Disoluciones 2020 - Ejercicios Resueltos PDF

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DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL EJERCICIOS RESUELTOS Ejercicio 1. A) Complete las siguientes oraciones. Una disolución es una mezcla …………….. (de ……….fase) de dos o más sustancias y de composición ………….... En las disoluciones el ………………. es el componente mayoritario y el ……………. es el minoritario. B) Se prepara una disolución que contiene 13 g NaCl (sal de mesa) y 87 g de agua. La densidad de la misma es 1,07 g/mL. Calcule: a) %m/m; b) %m/v; c) g/L; d) M; e) m y f) X soluto y X solvente. Respuesta 1. Se repasa Curso de Articulación Disciplinar: Química. A) Una disolución es una mezcla homogénea (de una fase) de dos o más sustancias y de composición variable. En las disoluciones el disolvente es el componente mayoritario y el soluto el minoritario. B) a) %m/m: masa de soluto en gramos por 100 gramos de disolución. masa de soluto + masa de solvente = masa disolución  13 g + 87 g = 100 g Resultado: 13 %m/m b) %m/v: masa de soluto en gramos por 100 mL de disolución. 13 g soluto _________ 100 g disol. / 1,07 g disol./mL disol. X = 13,91 g soluto ____ 100 mL disol. Resultado: 13,91 %m/v %m/v = %m/m . densidad disolución c) g/L: masa de soluto en gramos por 1 L (1000 mL) de disolución. 13,91 g soluto _________ 100 mL disol X = 139, 1 g soluto ____ 1000 mL disol Resultado: 139,1 g/L g/L = %m/v . 10 NOTA: Guiarse con los contenidos de cada programa Dra. Claudia B. Falicoff Prof. Adjunta

DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL d) M: número de moles de soluto por litro de disolución La MM del soluto, NaCl: 58,5 g/mol M = 139, 1 g sto. /L disol. = 2, 38 mol /L 58,5 g sto. /mol Resultado: 2,38 M

M = g/L MM

e) m: moles de soluto por kg disolvente Moles de soluto = 13 g / 58,5 g/mol = 0,22 mol de soluto Por lo tanto m = 0,22 mol de soluto = 2,55 m 0,087 kg solvente Resultado: 2,55 m f) Fracción molar: relación del número de moles i (de soluto o disolvente) con el número de moles totales (moles de soluto + moles de disolvente). Si se considera la m = 2,55 → 2,55 moles de soluto en 1000 g de solvente (agua). Estos 1000 g de H2O corresponden a 55,5 moles de solvente (1000g / 18 g. mol-1). X sto. = 2,55_ → X sto. = 0,04 X sto. = m_ 2,55 + 55,5 m + 55,5 X sto. + x ste. =

1

Resultado: X sto. = 0,04

→ X ste. = 1- 0,04 = 0,96 X ste. = 0,96

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DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL Ejercicio 2 A) Las disoluciones, según su concentración, se clasifican en: …………………; …………….. y …………………Complete los espacios en blanco y explique qué significa cada uno de los términos. B) La densidad de una disolución acuosa de metanol (CH3OH) es de 0,976 g/mL y la fracción molar del disolvente es Xste: 0,95. La masa molar del metanol es de 32,04 g/mol. Calcule: a) la molalidad (m); b) la molaridad (M). Respuesta 2 A) Las disoluciones según su concentración, se clasifican en: no saturada, saturada y sobresaturada. Una disolución no saturada contiene menor cantidad de soluto que la que es capaz de disolver. Una disolución saturada contiene la máxima cantidad de un soluto que se disuelve en un disolvente en particular, a una temperatura específica. Una disolución sobresaturada, contiene más soluto que el que puede haber en una disolución saturada. B) a) m: moles de soluto por kg disolvente X sto. = m_ m + 55,5 Fracción molar: relación del número de moles i (de soluto o disolvente) con el número de moles totales (moles de soluto + moles de disolvente). X sto. + x ste. = 1 → X sto. = 1- 0,95 = 0,05 0,05 = m_ m + 55,5 0,05 (m + 55,5) = m

 2,78 = m (1-0,05)

 m= 2,92

b) M: moles de soluto por L disolución m= 2,92 2,92 moles de soluto. 32,04 g/mol = 93,56 g soluto 93,6 g soluto + 1000 g = 1093,6 g disolución NOTA: Guiarse con los contenidos de cada programa Dra. Claudia B. Falicoff Prof. Adjunta

DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL Densidad disolución: m/V = 0,976 g disol/mL disol V=m/densidad  V= 1093,6 g disolución/ 0,976 g/mL = 1120 mL disolución 1120 mL disolución _____ 2,92 moles de soluto 1000 mL disolución _____ X = 2,61 moles de soluto  M= 2,61

Ejercicio 3 A) ¿Qué entiende por dilución? B) Describa cómo prepararía 500 mL de una disolución de HCl 0,3 M, a partir de una disolución de HCl 6 M. Respuesta 3 A) La dilución es el procedimiento que se sigue para preparar una disolución menos concentrada a partir de una más concentrada. Al efectuar un proceso de dilución, conviene recordar que al agregar más disolvente a una cantidad dada de la disolución concentrada, su concentración cambia (disminuye) sin que cambie el número de moles de soluto presente en la disolución. B) Como la concentración de la disolución final es menor que la de la disolución original, éste es un proceso de dilución. moles de soluto antes de la dilución = moles de soluto después de la dilución El número de moles de soluto está dado por la ecuación: moles soluto x Volumen disolución (L) = moles de soluto L solución

MxV= n

Como todo el soluto proviene de la disolución concentrada original, concluimos que n permanece sin cambios; es decir, MiVi = MfVf MiVi = MfVf Donde Mi y Mf son las concentraciones molares de la disolución inicial y final, y Vi y Vf son los volúmenes respectivos de la disolución inicial y final. Desde luego, las unidades de Vi y Vf deben ser las mismas (mL o L) para que los cálculos funcionen. Para verificar que los resultados sean razonables, se debe asegurar que Mi > Mf y Vf > Vi. NOTA: Guiarse con los contenidos de cada programa Dra. Claudia B. Falicoff Prof. Adjunta

DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL Vi = MfVf Mi

 Vi = 500 mL. 0,3 M =25 mL 6M

Por lo tanto, para obtener la concentración deseada se debe diluir 25 mL de la disolución de HCl 6 M con suficiente agua para obtener un volumen final de 500 mL en un matraz volumétrico.

Ejercicio 4 Mezcla de disoluciones de igual soluto. Se añaden 3,00 L de NaOH 0,060 M a 2,00 L de NaOH 0,040 M. ¿Cuál es la M de la solución resultante? Considerar volúmenes aditivos. Respuesta 4 moles de soluto disolución 1 + moles de soluto disolución 2 = moles de soluto finales M1V1 + M2V2= MfVf M1V1 + M2V2 +….MnVn= MfVf Vf = 3,00 L + 2,00 L = 5,00 L 0,060 M . 3,00 L + 0,040 M . 2,00 L = Mf . 5,00 L Mf = 0,052 M

Ejercicio 5 A) ¿Qué entiende por solubilidad? B) Respecto a los factores que afectan la solubilidad, indique verdadero (V) o falso (F). Justifique las respuestas falsas. i. Los compuestos moleculares serán mucho más solubles en disolventes polares. ii. La solubilidad de una sustancia iónica siempre aumenta con la temperatura. iii. La presión externa no afecta la solubilidad de líquidos y sólidos, pero influye en la solubilidad de los gases. C) Analice la siguiente gráfica y conteste las consignas.

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a) Determine la solubilidad en gramos de KCl a 10ºC en 250 g de agua. b) Determine a qué temperatura el KCl y el KNO3 presentan la misma solubilidad. c) ¿Cuál es la sal más soluble a 40 °C? ¿Cuál es la solubilidad de la misma? d) ¿Cómo varía la solubilidad del CaCrO4 con la temperatura? Respuesta 5 A) La solubilidad es una medida de la cantidad de soluto que se disolverá en cierto disolvente a una temperatura específica. B) i. (F) Los compuestos moleculares serán mucho más solubles en disolventes no polares. Las fuerzas intermoleculares presentes son las fuerzas de dispersión. ii. (F) La solubilidad de una sustancia iónica no siempre aumenta con la temperatura.Ej.: Na2SO4 iii. (V) C) a) El KCl presenta una solubilidad de 30 g en 100 g de agua a 10ºC. Por lo tanto: 30 g KCl = x = 75 g KCl 100 g H20 250 g H20

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DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL b) El valor de temperatura será el punto en el que las gráficas del KCl y el KNO3 se cortan. Ese punto está ligeramente por encima de los 20ºC. Una buena aproximación sería una temperatura de unos 22ºC. c) La sal más soluble a 40ºC es KNO3. La solubilidad es 60 g en 100 g de agua. d) La solubilidad del CaCrO4 disminuye con la temperatura.

Ejercicio 6 Verifique si la concentración de oxígeno en el agua de un lago es la adecuada para mantener la vida, lo cual requiere una concentración de 4,16 mg/L. Considere que la presión atmosférica es 1,13 atm y la fracción molar del oxígeno en el aire es 0,21. La constante de Henry para el oxígeno en agua, a la temperatura del lago, es de 1,3.10-3 M/atm. Respuesta 6 La Ley de Henry relaciona la solubilidad del oxígeno en agua con su presión parcial en la disolución. La expresión matemática de la ley es: c = k . P Donde c es la concentración mol/L, k es la constante de Henry y P la presión parcial del gas sobre la disolución. La presión parcial se obtiene a partir de la Ley de las presiones parciales de Dalton. PO2 = xO2 . PT =0,21 . 1,13 atm = 0,24 atm Se calcula la concentración del oxígeno disuelto según la Ley de Henry: c = k . P  c = 1,3.10-3 M/atm . 0,24 atm =3,1.10-4 M Se obtiene la solubilidad expresada en concentración molar. Se convierte esa concentración en masa teniendo en cuenta la masa molar del oxígeno (en mg): MM O2(g) = 32 g /mol 3,1.10-4 mol/L . 32.103 mg/mol = 9,92 mg O2/L >4,16 mg/L La concentración de oxígeno es adecuada para mantener la vida en el lago.

Ejercicio 7 A) Si un soluto es no volátil, ¿la presión de vapor de sus disoluciones siempre es igual/menor/mayor que la del disolvente puro? NOTA: Guiarse con los contenidos de cada programa Dra. Claudia B. Falicoff Prof. Adjunta

DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL B) Calcule la presión de vapor de una solución ideal que contiene 92.1 g de glicerina o glicerol (soluto), C3H5(OH)3 y 184.4 g de etanol (solvente), C2H5OH, a 40 °C. La presión de vapor del etanol puro es de 0.178 atm a 40 °C. La glicerina es esencialmente no volátil a esta temperatura. Respuesta 7 A) Si un soluto es no volátil, la presión de vapor de sus disoluciones siempre es menor que la del disolvente puro. B) Dado que el disolvente es el único componente volátil de esta solución, su presión de vapor puede calcularse según la ley de Raoult como: ∘ 𝑃solvente = 𝑋solvente 𝑃solvente Primero, se calculan las cantidades molares de cada componente de la solución usando los datos de masa proporcionados. 1mol C3 H5 (OH)3 = 1.00mol C3 H5 (OH)3 92.1g C3 H5 (OH)3 × 92.094g C3 H5 (OH)3 184.4g C2 H5 OH ×

1molC2 H5 OH = 4.000mol C2 H5 OH 46.069g C2 H5 OH

Luego, se calcula la fracción molar del solvente (etanol) y se utiliza la ley de Raoult para calcular la presión de vapor de la solución. 4.000 mol = 0.800 𝑋C2H5 OH = (1.00 mol + 4.000 mol) ∘ 𝑃solv = 𝑋solv 𝑃solv = 0.800 × 0.178atm = 𝟎. 𝟏𝟒𝟐 𝐚𝐭𝐦

También se puede calcular la disminución de la presión de vapor mediante la ecuación Debido a que la fracción molar de la glucosa es de

Ejercicio 8 A) Los solutos afectan algunas propiedades físicas de las disoluciones. Explique por qué un soluto puede, a la vez, disminuir la presión de vapor del disolvente y aumentar su punto de ebullición. NOTA: Guiarse con los contenidos de cada programa Dra. Claudia B. Falicoff Prof. Adjunta

DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL B) La urea es un compuesto que se utiliza como fuente de nitrógeno para las plantas. Se estima que un 91% de lo producido a nivel mundial se direcciona a ser fertilizante. Si disolvemos 12 g de urea CO(NH2)2 en 100 g de disolvente, la temperatura de ebullición de la disolución es 94ºC. Determine el punto de ebullición del disolvente puro si la constante ebulloscópica es 0,69ºC/molal. Respuesta 8 A) Cuando se añade un soluto no volátil a un disolvente, las moléculas del soluto interaccionan con las del disolvente, provocando que descienda la presión de vapor del disolvente. Este fenómeno se debe a que hay menos moléculas de disolvente en la superficie de la fase líquida (al haber también partículas de soluto), y a que las moléculas de disolvente establecen fuerzas atractivas con las del soluto, lo que las retiene más en la fase líquida. Como consecuencia de este descenso en la presión de vapor se observa un aumento en la temperatura de ebullición, ya que se necesita mayor temperatura (energía cinética media de las partículas del disolvente) para que éstas puedan igualar la presión externa y así poder comenzar a pasar a estado gaseoso. B) El aumento ebulloscópico de una disolución se puede obtener a partir de la ecuación: Tb = i. kb. m (siendo i el factor de Van’t Hoff, que es i = 1 para la urea, kb es la constante ebulloscópica y m es la molalidad de la disolución). La molalidad de la disolución se puede obtener si se convierte a moles la masa de urea y se divide por la masa del disolvente expresada en kg: MM CO(NH2)2 = 60 g/mol 12 g urea. 1 mol = 0,2 mol de urea 60 g/mol m = 0,2 mol = 2 mol/kg disolvente = 2 molal 0,1 kg/mol Ahora se calcula la variación de la temperatura que experimenta la disolución con respecto al disolvente puro: Tb = i. kb. m = 1. 0,69 ºC. m-1 . 2m = 1,38 ºC

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DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL Como se trata de un aumento ebulloscópico quiere decir que la temperatura de ebullición del disolvente debe ser menor que la de la disolución. Tb = Tb disolución – Tºb solvente puro  Tºb solvente puro = Tb disolución – Tb La temperatura del solvente puro será: Tºb solvente puro = (94 – 1,38) ºC = 92,62 ºC

Ejercicio 9 A) Explique qué entiende por descenso crioscópico y mencione algún ejemplo práctico. B) El punto de congelación del benceno puro es de 5,51 ºC y su kf = 4,90 ºC/molal. Si se disuelven 3,73 g de fósforo blanco en 75,00 g de benceno y la disolución congela a 3,54 ºC ¿Cuál es la masa molar y la fórmula molecular del fósforo blanco? Respuesta 9 A) Cuando se agrega un soluto a un solvente puro, el punto de congelación/fusión disminuye. La disminución del punto de congelación (ΔTf) se define como el punto de congelación del disolvente puro (T°f) menos el punto de congelación de la disolución (Tf). Ejemplos prácticos: la utilización de anticongelantes en los radiadores de los automóviles (ej.: etilenglicol), el tratamiento antihielo para los aviones y carreteras (sales). B) El descenso crioscópico (del punto de congelación o de fusión) de una disolución se puede obtener a partir de la ecuación: Tf = i. kf. m (Siendo: i el factor de Van’t Hoff, que es i = 1 para el fósforo blanco, kf es la constante crioscópica y m es la molalidad de la disolución). ΔTf = Tof solvente puro – Tf disolución ΔTc = (5,51 – 3,54) ºC = 1,97 ºC m = ΔT = 1,97 ºC = i. Kc 1. 4,90 ºC/molal

0,40 molal

0,4 mol fósforo ____ 1000 g C6H6 3 x10 mol fósforo = x ____ 75 g g C6H6 -2

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DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL Según el enunciado se disolvieron 3,73 g de fósforo. MM= m → MM = 3,73 g fósforo = 124 g/mol n 3 x10-2 mol fósforo Masa atómica molar P = 31 g/mol →

MM = 124 g/mol

124 g/mol = 4 → P4 31 g/mol

Ejercicio 10 A) ¿Qué tipo de propiedad es la presión osmótica y de qué depende? B) La pepsina es una enzima que está presente en el aparato digestivo humano, una disolución de una muestra de 0,5 g de pepsina en 30 mL de disolución acuosa exhibe una presión osmótica de 8,92 torr a 27 ºC. Estime la masa molar de la pepsina. Respuesta 10 A) La presión osmótica es una propiedad coligativa. Depende de la cantidad de soluto (no de su naturaleza) y de la temperatura. B)  = i.M.R.T  = i.(n/V).R.T

Se puede despejar n = V/iRT

(Siendo: i el factor de Van’t Hoff, que es i = 1 para la pepsina, M es la molaridad, R la constante de los gases y T la temperatura).

Se convierte torr a atmósferas para ser coherentes con las unidades de R. 8,92 torr x 1 atm = 0,012 atm 760 torr Se reemplaza y calcula n = 0,012 atm . 0,03 L = 1,46 . 10-5 mol pepsina 1.0,082 L.atm.300 K K.mol

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DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL 1,46 . 10-5 mol pepsina ----------- 0,5 g 1 mol pepsina ---------------------- x= 3,4.104 g/mol = MM

Ejercicio 11 La presión osmótica de la sangre se mantiene en valores más o menos constantes, aproximadamente 7,6 atm a la temperatura corporal (37ºC). Los glóbulos rojos, intercambian agua con el plasma sin ganar ni perder el líquido. Para mantener la forma de una célula sanguínea, esta debe estar rodeada de una solución isotónica, lo que quiere decir que la concentración de agua de esta solución es la misma que la del interior de la célula. A) La concentración de la disolución fisiológica es NaCl 0,9 % m/v. Calcular la presión osmótica de dicha disolución a 37ºC. Según el resultado, ¿cómo es la disolución respecto a la sangre? B) Indicar qué pasará con los glóbulos rojos, a 37ºC, si se colocan en las siguientes soluciones: I) NaCl 0,26 M II) NaCl 1,5 % g/L Respuesta 11 A) Π = i.M.R.T (Siendo: i el factor de Van’t Hoff, que es i = 2 para el NaCl, M es la molaridad, R la constante de los gases y T la temperatura). i =2 M = 9 g.L-1 / 58,5 g.mol-1 = 0,15 mol.L-1 R = 0,082 L.atm. (K. mol)-1 T= 37 + 273= 310 K Π = 2. 0,15 mol.L-1. 0,082 L.atm. (K. mol)-1. 310K Π = 7,6 atm La solución es isotónica respecto a la sangre.

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DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL B) I) Π = i.M.R.T Π = 2. 0,26 mol.L-1. 0,082 L.atm. (K. mol)-1. 310K Π = 13,2 atm La solución es hipertónica respecto a la sangre. II) M = 1,5 g.L-1 / 58,5 g.mol-1 = 0,026 mol.L-1 Π = 2. 0,026 mol.L-1. 0,082 L.atm. (K. mol)-1. 310K Π = 1,32 atm La solución es hipotónica respecto a la sangre.

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DISOLUCIONES 2020 DEPARTAMENTO QUÍMICA GENERAL E INORGÁNICA FBCB - UNL Ejercicio 12 ¿Cuál de las siguientes sustancias produciría el mayor descenso crioscópico al disolver 30 g en 1000 g de agua? Justifique su elección: a) Todas igual. b) Cloruro de sodio. c) Cloruro de bario. d) Fructosa (MM = 180 g/mol) Respuesta 12 ΔTb = i. kb . m NaCl = 30 g → 0,51 m → Factor de Van’t Hoff i =2 → 1,0 molal partículas 58,48 g/mol BaCl2 = 30 g → 0,14 m → Factor de Van’t Hoff i =3 → 0,43 molal partículas 208,3 g/mol Fructosa = 30 g → 0,16 m → Factor de Van’t Hoff i =1→ 0, 16 molal partículas 180 g/mol Respuesta: el NaCl produciría el mayor descenso crioscópico.

Ejercicio 13 Se dispone de las siguientes disoluciones acuosas Na2SO4 0,40 m y glucosa 0,80 m ¿Cuál tiene: a) menor presión de vapor; b) mayor punto de ebullición y c) mayor punto de congelación? Justifique su respuesta. Respuesta 13 El Na2SO4 es un compuesto iónico, por lo que al disolverse en agua se disocia en sus iones. Asumiendo que la disociación es completa, el factor de Van’t Hoff para este compuesto es 3. Por lo tanto 0,40 m x 3 = 1,2 molal de partículas Entonces: a) La disolución de Na2SO4 tendrá una menor presión de vapor. b) La disolución de Na2SO4 será un mayor punto de ebullición. c) La disolución de glucosa tendrá un mayor punto de congelación. NOTA: Guiarse con los contenidos de cada programa Dra. Claudia B. Falicoff Prof. Adjunta...