500 ml de disolución

6 4 mol 500 ml x = 1000 ml x = 2 mol de NH 4 OH A partir del número de mol, calculamos la masa del compuesto, m = n MM m = 2 mol 35 g/mol m = 70 g 8 B Del % masa/volumen, se obtiene la siguiente información: 98% m/v: 98 g de soluto en 100 ml de disolución. Como la masa molar de H 2 SO 4 es 98 g/mol tenemos, m MM 98 g 98 g/mol 1 mol de H 2 SO 4 Entonces, 1 mol H 2 SO ml disolució x 1000 ml disolución x = 1000 ml 1 mol 100 ml x = 10 M 9 B Para resolver esta pregunta, utilizamos la definición de molalidad (m): m X mol de soluto en 1 kg de disolvente Calculando los mol tenemos: 107 g 53,5 g/mol 2 mol

7 Ahora calculamos la molalidad de acuerdo a la siguiente proporción: x mol de soluto 1000 g de disolvente = 2 mol de soluto 200 g de disolvente x = 1000 g 2 mol 200 g x = 10 molal 10 A Los valores de % m/m nos indican que en 100 g de disolución tenemos 32 g de CH 3 OH, 23 g de CH 3 CH 2 OH y 45 g de agua. Considerando la definición de fracción molar (X), calculamos el número de mol de cada sustância en 100 g de disolución: 32 g 32 g/mol = 1 mol de CH 3OH 23 g 46 g/mol = 0,5 mol de CH 3CH 2 OH 45 g 18 g/mol = 2,5 mol de H 2O Por lo tanto, la fracción molar de metanol es: 1 X CH3 OH 0,25 1 0,5 2,5 11 E De la molaridad (M) de la disolución, se tiene: 2 mol de NaOH 1 L de disolución x mol de NaOH 2,5 L de disolución x = 2 mol 2,5 L 1 L x = 5 mol de NaOH Para calcular la masa de NaOH, utilizamos la relación: m = n MM m = 5 mol 40 g/mol m = 200 g de NaOH

8 12 E La unidad partes por millón expresa la cantidad de soluto en una cantidad de disolución cuya diferencia de magnitud debe ser de 10 6 en relación a sus unidades. Con este criterio podemos obtener el resultado mediante dos formas: 1) g soluto 300 g disolución 3 6 x ppm 2) 3000 mg soluto 0,3 kg disolución ppm 13 C Para calcular el número de mol de NaCl presentes en la disolución, utilizamos la siguiente fórmula: m MM = 117 g = 2 mol NaCl 58,5 g/mol Dado que la disolución tiene una concentración de 0,5 M y contiene 2 mol de NaCl, podemos establecer que: 0,5 mol de NaCl 1000 ml de disolución 2 mol de NaCl X ml de disolución X= 4000 ml Por lo tanto, el volumen de la disolución debe ser de 4 L (4000 ml). 14 E Interpretando la relación de molaridad (M), 1,0 mol de soluto (NaOH) 1000 ml de disolución X mol de soluto (NaOH) X= 2 mol de NaOH Calculando la masa, se tiene: m= 2 mol 40 g mol m= 80 g 15 E Si observamos la fórmula de molaridad, n soluto M = L disolución 2000 ml de disolución Podemos apreciar que se requiere del número de mol de soluto en la disolución para conocer su valor (opción I correcta). Por otro lado, como trabajamos con una unidad química, la cual está en función del número de mol de soluto y volumen (en litros) de disolución, su unidad será

9 mol/l (opción III correcta). Finalmente, la gran mayoría de los volúmenes de disoluciones son afectados por la temperatura, debido a la dilatación térmica, y esto puede alterar el valor de la molaridad (opción II correcta). 16 B Para calcular la molaridad de cada disolución, necesitamos conocer previamente el número de mol de soluto, para lo cual tenemos que calcular la masa molar de este. Así, tenemos lo siguiente: Alternativa A: MM fluoruro de calcio (CaF 2 ) = 78 g/mol n 7,8 g 78 g/mol 0,1 mol 0,1 mol 100 ml de disolución X mol 1000 ml de disolución X 1M Alternativa B: MM cloruro de calcio (CaCl 2 ) = 111 g/mol n 11,1g 111g/mol Alternativa C: 0,1 mol 0,1 mol 500 ml de disolución X mol 1000 ml de disolución X 0,2 M MM cloruro de sodio (NaCl) = 58,5 g/mol n 11,7 g 58,5 g/mol Alternativa D: 0,2 mol 0,2 mol 300 ml de disolución X mol 1000 ml de disolución X 0,67 M MM fluoruro de sodio (NaF) = 42 g/mol n 12,6 g 42 g/mol 0,3 mol 0,3 mol 200 ml de disolución X mol 1000 ml de disolución X 1,5 M Alternativa E: MM fluoruro de magnesio (MgF 2 ) = 62,3 g/mol

10 n 62,3 g 62,3 g/mol 1mol 1mol 800 ml de disolución X mol 1000 ml de disolución X 1,25 M Por lo tanto, la disolución con menor molaridad es el cloruro de calcio (CaCl 2 ) (alternativa B). 17 A La unidad de concentración partes por millón (ppm) expresa el número de unidades de soluto que hay en un millón de unidades de disolución. Se calcula como mg de soluto en 1 kg de disolución. Para disoluciones diluidas, es posible considerar que la densidad es muy cercana a la del agua (1 g/ml), por lo que 1 kg de disolución equivale a 1 L de la misma. De este modo, en el análisis químico del agua, las ppm se refieren a mg del contaminante (u otro tipo de soluto) por litro de disolución (mg/l). Dado que: 1 microgramo (μg) = 1 x 10-6 g = 1 x 10-3 mg 50 μg = 0,05 mg Por lo tanto, la concentración indicada corresponde a 0,05 ppm. 18 D La molaridad se calcula como el número total de mol en un determinado volumen de disolución. Por lo tanto, teniendo en cuenta que en las dos disoluciones del ejercicio, el volumen es el mismo, la molaridad dependerá del número de mol de soluto. El número de mol se calcula a partir de la siguiente relación: masa (g) n masa molar (g/mol) Así, si la masa es igual en ambos casos, el número de mol será también igual siempre y cuando la masa molar de los dos solutos sea la misma, lo que obviamente ocurrirá cuando se trate del mismo soluto. En este caso, la densidad del soluto (relación masa/volumen) no influye en la molaridad, ya que tendría relación solamente con el volumen de la disolución pero en el ejercicio se indica que este es igual en ambos casos. 19 C A partir del esquema, aunque no tengamos valores exactos, se pueden comparar los volúmenes de las tres disoluciones y el número de moléculas, que está directamente relacionado con el de mol. De acuerdo a esto, las concentraciones expresadas en número de moléculas por volumen de disolución son: Disolución 1 = 10 2V = 5 V

11 Disolución 2 = 15 2V = 7,5 V Disolución 3 = 5 V Por lo tanto, puesto que el volumen de la disolución 1 es el doble que el de la disolución 3 y el número de moléculas también es doble en la primera, la molaridad de ambas será la misma (alternativa C correcta; A incorrecta). También se puede afirmar que la molaridad de la disolución 2 es mayor que la de las disoluciones 1 y 3, pero la de estas dos últimas es igual, como ya se indicó (alternativa D incorrecta). Por último, no se pueden realizar comparaciones en términos de porcentaje masa/volumen puesto que los solutos son diferentes y no conocemos sus masas molares, de modo que no se puede establecer qué disolución tiene mayor o menor masa de soluto por unidad de volumen (alternativa B incorrecta). 20 B Habilidad de pensamiento científico: identificación de teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas. Para preparar la disolución solicitada en el ejercicio, en primer lugar necesitamos conocer la masa molar del soluto (3) para posteriormente poder calcular la masa de soluto necesaria (multiplicando la masa molar por el número de mol necesarios de soluto, que en este caso serían 0,75) y masarla en una balanza (6). A continuación se agrega este soluto al matraz aforado (1). Generalmente, esto se hace después de haber disuelto el soluto en una pequeña cantidad de agua en otro recipiente para no perder nada. Por último, se agrega agua hasta la marca de enrase de 500 ml (5), ya que este debe ser el volumen total de la disolución. Por lo tanto la cantidad de agua añadida será algo menor que 500 ml (el paso 2 no es correcto). El paso 4 no es necesario porque para este tipo de preparación no se necesita conocer la densidad del soluto. 21 D Se aplica la fórmula para diluciones: C 1 V 92º 1000 ml 46º V V V C 2 V ml Dado que el volumen final a obtener corresponde a 2000 ml, entonces considerando volúmenes aditivos, debemos agregar 1000 ml de disolvente a la disolución original.

12 22 D Primero se debe transformar la concentración inicial a las mismas unidades de la concentración final (de % m/v a M), por lo que se debe obtener la molaridad (M) de la disolución 20% m/v de NaOH: 20 g 49 g/mol = 0,5 mol La molaridad de una disolución corresponde al número de mol por litro de disolución, por lo tanto, para la disolución inicial la molaridad es: 0,5 mol de NaOH x mol de NaOH 100 ml de disolución = 1000 ml de disolución x = 0,5 mol 1000 ml 100 ml x = 5 M Para calcular el volumen final de la disolución, utilizamos la fórmula de dilución: C 1 V 1 = C 2 V 2 5 M 50 ml = 0,2 M V 2 V 2 = ,2 V 2 = 1250 ml 23 D Dado que el volumen final equivale a 1250 ml y el inicial a 50 ml, entonces debemos agregar 1200,0 ml de disolvente (agua) a la mezcla. Utilizando la fórmula de dilución, tenemos: C 1 V 1 = C 2 V 2 1,5 M 350 ml = 0,15 M V 2 V 2 = 1, ,15 V 2 = 3500 ml

13 24 B 25 B Calculando la molaridad (M), tenemos: M x mol de CH CH OH ml de disolución 1 mol de CH CH OH 2000 ml de disolución 0,5 M A partir de la disolución A de concentración 5 M, se prepara una disolución de menor concentración (B) a través de una dilución, por lo tanto, la concentración de la disolución B es: C V C V A A B B 5,0 M 10 ml C 100 ml C B 0,50 M A partir de la disolución B, se toma un volumen y se vuelve a diluir para obtener una disolución C, de menor concentración. Por lo tanto, la concentración de la disolución C es: B C V C V B B C C 0,5 M 10 ml C 50 ml C = 0,10 M C C