Programa Estándar Anual Nº Guía práctica Disoluciones I: mezclas, disoluciones y unidades porcentuales de concentración Ejercicios PSU Para la solución de algunos de los ejercicios propuestos, se adjunta una parte del sistema periódico hasta el elemento Nº 20. 1 H 1,0 3 Li 6,9 11 Na 23,0 19 K 39,1 4 Be 9,0 12 Mg 24,3 20 Ca 40,0 5 B 10,8 13 Al 27,0 Número atómico Masa atómica 6 C 12,0 14 Si 28,1 7 N 14,0 15 P 31,0 8 O 16,0 16 S 32,0 9 F 19,0 17 Cl 35,5 2 He 4,0 10 Ne 20,2 18 Ar 39,9 GUICES010CB33-A16V1 Ciencias Básicas Química 1. Los gramos de soluto contenidos en 100 ml de disolución corresponde a la definición de A) molalidad. B) porcentaje en masa. C) molaridad. D) porcentaje masa-volumen. E) porcentaje volumen-volumen. 1
Ciencias Básicas Química 2. La diferencia entre una suspensión y un coloide está dada por I) el tamaño de las partículas. II) la fase dispersante. III) la unión química. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo II y III. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III. 3. El siguiente diagrama de flujo se puede utilizar para clasificar una mezcla desconocida: Mezcla desconocida Se separa en dos o más fases por decantación? No Sí 1 Presenta efecto Tyndall? No 3 Sí 2 A partir del diagrama, cuál de las siguientes alternativas muestra correctamente ejemplos de mezclas que se clasificarían como 1, como 2 o como 3? A) B) C) D) E) 1 2 3 Vinagre con aceite Mayonesa Leche Agua con sal Sangre Aire Agua con arena Niebla Alcohol de 90 Leche Aire Agua con sal Sangre Leche Aceite emulsionado 2
GUÍA PRÁCTICA 4. Una disolución acuosa de alcohol al 0,4% m/v contiene A) 0,4 g de alcohol en 1000 ml de disolución. B) 0,4 g de alcohol en 1000 ml de agua. C) 0,4 mol de alcohol en 100 ml de disolución. D) 0,4 mol de alcohol en 100 ml de agua. E) 0,4 g de alcohol en 100 ml de disolución. 5. La masa molar de la glucosa (C 6 H 12 O 6 ) es 180 g/mol. Cuántos mol de glucosa están contenidos en 6 litros de una disolución al 3% m/v? A) 0,1 mol D) 6,0 mol B) 1,0 mol E) 10,0 mol C) 3,0 mol 6. Si la densidad de una disolución de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) es de 1,84 g/ml, entonces I) la masa de 1 cm 3 de disolución es 1,84 gramos. II) 100 ml de la disolución tienen una masa de 184 gramos. III) 1 L de disolución tiene una masa de 1,84 gramos. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y II. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III. 7. Cuál es el % m/v de una disolución que contiene 15 gramos de ácido cianhídrico (HCN) en 250 ml? A) 0,06% m/v B) 0,15% m/v C) 6,00% m/v D) 37,50% m/v E) 66,00% m/v 3
Ciencias Básicas Química 8. Los coloides tienen una gran capacidad adsorbente, lo que puede explicarse mediante el siguiente cuadro: Cúbica Laminar Fibrilar Corpuscular Estado se subdivisión 1 cm 1 cm 1 cm 1 cm 1 cm 10 nm 1 cm 10 nm 10 nm 10 nm 10 nm 10 nm Número de 1 10 6 10 12 10 18 unidades Área por unidad 6 10 4 2 10 4 4 10 10 6 10 16 (m 2 ) Área total (m 2 ) 6 10 4 200 400 600 De acuerdo a esto, al dividir una masa dada de una sustancia en corpúsculos muy pequeños, aumenta considerablemente su área superficial, incrementando su capacidad de adsorción. Lo anterior corresponde a A) un modelo. B) una teoría. C) una descripción. D) un supuesto. E) una ley. 9. Los solutos y los disolventes pueden presentarse en cualquiera de los estados físicos de la materia, de modo que al mezclarlos se obtienen varios tipos de disoluciones. De acuerdo con lo señalado, una disolución representativa del tipo líquido sólido es A) cloruro de sodio en agua (l). B) mercurio en plata. C) hidrógeno ocluido en platino. D) oxígeno en agua (l). E) hidrógeno en agua (s). 10. Cuántos gramos de azúcar están contenidos en 400 ml de una disolución acuosa (densidad: 1,50 g/ml) al 8% m/m de azúcar? A) 27 g D) 48 g B) 32 g E) 50 g C) 42 g 4
GUÍA PRÁCTICA 11. Cuál(es) de las siguientes opciones es (son) correcta(s) con respecto a las características que presentan las disoluciones? I) No debe existir reacción química entre soluto y disolvente. II) Deben ser homogéneas desde el punto de vista macroscópico. III) El soluto puede separarse por decantación. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 12. Para preparar una disolución de concentración 5% v/v de ácido clorhídrico (HCl), se debe A) masar 5 g de HCl y diluir hasta obtener 100 ml de disolución. B) masar 5 mol de HCl y diluir hasta obtener 100 ml de disolución. C) masar 5 g de HCl y diluir hasta obtener 1000 ml de disolución. D) tomar un volumen de 5 ml de HCl y diluir hasta obtener 1000 ml de disolución. E) tomar un volumen de 5 ml de HCl y diluir hasta obtener 100 ml de disolución. 13. Una disolución acuosa de sal común (NaCl) puede considerarse como una disolución de tipo I) iónico. II) binario. III) molecular. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y II. B) solo II. E) solo II y III. C) solo III. 14. El porcentaje volumen-volumen (% v/v) de una disolución acuosa (densidad: 1,0 g/ml) al 3,2% m/m de etanol (densidad: 0,8 g/ml) es A) 0,4% v/v B) 3,2% v/v C) 3,8% v/v D) 4,0% v/v E) 4,5% v/v 5
Ciencias Básicas Química 15. Una muestra de 100 ml de etanol de 40 se somete un proceso de destilación, como se muestra en la siguiente figura: Termómetro 100 ml de etanol de 40º Refrigerante Mechero Destilado Después de un tiempo el mechero se apaga y se obtienen 10 ml de etanol como destilado. Considerando volúmenes aditivos, cuál será la concentración de la disolución que queda en el matraz de destilación? A) 10,0% v/v B) 30,0% v/v C) 33,3% v/v D) 40,0% v/v E) 44,4% v/v 16. Con respecto a los siguientes métodos de separación de mezclas, cuál(es) se lleva(n) a cabo a partir de las diferencias en los puntos de ebullición de las sustancias que conforman la mezcla? I) Destilación II) Decantación III) Evaporación A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) Solo I y III C) Solo III 6
GUÍA PRÁCTICA 17. A continuación se presenta la composición de distintas disoluciones de hidróxido de sodio (NaOH). I) 100 g de NaOH en 300 ml de disolución. II) 150 g de NaOH en 200 ml de disolución. III) 300 g de NaOH en 500 ml de disolución. El orden correcto, de sus concentraciones en forma creciente, es A) I < II < III B) I < III < II C) II < III < I D) II < I < III E) III < II < I 18. Cuántos gramos de carbonato de calcio (CaCO 3 ) se necesitan para formar 200 ml de una disolución de concentración 10% m/v de dicha sal? A) 10 g B) 15 g C) 20 g D) 25 g E) 30 g 19. Qué cambios de estado están involucrados en el método de separación de mezclas denominado destilación? A) Solidificación y condensación B) Sublimación y fusión C) Evaporación y fusión D) Fusión y condensación E) Evaporación y condensación 20. Cuál(es) de las siguientes mezclas se puede(n) considerar como una disolución? I) Aire II) Esmog III) Agua potable A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo I y II 7
Ciencias Básicas Química 21. El siguiente gráfico representa la solubilidad del compuesto nitrato de plata (AgNO 3 ) en función de la temperatura (T). Solubilidad (g soluto / 100 ml agua) 1000 800 600 400 200 0 20 40 60 80 100 T(ºC) Al calentar una disolución saturada preparada a partir de un litro de agua, de 40 C hasta 80 C, cuántos gramos más de nitrato de plata se podrían disolver? A) 250 g B) 300 g C) 400 g D) 3000 g E) 4000 g 22. Cuál es la técnica más apropiada para separar los componentes de una mezcla homogénea de dos líquidos? A) Extracción B) Tamizado C) Destilación D) Filtración E) Cristalización 8
GUÍA PRÁCTICA 23. Un investigador intenta determinar si una serie de mezclas son homogéneas o heterogéneas, utilizando para ello un microscopio óptico que permite distinguir partículas con un tamaño mínimo de 400 nm. El tamaño de las partículas de cada mezcla se muestra en la siguiente tabla: Mezcla Tamaño de partículas de la fase dispersa 1 14 nm 2 2,1 μm 3 0,3 μm Considerando que una mezcla heterogénea es aquella en la que se pueden distinguir dos o más fases, qué mezclas puede(n) ser clasificada(s) como heterogénea(s) mediante el método utilizado por el investigador? A) Solo la mezcla 1 B) Solo la mezcla 2 C) Solo las mezclas 1 y 2 D) Solo las mezclas 2 y 3 E) Las mezclas 1, 2 y 3 24. Cuántos gramos de disolvente existen en 100 ml de una disolución acuosa, de densidad 1 g/ml, al 25% m/m de sulfato cúprico (CuSO 4 )? A) 25 g B) 30 g C) 55 g D) 75 g E) 100 g 25. Se prepara una disolución acuosa de cloruro de sodio (NaCl) utilizando una balanza y un matraz de aforo. De acuerdo a esto, la forma más directa de expresar la concentración de esta disolución es mediante A) los gramos de soluto en 100 g de agua. B) la masa de soluto en 100 ml de agua. C) la masa de soluto en 100 g de disolución. D) los gramos de soluto en 100 ml de disolución. E) el volumen de soluto en 100 ml de disolución. 9
Ciencias Básicas Química Tabla de corrección ítem Alternativa Habilidad 1 Reconocimiento 2 Reconocimiento 3 ASE 4 Comprensión 5 Aplicación 6 Aplicación 7 Aplicación 8 Comprensión 9 Comprensión 10 Aplicación 11 Reconocimiento 12 Comprensión 13 Comprensión 14 Aplicación 15 ASE 16 Reconocimiento 17 Aplicación 18 Aplicación 19 Reconocimiento 20 Comprensión 21 ASE 22 Reconocimiento 23 ASE 24 Aplicación 25 Comprensión 10
GUÍA PRÁCTICA Resumen de contenidos Mezclas Una mezcla es un sistema formado por dos o más sustancias que no reaccionan entre sí, de modo que cada componente conserva sus propiedades y pueden ser separados por métodos físicos. Se clasifican en homogéneas y heterogéneas. Una mezcla es heterogénea cuando se pueden distinguir dos o más fases y es homogénea cuando no se distinguen sus fases. El tamaño de las partículas de una mezcla determina si se considera homogénea, heterogénea o intermedia. Las disoluciones verdaderas son mezclas homogéneas y su tamaño de partícula corresponde al tamaño de moléculas o iones. Las suspensiones son mezclas heterogéneas, cuyo tamaño de partícula es superior a 1 μm. Los coloides son intermedios entre disoluciones verdaderas y mezclas heterogéneas, con tamaños de partículas entre 1 nm y 1 μm de diámetro. Propiedad Disolución Coloide Suspensión Tamaño de partícula 0,1 nm 1 nm 1 nm 1 μm > 1 μm Sedimenta No No Sí Filtra a través de papel No No Sí Se separa mediante una No Sí Sí membrana semipermeable Homogénea Sí Intermedia No Transparencia Transparente Translúcida Opaca Los coloides están formados por una fase dispersa, que es semejante al soluto de una disolución verdadera, y una fase dispersante, que contiene a las partículas de la fase dispersa. Dentro de los coloides encontramos las espumas (fase dispersa: gas; fase dispersante: líquido), los aerosoles (fase dispersa: líquido o sólido; fase dispersante: gas) y las emulsiones (fase dispersa: líquido; fase dispersante: líquido). A simple vista, los coloides parecen disoluciones verdaderas, pero si se observaran al microscopio, podrían distinguirse las partículas de la fase dispersa. La mejor forma de distinguirlos es observando su comportamiento frente a la luz: al observar en dirección perpendicular a un haz de luz, este no es visible al pasar a través de una disolución, pero sí al pasar a través de un coloide. Este fenómeno se denomina efecto Tyndall y se produce por la dispersión de la luz ejercida por las partículas coloidales. 11
Ciencias Básicas Química Disolución Una disolución es una mezcla homogénea de uno o más solutos (sustancia disuelta) distribuidos en un disolvente (sustancia que disuelve a la otra) que se encuentra en mayor proporción o que determina el estado de agregación en el que se encuentra la disolución. Cuando se agrega una cierta cantidad de azúcar al agua, se puede observar que esta sustancia se va disolviendo lentamente en el líquido. Luego de un tiempo determinado, el material obtenido se presenta homogéneo, lo que constituye una disolución. Al agregar mayor cantidad de azúcar al mismo volumen de agua, se aprecia que continúa el proceso de disolución, sin embargo, llegará un momento en el que el agua no podrá disolver más sólido. A esta característica que presentan las sustancias se le denomina solubilidad y nos indica la cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad específica de disolvente, a una temperatura y presión determinada. Ahora bien, si se quiere separar los componentes de una disolución, se deben utilizar técnicas de tipo físico como la cromatografía, la destilación, cristalización, entre otras. A continuación se detallan algunas: Destilación: procedimiento de separación de los componentes líquidos de una disolución, que se basa en la diferencia en sus puntos de ebullición. En la práctica, se utiliza un aparato como el que se muestra en la figura para separar líquidos volátiles. Termómetro Refrigerante Destilado 12
GUÍA PRÁCTICA Evaporación: también denominada vaporización, es el proceso en el cual un líquido se transforma en un gas. En este caso solo un componente es de interés (al contrario de lo que ocurre en una destilación). Se puede realizar por calentamiento o por presión reducida. Vapor de agua Disolución acuosa de sulfato de sodio Decantación Decantación: método de separación de tipo mecánico utilizado para separar dos líquidos inmiscibles, por ejemplo agua y aceite, o también para separar una mezcla formada por un sólido y un líquido. Se basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes. Llave Fase 1 Fase 2 Filtración: método de separación de mezclas en el cual se separan los sólidos de los líquidos utilizando paredes o capas porosas, cuyos poros dejan pasar el líquido y retienen los sólidos. Embudo Papel de filtro 13
Ciencias Básicas Química Tamizado: método físico para separar mezclas de diferentes tamaños al hacerlos pasar por un tamiz (colador). Es un método utilizado generalmente en mezclas de sólidos heterogéneos. Tipos de disoluciones Dependiendo del número de componentes: Binaria Ternaria Cuaternaria Dependiendo del estado de agregación del disolvente: Sólida Líquida Gaseosa Dependiendo de la naturaleza del soluto: Electrolíticas (iónicas): soluto se disocia en iones (Ej. NaCl). Conducen la corriente eléctrica. No electrolíticas (moleculares): soluto no se disocia en iones (Ej. azúcar). No conducen la corriente eléctrica. Tipos de disoluciones según el estado de agregación Estado de la disolución Estado del disolvente Estado del soluto Ejemplo Gas Gas Gas Aire Líquido Líquido Gas O 2 en H 2 O Líquido Líquido Líquido Alcohol en H 2 O Líquido Líquido Sólido Sal en H 2 O Sólido Sólido Gas H 2 en Pd Sólido Sólido Líquido Hg en Ag Sólido Sólido Sólido Ag en Au 14
GUÍA PRÁCTICA Unidades porcentuales de concentración La concentración de una disolución es una medida de la cantidad de soluto que hay en ella. Se puede expresar de distintas formas, dentro de las cuales están las unidades porcentuales o físicas: A) Porcentaje masa-masa (% m/m): g de soluto en 100 g de disolución. El porcentaje masa-masa (también llamado porcentaje en peso o peso porcentual) es la razón entre la masa de un soluto y la masa de la disolución, multiplicado por 100. No tiene unidades porque es una relación de cantidades semejantes. masa (g) de soluto % m/m = x 100 masa (g) de disolución B) Porcentaje masa-volumen (% m/v): g de soluto en 100 ml de disolución. El porcentaje masa-volumen es la razón entre la masa de un soluto y un volumen de disolución, multiplicado por 100. No tiene unidades porque es una relación de cantidades semejantes. masa (g) de soluto % m/v = x 100 volumen (ml) de disolución C) Porcentaje volumen-volumen (% v/v): ml de soluto en 100 ml de disolución. El porcentaje volumen-volumen es la razón entre el volumen de un soluto y el volumen de disolución, multiplicado por 100. No tiene unidades porque es una relación de cantidades semejantes. volumen (ml) de soluto % v/v = x 100 volumen (ml) de disolución 15
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