Formulario Y Problemas DE Soluciones Valoradas PDF

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Compendio de problemas de soluciones...

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FORMULARIO SOLUCIONES VALORADAS gr n = --------PM

número de moles

gr = n* PM gramos de sustancia PORCENTUALES (%)

gr de soluto % = -------------------- x 100 gr de solución

n M = ------V

% gr de soluto = -------------- x gr de solución 100 MOLARIDAD (M) PORCENTUALES V en litros Gr soluto n Gr/L = ---------------------V = -------L Solución M

n = M*V

MOLALIDAD (m) n m = ------Kg ste

n = m * Kg ste

n Kg ste= -------m

Densidad (ρ) = m sol / V

m sol = masa de solución (gr sto + gr ste) m sol = ρ * V V = m sol / ρ

NORMALIDAD (N) V en Litros gr N = ------------V * Peq

gr = N * V*Peq

gr V = ----------N * Peq

No. Avogadro: 6.02 X1023 No. Átomos o moléculas= n * 6.02 X1023 CNTP: 1 mol x sustancia = 22.4 L

PM Peq = -------------No. Oxidación Catión

Gr/L = gr sto / L sol 1cm3 = 1 ml gr A Kg = gr / 1000 ml a L = ml / 1000

FRACCIÓN MOLAR (X)

n sto X sto = -------------------------n sto + n ste

n sto X sto = -------------------------n sto + n ste

XSOLUTO + XSOLVENTE = 1 ING. JOSE LUIS SIERRA ORTIZ

PH PH = - LOG [H+] PH = - LOG [H3O+] POH = - LOG [OH-] CONCENTRACION [H+] = ANTILOG - PH [OH-] = ANTILOG – POH Kw = PH + POH = 14 IONES PRODUCTOS Ka = ------------------------------ACIDO IONES PRODUCTOS Kb = ------------------------------BASE

PORCENTUALES. EJEMPLOS: 1. Disolvemos 45 gramos de amoniaco NH3 en 500 gramos de agua. Calcula el porcentaje en masa de la disolución. SOLUCION: Recuerda siempre que: Soluto + Solvente (disolvente) = Solución ó Disolución. Soluto (sto) 45 g de NH3 Solvente (ste) 500 g de H2O (Generalmente el agua es el disolvente, por eso se considera el solvente universal) 545 g de solución Entonces: % = (45 x 100) / 545 = 8.256 %

2. Calcular los gramos de una sustancia que hay que pasar para preparar una disolución de 100 ml y composición 20g/L SOLUCION: Aplicamos esta fórmula: solución de 100 mL. Composición 20 g/L Primero convertimos los mL a Litros dividiendo entre 1000. 100mL / 1000 = 0.1L x Sustituyendo valores: 20 g/L = ----------, entonces: x = 20g/L * 0.1 L= 2 gr de soluto. 0.1 L 0.1 está dividiendo a x, pasa multiplicando a 20 y queda despejado X

Se eliminan los L, quedando sólo gramos

3. Una disolución acuosa de hidróxido de potasio tiene una riqueza del 30% en masa. Sabiendo que la densidad de la disolución es de 1.3 g/ml calcula la masa de soluto que hay en 100 ml de disolución. SOLUCION: Se utiliza primero la fórmula de El problema nos da como datos el valor de la densidad y el volumen de la disolución, por tanto, nos falta la m sol. Despejando m sol queda: m sol = 1.3 g/ml * 100 ml = 130 g de solución (se eliminan los ml) Ahora para calcular los gr o masa de soluto se utiliza la fórmula: gr de soluto = (30% * 130 gr) / 100 = 39 gr de soluto o masa de soluto. PROBLEMAS A RESOLVER: 1. Queremos preparar 300 mL de disolución de sal en agua, con una concentración de 8 g/l. ¿Qué cantidad de sal debemos disolver en agua? 2. La leche tiene una densidad de 1.10 g/mL y 3.8 g de proteínas en 100 mL Expresa la concentración de proteínas en g/L y en tanto por ciento en masa. 3. Si en 300 mL de cierta disolución acuosa hay 15 g de azúcar y la densidad de dicha disolución es de 1 .5 g/ml, ¿cuál es la concentración de ésta en g/L y en tanto por ciento en masa? 4. Una disolución acuosa de hidróxido de potasio tiene una riqueza del 45% en masa. Sabiendo que la densidad de la disolución es de 1.8 g/ml calcula la masa de soluto que hay en 100 ml de disolución .

5. Se disuelven 200 g de sal en 700 g de agua. La densidad de la disolución es de 1.450 g/mL . Calcula la concentración de la disolución en: a) Tanto por ciento en masa b) Gramos por litro.

MOLARIDAD. EJEMPLOS: 1. Calcular la molaridad de una disolución de 250 ml en la que está disueltos 30 gramos de cloruro sódico (NaCl). Datos: pesos atómicos Na=23, Cl=35.5. SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. Datos: V = 250 mL / 1000 = 0.25 L (la Molaridad siempre es mol / L) Soluto 30 g NaCl PM (Peso Molecular, también puede ser Masa Molar MM) = Na 23 + Cl 35.5 = 58.5 gr / mol Convierto los gramos de soluto a moles: n (moles) n= 30 gr / 58.5 gr /mol = 0.512 mol (se eliminan los gramos, queda sólo mol) Ahora aplicamos la fórmula de Molaridad y sustituimos valores: M = 0.512 mol / 0.25 L = 2.048 mol/L ó 2.048 M

2. Calcular los gramos de hidróxido de sodio (NaOH) de 350 ml de disolución 2 M. Datos: pesos atómicos Na=23, O=16, H=1. SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. Datos: V = 350 mL / 1000 = 0.35 L (la Molaridad siempre es mol / L) PM (Peso Molecular, también puede ser Masa Molar MM) = Na 23 + O 16 + H 1 = 40 gr / mol Molaridad = 2 mol / L El problema nos da Molaridad, y volumen, nos falta obtener los moles; pero como no tengo gr, debo despejar la fórmula de Molaridad y queda: n = M * V n= 2 mol/L * 0.35 L = 0.7 mol (se eliminan los Litros, queda sólo mol) n = gr / PM, despejamos gr: gr = n * PM Ahora aplicamos la fórmula despejada para obtener los gr se NaOH: gr = 0.7 mol * 40 gr/mol = 28 gr de NaOH

3. Si se desea obtener una solución 0.5M de KOH disolviendo 50 gr de hidróxido, ¿qué volumen de solución se obtendrá? K = 39, O = 16, H = 1. SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. Datos: Soluto 50 gr KOH PM (Peso Molecular, también puede ser Masa Molar MM) = K 39 + O 16 + H 1 = 56 gr / mol Molaridad = 0.5 mol / L Convierto los gramos de soluto a moles: n (moles) n= 50 gr / 56 gr /mol = 0.892 mol (se eliminan los gramos, queda sólo mol) Se despeja el volumen V en la formula de Molaridad, y queda: V = n / M Ahora aplicamos la fórmula y sustituimos valores: V = 0.892 mol / 0.5 mol/L = 1.784 L (Se eliminan los moles y quedan L)

PROBLEMAS A RESOLVER: 1. Calcular la molaridad de 5 gramos de ácido sulfúrico (H2SO4) en una disolución de 200 ml. Datos: pesos atómicos S=32,1, O=16, H=1. 2. Calcular los gramos de HCl que se requieren para preparar 500 ml de solución al 0.5 M.

3. ¿Qué cantidad de glucosa, C6H12O6, se necesita para preparar 100 ml de disolución 0.2 molar? 4. Se ha preparado una disolución disolviendo 294 g de ácido sulfúrico. y añadiendo agua hasta completar 2

litros. Calcula su molaridad. 5. Calculen el volumen de H2SO4 puro necesario para preparar 500 ml de disolución 0.05 M.

MOLALIDAD. EJEMPLOS: 1. Calcule la molalidad de una solución que se prepara disolviendo 12 gramos de hidróxido de aluminio Al(OH)3 en 350 gramos de agua. SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. Datos: Kg = 350 gr / 1000 = 0.35 Kg (la Molalidad siempre es mol / Kg) Soluto 12 g Al(OH)3 PM (Peso Molecular, también puede ser Masa Molar MM) = Al 27 + O 16 x3 + H 1 x 3 = 78 gr / mol Convierto los gramos de soluto a moles: n (moles) n= 12 gr / 78 gr /mol = 0.153 mol (se eliminan los gramos, queda sólo mol) Ahora aplicamos la fórmula de molalidad y sustituimos valores: m = 0.153 mol / 0.35 Kg = 0.437 mol/Kg ó 0.437 m

2. Calcular los gramos de metanol (CH3OH) en una disolución 15 molal donde el disolvente son 50 gramos de agua. SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. Datos: Kg = 50 gr / 1000 = 0.05 Kg PM (Peso Molecular, también puede ser Masa Molar MM) = C 12 + O 16 + H 1x4 = 32 gr / mol molalidad = 15 mol / Kg El problema nos da molalidad, y Kg ste, nos falta obtener los moles; pero como no tengo gr, debo despejar la fórmula de molalidad y queda: n = m * Kg n= 15 mol/Kg * 0.05 Kg = 0.75 mol (se eliminan los Kg, queda sólo mol) n = gr / PM, despejamos gr: gr = n * PM Ahora aplicamos la fórmula despejada para obtener los gr: gr = 0.75 mol * 32 gr/mol = 24 gr de NaOH

PROBLEMAS A RESOLVER: 1. Calcular la molalidad de una disolución de 90 gramos de glicerina (C3H8O3) en 200 gramos de agua. 2. Calcular la molalidad de una disolución de 95 gramos de ácido nítrico (HNO 3) en 2.5 litros de agua. 3. Determinar la molalidad de una solución que contiene 36.5 g de naftaleno, C10H8 en 420 g de tolueno C7H8 4. Determine la molalidad de una solución que contiene 45.0 gramos de cloruro de potasio, KCl, en 1100 gramos de agua. 5. ¿Cuántos gramos de agua deben utilizarse para disolver 50 gramos de sacarosa C12H22O11 y preparar una solución de 0.100 molal.

NORMALIDAD. EJEMPLOS: 1. Calcular la normalidad de 50 gramos de Na2CO3 en 100 ml de disolución: SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. Forma Datos: Forma 1 1 Soluto 50 gr Forma 2 Volumen V = 100 mL / 1000 = 0.1 L (Debe estar en L) PM Na2CO3 = Na 23x2 + C 12 + O 16x3 = 106 gr/mol Obtenemos el PEQ (Peso Equivalente) Considerando esto para determinar el catión: Nuestra sustancia es una sal, entonces: Na2CO3, como el metal es Na y su número de oxidación es 1, pero como son Na 2 = 1x2 =2 Peq = 106 / 2 = 53 eq Sustituyendo valores a la formula de Normalidad sería: N = 50 gr / (0.1 L x 53) = 9.433 eq – gr/L ó 9.433 N Forma 2. Aplico la fórmula de Eq. Eq = 50 gr / 53 eq = 0.943 eq – gr Ahora aplico la fórmula de Normalidad forma 2. N= 0.943 eq-gr / 0.1 L = 9.433 N Nota: Puedes aplicar cualquiera de las dos formas. 2. Calcular la cantidad de NaOH necesaria para preparar medio litro de disolución 4.5 N. SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. Datos: V= 500 ml = 0.5 L N = 4.5 eq-gr /L PM NaOH = Na 23 + O 16 + H 1 = 40 gr/mol Calcular peq, (como es base, el catión es el número de OH), y cómo NaOH sólo tiene 1: Peq = 40 / 1 = 40 eq Obtenemos los gr con la fórmula despejada de Normalidad: gr = N * V * Peq gr = 4.5 eq-gr /L * 0.5 L * 40 eq = 90 gr Si aplicas la forma 2, entonces debes despejar las fórmulas: eq = N * V sustituyendo, eq = 4.5 eq-gr /L * 0.5 L = 2.25 eq – gr Despejando la fórmula de eq para obtener la masa: masa (gr) = eq * peq, sustituyendo, gr = 2.25 eq – gr * 40 eq = 90 gr (se eliminan los eq) PROBLEMAS A RESOLVER: 1. Calcular la normalidad de 20 gramos de hidróxido de berilio Be(OH)2 en 700 ml de disolución: 2. Calcular la normalidad de una disolución de HCl que contiene 100 gramos de soluto en 3 litros de disolución. 3. Calcula cuántos gramos de KCl son necesarios para preparar 750 mL de una disolución con una concentración de 1.5 N 4. ¿Cuántos litros de una solución 0.5 N se pueden preparar a partir de 80 gr de HNO 3? 5. ¿Cuántos gr de NaNO3 son necesarios para preparar 300 ml de una solución 1.5 N?

FRACCION MOLAR. EJEMPLOS: 1. Calcular la fracción molar de cada una de las sustancias de la disolución de: 10 moles de metanol, 1 mol de etanol y 8 moles de agua. SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. n totales = n soluto + n solvente n t = n sto + n ste n t = moles totales de la disolución = n metanol + n etanol + n etanol = 10 + 1+ 8 = 19 x metanol = n metanol / n t = 10 / 19 = 0.53 x etanol = n etanol / n t = 1 / 19 = 0.05 x agua = n etanol / n t = 8 / 19 = 0.42 Podemos comprobar que la solución es correcta ya que la suma de las tres es igual a 1: x metanol + x etanol + x agua = 0.53 + 0.05 + 0.42 = 1 2. Calcular la fracción molar de cada componente de una disolución de 40 gramos de alcohol etílico ( CH3CH2OH) y 100 gramos de agua: SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. PM del alcohol etílico = 46 g / mol PM del agua = 18 g / mol moles de alcohol etílico = n alcohol et. = 40 g / 46 g /mol = 0.87 moles moles de agua = n agua = 100 g / 18 g/ mol = 5.56 moles moles totales disulución = nt = 0.87 + 5.56 = 6.43 moles x alcohol et. = n alcohol et. / nt = 0.87 / 6.43 = 0.14 moles X alcohol + X agua = 1 x agua = nagua / nt = 5.56 / 6.43 = 0.86 moles 0.14 + 0.86 = 1

PROBLEMAS A RESOLVER: 1. Calcular la fracción molar del H2SO4, si 30 gr de este se disuelve en 250 gr de agua. 2. Sea una disolución de 70 gramos de glicerina (C3H8O3), 20 gramos de metanol (CH3OH) y 250 gramos de agua (H2O). Calcular la fracción molar de cada uno de los componentes. 3. Calcular la cantidad en gramos de cada uno de los componentes de una disolución de agua (H 2O), glicerina (C3H8O3) y metanol (CH3OH) en las que: x glicerina = 0.044, x metanol = 0.056, x agua = 0.9. 4. Determinar la fracción molar de soluto de una disolución formada por 12 g de hidróxido de calcio Ca(OH)2, en 200 g de agua. 5. Determina la fracción molar de nitrógeno en una mezcla de gases que contiene 0.215 moles de N2, 0.345 moles de O2, 0.023 moles de CO2, 0.014 moles de SO2. ¿Cuál es la fracción molar de N2?

PARTES POR MILLON. EJEMPLOS: 1. se han detectado 12 mg de sustancia radioactiva en un depósito de 3 m3 de agua. Calcular la concentración: SOLUCIÓN: Se deben aplicar las siguientes fórmulas. Peso de sustancia analizada = 12 mg Peso de los 3 m3 de agua = 3000 kg ó 3000 L ppm = 12 mg / 3000 = 0.004 ppm 2. En un control sanitario se detectan 5 mg de mercurio (Hg) en un pescado de 1.5 kg. Calcular la concentración: Peso de sustancia analizada = 5 mg Peso de los 1.5 Kg del pescado ppm = 5 mg / 1.5 = 3.333 ppm PROBLEMAS A RESOLVER: 1. 2. 3. 4.

Calcula las ppm de 85 mg de Cl en 2900 ml de H2O. Calcula las ppm de 0.068 g de NaCl en 2900 ml de H2O. Calcula las ppm de 8 mg de Na en 700 ml de H2O. El agua de mar contiene 4x10-3 ppm de oro. Calcular la cantidad de agua de mar que tendríamos que destilar para obtener 1 kg de oro. Dato: densidad del agua = 1,025 kg/l. 5. Calcular las ppm de 80 mg de ion sulfato (SO42−) en 5 litros de agua. PROBLEMAS SOLUCIONES:

1. Se disuelven 12 g de hidróxido sódico (NaOH) y se completa con agua hasta 250 ml. Halla: a) el número de moles de soluto; b) La Molaridad. Sol.: a) 0.3 moles; b) 1.2 M

2. Se disuelven 180 g de sosa caustica (NaOH) en 800 g de agua. La densidad de la disolución, a 20ºC resulta ser de 1.340 g/cm3. Calcula la concentración de la disolución en: a) Tanto por ciento en masa b) Gramos por litro c) Molaridad Solución: 18.36%; 246.0g/l; 6.15M

3. Se han disuelto 180 g de NaOH en agua hasta formar 500 cm3 de disolución cuya densidad es 1.12 g/cm3. Determina la molaridad. Solución: 9M 4. Se disuelven 294 g de ácido fosfórico hasta lograr 1 litro de disolución cuya densidad es 1.15 g/cm 3. Calcula la concentración en g/l y la molaridad. Sol.: 294 g/l; 3 M

5. Calcula la densidad de una disolución de amoniaco al 20% en masa de NH3 y que es 11 M. Sol.: 0.935 g/cm3

6. Se disuelven 5 g de HCl en 35 g de agua. Sabiendo que la densidad de la disolución es 1.060 g/cm 3, hallar: a) tanto por ciento en masa. b) molaridad c) fracción molar de HCl. Sol.: a) 12.5 %. B) 3.7 M c) 0.066

7. Una disolución acuosa de ácido fosfórico contiene 300 g/l de ácido puro. Su densidad a dicha temperatura es 1,153 g/cm3. Calcula: a) concentración en tanto por ciento en masa. b) molaridad. Sol.: a) 26.02%; b) 3.06 M

8. ¿Cuántos gramos de una disolución de tricloruro de hierro al 4 % contiene 10 g de esta sal? Sol.: 250 g EJERCICIOS 1. Escriba la ecuación balanceada de la combustión del azúcar (C6H12O6). 2. La fórmula química del ácido acético es CH3COOH. (El vinagre es una solución diluida de ácido acético). El ácido acético puro es inflamable, de manera que si se queman 315 gramos de ácido acético, ¿cuántos gramos de CO 2 y H2O se producirán? 3. En la combustión del ejemplo anterior ¿Cuántos gramos de CO2 se habrían producido a partir de 35.0 g de ácido acético y 17.0g de O2? Identifique el reactivo limitante. 4. La reacción entre el óxido nítrico (NO) y oxígeno para formar dióxido de nitrógeno (NO2) es un paso determinante para la formación del smog fotoquímico. 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g) a)¿Cuántos moles de NO2 se formarán por la reacción completa de 0,254 mol de O2? b)¿Cuántos gramos de NO2 se formarán por la reacción completa de 1,44 g de NO? 5. La reacción entre aluminio y óxido de hierro (III) puede producir temperaturas cercanas a los 3000ºC, lo que se utiliza para soldar metales: 2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe En un proceso se hicieron reaccionar 124 g de Al con 601 g de Fe 2O3. a) Calcúlese la masa (en gramos) de Al2O3 que se formará. b) ¿Cuánto del reactivo en exceso quedó sin reaccionar al final de la reacción? 6. En la industria, el vanadio metálico, que se utiliza en aleaciones con acero, se puede obtener por la reacción del óxido de vanadio (V) con calcio, a temperatura elevada: 5Ca+ V2O5  5CaO + 2V Durante un proceso determinado 1,54 x 10 3 g de V2O5 reaccionan con 1,96 x 103 g de Ca. a) Calcule el rendimiento teórico de V. b) Calcule el porcentaje del rendimiento si se obtienen 803 g de V.

Estequiometria La estequiometria es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reacción química. Reacción química: proceso en el cual una sustancia (o sustancias) cambia para formar una o más sustancias nuevas. Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas. Por ejemplo el hidrógeno gas (H2) puede reaccionar con oxígeno gas (O2) para dar agua (H20). La ecuación química para esta reacción se escribe: El '+' se lee como “reacciona con” y la flecha significa “produce”. Las fórmulas químicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivas. A la derecha de la flecha están las formulas químicas de las sustancias producidas denominadas productos de la reacción. Los números al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite).

¿Qué le ocurre a la material cuando sufre una reacción química? Según la ley de la conservación de la masa los átomos ni se crean, ni se destruyen, durante una reacción química. Por lo tanto una ecuación química ha de tener el mismo número de átomos de cada elemento a ambos lados de la flecha. Se dice entonces que la ecuación está balanceada.

Balanceo de las ecuaciones químicas: 1. Determinar los reactivos y los productos de la reacción química 2. Escribir la ecuación química reactivos  productos 3. Balancear la ecuación; para ello:  Se empieza por igualar la ecuación probando diferentes coeficientes para lograr que el número de átomos de cada elemento sea igual en ambos lados de la ecuación. (Nota: No se pueden modificar los subíndices de las fórmulas).  Primero se buscan los elementos que aparecen una sola vez en cada lado de la ecuación y con igual número de átomos: las fórmulas que contienen estos elementos deben tener el mismo coeficiente. Por lo tanto, no es necesario ajustar los coeficientes de estos elementos en ese momento.  A continuación, se buscan los elementos que aparecen sólo una vez en cada lado de la ecuación, pero con diferente número de átomos y se balancean estos elementos. Por último se balancean los elementos que aparecen en dos o más fórmulas del mismo lado de la ecuación. 4.

Se verifica la ecuación igualada para asegurarse de que hay el mismo número total de átomos de cada tipo en ambos lados de la flecha de la ecuación.

Ejemplo: Consideremos la combustión del gas butano (C4H10) en el aire. Esta reacción consume oxígeno (O 2) y produce agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Podemos entonces escribir la ecuación química:

Ahora contamos el número de átomos de cada elemento en reactivos y productos:

El carbono y el hidrógeno aparecen en un compuesto de los reactivos y en otro de los productos. Hay cuatro veces más de átomos decarbono en los reactivos que en los productos y cinco veces más hidrógeno en los reactivos que en los productos. Podemos arreglar esto cuadriplicando el número de moléculas de dióxido de carbono y quintuplicando el número de moléculas de agua:

Ahora que ya están balanceados los átomos de carbono e hidrógeno, falta ajustar los átomos de oxígeno. Ya que hay dos átomos en los reactivos y 13 en los productos bastaría con multiplicar por el coeficiente 13/2.

La preferencia es utilizar como coeficientes números enteros y no fraccionarios, así que tenemos que multiplicar la ecuación por 2:

Ahora ya tenemos la ecuación balanceada y la podemos leer como: dos moléculas de butano reaccionan con trece de oxígeno produciendo diez moléculas de agua y ocho de dióxido de carbono.

El estado físico de los reactivos y productos puede indicarse mediante los símbolos (g), (l) y (s), par...