1 UNIVERSIDAD DON BOSCO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS QUÍMICA GENERAL Y QUÍMICA I CICLO I-2009 UNIDAD 4: SOLUCIONES

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1 1 UNIVERSIDAD DON BOSCO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS QUÍMICA GENERAL Y QUÍMICA I CICLO I-2009 DISCUSIÓN DE PROBLEMAS Nº 4 UNIDAD 4: SOLUCIONES OBJETIVOS: El estudiante al finalizar esta discusión de problemas: Definirá soluciones y diferenciará sus componentes: soluto y solvente. Determinará la masa molar de compuestos y encontrará el número de moles de una masa conocida. Resolverán ejercicios de aplicación determinando las concentraciones porcentuales. Calcularán la molalidad, molaridad y las fracciones molares de las soluciones. Determinarán las propiedades coligativas de las soluciones: descenso de la presión de vapor, elevación en el punto de ebullición, descenso en el punto de congelación y presión osmótica. Determinará las masas molares de solutos a partir de las propiedades coligativas. REVISION TEÓRICA 1- Escriba el concepto de cada uno de los siguientes términos: a) Solución b) Soluto c) Solvente d) Concentración e) Solubilidad f) Sobresaturado g) Insaturado h) Saturado i) Diluida j) Osmosis k) Electrolito l) Electrolito fuerte m) Parte por millón n) Molaridad o) Molalidad p) Presión osmótica q) Ley de Raoult r) Propiedad coligativa s) Fracción molar 2- Escribir la diferencia entre cada par de los términos planteados. a) Soluto y solvente b) Molar y molal c) Saturado y sobresaturado d) Miscible e inmiscible e) Concentrado y diluido f) Electrolito y no electrolito. g) Electrolito fuerte y electrolito débil 3- De cada uno de los compuestos siguientes: Na 2 CO 3 H 3 PO 4 CaSO 4 H 2 SO 4 HNO 3 HCl Mg 3 (PO 4 ) 2 Sal común Soda caústica AlCl 3 Ca(NO 3 ) 2 K 2 SO 4 a) Calcular la masa molar o peso fórmula b) Calcular el número de moles presentes en 50 gramos del compuesto. FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN 4- Calcular la concentración porcentual en masa de soluto en cada una de las soluciones siguientes: a) 24 g de NaCl en 152 g de agua b) 50 gramos de ZnSO 4 en 250 cc de solución. densidad = 1.1 g/cc 1

2 2 c) 145 gramos de NaOH en 1.5 kilogramos de agua. d) 40 g de una solución acuosa que contiene 8.0 g H 2 SO 4 e) 80 gramos de CaBr 2 en 300 gramos de agua f) Solución acuosa de 15 g de CuSO 4 en 80 g de solución g) En 70 g de agua se disuelven 5 g de bromuro de potasio (KBr) h) Se tiene 10 g de sal (NaCl) en 50 ml de solución, cuya densidad es 1.5 g/ml 5- Calcular la masa (gramos) de soluto en cada caso: a) Gramos de H 2 SO 4 en 300 gramos de solución al 20% b) Gramos de NaBr en 60 g de solución 15 % en peso c) Gramos de Na 2 SO 4 en 400 ml de solución al 30 %. (densidad = 1.2 g /cc) d) Masa de HNO 3 en 500 ml de solución al 60%. (densidad = 1.3 Kg / litro) e) Gramos NaCl en 200 g de solución al 35 % f) Gramos de Mg SO 4 por Kg de solución al 8 % 6- Se disuelven 14 g de ácido en 1 litro de agua, la densidad de la solución es de 1,06 g/ml, expresar la concentración en gramos de ácido por litro de solución. 7- Cuántos gramos de agua deberán usarse al disolver 150 g de NaCl para producir una solución al 20% en peso? 8- Cuántos gramos de una solución al 5% de KBr se necesitarán para obtener 2.1 g del compuesto? 9- Calcular la molaridad (M) de cada una de las siguientes soluciones: a) Si se añaden 12.1g de NaCl para obtener un volumen de 250 ml. b) 36.8 g de alcohol etílico (C 2 H 5 OH) en suficiente agua para hacer 1600 ml de solución. c) Una solución preparada disolviendo 7.50g de nitrato de magnesio. Mg(NO 3 ) 2 en agua suficiente para preparar 25.0 ml de solución? d) La solución de NH 3 al 28%, con densidad de 0.90 g / ml. 10- Cuántos gramos de KOH se necesitan para preparar 5 litros de solución 0.1M? 11- Determinar la molalidad de: a) Una solución de azúcar (C 12 H 22 O 11 ) que contiene 10g en 120g de agua. (PF = 342 g/mol) b) La solución preparada con 29 g de NaCl en 100 ml de agua c) La solución de 36 g de glucosa (C 6 H 12 O 6 ) disuelto en 500 g de agua. 2

3 3 d) La solución que contiene 8.82 g de HCl en 100 ml de solución con densidad = 1.0 g/cc? 12- Una solución de etanol (C 2 H 5 OH), en agua es 1.6 molal. Cuántos gramos de alcohol están disueltos en 2000 g de agua? Masa molar = 46 g/mol 13- En una solución de glicerina (C 3 H 8 O 3 ) al 20% en peso, con una densidad de 1.3 Kg /Litro. Calcular: a) La molaridad (M) b) La molalidad (m) c) La fracción molar del soluto (X 2 ) d) La fracción molar del solvente (X 1 ) 14- Calcular la molaridad, molalidad y las fracciones molares (X 1, X 2 ) en una solución al 40 % de H 2 SO 4 con densidad = 1.5 g /cc 15- Una solución contiene 20.0 g de ácido acético, CH 3 COOH, en 250 g de agua. Cuál es la concentración de la solución expresada en a) molalidad b) fracción molar de los componentes. 16- La densidad de una solución acuosa que contiene 10% de etanol (C 2 H 5 OH), es g/cc. Calcular la molaridad (M) y la molalidad (m) de la solución. 17- Expresar las concentraciones siguientes en ppm a) El suero fisiológico contiene 9.2 gramos de sal común (NaCl) por litro de solución. b) El agua de mar contiene gramos de sal /ml de solución. PROPIEDADES COLIGATIVAS 18- La presión de vapor del benceno (C 6 H 6 ) a 26º C es de 100 mmhg. Hallar la presión de vapor de una solución de 26 g de alcanfor (C 10 H 16 O) en 100 g de benceno. 19- Para una solución de 22.5 g de naftaleno (C 10 H 8 ) en 140 g de benceno (C 6 H 6 ) a 20ºC. Si la presión de vapor del benceno puro es 74.6 torr a 20ºC. Calcular: a) El cambio de la presión de vapor en la solución. b) La presión de vapor de la solución. 20- Cuál es la molalidad y el punto de ebullición de una solución acuosa de azúcar (C 12 H 22 O 11 ) que congela a -5.4ºC? Para el agua K c = 1.86 ºC/m 3

4 4 21- Se tiene una solución de 150 g de glucosa (C 6 H 12 O 6 ) en 600g de agua (Pº = 92 mmhg). Determinar para la solución: a) molalidad b) punto de congelación y punto de ebullición c) presión de vapor de la solución. 22- Cuántos gramos de sacarosa (PF = 342) se deben disolver en 552g de agua para que la presión de vapor del solvente cambie de 17.5 a 17.0 mmhg.? 23- Se tiene una solución de 10 g de tolueno (C 7 H 8 ) y 100 g de benceno (C 6 H 6 ) con una presión de vapor de 41 mmhg a 20 ºC. Calcular: a) La presión de vapor del benceno puro. b) El punto de ebullición de la solución c) El punto de congelación de la solución. d) Presión osmótica 24- Calcular la presión de vapor, la presión osmótica, el punto de ebullición y el punto de congelación para cada de las soluciones acuosas dadas. T = 50º, Pº = 92 mmhg. a) 40 g de glucosa (C 6 H 12 O 6 ) gr de agua b) 60 g de Urea [CO(NH 2 ) 2 ] en un litro de solución, densidad =1.06 g / ml c) Na 2 SO 4, 30%, densidad =1.03 g / ml 25- En una solución que contiene 4.25 g de soluto y 250 g de agua hierve a ºC. Calcular la masa molar del compuesto (peso fórmula) y la temperatura de congelación de la solución. 26- Una solución preparada con 1.25 g de salicilato de metilo (aceite de menta) en 99.0 g de benceno tiene un punto de ebullición de ºC. Determinar la masa molar del aceite de menta. 27- El acetato de bencilo es un componente activo del aceite de jazmín. Si se agrega g de este compuesto a 25 g de cloroformo, (CHCl 3 ) el punto de ebullición de la solución es ºC. Cuál es la masa molar del acetato de bencilo? Para el cloroformo: Te = ºC Ke = 3.63 ºC/m 28 - La adrenalina es la hormona que provoca la liberación de moléculas extra de glucosa en momentos de tensión o de emergencia. Una solución de 0.64 g de adrenalina en 100 ml de tetracloruro de carbono (CCl 4 ) causa una elevación de 0.49 ºC en el punto de ebullición. Cuál es el peso fórmula de la adrenalina? Para CCl 4 : Te = 76.8 ºC Ke = 5.02 ºC/m 4

5 5 TEMA: SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS SOLUCIONES. Las soluciones son mezclas homogéneas formadas por dos o más sustancias, que no reacciona entre sí, en proporciones variadas. Estos sistemas son de gran importancia tanto a nivel biológico como industrial; se clasifican en sólidas, líquidas y gaseosas de acuerdo al estado físico en que se encuentren. Los componentes de las soluciones son el solvente (S 1 ) y el soluto (S 2 ); la condición indispensable para que los componentes estén juntos es que sean químicamente compatibles, solo así los sólidos son solubles en líquidos o dos líquidos son miscibles. CLASIFICACIÓN DE SOLUCIONES. por su estado Físico por su concentración (relativas) sólidas sólido en sólido: aleaciones como zinc y cobre (latón); cobre, zinc y estaño (bronce) gas en sólido: hidrógeno en paladio; líquido en sólido: mercurio en plata (amalgama). no saturada; es aquella en donde la fase dispersa (soluto) y la dispersante (solvente) no están en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su grado de saturación. Ej.: a 0ºC 100g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a la temperatura dada, una disolución que contengan 20g NaCl en 100g de agua, es no saturada. líquidas líquido en líquido: alcohol en agua; sólido en líquido: sal en agua (salmuera); gas en líquido: oxígeno en agua saturada: en esta disolución hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se tome en consideración, el solvente no es capaz de disolver más soluto. Ej.: una disolución acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5g disueltos en 100g de agua 0ºC. gaseosas gas en gas: oxígeno en nitrógeno (aire) líquido en gas: niebla, soda sólido en gas: humos. sobre saturada: representa un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada. Para preparar este tipo de disolución se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el sistema lentamente. Esta disolución es inestable, ya que al añadir un cristal muy pequeño del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura. SOLUBILIDAD es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en un volumen fijo de un solvente a temperatura definida, esta propiedad se refiere a la temperatura porque ella es el único factor que puede modificarla; la agitación, el tamaño de las partículas y la temperatura aceleran el proceso de solubilidad; la temperatura puede aumentar o disminuir la cantidad de soluto disuelto; la mayoría de los sólidos la aumentan pero en los gases la solubilidad disminuye al elevarse la temperatura. El efecto de la presión en sistemas gas-líquido se considera en la ley de Henry; La solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión que el gas ejerce sobre el líquido 5

6 6 La relación entre la cantidad de soluto (2) y la cantidad de solvente (1) se llama CONCENTRACIÓN y se puede expresar en diferentes unidades. Las formas de expresar la concentración pueden ser: Porcentuales (%); partes por millón (ppm), molaridad (M), molalidad (m) y fracción molar (X 1 y X 2 ). PROPIEDADES COLIGATIVAS. Las propiedades coligativas de las soluciones que dependen exclusivamente de la concentración del soluto. Son cuatro propiedades importantes en una solución, que son directamente proporcionales al número de partículas de soluto presente. Estas son: 1. Descenso en la presión de vapor, 2. elevación en el punto de ebullición, 3. disminución del punto de congelación y 4. presión osmótica. 1-Descenso en la presión de vapor P Al agregar un soluto o un líquido no volátil a un solvente puro, la presión del vapor disminuye. La ley de Raoult: plantea: La presión de vapor del disolvente de una solución es directamente proporcional a la fracción molar del solvente en la solución P = Pº X 1 X 1 = fracción molar del solvente El descenso en la presión de vapor del solvente es proporcional a la fracción molar del soluto. P = Pº X 2 Pº es la presión de vapor del solvente puro ; X 2 es la fracción molar del soluto 2- Elevación en el punto de ebullición Te Una solución de un soluto no volátil hierve a una temperatura más alta que el solvente puro. Te = Ke (m) Ke es constante de ebullición del solvente ; m es la molalidad. Una solución hierve a la temperatura Te = Tºe + Te ; de modo que Te > Tºe Tºe es la temperatura de ebullición del solvente puro 3- Descenso en el punto de congelación. Tc El punto de congelación del solvente también se modifica por la presencia del soluto; se requiere menor temperatura para congelar una solución. El cambio por el punto de congelación es proporcional a la molalidad, y se cuantifica con la ecuación: Tc = Kc (m) Kc es la constante de congelación del solvente m es la molalidad Una solución se congela a la temperatura Tc = Tºc - Tc ; de modo que Tc < Tºc Tºc es la temperatura de congelación del solvente puro 4- Presión osmótica ( ) Es la presión mecánica que se requiere aplicar para detener la ósmosis del solvente. = MRT M = molaridad R = constante de los gases T = temperatura en kelvin (K) SOLVENTE AGUA ACIDO ACETICO BENCENO CICLOHEXANO ALCANFOR ETANOL CCl 4 NITROBENCENO FENOL CONSTANTES CRIOSCÓPICAS Y EBULLOSCÓPICAS Punto de Punto de ebullición Kc = ºC / m Congelación ºC (Tb) ºC Ke = ºC / m