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UNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICASEJERCICIOS RESUELTOS SOLUCIONES FUNDAMENTOS QUÍMICA I QUIM- Usted dispone de una solución de KOH que preparó disolviendo 30 gramos de KOH en un recipiente que contenía finalmente 300 mL de solución. Además ésta solución e...

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UNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

EJERCICIOS RESUELTOS SOLUCIONES FUNDAMENTOS QUÍMICA I QUIM-110

1. Usted dispone de una solución de KOH que preparó disolviendo 30 gramos de KOH en un recipiente que contenía finalmente 300 mL de solución. Además la densidad de ésta solución era de 1.15 g/ mL, al respecto calcule: a) El porcentaje peso-volumen. b) La molaridad de la solución. c) El porcentaje peso-peso de esta solución. DESARROLLO

a)

p/v = masa soluto/ 100 mL solución

30 g soluto -------------------- 300 mL solución X g soluto -------------------- 100 mL solución X=

30 g soluto X100 mL solución

= 10% p/v

300 mL solución

b)

M= moles soluto/ 1L Solución Moles= Masa/ Masa molar

Moles KOH = 30 g/ 56 g/mol = 0.54 mol

Masa molar KOH= 56 g/mol 0.54 mol KOH --------------300 mL solución X mol KOH ----------------- 1000 mL solución 1

X= 0.54 mol KOH x 1000 mL solución

X= 1.8 M

300 mL solución

C) % p/p = gr soluto/100 g solución Densidad = Masa/ Volumen Masa Solución= Densidad x Volumen Masa Solución= 1.15 g/ mL x 300 mL = 345.0 g

30 g soluto -------------------- 345.0 g solución X g soluto -------------------- 100 g solución X=

30 g soluto x100 g solución 345.0 g solución

2

= 8.7% p/p

2. Un ácido sulfúrico de laboratorio ( H2SO4) tiene una densidad de 1.415 g/mL y una concentración molal de 11.14. Al respecto determine: a) El % p/p de la solución de H2SO4 concentrado. b) La molaridad del H2SO4 concentrado. c) El volumen necesario de H2SO4 11.14 molal para preparar 50 mL de H2SO4 5 Molar. d) Determine la Normalidad del H2SO4 11.14 molal y densidad 1.415 g/mL. e) El % p/v de la solución de H2SO4 11.14 molal. DESARROLLO

a) m= 11.14 mol

% p/p = g soluto x100

1000 g solvente

100 g solución

1) Transformar de mol a gramos Moles= Masa/ Masa molar Masa = Mol x Masa molar Masa H2SO4 = 11.14 mol x 98g/mol = 1091.72 g 2)

Calcular masa de la solución

Solución= Soluto + Solvente Masa solución= 1091.72 g + 1000 g = 2091.72 g 3)

Calcular % p/p = g soluto x100 100 g solución

1091.72 g H2SO4 ---------------- 2091.72 g solución X g soluto

-------------------- 100 g solución

X= 1091.72 g H2SO4 x 100 g solución =

52.19% p/p

2091.72 g solución b) m= 11.14 mol

M = moles soluto 3

1000 g solvente

1000 mL solución

1) Transformar masa de solvente a volumen de solución Densidad = Masa solución / Volumen solución Volumen solución = Masa solución/ Densidad Volumen solución = 2091.72 g / 1.415 g/mL = 1478.24 mL 2) Calculo de la molaridad 11.14 mol soluto -----------------1478.24 mL solución X moles de soluto -------------- 1000 mL solución X= 7.53 M

C) El volumen necesario de H2SO4 11.14 molal para preparar 50 mL de H2SO4

5 Molar. Se utiliza la relación C1xV1 = C2x V2 Solamente se utilizan para el cálculo concentraciones Molares En el ejercicio anterior se transformó la m a M, es decir 11.14 m= 7.53 M V1=X

C1= 7.53 M

V1 x C1 = X

7.53 M =

V2= 50 mL C2= 5M

V2 x C2 50mL X 5M

V1= V2 x C2 C1

d) M= 7.53 moles H2SO4

V1 = 50mL X 5M = 33.2 mL H2SO4 7.53 M

N = N° Equivalente soluto

4

1 L Solución

1 L Solución

La Normalidad se calculará a partir de la molaridad, recuerde que 7.53 M es equivalente a 11.14 m. Número de equivalente= Masa / peso equivalente Peso equivalente= Masa molar/ N° entidades elementales Entidades elementales son las que se transfieren en una reacción redox ó ácido-base. En nuestro caso el H2SO4 se disocia en: H2SO4 ---------------------- 2H+ + SO4 -2

Tenemos 2 entidades elementales

1) Calculando el peso equivalente: Peso equivalente= Masa molar/ N° entidades elementales Peso equivalente= 98 g/mol / 2 = 49 eq 2) Calculando número de equivalente: Número de equivalente= Masa soluto / peso equivalente Masa de soluto? Masa de soluto= mol x masa molar H2SO4 Masa de soluto= 7.53 mol x 98 g/mol Masa de soluto= 737.94 g Número de equivalente= Masa soluto / peso equivalente Número de equivalente= 737.94 g/ 49 g/eq = 15.06 eq 15.06 eq ------------------------- 1L X eq ------------------------------ 1 L

X= 15.06 N

5

Observar que tenemos 7.53 M y la Normalidad es 15.06. Por lo tanto la Normalidad es igual a: N= Mx n, donde n es igual al número de entidades elementales , que en el caso del H2SO4 es 2. N= 7.53 x 2 = 15.06 N

e) M= 7.53 moles H2SO4

% p/v =

1 L Solución

g soluto 100 mL Solución

Masa de soluto= 737.94 g H2SO4 737.94 g H2SO4 ----------------------- 1000 mL solución X g soluto

-------------------------100 ml solución X= 737.94 g H2SO4 x 100 Ml = 73.79% p/v 1000 mL

6

3. Un ácido Fosfórico (H3PO4) de laboratorio tiene una concentración que es 6 Molar y densidad 1.338 g/mL al respecto calcule:

a) La concentración en % p/p del ácido concentrado. b) La molalidad del H3PO4 concentrado. c) El volumen necesario para preparar 200 mL de H3PO4 20% p/v a partir del ácido concentrado. d) La concentración en % p/v del ácido concentrado H3PO4 6 Molar. e ) La concentración Normal del H3PO4 20% p/v.

DESARROLLO a)

M= 6 moles H3PO4

% p/p =

1 L Solución

g soluto 100 g Solución

1) Transformar de moles a gramos Moles= Masa/ Masa molar Masa = Mol x Masa molar Masa H3PO4 = 6 mol x 98g/mol = 588 g 2) Transformar volumen a masa Densidad = Masa/ Volumen Masa Solución= Densidad x Volumen Masa Solución= 1.338 g/ mL x 1000 mL =1338 g 588 g soluto -------------------- 1338 g solución X g soluto -------------------- 100 g solución X=

588 g soluto x100 g solución 1338g solución 7

= 43.95% p/p

b) M = 6 moles soluto

m= mol soluto

1000 mL solución

1000 g solvente

1) Calcular g solvente Solución = soluto + solvente Gramos Solvente= g Solución – g soluto Gramos Solvente= 1338 g solución – 588 g soluto = 750 g solvente 2) Calculo de la m 6 moles soluto

__________________ 750 g solvente

X moles de soluto ------------------------------- 1000 g solvente X=

6 moles soluto x 1000 g solvente = 8.0 m 750 g solvente

c) % p/v =20 g soluto 100 mL

M=

moles soluto 1000 mL solución

1) Transformar %p/v a M Moles de H3PO4 = 20 g souto/ 98g/mol = 0.2 moles 0.2 moles H3PO4 ---------------------------100 mL X moles H3PO4

------------------------------------------

X= 0.2 moles H3PO4 x 1000 mL

1000 mL

= 2M

100 mL 2) Calculo del V V1=X

C1= 6 M

V2= 200 mL C2= 2M

8

V1 x C 1 = X

6M =

V2 x C2 200mL X 2M

V1= V2 x C2

V1 = 200mL X 2M = 66.67 mL H3PO4

C1

d)

M= 6 moles H3PO4

6M

% p/v =

1000 mL Solución

g soluto 100 mL Solución

Masa H3PO4 = 6 mol x 98g/mol = 588 g 588 g H3PO4 ------------------------ 1000 mL Xg H3PO4 --------------------------- 100 mL X = 588 g H3PO4 X 100 mL = 58.8% p/v 1000 mL e) M= 2 moles H3PO4

N = N° Equivalente soluto

1 L Solución

1 L Solución

La Normalidad se calculará a partir de la molaridad, recuerde que 20% p/v es equivalente a 2M. Número de equivalente= Masa / peso equivalente Peso equivalente= Masa molar/ N° entidades elementales Entidades elementales son las que se transfieren en una reacción redox ó ácido-base. En nuestro caso el H3PO4 se disocia en: H3PO4 ---------------------- 3H+ + PO4 -3

Tenemos 3 entidades elementales

9

1) Calculando el peso equivalente: Peso equivalente= Masa molar/ N° entidades elementales Peso equivalente= 98 g/mol / 3 = 32.7 g/ eq 2) Calculando número de equivalente: Número de equivalente= Masa soluto / peso equivalente Masa de soluto? Masa de soluto= mol x masa molar H2SO4 Masa de soluto= 2 mol x 98 g/mol Masa de soluto= 196 g Número de equivalente= Masa soluto / peso equivalente Número de equivalente= 196 g/ 32.7 g/eq = 6.0 eq 6.0 eq ------------------------- 1L X eq ------------------------------ 1 L

X= 6 N

Observar que tenemos 2 M y la Normalidad es 6. Por lo tanto la Normalidad es igual a: N= Mx n, donde n es igual al número de entidades elementales, que en el caso del H3PO4 es 3. N= 2 x 3 = 6 N

10

4. Se dispone de una solución de ácido nítrico HNO3 con las siguientes características densidad 1.42 g/mL y un 55.4% de p/v, al respecto calcule: a) La molalidad del ácido nítrico b) La fracción molar del ácido nítrico c) Volumen de la solución necesaria para preparar 300 mL de solución 2.5 Molar. d) Gramos de soluto que hay en 600 mL de solución 2.5 Molar. e) La fracción molar del solvente en la solución 2.5 Molar. DESARROLLO a) % p/v =55.4 g soluto 100 mL solución

m=

moles soluto 1000 mg solvente

1) Transformar de gramos a mol Moles= Masa/ Masa molar

Masa molar HNO3 = 63g/mol

Moles= 55.4g soluto/ 63g/mol = 0.88 mol 2) Calcular masa de la solución Densidad = Masa solución / Volumen solución Masa solución = Volumen solución x Densidad Masa solución = 100mL/1.42 g/mL = 142g Masa Solvente = Masa Solución – Masa Soluto Masa solvente= 142 g - 55.4 g = 86.6 g 0.88 mol --------------------------- 86.6 g solvente X mol

---------------------------- 1000 g solvente X= 10.16 m 11

b) Fracción Molar HNO3 Xsoluto=

moles HNO3 moles HNO3 + moles solvente ( H20)

mol solvente=

86.6 g

= 4.81 mol

18.0 g/mol

Xsoluto=

0.88 mol

=

0.88 mol = 0.15

0.88 mol + 4.81 mol

5.69 mol

c) Se debe calcular la M % p/v =55.4 g soluto

M=

100 mL solución

moles soluto 1000 mL solución

Moles= 55.4g soluto/ 63g/mol = 0.88 mol soluto 0.88 moles HNO3 ----------------------- 100 mL solución Xmoles

-------------------------------- 1000 mL X= 8.8 M

V1 x C 1 = X

8.8 M =

V1= V2 x C2

V2 x C 2 300mL X 2.5M V1 = 300mL X 2.5M = 85.22 mL HNO3

C1

8.8 M

12

d) 2.5 moles HNO3 ---------------------- 1000 mL X moles X=

------------------------600 mL

2.5 moles HNO3 x 600 mL = 1.5 moles HNO3 1000 mL

Masa de soluto= mol x masa molar HNO3 Masa HNO3 = 1.5 mol HNO3 x 63 g/mol = 94.5 g

e) 2.5 M = 2.5 moles soluto/ 1000 mL solución Masa solución= Densidad x Volumen Masa solución= 1.42 g/mL x 1000 mL Masa solución = 1420 g Masa Soluto= moles x masa molar Masa Soluto= 2.5 moles x 63g/mol Masa Soluto = 157.5 g Masa Solvente= 1420 g - 157.5 g Masa Solvente= 1262.5 g Suponemos que el solvente es agua Moles Solvente= 1262.5 g/ 18g/mol Moles Solvente= 70.13 X Solvente = 70.13 mol/ 70.13 mol + 2.5 mol X Solvente = 0.96

13

5. Se dispone de una disolución acuosa de H3PO4 (ácido fosfórico) que contiene 300 g/L de dicho ácido y la densidad de ésta solución es 1.153 g/mL al respecto calcule: a) La molaridad de ésta solución. b) El porcentaje peso-volumen de ésta solución. c) El porcentaje peso-peso de ésta solución. d) La normalidad de ésta solución. e) Volumen de solución necesaria para preparar 630 mL de solución 1.5 molar. f) Porcentaje peso-volumen de la solución 1.5 molar. g) Masa de soluto que hay en 3000 mL de la solución 1.5 molar.

a) 300 g/L ………………….. M= mol/1000 mL 1) Transformar a moL Mol= 300 gr /98g/mol Mol soluto= 3.06 2) Calcular la M 3.06 mol de soluto --------------------- 1000mL Xmol soluto ----------------------------------1000 mL X= 3.06 M H3PO4

14

b)

300 gr ---------------- % peso/volumen = gr soluto 1000 mL

100 mL solución

300 gr soluto --------------------- 1000 mL solución X gr soluto

-----------------------100 mL solución X= 30% p/v

c)

300 gr ---------------- % peso/peso = gr soluto 1000 mL

100 g solución

1) Calcular la masa de la solución = densidad x volumem masa de la solución = 1.153 gr/mL x 1000 mL masa de la solución = 1153 gr 2) Calcular %p/p 300 gr soluto ------------------ 1153 gr solución X gr soluto ----------------------- 100 g solución X= 26.01% p/p

d) M= 3.06 moles soluto 1000 mL solución

------------------ N= Número equiv. soluto 1000 mL solución

La Normalidad se calculará a partir de la M Número de equivalente= Masa / peso equivalente Peso equivalente= Masa molar/ N° entidades elementales 15

Entidades elementales son las que se transfieren en una reacción redox ó ácido-base. En nuestro caso el H3PO4 se disocia en: H3PO4 ---------------------- 3H+ + PO4 -3

Tenemos 3 entidades elementales

3) Calculando el peso equivalente: Peso equivalente= Masa molar/ N° entidades elementales Peso equivalente= 98 g/mol / 3 = 32.7 g/ eq 4) Calculando número de equivalente: Número de equivalente= Masa soluto / peso equivalente Masa de soluto? Masa de soluto= mol x masa molar H2SO4 Masa de soluto= 3.06 mol x 98 g/mol Masa de soluto= 299.9 gr Número de equivalente= Masa soluto / peso equivalente Número de equivalente= 299.9 g/ 32.7 g/eq = 9.17 eq 9.17 eq ------------------------- 1L X eq ------------------------------ 1 L

X= 9.17 N

Observar que tenemos 3.06 M y la Normalidad es 9.17. Por lo tanto la Normalidad es igual a: N= Mx n, donde n es igual al número de entidades elementales, que en el caso del H3PO4 es 3. N= 3.06 x 3 = 9.18 N 16

e)

V1 x C1 = X

3.06 M =

V2 x C 2 630mL X 1.5M

V1= V2 x C2

V1 = 630mL X 1.5M = 308.82 mL

C1

3.06 M

f) 1.5 M= moles soluto ------------------------- % p/v= gr soluto 1000 mL solución 100 mL solución Masa Soluto= moles x masa molar Masa Soluto= 1.5 mol x 98 gr/ Mol Masa Soluto= 147 gr

147 gr soluto -------------------- 1000 mL solución X gr soluto

----------------------100 mL solución X= 14.7% p/v

g)

1) Cálculo de los moles que hay en 3000 mL solución 1.5 moles ------------------------ 1000 mL solución X moles ------------------------ 3000 mL solución X= 4.5 moles H3PO4 2)

Cálculo de la masa = moles x masa molar masa = 4.5 mol x 98g/mol = 441 gr H3PO4

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