Tema 4 - Soluciones

3.

La solubilidad del Nitrato de Amonio (NH4N03) a 25°C de temperatura y 1 atmósfera de presión es de 192 g/l 00 g H20. Para cada una de las siguientes proposiciones indique si es ve'dadera o falsa y justifique su respuesta: a. A la temperatura de 35°C se obtendrá una solución diluida al disolver 192 gramos d soluto en 100 gramos de agua. b. Una mezcla que contiene 192 gramos de soluto en 200 gramos de agua a la tempera ra de 25°C es considerada una solución saturada. c. Una solución sobresaturada se logra al disolver 250 gramos de Nitrato de Amoni (NH4N03) en 100 gramos de agua a la temperatura de 40°C, y se enfría lentamenhasta la temperatura de 25°C. d. 111 gramos es la masa de soluto precipitado que se obtendrá al disminuir la temperatur de una mezcla hasta los 25°C, si ésta contiene 300 gramos de soluto en 75 gramos '" agua.

4.

Resuelva los siguientes problemas: a. ¿Cuál será la masa de Anhídrido Carbónico gaseoso (C02) que se encuentra disuelto er un refresco que contiene 120 gramos de agua y está saturado del gas? La solubilidad es 0,1449 g/l 00 g H20. b. La solubilidad del Sulfato de magnesio (MgS04) a la temperatura de 25°C es de 33,1 g/100 g H20. Se obtiene una mezcla que contiene 180 gramos de Sulfato de Magnesi en 200 gramos de agua, calcule: 1) La cantidad de soluto que permanece en solución a llegar a la temperatura de 25°C. 11) La cantidad de soluto que precipitará. c. Calcule el porcentaje masa/masa de una solución saturada de Dióxido de azufre (S02 que se encuentra a 25°C, sabiendo que contiene 250 gramos de agua, y la solubilidac del Dióxido es 9,41 g/l OOg H20.

5.

Resuelva los siguientes planteamientos relacionados con la concentración expresada en porcentajes: a. ¿Cuál es el porcentaje (m/m) de una solución que contiene 25 gramos de Carbonato de Sodio (Na2C03) en 150 gramos de solución? b. Se somete a evaporación 200 gramos de una solución de Sulfato de Potasio (K2S04) hasta sequedad completa, se obtienen 35 gramos de sal. ¿Cuál es el porcentaje m/m de la soloción? c. ¿Cuántos gramos de agua deben utilizarse para disolver 70 gramos de Bromuro de Potasio (KBr) si se requiere una solución al 12% m/m? d. El agua oxigenada adquirida en farmacias y utilizada como antiséptico es una solución 3% m/v de Peróxido de Hidrógeno (H202). Calcule el número de frascos que pueden salir a la venta si cada uno de ellos tiene 100 mi y se utilizan 6 kilogramos de Peróxido de Hidrógeno y suficiente agua destilada. e. Se disuelven 58 gramos de Cloruro de Hidrógeno (HCI) en 80 g de agua destilada. Tomando la densidad del agua como 1 g/mi y la del Cloruro 0,5 g/mi, calcule el porcentaje m/m y la densidad de la solución. f. Un limpiador doméstico muy utilizado en la actualidad contiene como agente activo y desinfectante Hipoclorito de Sodio (NaCIO) en un 3% mimo 1) Calcule la cantidad de limpiador que se puede preparar con 1,5 kilogramos de Hipoclorito, suponiendo que se tienen

=:

Tema 4 - Soluciones

g. h.

i.

los demás ingredientes. 11) ¿Cuál será la concentración en un tobo con 5 litros de agua si se agregan 20 gramos de limpiador? Se tiene una solución de Ácido Clorhídrico (HCI) en agua al 32% m/m y una densidad de 1,3 g/mI. Calcule el % m/v de dicha solución. ¿Cuál será la concentración en % m/v de iones sodio (Na+)en una solución que ha sido preparada con 6 gramos de Cloruro de Sodio (NaCl) en 100 mililitros de agua? Considere el volumen ocupado por el soluto despreciable. Calcule la masa de Soda cáustica (NaOH) y de agua necesaria para preparar 8 litros de solución al 15% mimo La densidad de la solución es 1,4 g/mI.

Calcule la fracción molar de los componentes en las siguientes mezclas; los pesos atómicos necesarios se encuentran en el Apéndice A: a. 1 mol de Cloruro de Calcio (CaCI2) en 100 gramos de agua. b. 20 gramos de Metanol (CH30H) en 90 gramos de agua. C. Ácido Nítrico (HN03) al 30% mimo d. 40 gramos de Agua Oxigenada (H202) en 80 gramos de agua. e. 500 gramos de solución de Ácido Sulfúrico al 25% mimo

Los siguientes planteamientos están relacionados con la MoIaridad, Normalidad y Molalidad, resuelva cada uno de ellos: a. Calcule la Molaridad (moles/litro) de una solución que ha sido preparada con 200 mi de solución al 5% m/v de Hipoclorito de Sodio (NaCIO) y suficiente agua hasta completar 30 litros. b. Calcule la cantidad de Carbonato de Sodio Pentahidratado (Na2C03.5H20) que se necesitan para preparar 4 litros de solución al 15% m/m cuya densidad es 1,1 g/mI. ¿Cuál será la concentración en Molaridad (moles/litro) y la Normalidad (equivalentes/litro)? C. Una solución acuosa contiene 20 gramos de Glucosa (CóH120ó) en cada 1/4 litro. La densidad de la solución es 1,01 g/mi, calcule: i) Porcentaje m/m en azúcar. 11) La fracción molar del azúcar. 111) La Molaridad (moles/litro). IV) Molalidad (milimoles/g solvente). d. Un vino contiene 14% en peso (%m/m) de Etanol (C2HsOH). Si su densidad es 0,95 g/mi, calcule la concentración en milimoles/ml (Molaridad). e. Calcule los gramos de soluto que son necesarios para preparar cada una de las siguientes soluciones: 1) 200 mi de Sulfato de Sodio 0,5 Molar (moles/litro). 11) 500 mi de Sulfato de Sodio 0,25 Normal (Equiv/litro). f. Se disuelven 10 mi de Ácido Nítrico concentrado (HN03) que presenta una densidad de 1,6 g/mi y una pureza de 63% m/m, en suficiente agua hasta completar 250 mi de solución. Calcule: 1) Porcentaje m/m; 11) mmol/ml (Molaridad). 111) mequ/ml (Normalidad). g. Calcule la Molalidad de una solución (mmol/g svte) que contiene 10% m/m de Ácido Oxálico, cuya fórmula química es H2C204 h. Calcule la masa de una solución de Ácido Sulfúrico al 60% m/m necesaria para preparar 500 mi de una solución 1 Normal (Eq/I). 1. En el laboratorio se tiene una solución que contiene 325 gramos de Ácido Sulfúrico por cada litro de solución y tiene una densidad de 1,3 g/mI. Calcule su Molaridad y Normalidad.

Tema 4 - Soluciones

Una botella de vinagre contiene 5 gramos de Ácido Acético (CH3COOH) por cada 100 gramos de agua. Exprese la concentración con los siguientes términos: 1) Fracción Molar; 11) mmol/g svte (molalidad). k ¿Qué volumen de solución 0,5 Normal (eq/Litro) de Carbonato de Potasio (K2C03) se puede preparar con 15 gramos del soluto? 1. Se prepara una solución disolviendo 90 gramos de Carbonato de Sodio (Na2C03) en agua utilizando un matraz aforado de 1000 mi. La densidad de la solución es de 1,1 g/mi, calcule: 1)Molaridad; 11)Normalidad; 111) Molalidad. 11. ¿Cuántos miliequivaletes (meq) de Ácido Sulfúrico (H2S04) hay en 150 mi de solución 0,5 Normal? m. Se mezclan los siguientes materiales: 30 gramos de Sulfato cúprico (CuS04), (densida aproximada 2,5 g/mi); 150 mi de solución del mismo sulfato 0,5 Molar; y 100 mi de solución 0,75 Normal. Calcule la Molaridad de la solución resultante. n. Las siguientes sustancias se introducen en un vaso de precipitados: 0,5 g de Ba(OHb; 0,75.10-2 moles de Ba(OHb; 30 mi de solución de Ba(OHb 0,02 M; y 25 mi de Ba(OHb 0,08 N. Si el volumen total ocupado por la solución resultante es de 75 mi, calcule su Normalidad. o. Calcule el % m/m de una solución de Ácido Sulfúrico (H2S04) , si tiene una densidad de 1,3 g/mi, y una concentración 2 Normal. 8.

Resuelva cada uno de los siguientes planteamientos relacionados con neutralización: o. 0,03 miliequivalentes de Ácido Nítrico (HN03) son neutralizados con 25 mi de una solución de Hidróxido de sodio (NaOH). Calcule la normalidad del Hidróxido. b. Si 50 mi de una solución de Ácido Clorhídrico (HCI) son neutralizados por 25 mi de una solución 0,2 Normal de Hidróxido de Sodio, calcule: 1) La normalidad del ácido; 11)el número de moles de ácido disueltos en los 50 mi de solución; 111) el peso del ácido presente en la muestra. c. Calcule el volumen de una solución de Hidróxido Potasio (KOH) 0,5 Normal, que neutralizaría a 7 mi de Ácido Clorhídrico 0,1 Normal. d. Se toman 10 mi de la solución IIAII de Ácido Clorhídrico, y se le agrega agua hasta lograr 100 mI. A esta nueva solución la llamaremos IIBII. En un proceso de titulación realizad en el laboratorio 10 mi de una solución de Hidróxido de Sodio (NaOH) 0,1 Normal neutraliza a 7 mi de la solución IIBII del ácido. Calcule: 1)la concentración del ácido IIBII; 11) la concentración del ácido IIAII. e. Se necesitaron 40 mi de una solución de Ácido Clorhídrico 0,75 Normal, para neutralizar 30 mi de una solución de Hidróxido de Sodio, cuya densidad es de 1,2 g/mI. Calcule el porcentaje m/m de la solución de Hidróxido de Sodio.

Actividad N°1: a) Sol. AgN03

' NaN03,

KBr, NaCl; b) 24 gramos de K2Cr207 ; c) 112,5 gramos de KBr.

Tema 6 - Equilibrio QUl

Defina: a) Energía de Activación c) Complejo Activado e) Molaridad

.

b) Velocidad de una reacción d] Equilibrio Químico f) Molecularidad

Resuelva cada uno de los siguientes aspectos: a) En la siguiente tabla se encuentran los datos experimentales obtenidos en el laboratorio en el estudio de la velocidad de la reacción: A(g) + B(g) •. Productos

(A)

(1)

Velocidad

(Mol/litros)

(Mol/litros)

(Mol/litro. seg)

0,0500

0,040

6,0 x 103

0,0250

0,040

1,5 x 103

0,0250

0,080

3,0 x 103

Determine: 1) El orden con respecto al recetante A. 11)El orden con respecto al recetante B. 111) El valor de la constante específica de velocidad (K).

b) Se hace un estudio experimental de la velocidad de la siguiente reacción: A(g) Y se obtuvieron los siguientes datos:

(A)

Velocidad

(Mol/litros)

(Mol/litro. seg)

0,8

0,040

0,6

0,030

OA

0,020

0,2

0,010

•. B(g)

Determine: 1) El orden de la reacción. 11)El valor de la Constante específica de velocidad (K). 111)La velocidad para el momento en que la concentración de A es de 0,240 mol/litro.

c) Calcule la concentración de Cloruro de Etilo (C2HsCI) al cabo de 30 minutos de empezada la reacción sabiendo que la velocidad de descomposición es de la concentración inicial es de 0,2 mol/litro.

2,5.1 0-3min-1, y que

Interprete cada una de las siguientes situaciones, y conteste los planteamientos: a) En la siguiente reacción

N204 + 14 Kcal ••

•. 2

N02(g)

Explique los efectos que producirían sobre el sistema, los siguientes cambios: 1) Disminución de la temperatura. 11)Introducción de cierta cantidad de Dióxido de nitrógeno

(N02).

111) Introducción de cierta cantidad de Tetraóxido de dinitrógeno. (N204). IV)Disminución de la presión del sistema.

Tema 6 - Equilibrio Químico

b) La siguiente reacción:

203(g)..

•. 3 02(g) + 68 Kcal se encuentra es estado de

equilibrio, dentro de un recipiente especial. Explique la forma en que se restablecería el equilibrio en cada uno de los siguientes casos: 1) Disminución de la cantidad de Ozono (03)' 11)Aumento de la temperatura del sistema. 111) Aumento de la presión. IV)Disminución de la cantidad de Oxígeno gaseoso (02)' c)

Indique el equilibrio que no se ve afectado por en cambio de volumen, entre los que se presentan a continuación:

1) H2(g) + 12(g)~

2 HI(g)

111)4 HCI(g) + 02(g) ••

4.

5.

•. 2 CI2 + 2 H20(g)

Escriba las expresiones para las constantes de equilibrios en los siguientes sistemas. a)

2 NO(g) + 02(g)

c)

02(g) + 2

~=.,~

::;¡••

H2(g)..

2 N02(g)

•. 2 H20(g)

b] C(5)+ H20(g) d)

~=.. ~

::;¡••

3 CI2(g) + F2(g)..

CO(g) + H2(g)

., 2 FCI3(g)

Resuelva: a)

Para la reacción 2502(g) + 02(g) •• •. 2503(g), se encuentran las siguientes cor centraciones: de 503 4 mol/litro; 02 es 0,5 mol/litro y de 502 es de 0.2 mol/litro, a ~ temperatura de 530°C.

Calcule la constante de equilibrio (Kc).

b) 5e calienta una determinada cantidad de Pentccloruro de fósforo (PCls) en un recipiente os PCI3(g) + C12(9 (Kc) sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0,3'-

10 litros. El equilibrio químico se representa en la ecuación: PCls(g);!: Calcule la constante de equilibrio

moles de PCls; 0,40 moles de PCI3(g) y 0,40 moles de C12. c)

En la siguiente reacción H2(g) + 12(g)~2HI(g), se encontró que la constante de equi brio es de 46. Sl se introduce 1 mol de H2 y 1 mol de 12, ¿Cuál sería la concentración : HI en equilibrio?

d]

Calcule la fracción de COCI2 (Fosgeno) que queda sin descomponer cuando se introdu • 1 mol de COCI2 en un recipiente de 2 litros a la temperatura de 1000 °K, sabiendo q ~ la constante de equilibrio (Ke) es 0,329.

-

----

COCI2••

•. CO + C12·

Tema 6 - Equilibrio Químico

e) Calcule la cantidad de (moles) de 12(g) que se colocó en un recipiente de 2 litros, si las concentraciones en el equilibrio son: 120,373 molar (mol/litro) y de 13,74.10-3 molar. La constante de equilibrio es 3,76.10-5.

n

Reacción: 12(g) •••

• 21(g)'

Calcule las concentraciones en equilibrio del sistema: PCI5(g) •••

• PCI3(g) + CI2(g) sabiendo que la constante de equilibrio vale 3,3 y que

se colocaron 157 gramos de PCI5 en un envase que tiene una capacidad de un litro. g) Se coloca

un mol de ácido

acético

(CH3COOH)

y 0,5

moles de alcohol

etílico

(CH3CH20H) en un envase de un litro. Al restablecerse el equilibrio se han formado 0,4 moles de acetato de etilo (CH3COOCH2CH3) Calcule la constante de equilibrio del sistema. CH3COOH i]

+ CH3CH20H

•••

•

y el mismo número de moles de agua.

CH3COOCH2CH3

+ H20.

En un recipiente se colocan 0,20

moles de Hidrógeno gaseoso (H2) y 0,13 moles de Oxígeno gas (02)' Al llegar al equilibrio se encontró que habían 0,06 moles de agua formados. ¿Qué cantidad de Oxígeno gaseoso queda en el recipiente?

- . idad

2:

a) 1) Orden con respecto a (A) es 2; 11)Orden con respecto a (B) es 1; 111)K= 60 b) 1)Primer orden (1); 11)0,05 e]

seg-1; 111)v= 0,012

Concentración C2H5CI= 0,125

. idad

mol/litro.

seg.

mol/litro .

3:

a) 1 y 11:el equilibrio se desplaza hacia la izquierda favoreciendo la formación del N204. 111Y IV: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favorece la descomposición del N204 Y la formación de N02· b] 1 Y 11: Desplazamiento hacia la derecha disminuyendo la cantidad de 03' e]

El equilibrio i, por no tener variación en el número de moles.

. idad 4:

Tema 7 - Equilibrio lónico

Recordar a

= cantidad

H20

de iones cantidad inicial

I

I

H+ + H-

Disociación del agua

Grado de disociación

Equilibrio lónico Disociación incompleta de un soluto electrolítico

•

,......------,~ Producto de Solubilidad

Medida de la can-

I

14

,......-..",..-::--::--_--, pH < 7 Ácido Soluciones pH 7 Neutro Reguladoras pH > 7 Básico (BuHer)

=

Hidrólisis

tidad de ion es en Ácido débil Base débil la solución K o Kh H2 Kh KH20 Ka Kb Lewis Arrhenius Bronsted-Lowry Acepta eI Ácido Produce H+ Cede H+ Dona eI Base Produce OH- Acepta H+

=

= [H+][OH-] = 10pH = 7 pH = -log[H+] pOH = -log[OH-] pH + pOH = 14 [H+] = antilog pH = 10-pH [OH-] = antilog pOH = 10-poH KH20

=

[H+]

= Ka

[OW]

= Kb

[ácido] [sal] [base] [sal]

Defina: a.

Equilibrio lónico

b. Constante ácida (Ka)

c.

Constante básica (Kb)

d. Constante de Hidrólisis

e.

pH

f. pOH

g.

Grado de disociación

h. Soluciones Buffer

i.

Producto de Solubilidad

j. Ácido [Brónsted-lowry]

k.

Base (Bronsted-Lowry)

1. pKa y pKb

[Kh]

En las siguientes ecuaciones químicas, indique las especies químicas que actúen como ácido según la definición de Bronsted-lowry:

••

a.

H2C202

b.

HCN

c.

CH3CH20H

+ H20

d.

[C6HSNH3]+

+ OH-

+ H20

+ SO=4

••

••

•• ••

••

H30+

+ HC20i

CN- + HSO-4 •. H30+ + CH2CH2O•. CóH5NH2

+ H20

Escriba las fórmulas para las bases conjugadas de cada uno de los siguientes ácidos (según

Bronsted-lowry] : a. HBr

b. H2S04

c. NH3

d. HCN

e. NH4+

f. HN02

Tema 7 - Equilibrio lónico

4.

Calcule el pH de las siguientes soluciones, considere todos los solutos como electrolitos fuertes [totclmente disociados): a. Acido Clorhídrico 0,4 molar c. Ácido Sulfúrico 0,25 molar

b. Hidróxido de Sodio 0,35 molar d. Ácido Fluorhídrico 0,75 normal

5.

Calcule la concentración de H+ y de OH· en las siguientes soluciones, a partir de su pH: a. Solución pH = 4 b. Solución pH = 10 c. Solución pH = 2,5 d. Solución pH = 8,75

6.

Se compara una solución con un pH de 2,5 con otra que contiene 0,04 gramos de H30+ p ~ litro. Indique la solución que sea más ácida.

7.

Explique la razón por la cual el pH de una solución de Cloruro de Sodio (NaCl) es neutro (p = 7), en comparación con el pH de una solución de Acetato de Sodio (CH3COONa) que es básica (pH>7).

8. a.

Resuelva: Calcule el pH de una solución que se obtiene al mezclar 1 mol de Amoníaco (NH3) y 0,4 mol •

b.

de Cloruro de Amonio (NH4CL) en un volumen de un litro. Kb(NH ) = 1,8 • 10-5. Calcule el pH de una solución de Acetato de Sodio (Cfli3COONa) 0,025

Mola~

Ka(CH3COOH) = 1,7 . 10-5. c.

Calcule los gramos de Cloruro de Amonio (NH4CL) que se deben disolver en 0,4 litros par:: obtener una solución con pH = 4,75. Kb = 1,81 • 10-5.

d.

Calcule la variación de pH que se produce al añadir 30 mi de Ácido Clorhídrico 0,1 molar,:: un litro de solución que contiene 0,225 molar en Ácido Acético (CH3COOH) y 0,225 en Acetato de Sodio (CH3COONa). Ka = 1,8 . 10-5.

e.

f.

g.

Calcule la variación de pH que se producirá al agregar 0,01 mol de Hidróxido

mol

de Sod';

(NaOH) en un litro de disolución que contiene 0,17 mol de Amoníaco (NH3) y 0,19 moles ; Cloruro de Amonio (NH4CI). kb = 1,81 • 10-5. Un análisis demuestra que una solución de Fosfato de Plata (Ag3PO 4) contiene 1,6 • 10-5 mol de ión Piata (Ag+). Calcule el producto de solubilidad sabiendo que la solución se encuen _ saturada. ¿Se formará un precipitado

h.

si se agregan 10 mi de Nitrato de Plata (AgN03) 0,01 molar:: 10 mi de NaCl 0,0001 molar? Ksp AgCI =2,8 x 10-5. Calcule la concentración de iones H+ de una solución 2 molar de un Ácido débil que se encu r:

i.

tra disociado en un 8% y cuya constante ácida (Ka) es de 4 . 10-4. Sabiendo que la constante de disociación del Ácido Nitroso (HN02)

es 5,4 • 10-8, calcule

concentración de H+ y el porcentaje de disociación, si se encuentra en una concentración j.

0,1 molar. Calcule el pH de una solución que se obtiene mezclando 20 mi de solución de Hidróxido Sodio (NaOH) 0,25 molar, con 20 mi de solución de NaOH 0,01 Molar. Supongamos la dis; ciación completa.

Tema 7 - Equilibrio lónico

z:>

ividad N° 2:

a) H2C204 -

ividad N°

a) Br: -

3: b) HS04-

ividad N°

a) pH

b) HCN

=

4: 0,4

b) pH = 13,5

ividod N° 5: a) [H+] = 10-4; [OH·]

e) [H+] = 3,2'

d) CN-

10-3;

= 10-10 [OH-] = 3,10 -10

- ividod N° 6: La solución con pH de

e) pH

=

0,6

d) pH

=

0,1

b) [H+]

= 10-10 [OH-] = 10-4

d) [H+]

= 1,78 '10-9; [OH-] = 0,56 . 10-5

2,5.

-

ividod N° 7: La diferencia es que el Acetato de sodio, una vez disociado, se hidroliza (reacciona con el agua) capturando algunos iones H+ y dejando libres algunos OH·.

-

ividod N° 8: a) pOH = 4,3; pH = e) 12,2 gramos e) Variación de pH =

9,7 0,4

g) Sí habrá precipitación i) [H+]

=

0,16 molar

b) pH = 9,4 d) Variación de pH = f) Kps = 1,8 . 1O ·1 O h) [H+] = 0,73 il pH = 11,72

0,01

'10.4% disociación

=

0,0007

::

~~---¡¡-----.-- _a=----j-~-