Práctica N° 10 - Soluciones Químicas PDF

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PRÁCTICA N° 10 SOLUCIONES QUÍMICAS: PREPARACIÓN DE SOLUCIONES 1. OBJETIVOS • Preparar soluciones de diversas sustancias y acondicionarlas para su posterior uso, poniendo en práctica las técnicas más comunes. • Conocer el manejo del material de laboratorio virtual. • Colaborar en la preparación de material para las restantes prácticas con el fin de una participación activa en la tarea común. • Practicar cálculos que involucren cantidades de soluto, solvente y solución, relacionando entre sí dichas magnitudes. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO Una solución es un sistema homogéneo constituido por dos o más sustancias puras, donde el componente en menor proporción se denomina soluto y al mayor solvente. La dispersión de un sólido en un líquido o la difusión de un líquido en otro son fenómenos generalmente lentos, aunque la solubilidad relativa o mutua favorezca a la transformación. Como el soluto ocupa los espacios intermoleculares del solvente, puede ayudarse a la mezcla mediante agitación o aumentando la velocidad media de las moléculas mediante calentamiento. Esto último no es lo más aconsejable en el caso de sustancias cuya solubilidad disminuye al aumentar la temperatura. Ejemplo: Solución Iónica Na Cl

H 2O

Nombre Vulgar: Agua salada Nombre Químico: ❖ Sal muera o Solución acuosa de cloruro al 20% en masa. ❖ Solución de NaCl al 20% en masa ❖ Solución de NaCl al 20%

Soluto, NaCl(s) Solvente, H2O(l)

20% 80%

I. Clasificación de Soluciones: De acuerdo a la cantidad de soluto: a. Diluidas: Son soluciones que contienen una cantidad pequeña de soluto, respecto al solvente. b. Concentradas: Son soluciones que presentan una apreciable cantidad de soluto. Ejm: ácido muriático: 37% de HCl en peso; agua regia: 75% HCl y 25% HNO3 en volumen. c. Saturadas: Son soluciones que contienen la máxima cantidad de soluto posible de disolver en cierta cantidad de solvente, de acuerdo a la solubilidad del soluto. d. Sobresaturadas: son soluciones en la que se ha logrado disolver un poco mas de la máxima cantidad de soluto disuelto, con ayuda de calentamientos suaves o ligeros. II. Unidades de concentración. a) FÍSICAS: a.1 Porcentaje en masa (%W): Indica el peso del soluto por cada 100 partes en peso de solución.

%Wsto =

Wsto .100 Wsol

a.2 Porcentaje en volumen (%V): Indica el volumen del soluto por cada 100 partes volumétricas de solución.

%Vsto =

Vsto .100 Vsol

a.3 Masa de soluto en volumen de solución (C): Indica la concentración de masa(peso) del soluto en volumen de solución.

C=

Wsto Vsol

a.4 Partes por millón (ppm): Indica los miligramos de soluto por cada kilogramo de solución

ppm =

msto (mg) msol(Kg)

b) QUÍMICAS: b.1 Molaridad (M): Indica el número de moles del soluto por litro de solución.

n W M = sto n sto = sto Vsol Donde: M sto b.2 Normalidad (N): Indica el número de equivalente-gramo del soluto por litro de solución.

N=

W # Eq - g sto # Eq - g sto = sto Donde: Vsol PEsto

Peso Equivalente (P.E) llamado también masa de la reacción. El P.E se puede calcular: P.E =

M θ Donde M : masa molar (mol/g)

Sustancia

Elemento

Óxido

Ácido

Hidróxido

θ

E.O

2.#”O”

# de “H”

# de “OH”

Sal (+) = (-) Catión= anión

Relaciones Importantes

N = Mθ 1)

3)

2)

θ = C.R A

+

M=

10.(%w ).D

B

M C

+

D

# Eq - g (A) = # Eq - g(B) = # Eq - g(C) = # Eq - g(D)

4)

M1. V1 = M2 .V2

5)

N1 .V1 = N 2.V 2

b.3 Molalidad (m): Indica el número de moles de soluto disuelto por cada kilogramo de solvente.

m=

n sto Wste(Kg)

b.4 Fracción Molar (fm): Es la relación del número de moles del soluto respecto al número de moles totales de la solución.

n fm sto = sto nsol

Condición:

fm ste =

nste nsol

fm sto + fm ste = 1

La molaridad de una solución expresa el número de moles de soluto presentes en un litro de solución final. Esto quiere decir que si se disuelven en agua 1 mol de glucosa (C6H12O6) ósea 180 gramos y se añade agua suficiente ("se afora") hasta completar un litro, se obtiene una solución molar (1.0 M) de glucosa. Para ilustrar más este punto, supongamos que se quieren preparar 500 mililitros de una solución 0,4 M de cloruro de sodio (NaCl). ¿Cuántos gramos de NaCl deben prepararse, sabiendo que la masa “molecular” de la sal es de 58,5? El problema puede abordarse siguiendo este razonamiento: si 1 litro de solución 1,0 M contiene 58,5 gramos de NaCl y 1 litro de solución 0,4 M contiene “x” gramos de NaCl, entonces x = (0,4) (58,5) /1 = 23,4g de NaCl. Estos 23,4 gramos de NaCl sirven para preparar 1 litro (1000 ml) de solución; pero solamente se requiere 0,5 litro (500 ml). Entonces, como 1 litro de solución 0.4M contiene 23,4 gramos de NaCl, 0,5 litro de solución 0,4 M contiene “x” gramos de NaCl, esto es, x = (0,5) (23,4) /1 = 11,7 gramos de NaCl. Por lo tanto, se requieren 11,7 gramos de NaCl y disolverlos en agua hasta completar un volumen de 0,5 litro (500 ml). En el ejemplo anterior, como se pudo observar, se multiplicó la molaridad del problema (0,4) por la masa "molecular" (peso fórmula) del NaCl (58,5) y por el volumen del problema (0,5 litro). Posteriormente se dividió entre 1 litro. Simplificando el procedimiento, se puede aplicar la fórmula siguiente: GRAMOS REQUERIDOS = MOLARIDAD (mol/L) x MASA MOLAR (g/mol). x VOLUMEN (L).

En esta simulación, los estudiantes completarán un cálculo para determinar el valor de una variable desconocida relacionada con una solución descrita y luego observarán una

animación de la solución que se está preparando. El cálculo requerirá que el estudiante determine la molaridad de la solución, el volumen de la solución o la masa de soluto necesaria. Además, se mostrará el diagrama de partículas asociado a la solución para ayudar a los estudiantes a visualizar mejor la solución a nivel de partículas. Finalmente, los estudiantes se familiarizarán con las técnicas de laboratorio adecuadas para preparar una solución a medida que se les dirija a través de un proceso animado paso a paso que demuestra este procedimiento. La simulación está diseñada como un cuestionario de cinco preguntas para que los estudiantes lo utilicen varias veces.

3.

MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS a) Hardware:

- CPU (Unidad central de procesamiento), Monitor y Teclado, Laptop o Tablet con acceso a internet

- Memorias USB - Mouse o ratón - Dispositivo de Audio b) Software:

- Navegador Google Chrome 4.

SECUENCIA EXPERIMENTAL 4.1. Primera parte: Preparando soluciones 4.1.1. Ingresar al simulador mediante el siguiente enlace: https://teachchemistry.org/classroom-resources/preparing-solutions-simulation

4.1.2. Se muestra la siguiente pantalla:

4.1.3. Dar Clic en Begin (empezar)

4.1.4. Ahora inicia con el siguiente ejercicio (1 de 5) según las indicaciones (marca la respuesta de la interrogante) y dar clic en el botón SUBMIT (enviar).

4.1.5. Selecciona el material que corresponde en la preparación de la disolución y dar clic en next step (siguiente paso)

4.1.6. Continuar con la medición utilizando la balanza electrónica y dar clic en continue measure ( step (

)

y después clic en next

).

4.1.7. Ahora en la etapa de disolución agregar el soluto dando clic en continue : add solute (

)

4.1.8. Continuar con el procedimiento hasta el punto 5 (invert flask )

4.1.9. Repita el proceso dando clic en next question (

) para

continuar con la siguiente pregunta. 4.1.10. Haga los cálculos necesarios para determinar el ítem desconocida para las diferentes sustancias químicas y complete el cuadro 1. Cuadro N° 1 SUSTANCIA

Masa del soluto (g)

KI

185

NaCl

54,6

CaBr2

23

LiBr

35,86

Concentración de la solución (M) 1,7

350 1,5 450 700

KMnO4 FeI3

Volumen de La solución (mL)

15,45

2,5 0,85

4.2. Segunda parte: Concentración de una disolución. 4.2.1. Ingresar al simulador mediante el siguiente enlace: https://phet.colorado.edu/sims/html/concentration/latest/concentration_es.html 4.2.2. Se muestra la siguiente pantalla:

Moles de soluto

4.2.3. A 300 mL de agua añadir suficiente permanganato de potasio (KMnO4) en sólido sin quedar saturado. Anotar la concentración de la solución:………………….

4.2.4. Seguir añadiendo permanganato de potasio (KMnO4) hasta obtener una solución saturada. Anotar la nueva concentración de la solución:……………………

4.2.5. ¿Qué pasa cuando se le añade dicromato de potasio (K2Cr2O7) en solución a 0,5 L de agua? Dar dos observaciones • •

………………………………………………………………………….

. ………………………………….…………………………………………

4.2.6. Anotar la concentración de la solución al llegar a 1000 mL. …………………………………….. 4.2.7. Haga los cálculos necesarios usando el simulador para determinar la concentración de la solución saturada de las diferentes sustancias, además determine la masa de cada sustancia en el cuadro N° 2 Cuadro N° 2 SUSTANCIA

Volumen de La solución (mL)

Cloruro de cobalto

400

Cromato de potasio

600

Sulfato de cobre

800

Cloruro de níquel (II)

200

Concentración de la solución (M)

Masa del soluto (g)

5.

CUESTIONARIO a) ¿Cómo puede aplicarse las diferentes unidades de concentración químicas en la industria? Mencione ejemplos.

b) Investigue sobre la presencia en la vida cotidiana con relación a las soluciones químicas, ejemplifique.

c) Se preparo una disolución de cloruro de cobre (CuCl2) en agua disolviendo 12 g de cloruro de cobre en 98 g de agua, de forma que una vez completamente disuelta ocupa un volumen de 100 cm3. Determine la concentración en % en masa y la concentración en g/L.

d) Se tiene una solución al 42 % en peso de soluto, con una densidad 2,4 g/ml ¿Qué molaridad tiene esta solución acuosa de ácido nítrico (HNO3)

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Estructura. México: Limusa y Grupo Noriega Editores. - Recurso educativo desarrollado para el plan de estudios del CCH de la UNAM. Versión 1.0.0 (2014 Universidad Nacional Autónoma de México | Hecho en México | © Todos los derechos reservados. Esta página electrónica puede ser reproducida, sin objeto comercial, siempre y cuando su contenido no se mutile o altere, se cite la fuente completa y la dirección Web de conformidad con el artículo 148 de la Ley Federal del Derecho de Autor, de otra forma, se requerirá permiso previo y por escrito de la UNAM)....