Solubilidad y coeficiente de solubilidad PDF

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Profesor: Gustavo Perez Lopez...

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Solubilidad y coeficiente de solubilidad La solubilidad de una sustancia en solución acuosa es la cantidad máxima de soluto que se encuentra disuelta en una cantidad definida de disolvente, formándose una solución saturada a una determinada temperatura. El coeficiente de solubilidad expresa la cantidad específica de soluto que se disuelve por cada 100 unidades masa de disolvente a una determinada temperatura para obtener una solución saturada. g de soluto / 100 g disolvente Soluto

20 °C

50 °C

Nacl

36

37

NaNO3

88

114

KClO3

7.4

19.3

AgNO3

222

455

Problemas 1.- Se prepararon 490 lb de solución saturada de NaCl a 100 °C, después de 4 horas la temperatura disminuyo a 50 °C. Determinar la masa de NaCl que precipita y la masa de la solución remanente. Coeficiente de solubilidad(Cs) de NaCl a 100 °C = 39.8 Cs de NaCl a 50 °C= 37 Datos: 490 lb de solución sat de NaCl a 100 °C ↓ 4 hrs 50 °C wNaCl↓= ? w solución remanente = ?

Planteamiento 100 °C

50 °C

Sol´n reguladora

NaCl

NaCl

NaCl↓

Solución: Determinar la W NaCl y W H2O a 100 °C 39.8 𝑙𝑏 𝑁𝑎𝐶𝑙

𝑤𝑁𝑎𝐶𝑙 = 490 𝑙𝑏 𝑠𝑜𝑙´𝑛

𝑤𝐻2 𝑂 = 490 𝑙𝑏 𝑠𝑜𝑙´𝑛

139.8 𝑙𝑏 𝑠𝑜𝑙´𝑛

= 139.4992 𝑙𝑏 𝑁𝑎𝐶𝑙

100 𝑙𝑏 𝐻2 𝑂 = 350.5007 𝑙𝑏 𝐻2 𝑂 139.8 𝑙𝑏 𝑠𝑜𝑙´𝑛

Determinar la wNaCl necesaria para saturar las 350.5007 lb H2O a 50 °C 𝑤𝑁𝑎𝐶𝑙 = 350.5007 𝑙𝑏 𝐻2 𝑂

37 𝑙𝑏 𝑁𝑎𝐶𝑙 = 129.6852 𝑙𝑏 𝑁𝑎𝐶𝑙 100 𝑙𝑏 𝐻2 𝑂

WNaCl↓ wNaCl↓= 139.4992 lb – 129.6852 lb = 9.8139 lb NaCl↓

w sol´n remanente = 490 lb sol´n – 9.8139 lb NaCl↓ = 480.1861 lb sol´n remanente ó también = 350.5007 lb H2O + 129.6852 lb NaCl = 480.1861 lb sol´n remanente

2.- Calcula las masas de solución remanente y de cristales de KBr que se pueden obtener a 30 °C (Cs= 70), cuando a 15 ton de solución saturada de la sal se le evapora el 35% del agua presente en la solución, manteniendo la temperatura constante. Datos: 15 ton sol´n sat a 30 °C Wsol´n remanente =? wKBr↓ =? W H2O↑= 35% H2O presente Cs@30°C = 70

Planteamiento H2O = 35% D 15 ton sol´n 30 °C

A

C

Sol´n remanente 30 °C

B KBr↓

Balance General A=B+C+D 15 = B +C+D Pero D es el agua que se evapora, por lo tanto la podemos calcular WH2O alim= 15 ton sol´n (

100 𝑡𝑜𝑛 𝐻2 𝑂

170 𝑡𝑜𝑛 𝑠𝑜𝑙´𝑛

) = 8.8235 𝑡𝑜𝑛 𝐻2 𝑂 𝑎𝑙𝑖𝑚

D=WH2O↑= 8.8235 ton H2O ( 0.35) = 3.0882 ton H2O↑ Por lo tanto el balance general queda: 15 = B + C + 3.0882 Balance por componente (Disolvente) A=C+D 8.8235 = 𝐶 𝑡𝑜𝑛 𝑠𝑜𝑙´𝑛 (

100 𝑡𝑜𝑛 𝐻2 𝑂 ) + 3.0882 170 𝑡𝑜𝑛 𝑠𝑜𝑙´𝑛

8.8235 = 0.5882 C + 3.0882 𝐶=

5.7353

0.5882

= 9.7505 𝑡𝑜𝑛 𝑠𝑜𝑙´𝑛 𝑟𝑒𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒

Del balance general, despejamos B B= 15-9.7505-3.0882 B= 2.1613 ton KBr↓ 3.- Se alimentan 2700 kg de solución saturada de Na2SO4 a 40 °C (Cs= 47), la cual se enfria hasta 10 (Cs= 9.8) °C y se evaporan 36 kg de H2O. Determinar la masa de cristales que precipitan y la masa de la solución remanente. Datos: 2700 kg de sol´n sat Na2SO4 a 40 °C ↓ 10 °C WH2O↑= 36 kg H2O W sol´n remanente=? WNa2SO4↓=? Cs@40 °C = 47 Cs@10 °C= 9.8

Planteamiento H2O = 36 kg D 2700 kg sol´n

A

40 °C

Sol´n remanente

C

10 °C

B Na2SO4↓

Balance General A=B+C+D 2700 = B+C+36 Balance por componente (Disolvente) A=C+D 2700 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙´𝑛 (

100 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 100 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 ) = 𝐶 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙´𝑛 ( ) + 36 147 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙´𝑛 109.8 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙´𝑛 1836.7346 = 0.9107C +36

0.9107C = 1836.7346 – 36 = 1800.7346 𝐶=

1800.7346 0.9107

= 1977.3082 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙´𝑛 𝑟𝑒𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒

Del balance general despejar B B= 2700-C-D B= 2700-1977.3082-36 = 686.6918 kg Na2SO4↓

Si lo quieren resolver por deducción, primero determinar la masa de soluto y agua que se alimentan a 40 °C 𝑊𝑁𝑎2 𝑆𝑂4 = 2700 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙´𝑛 ( 𝑊𝐻2 𝑂 = 2700 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙´𝑛 (

47 𝑘𝑔 𝑁𝑎2 𝑆𝑂4 ) = 863.2653 𝑘𝑔 𝑁𝑎2 𝑆𝑂4 147 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙´𝑛 100 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 ) = 1836.7346 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 147 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙´𝑛

WH2O final = WH2O alim – WH2O↑ WH2O final = 1836.7346 kg – 36 kg = 1800.7346 kg H2O final

WNa2SO4 necesaria para saturar el agua final 1800.7346 kg H2O 𝑊𝑁𝑎2 𝑆𝑂4 = 1800.7346 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 (

9.8 𝑘𝑔 𝑁𝑎2 𝑆𝑂4 ) = 176.4719 100 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂

W Na2SO4↓= 863. 2653 kg – 176.4719 kg = 686.7934 kg Na2SO4↓ W sol´n remanente = 1800.7346 kg + 176.4719 kg = 1977.2065 kg de sol´n remanente

4.- Se alimentan a un cristalizador 1500 kg de solución saturada de KClO3 a 80°C (Cs=40); posteriormente, se enfría hasta 10°C (Cs=9), calcula la cantidad de cristales de KClO 3 formados, considerando que se pierde por evaporación el 9% del agua inicial.

5.- Se dispone de 850 g de una solución saturada de NaClO 3 a una temperatura de 60 °C (Cs=155), dicha solución se enfría hasta 10 °C (Cs= 89), durante el enfriamiento se pierde el 10% del agua original. Calcula la masa de soluto que cristaliza y la cantidad de solución remanente. 6.- Un evaporador se alimenta con 300 kg de solución acuosa de KNO3 al 15% masa a 20 °C (Cs=31.6), la cual se calienta hasta 70 °C (Cs=138), evaporándose durante la operación el 12% masa de agua inicial. Calcula la masa de soluto que se deberá agregar a la solución para lograr la saturación a 70 °C. 7.- Se alimenta a un evaporador 1000 lb de solución saturada de NH4ClO3 a una temperatura de 20 °C (Cs= 37.2), la solución se calienta hasta una temperatura de 80 °C (Cs= 65.6) perdiéndose por evaporación el 20% del agua original. ¿Qué cantidad de soluto se necesita agregar para que la solución permanezca saturada a 80 °C?...