Unidad IV: Introducción a las Disoluciones

Unidad IV: Introducción a las Disoluciones

Preparando una solución Molaridad Iones en solución Dilución Estequiometría de solución Titulaciones Titulaciones ácido-base

1.Concentración de Soluciones Al preparar soluciones es importante indicarconcentración de la misma, es decir, cuanto soluto y solvente componen la solución. Una medida de concentración muy utilizada es Molaridad (M). Molaridad = moles de soluto Litros de solución El volumen medido es el de la solución completa (soluto + solvente) y debe estar siempre en unidades de litros.

Ejemplo: Determine la concentración de una solución de KMnO 4 (masa molar 158.03 g/mol) que se obtiene al disolver 3.95 gramos del compuesto en un matraz volumétrico de 25.00 ml. Estrategia: 1. Calcule los moles de soluto utilizando los gramos y la masa molar del soluto. 3.95 gkmno 4 x 1mol KMnO 4 = 2.50x10-2 mol KMnO 4 158.03 gkmno 4 2. Cambie el volumen a unidades de litros. 25.00 ml 10-2 L = 2.500x10-2 L 1mL 3. Calcule la Molaridad. M= 2.500x10-2 mol KMnO 4 = 1.00M 2.500x10-2 L

Preparando una Solución Ejemplo: Cuántos gramos de Na 2 CO 3 debe usar para preparar 25.00 ml a partir de una solución 0.103 M de Na 2 CO 3? (Masa molar Na 2 CO 3 = 106.0 g/mol) Estrategia: 1. Para calcular gramos, primero debes calcular los moles de soluto. Despeje la expresión de molaridad por moles. M= moles moles = Mx Vol.(L) Vol.(L) 2. Calcule los moles de Na 2 CO 3 que necesitas. Recuerde usar el volumen en L. moles = 0.02500Lx0.103M = 2.58x10-3 moles

Ejemplo: Cuántos gramos de Na 2 CO 3 debe usar para preparar 25.00 ml a partir de una solución 0.103 M de Na 2 CO 3? (Masa molar Na 2 CO 3 = 106.0 g/mol) Estrategia: Use los moles de soluto y la masa molar para determinar los gramos. 2.58x10-3 mol Na 2 CO 3 x 106.0g Na 2 CO 3 = 0.273g Na 2 CO 3 1mol Na 2 CO 3

Utilizando una Solución Ejemplo: Una reacción requiere que se añadan 1.25 10-2 moles de NaOH y tienes disponible una solución 1.48 M de NaOH. Cuánto volumen (ml) de la solución debe usar? Estrategia: 1. Despeje por volumen. M= moles Vol.(L) = moles Vol.(L) M 2. Calcule el volumen y pase a unidades deml. Vol.(L) = 1.25x10-2 mol = 8.45x10-3 L 1.48M 8.45x10-3L x 1mL= 8.45mL 10-3 L

Concentración de Iones en una Solución Ejemplo: Calcule la concentración de iones de cloro en una solución 0.533 M de CaCl 2. Estrategia: Desglose las unidades de molaridad en moles/l de CaCl 2 y multiplique por la razón de Cl - en CaCl 2.. 0.533M CaCl 2 = 0.533molCaCl 2 x 2molCl - = 1.07M Cl - 1Lsolución 1mol CaCl 2

Diluciones En los laboratorios se utilizan con frecuencia soluciones concentradas para preparar una soluciones de menor concentración. Para preparar soluciones a partir de una solución concentrada, se toma una porción de la solución concentrada se coloca en un matraz volumétrico se añade agua hasta el nivel.. Cuál es la concentración de la solución diluida?

Diluciones El total de moles de sustancia en la solución diluida son la misma cantidad de moles que se transfirieron de la solución concentrada. Recuerde que moles = MxV Entonces, Moles transferidos del concentrado = Moles en diluido M c V c = M d V d Con esta relación puede hacer cálculos para determinar como hacer una dilución.

Diluciones Ejemplo: Determina el volumen de una solución concentrada de 5.0 M CuCl2 que se necesita para preparar 25.0 ml de solución 1.5 M. Estrategia: Utilice la fórmula de dilución, despeje por volumen del concentrado y calcule. M c V c = M d V d V c = M d V d M c V c = 1.5Mx25.0mL = 7.5mL 5.0M

Estequiometría de Solución Ejemplo: La siguiente reacción ocurre con reactivos en solución acuosa y genera gas. Na 2 S(ac) + 2 HCl(ac) 2 NaCl(ac) + H 2 S(g) Si se utilizan 25.0 ml de HCl 3.0 M para hacer reaccionar todo el Na 2 S en solución, cuántos gramos de gas se generan? Para hacer estos cálculos es necesario combinar las relaciones entre concentración, moles y volumen de solución con cálculos estequiométricos. La clave es llevar los datos a unidades de mol.

Estequiometría de Solución A Gramos A B Gramos B Masa Molar A Masa Molar B moles A Coeficiente estequiométrico moles B Moles A = M x V Moles B = M x V

Estequiometría de Solución Ejemplo: La siguiente reacción ocurre con reactivos en solución acuosa y genera gas. Na 2 S(ac) + 2 HCl(ac) -> 2 NaCl(ac) + H 2 S(g) Si se utilizan 25.0 ml de HCl 3.0 M para hacer reaccionar todo el Na 2 S en solución, cuántos gramos de gas se generan? Estrategia: 1. Calcule los moles de la solución que conoce. moleshcl = M HCl x V HCl moleshcl = 3.0M x 0.0250L = 0.075molesHCl 2. Por estequiometría, pase de moles de reactivo a gramos de producto. 0.075molesHCl x 1molH 2 S x 34.09gH 2 S = 1.28g 2molHCl 1molH 2 S

Estequiometría de Solución Ejemplo: Determinar el volumen (ml) de HCl 1.50 M necesario para consumir por completo 0.830g demg. Mg(s) + 2 HCl(ac) -> MgCl 2 (ac) + H 2 (g) Estrategia: 1. Determine los moles de HCl que se necesitan para consumir Mg. 0.830g Mg x 1mol Mg x 2mol HCl = 0.0683 mol HCl 24.31g Mg 1molMg 2. Calcule volumen de HCl. V=moles/M V= 0.0683 moles HCl = 0.0455L 1.50M 0.0455L x 1mL = 45.5 ml 10-3 L

Titulaciones Titulación es un método para determinar las concentración de un compuesto en una muestra. Se añade una solución acuosa de concentración conocida para que reaccione con el compuesto de interés en la muestra. Esta solución se conoce como solución estándar. Dependiendo de la cantidad de solución estándar utilizada y conociendo la ecuación química balanceada se puede determinar la concentración del compuesto en la muestra.

Titulaciones Ácido-Base El momento que la solución estándar consume todo el compuesto de interés en la muestra se conoce como el punto de equivalencia. Durante titulaciones ácido- base se utilizan indicadores para el punto de equivalencia. Indicadores son tintes que cambian de color dependiendo de la concentración de H+. Ejemplo: fenolftaleína es incoloro en soluciones ácidas y de color rosa en soluciones básicas.

Titulaciones Ácido-Base Ejemplo: Se necesitan 15.00 ml de HNO 3 2.25 M para llegar al punto de equivalencia durante la titulación de 20.00 ml de Ca(OH) 2. Determine la concentración de Ca(OH) 2 Estrategia: 1. Escriba la ecuación química balanceada. 2 HNO 3 + Ca(OH) 2 -> Ca(NO 3 ) 2 + 2 H 2 O 2. Usando el volumen y la concentración de HNO 3 determine la cantidad de moles de solución estándar utilizados. Moles HNO 3 = M x V = 2.25M x 0.01500L = 0.0338moles

Titulaciones Ácido-Base Estrategia: 3. Por estequiometría, determine la cantidad de moles de Ca(OH) 2 que reaccionaron con los moles de HNO 3 añadidos. 0.0338moles HNO 3 x 1molCa(OH) 2 = 0,0169 mol Ca(OH) 2 2moles HNO 3 4. Utilice la cantidad de moles de Ca(OH)2 y el volumen para calcular la concentración de la base. M = moles M= 0.0169 mol Ca(OH) 2 = 0.845M V 0.02000L

Otras formas de expresar la concentración de una disolución: Densidad % en peso y Volumen Molalidad Fracción Molar

Concentración es la proporción entre soluto y disolvente, donde su expresión mas básica es la densidad: Densidad (r) r V m soluto disolución ( L ) A 5 g de NaCl (sal común) se añaden 250 ml de agua. Cuál será su densidad en g/l de la disolución preparada? Solución: El volumen de la disolución 250 ml = 0,25 L. ( g ) r V m soluto disolución ( g ) ( L ) 25 g 0,1 L 250 g L La densidad será 250 g/l.

Porcentaje en Peso y en Volumen Porcentaje en Peso : indica los gramos contenidos en 100 g de disolución (soluto+disolvente) m soluto % masa ( de soluto ) * 100 m disolución Porcentaje en Volumen: indica los gramos contenidos en 100 ml de disolución (soluto+disolvente) % volumen ( de soluto ) V m soluto disolución *100

Porcentaje en Peso Calcular el % en masa de una disolución de 25 g de sulfato de cobre en 300 g de agua. m m m disolución soluto disolvente Entonces: 25 g + 300 g = 325 g de disolución % peso m soluto V disolución * 100 25 g 325 g * 100 7, 7% El % en masa de la disolución preparada es de 7,7% en sulfato de cobre (soluto)

Porcentaje en Volumen Calcular el % en volumen (grado) que tendrá una disolución de 80 ml de metanol (alcohol de quemar) en 800 ml de agua. Suponer que los volúmenes son aditivos. v v v Entonces: disolución soluto % volumen V soluto V disolución * 100 disolvente 80 ml + 800 ml = 880 ml de disolución 80 ml 880 ml * 100 9,1% El % en volumen de la disolución preparada es de 9,1% o también 9,1

Molalidad (m) Se define como la cantidad de soluto (en moles) disuelto en 1 Kg de disolvente molalidad (m) m n soluto disolvente Ordenando se tiene: molalidad (m) m m disolvente soluto M soluto

Se disuelven 5,61 g de KOH (MM=56,1 g/mol) en 500 ml de agua Cuál es su molalidad, sabiendo que la densidad del agua es 1 g/ml a la temperatura de trabajo? Respuesta: 500mL*1g/mL= 500g de agua Entonces: molalidad (m) 0,50Kg 5,61g * 56,1g/mol molalidad (m) 0,2( mol / Kg ) 0, 2m

Fracción Molar Se define como la relación entre la cantidad de un componente de la disolución, en mol y la cantidad total de las especies presentes en el sistema. X i n n i totales X i = Fracción molar del constituyente i n i = cantidad (en moles) del constituyente i

Fracción Molar Determine la fracción molar del agua y del etanol cuando se disuelven 2,0 mol de agua en 8,0 mol de etanol. Respuesta: n totales n agua n etanol Entonces la fracción molar: 2,0mol + 8,0mol = 10,0mol del agua: X H2O 2,0mol 10,0mol 0,20 8,0mol del etanol: X EtOH 0, 80 10,0mol

Ejercicios Propuestos 1. Una disolución está formada por 8 g de soluto y 250 g de agua. Sabiendo que la densidad de la disolución es de 1,08 g/ml. Calcule la concentración de la disolución en g/l, %pp, %pv. Sol: 33,47 g/l; 3,10%pp; 3,35%pv 2. Calcule la molalidad de una disolución de ácido sufúrico que contiene 24,4 g de ácido sufúrico en 198 g de agua. La masa molar de H 2 SO4 es 98,08 g/mol Sol: 1.26 molal

Ejercicios propuestos Libro Chang. 10 edición A.Pag. 163. 4.60, 4.62, 4.64, 4.66 B.Pag. 546 12.16, 12.18, 12.22, 12.24