Ejercicios Propiedades Coligativas de disoluciones no electroliticas PDF

Preview

Summary

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADORFACULTAD DE CIENICAS QUIMICASCARRERA DE BIOQUIMICA Y FARMACIAQUÍMICA GENERAL IITEMA 6TAREA INDIVIDUAL 1: EJERCICIOS PROPIEDADES COLIGATIVAS9/15/Revisión de conceptos y ejercicios de práctica Calcule la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 82 g de ur...

Description

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENICAS QUIMICAS CARRERA DE BIOQUIMICA Y FARMACIA QUÍMICA GENERAL II TEMA 6 TAREA INDIVIDUAL 1: EJERCICIOS PROPIEDADES COLIGATIVAS 9/15/2021 Revisión de conceptos y ejercicios de práctica 1. Calcule la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 82.4 g de urea (masa molar = 60.06 g/mol) en 212 mL de agua a 35°C. ¿Cuál es la disminución de la presión de vapor? 𝑃1 = 𝑋1 𝑃°1 = ( 𝑛1 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 212 𝑚𝐿 ×

𝑛1 ) 𝑃°1 𝑛1 + 𝑛2

1 𝑚𝑜𝑙 1,00 𝑔 × = 11,8 𝑚𝑜𝑙 1 𝑚𝐿 18,02 𝑔

𝑛2 𝑢𝑟𝑒𝑎 = 82,4 𝑔 ×

1 𝑚𝑜𝑙 = 1,37𝑚𝑜𝑙 60,06 𝑔

𝑛1 11,8 𝑚𝑜𝑙 = 0,896 𝑋1 = ( )= 11,8 𝑚𝑜𝑙 + 1,37𝑚𝑜𝑙 𝑛1 + 𝑛2 𝑃1 = 0,896 × 42,18 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 37,8 𝑚𝑚𝐻𝑔 ∆𝑝 = 42,18 𝑚𝑚𝐻𝑔 − 37,8 𝑚𝑚𝐻𝑔 ∆𝑝 = 4,38 𝑚𝑚𝐻𝑔

2. Una disolución contiene cantidades molares iguales de los líquidos A y B. Las presiones de vapor de A puro y de B puro son 120 mmHg y 180 mmHg, respectivamente, a cierta temperatura. Si la presión de vapor de la disolución es de 164 mmHg. ¿Qué puede usted deducir acerca de las fuerzas intermoleculares entre las moléculas de A y B en comparación con las fuerzas intermoleculares entre las moléculas de A y entre las moléculas de B? Este tipo de disoluciones siguen esta ley: mientras mayor sea la presión de vapor de un compuesto, el más volátil que es. Así también, a mayor presión de vapor y la volatilidad se traducen en un menor punto de ebullición. Se consideran los siguientes dos casos como A y B: Caso A: Se sabe que las fuerzas intermoleculares entre las moléculas A y B son más débiles que las fuerzas entre las moléculas de A y las fuerzas entre las moléculas de B, entonces estas moléculas tienen mayor tendencia a abandonar la disolución que en el caso de una disolución ideal. Por esto, la disolución toma un valor positivo, lo que la convierte en endotérmica. Caso B: Si las moléculas de A atraen las moléculas de B con más fuerza que las de su misma clase, la presión de vapor de la disolución es menor que la suma de las presiones parciales establecida

por la ley de Raoult. Por esto, la disolución toma un valor positivo, lo que la convierte en exotérmica. 3. Calcule el punto de ebullición y el punto de congelación de una disolución que contenga 478 g de etilenglicol en 3202 g de agua. 478 𝑔 𝐸𝐺 ×

𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑘𝑔

𝑚= 𝑚=

1 𝑚𝑜𝑙 𝐸𝐺 = 7,71 𝑚𝑜𝑙 𝐸𝐺 62,01 𝑔 𝐸𝐺

𝑚𝑜𝑙 𝐸𝐺 7,71 𝑚𝑜𝑙 𝐸𝐺 = 2,41 = 2,41 𝑚 3,202 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 𝑘𝑔𝐻2 𝑂 ∆𝑇𝑏 = 𝐾𝑏 𝑚

∆𝑇𝑏 = 0,52

°𝐶 × 2,41 𝑚 𝑚

∆𝑇𝑏 = 1,25 °𝐶 ∆𝑇𝑓 = 𝐾𝑓 𝑚 ∆𝑇𝑓 = 1,86

°𝐶 × 2,41 𝑚 𝑚

∆𝑇𝑓 = 4,48 °𝐶

4. Esboce un diagrama de fases como el que se muestra en la figura 12.10 para disoluciones no acuosas como la de naftaleno disuelto en benceno. ¿La depresión del punto de congelación y la elevación del punto de ebullición se aplicarían todavía en este caso? Diagrama de fases que ilustra la elevación del punto de presión y la disminución del punto de congelación de disoluciones acuosas. La curva azul pertenece a la disolución y la línea celeste al disolvente puro. Como se puede observar, el punto de ebullición de la disolución es más alto que el del agua, y el punto de congelación de la disolución es más bajo que el del agua. Curva del Benceno 1 2 3 4 5 6 7 8 -

T (°C) 5 3.5 2 0.5 -1 -2.5 -4 -6 -

XB

-

Curva del Naftaleno

T (°C)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10

XN XB

5. ¿Cuál es la presión osmótica (en atm) de una disolución de urea 0.884 M a 16°C? 𝑃𝑜 = 𝑀𝑅𝑇 𝑃𝑜 = 0,884 𝑀 × 0,0821

𝐿. 𝑎𝑡𝑚 × 289 𝐾 𝐾. 𝑚𝑜𝑙

𝑃𝑜 = 20,9 𝑎𝑡𝑚

6. ¿Qué significa cuando decimos que la presión osmótica de una muestra de agua de mar está a 25 atm a cierta temperatura? Significa que es la presión que se requiere para detener la ósmosis. 7. Una disolución de 0.85 g de un compuesto orgánico en 100.0 g de benceno tiene un punto de congelación de 5.16°C. ¿Cuál es la molalidad de la disolución y la masa molar del soluto? 𝑀=

∆𝑇𝑓 𝐾𝑓

5,16°𝐶 = 1,00 𝑚 5,12°𝐶/𝑚

=

0,100 𝑘𝑔 × 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 =

1 𝑚𝑜𝑙 1 𝑘𝑔

= 0,100 𝑚𝑜𝑙

𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 0,85 = 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 0,100

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 = 8,5 𝑔/𝑚𝑜𝑙

8. Una disolución de 202 mL de benceno que contiene 2.47 g de un polímero orgánico tiene una presión osmótica de 8.63 mmHg a 21°C. Calcule la masa molar del polímero. 𝜋 = 𝑀𝑅𝑇

1 𝑎𝑡𝑚 8,63 𝑚𝑚𝐻𝑔 × 𝜋 760 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 𝑀= 𝐿. 𝑎𝑡𝑚 𝑅𝑇 0,0821 𝐾. 𝑚𝑜𝑙 × 294 𝐾 𝑀 = 4,70 × 10−4 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝑀= 𝑀=

𝑚𝑔 𝑀 × 𝑉(𝐿)

𝑚𝑔 2,47 𝑔 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 × 𝑉 (𝐿) 4,70 × 10−4 𝑀 × 0,202 𝐿 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 = 26016, 43

𝑔

𝑚𝑜𝑙

9. Indique qué compuesto en cada uno de los siguientes grupos tiene la mayor tendencia a formar pares iónicos en agua: a) NaCl o Na2SO4, b) MgCl2 o MgSO4, c) LiBr o KBr. a) Na2SO4 b) MgSO4 c) Ninguno ya que son iones con una sola carga. 10. La disminución del punto de congelación de una disolución de MgSO4 0.100 m es de 0.225°C. Calcule el factor de Van’t Hoff del MgSO4 a esta concentración.

𝜋 = 𝑖𝑀𝑅𝑇

𝜋 = 0,100 × 0,0821

𝑎𝑡𝑚. 𝐿

𝐾. 𝑚𝑜𝑙 𝑖=

𝑖=

× 273,225 𝐾 = 2,92 𝑎𝑡𝑚

𝜋 𝑀𝑅𝑇

2,92 𝑎𝑡𝑚 𝑎𝑡𝑚. 𝐿 0,100 𝑀 × 0,0821 𝐾. 𝑚𝑜𝑙 × 298𝐾 𝑖 = 1,07

11. La presión osmótica de la sangre es de aproximadamente 7.4 atm. ¿Cuál es la concentración aproximada de una disolución salina (disolución de NaCl) que debe usar un médico para una inyección intravenosa? Use 37°C como temperatura fisiológica. 𝐶=

𝜋 7,4 𝑎𝑡𝑚 = 𝑅𝑇 0,0821 𝑎𝑡𝑚. 𝐿 × 310 𝐾. 𝑚𝑜𝑙 𝐶 = 0,291 𝑚𝑜𝑙/𝐿

Ejercicios extra 12. Se prepara una disolución disolviendo 396 g de sacarosa (C12H22O11) en 624 g de agua. ¿Cuál es la presión de vapor de esta disolución a 30°C? (La presión de vapor del agua es de 31.8 mmHg a 30°C.) 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶12 𝐻22 𝑂11 = 396 𝑔 × 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2 𝑂 = 624 𝑔 × 𝑋𝐻2𝑂 =

1 𝑚𝑜𝑙 = 1,16 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 342,3 𝑔

1 𝑚𝑜𝑙 = 34,6 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂 18,2 𝑔

34,6 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂 = 0,968 34,6 𝑚𝑜𝑙 + 1,16 𝑚𝑜𝑙

𝑃𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 − 𝑋𝐻2 𝑂 × 𝑃 ° 𝐻2𝑂 = (0,968) × (31,8 𝑚𝑚𝐻𝑔) 𝑃𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 = 30,8 𝑚𝑚𝐻𝑔 13. ¿Cuántos gramos de sacarosa (C12H22O11) se deben agregar a 552 g de agua para obtener una disolución cuya presión de vapor sea 2.0 mmHg menor que la del agua pura a 20°C? (La presión de vapor del agua a 20°C es de 17.5 mmHg.) ∆𝑃 = 𝑋2 𝑃°1 ∆𝑃 = 𝑋𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 𝑃° 𝐻2 𝑂 𝑋𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 =

∆𝑃 𝑃° 𝐻2 𝑂

𝑋𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 =

2,0 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 0,11 17,5 𝑚𝑚𝐻𝑔

𝑋𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 =

𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 𝑛𝐻2 𝑂 + 𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎

𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐻2 𝑂 = 552 𝑔 ×

1 𝑚𝑜𝑙

18,02 𝑔

𝑋𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 = 0,11 =

= 30,6 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂

𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 30,6 + 𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎

𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 = 3,8 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 = 3,8 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 ×

342,3 𝑔 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 1 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎 = 1,3 × 103 𝑔 𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑎

14. La presión de vapor del benceno es de 100.0 mmHg a 26.1°C. Calcule la presión de vapor de una disolución que contiene 24.6 g de alcanfor (C10H16O) disueltos en 98.5 g de benceno. (El alcanfor es un sólido poco volátil.) 𝑃1 = 𝑋1 𝑃°1 = ( 𝑛1 = 98,5 𝑔 𝑏𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑜 × 𝑛1 = 24,6 𝑔 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑓𝑜𝑟 × 𝑃1 =

𝑛1 ) 𝑃°1 𝑛1 + 𝑛2

1 𝑚𝑜𝑙 = 1,26 𝑚𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑐𝑒𝑛𝑜 78,11 𝑔

1 𝑚𝑜𝑙 = 0,162 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑓𝑜𝑟 152,2 𝑔

1,26 𝑚𝑜𝑙 × 100,0 𝑚𝑚𝐻𝑔 (1,26 + 0,162)𝑚𝑜𝑙 𝑃1 = 88,6 𝑚𝑚𝐻𝑔

15. Las presiones de vapor del etanol (C 2H5OH) y del 1-propanol (C3H7OH) a 35°C son de 100 mmHg y 37.6 mmHg, respectivamente. Suponga un comportamiento ideal y calcule las presiones parciales de etanol y 1-propanol a 35°C, sobre una disolución de etanol en 1-propanol, en la que la fracción molar del etanol es de 0.300. 𝑃𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 𝑋𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 × 𝑃° 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0,300 × 100 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑃𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 30 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑜𝑙 = 𝑋𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑜𝑙 × 𝑃°1 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0,700 × 37,6 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑜𝑙 = 26,3 𝑚𝑚𝐻𝑔

16. La presión de vapor del etanol (C2H5OH) a 20°C es de 44 mmHg, y la presión de vapor del metanol (CH3OH) a la misma temperatura es de 94 mmHg. Se prepara una mezcla de 30.0 g de metanol y 45.0 g de etanol (se supone un comportamiento ideal). a) Calcule la presión de vapor del metanol y del etanol en esta disolución a 20°C. 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 30,0 𝑔 × 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 45,0 𝑔 × 𝑋𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 =

1 𝑚𝑜𝑙 = 0,936 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻3 𝑂𝐻 32,04 𝑔

1 𝑚𝑜𝑙 = 0,977 𝑚𝑜𝑙 𝐶2 𝐻5 𝑂𝐻 46,07 𝑔

0,936 𝑚𝑜𝑙 = 0,489 0,936 𝑚𝑜𝑙 + 0,977 𝑚𝑜𝑙

𝑋𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 1 − 𝑋𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0,511 𝑃𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0,489 × 94 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑃𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 46 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑃𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0,511 × 44 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑃𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 22 𝑚𝑚𝐻𝑔

b) Calcule la fracción molar del metanol y del etanol en el vapor de la disolución a 20°C. Dado que n=PV/RT y V y T son iguales para ambos vapores, el número de moles de cada sustancia es proporcional a la presión parcial. Luego podemos escribir para las fracciones molares: 𝑋𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 =

𝑃𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 46 𝑚𝑚𝐻𝑔 = = 0,68 𝑃𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝑃𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 46 𝑚𝑚𝐻𝑔 + 22 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑋𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 1 − 𝑋𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑋𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0,32

17. ¿Cuántos gramos de urea [(NH2)2CO] se deben agregar a 450 g. de agua para obtener una disolución con una presión de vapor de 2.50 mmHg menor que la del agua pura, a 30° C? (La presión de vapor del agua a 30 °C es de 31.8 mmHg.) ° ∆𝑃 = 𝑋𝑢𝑟𝑒𝑎 𝑃𝑎𝑔𝑢𝑎

2.50 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 𝑋𝑢𝑟𝑒𝑎 (31.8 𝑚𝑚𝐻𝑔) 𝑋𝑢𝑟𝑒𝑎 = 0.0786 𝑛𝑎𝑔𝑢𝑎 = 450 𝑔 𝐻2 𝑂 ∙

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂 18.02 𝑔 𝐻2 𝑂

𝑛𝑎𝑔𝑢𝑎 = 25.0 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂 𝑋𝑢𝑟𝑒𝑎 =

𝑛𝑢𝑟𝑒𝑎 𝑛𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑛𝑢𝑟𝑒𝑎

0.0786 =

𝑛𝑢𝑟𝑒𝑎 25.0 + 𝑛𝑢𝑟𝑒𝑎

𝑛𝑢𝑟𝑒𝑎 = 2.13 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑟𝑒𝑎 = 2.13 𝑚𝑜𝑙 𝑢𝑟𝑒𝑎 ∙

60.06 𝑔 𝑢𝑟𝑒𝑎 1 𝑚𝑜𝑙 𝑢𝑟𝑒𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑟𝑒𝑎 = 128 𝑔 𝑑𝑒 𝑢𝑟𝑒𝑎...