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Guia de unidades físicas y químicas de concentración de soluciones

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  1. 1. Guía de unidades físicas y químicas de concentración de las disoluciones Término Definición-explicación Disolución o solución Es una mezcla homogénea (presenta una sola fase) conformada por uno o varios solutos disueltos en un solvente o disolvente determinado. Cabe destacar que en las mezclas homogéneas las sustancias no reaccionan entre sí, ya que conservan sus propiedades. De la definición de disolución se puede escribir la expresión: Solución(Sol) = soluto(Sto) + solvente(Ste). Soluto Es la sustancia que se disuelve en el solvente o disolvente, siempre se encuentra en menor cantidad en la mezcla. Por ejemplo: la sal (soluto) se disuelve en el agua (solvente) Solvente o disolvente Es la sustancia que disuelve al soluto, siempre se encuentra en mayor cantidad en la mezcla. Por ejemplo: El agua (solvente) disuelve al azúcar (soluto) Concentración En términos cuantitativos (numéricos), se refiere a la relación entre la cantidad de cualquier soluto (medido en gramos kilogramos, miligramos, mol, milimol, litros, mililitros, entre otras) disuelta en cierta cantidad de solución (medida en gramos, kilogramos, miligramos, litros, mililitros, entre otras). Esta definición permite escribir que: solucióndeCantidad solutodeCantidad iónConcentrac = De esta definición se puede obtener diferentes relaciones entre la cantidad de soluto disuelta en cierta cantidad de solución; entre ellas tenemos: Unidades físicas de concentración; porciento en masa(%m/m), porciento en volumen(%v/v), porciento en masa volumen(%m/v), partes por millón (ppm), y Unidades Químicas de concentración: molaridad (mol/V), molalidad (mol/Kgste); normalidad (Eqsto/V) y fracción molar (nsto/nsol) Unidades físicas de concentración Se refieren a la cantidad de soluto medido en gramos o centímetros cúbicos disueltos en 100 gramos o centímetros cúbicos de solución. Son unidades que dependen de la masa y l volumen de soluto y solvente. Unidades químicas de concentración Se refieren a la cantidad de soluto en mol o equivalentes gramos disueltos por cada litro de solución. Son unidades que dependen del mol como unidad de cantidad de sustancia. Porciento en masa o porciento en peso (%m/m o %p/p) Se refiere a la cantidad de soluto en gramos disuelto en 100 gramos de solución. Por ejemplo; si una solución salina posee una concentración del 10 % en masa quiere decir que hay 10 gramos de sal disuelta por cada 100 gramos de solución. Entonces podemos escribir: 100 100 10 %10 x solucióng solutog masa = De aquí se deduce la fórmula general: )( )( /% gramosensolución gramosenSoluto masamasa = X100 Interpretación: 20% m/m: Expresa que en 100 g de solución se encuentran disueltos 20 g de soluto. Porciento en Se refiere a la cantidad de soluto en centímetros cúbicos= cm3 o mililitros=ml en 100 centímetros cúbicos o mililitros de solución. Por ejemplo, si una solución alcohólica posee una concentración del 40% en volumen, quiere decir que hay 1 Franklin Burguillos (2015). Unidades físicas y químicas de concentración de las disoluciones. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN COLEGIO “SAN JOSÉ” GUATIRE-ESTADO MIRANDA PROFESOR: FRANKLIN BURGUILLOS QUÍMICA 4° AÑOS. El Colegio San José es tú segunda casa, donde aprendes cosas nuevas cada día; compartes, haces amigos, refuerzas los valores que te enseñaron tus padres y adquieres destrezas para ser un ciudadano útil.
  2. 2. volumen(%v/v) 40 centímetros cúbicos de alcohol disueltos por cada 100 centímetros cúbicos de solución. Entonces podemos escribir; 40% en volumen= 100 100 10 3 3 X solucióndecm alcoholdecm De aquí se deduce la fórmula general: %volumen/volumen= 100 )( )( 3 3 X cmensolución cmenSoluto Interpretación: 30% v/v: Expresa que en 100 ml de solución se encuentran disueltos 30 ml de soluto. Porciento masa volumen (%m/v) Se refiere a la cantidad de soluto en gramos disuelto en 100 cm3 de solución. Por ejemplo; una solución al 5% masa volumen de sal contiene 5 gramos de sal disuelta en 100 cm3 de solución. De aquí podemos escribir la relación: 5% m/v = 100 100 5 3 X solucióndecm saldeg De esta relación podemos sacar una fórmula general: %m/v = 100 )( )( 3 X cmenSolución gramosensoluto Interpretación: 15% m/v: Expresa que en 100 ml de solución se encuentran disueltos 15 g de soluto. Partes por millón (ppm) Expresa los miligramos de soluto disuelto en 1 L de solución. Unidades: mg/L = ppm solucióndeLitros solutodemg ppm = Interpretación: 4,4 ppm: Expresa que en 1 Litro de solución se encuentran disueltos 4,4 mg d soluto. Partes por billón (ppb) Expresa los microgramos (µg) de soluto disuelto en 1 Litro de solución. Unidades: µg/L = ppb solucióndelitros solutodeg ppb µ = Interpretación: 12 ppb: Expresa que en 1 Litro solución se encuentran disueltos 12 μg de soluto. Densidad de una sustancia Es la relación existente entre la masa y el volumen de una sustancia. Para sólidos y líquidos se mide la masa en gramos y el volumen en cm3 . Para gases se mide la masa en gramos y el volumen en litros. Por ejemplo; la densidad del agua es 1 g/cm3 ; esto quiere decir que 1 cm3 de agua pesa 1 g. Densidad de una solución Es la masa de solución que pesa un centímetro cúbico de la misma. Por ejemplo; una solución de ácido nítrico posee una densidad de 1,4 g/cm3 ; esto quiere decir que 1 cm3 de solución posee una masa de 1,4 g. Es importante recordar que una variable muy importante que hay que tomar en cuenta cuando se trabajan con soluciones es la densidad, la cual se define como la masa de una sustancia por cada unidad de volumen. Su fórmula es la siguiente: v m d = Mol Es la unidad de cantidad de sustancia que es igual a 6,02x1023 partículas (tales como; átomos o moléculas). Para determinar los mol de cualquier sustancia se necesitan dos datos fundamentales: la masa en gramos de la sustancia y su masa molar, la 2 Franklin Burguillos (2015). Unidades físicas y químicas de concentración de las disoluciones. Donde m es la masa expresada en gramos y V el volumen expresados en mililitros (ml), por lo tanto, las unidades de densidad son g/mL
  3. 3. fórmula será: )/( )(tan molgramosmolarmasa gramosciasusdemasa n = donde n = mol de sustancia. Por ejemplo, ¿cuántos mol de NaOH (MM=40 g/mol) están contenidos en 20 g? NaOHdemol molg g n 5,0 /40 20 == Molaridad Se refiere a los moles de soluto disuelto en un litro o dm3 de solución. Por ejemplo; una solución 2 mol/L de NaOH posee 2 mol de NaOH disueltos en 1 litro de solución. De esta relación se puede obtener la fórmula: Lmol / = solucióndelitroenVolumen solutodemol Unidades: mol/L = M = Molar Interpretación: 1,5 M: Expresa que en 1 L de solución se encuentran disueltos 1,5 moles de soluto. Molalidad Se refiere a los moles de soluto disuelto en un kilogramo de solvente. Por ejemplo; una solución 1,25 mol/kgste de NaOH posee 1,25 mol de NaOH disueltos en 1 kilogramo de solvente. De esta relación se puede obtener la fórmula: solventedekgMol / = solventederamoski solutodemol log Unidades: mol/Kg = m = molal Interpretación: 0,5 m: Expresa que en 1 Kg de solvente están disueltos 0,5 moles de soluto. Normalidad Se refiere a los equivalentes gramos de soluto disuelto en 1 litro de solución. Por ejemplo; una solución 3 eq/L de NaOH posee 3 equivalentes gramos de NaOH disuelto en 1 litro de solución. De esta relación se obtiene la fórmula: solucióndelitrosenvolumen solutodegramosesequivalent LEq =/ Unidades: Eq/L = N = Normal Interpretación: 0,75 N: Expresa que en 1 Litro souciónl se encuentran disueltos 0.75 equivalentes de soluto. Peso equivalente de un ácido Se refiere a los gramos de ácido que se pueden aportar por cada hidrógeno que este posee en una reacción. hidrógenosdeNúmero fórmulaPeso ácidoundeeequivalentpeso = Por ejemplo; el peso equivalente del ácido sulfúrico, H2SO4 (PM =98) será: eqg eq g SOHPeq /49 2 98 )( 42 == Peso equivalente de un hidróxido o base Se refiere a los gramos del hidróxido que se pueden aportar por cada ión hidróxido en una reacción. hidróxidosdeNúmero fórmulaPeso hidróxidoundeeequivalentpeso = Por ejemplo; el peso equivalente del hidróxido de aluminio, Al(OH)3 de PM=78 será: eqg eq g OHAlPeq /26 3 78 ))(( 3 == 3 Franklin Burguillos (2015). Unidades físicas y químicas de concentración de las disoluciones.
  4. 4. Fracción molar( )Χ Expresa la relación entre el número de moles de un componente en particular y el total de moles presentes en la solución. solucióndemol solutodemol soluto =Χ solucióndemol solventedemol solvente =Χ solventedemolsolutodemolsolucióndemol += 1=Χ+Χ solventesoluto Por ejemplo; si una solución posee una fracción molar de soluto igual a 0,02 entonces la fracción molar del solvente será 0,08. Ya que la suma de ambas debe dar 1. Interpretación: Xsoluto = 0.25, esto solo nos indica que el 25% de la mezcla pertenece al soluto. Ejemplo tipo: Se prepara una solución disolviendo 5 gramos de sulfato cúprico o tetraoxosulfato(VI) de cobre(II) en agua hasta completar 250 ml de disolución, si la densidad de la mezcla preparada es igual a 1,13 g/mL. Determina para la misma: a) Porciento en masa (%m/m) b) Porciento en masa volumen (%m/V) c) Molaridad d) Molalidad Resolución. 1°) Se identifican los componentes de la solución, fórmulas y cantidades de cada uno de ellos. componente nombre Fórmul a Cantidad soluto Sulfato cúprico CuSO4 5 g Solvente Agua H2O 277,5 g Como se desconoce la masa de agua involucrada en la solución, entonces se debe calcular con la densidad de la solución: Tenemos 250 ml de solución. solucióndemL solucióndegramos 1 13,1 = 282,5 gramos de solución Como sabemos que: Solución = soluto + solvente entonces, podemos despejar solvente; Solvente = solución – soluto En nuestro problema; Solvente = 282,5 g – 5 g = 277,5 g. Como se conocen todos los datos, se procede a determinar las unidades de concentración: a) %769,1%100. 5,282 5 /% == solucióndegramos solutodegramos mm b) %100. 250 5 /% solucióndeml solutodegramos vm = 4 Franklin Burguillos (2015). Unidades físicas y químicas de concentración de las disoluciones. Este dato se determina con ayuda de la densidad de la solución (ver cálculo abajo) Recuerda que la densidad es la masa por unidad de
  5. 5. c) Para determinar la concentración en mol/L es necesario conocer los mol de soluto y el volumen de la solución en litros, por tanto, deben hallarse primero: Masas atómicas: Cu = 63,5 S = 32 O = 16 La masa molar del CuSO4 = 63,5 g Cu + 32 g de S + 64 g O = 159,5 g/mol. Para hallar mol de CuSO4 debemos: Tenemos 5 g de CuSO4. 4 4 031,0 5,159 1 CuSOdemol g CuSOdemol Para determinar los litros de solución, debemos recordar que 1 litro = 1000 mL, entonces: Tenemos 250 mL de solución. solucióndelitros solucióndemL solucióndelitro 25,0 1000 1 = Ahora si podemos determinar la concentración en mol/l de la solución: d) Para hallar la molalidad necesitamos los mol de soluto y los kilogramos de solvente, entonces; Mol de CuSO4 = 0,031 “ya calculados arriba” Kilogramos de solvente, H2O = tenemos 277,5 gramos de H2O . gramos ramoki 1000 log1 = 0,2775 Kg Entonces, la molalidad de la solución será igual a: Mol/Kgste = solventedekgmol OHderamoski CuSOdemol /11,0 log2775,0 031,0 2 4 = Ejercicios de unidades de concentración de las soluciones químicas. 1) ¿Qué masa de sulfato de sodio, Na2SO4 es necesaria para preparar 500 mililitros de una solución 3 molar? Datos: Na=23; S=32; O=16. Solución: 213 g 2) Determina el peso o masa equivalente de las siguientes sustancias: a) HNO3 (PM=63 g/mol); b)H3PO4 (PM=98 g/mol); c) HCl (PM= 36,5 g/mol); d) NaOH (PM=40); e) Ca(OH)2 (PM=74); f) Al(OH)3 (PM=78). 3) Se disuelve 0,8 gramos de Ca(OH)2 en agua hasta completar 250 mililitros de solución. ¿Cuál es la normalidad de la solución?. Datos: Ca=40, H=1; O=16. Solución = 0,086 Normal. 4) Se mezclan 5,00 g de cloruro de hidrógeno (HCl) con 35,00 g de agua, formándose una disolución cuya densidad a 20 °C es de 1,060 g/cm3 . Determina para dicha disolución lo siguiente: a) El tanto porciento en peso, b) la concentración en gramos por litro, c) la molaridad y d) la molalidad. Datos: H = 1; Cl = 35,5 ; O = 16. Solución: a) 12,5 %; b)132,5 g/L; c) 3,63 mol/l ; d) 3,91 mol/kgSTE 5) Calcula la concentración en % en masa de una disolución obtenida disolviendo 10 g de NaOH en 150 g de agua. Solución: 6,25 % 6) Calcula la concentración en gramos por litro de una disolución obtenida al mezclar 319 g de CuSO4 con agua hasta completar dos litros de disolución. Solución: 159,5 g/L 5 Franklin Burguillos (2015). Unidades físicas y químicas de concentración de las disoluciones. Lmol litros CuSOdemol Lmol /124,0 25,0 031,0 / 4 == Recuerda que las unidades de molaridad son: Mol/L Recuerda que las unidades de molaridad son: Mol/L Recuerda que 1 kilogramo = 1000 gramos
  6. 6. 7) Una botella contiene 750 g de agua azucarada que contiene un 60% de azúcar. Calcula cuántos gramos de azúcar contiene. Solución: 450 g 8) Una disolución está formada por 8 g de soluto y 250 g de agua. Sabiendo que la densidad de la disolución es de 1,08 g/cm3 . Calcula la concentración de la disolución en g/L. Solución: 33,49 g/L 9) Calcula la molaridad de una disolución que se obtiene disolviendo 175,35 g de NaCl en agua hasta completar 6 litros de disolución. Datos: Na=23; Cl=35,5. Solución: 0,5 mol/L. 10) Calcula la molaridad de una disolución que se obtiene disolviendo 25 g de KCl (PM = 74,551 g/mol) en 225 g de agua, sabiendo que la densidad de la disolución es de 2,1 g/mL. Datos: K=39; Cl=35,5. Solución: 2,86 mol/L 11) El HCl (PM = 36,461 g/mol) comercial contiene 35% en masa de ácido clorhídrico y su densidad es 1,18 g/mL. ¿Cuál es su molaridad? Datos: Cl=35,5; H=1. Solución: 11,35 mol/L 12) Calcula el número de moles de soluto que están presentes en cada una de la disoluciones siguientes: a) 400 mL de MgBr2 0,240 mol/L; b) 80,0 µL de glucosa 0,460 mol/L; c) 3,00 L de Na2CrO4 0,040 mol/L. solución: a) 0,096 moles; b) 3,68.10-5 moles; c) 0,12 moles. 13) Determina la molaridad, la molalidad y la fracción molar de soluto de una disolución formada al disolver 12 g de hidróxido de calcio (PM = 74,093 g/mol) en 200 g de agua, si la densidad de esta disolución es de 1,050 g/cm3 . Datos: Ca=40; O=16; H=1. Solución: 0,80 mol/L; 0,81 mol/kgSTE; 0,014 14) Calcula la molaridad y la molalidad de una disolución acuosa de ácido sulfúrico (PM = 98,078 g/mol) al 27% en masa y densidad 1,190 g/cm3 . Datos: H=1; S=32; O=16. Solución: 3,28 mol/L; 3,77 mol/kgSTE 15) Calcula la molaridad, la molalidad y la fracción molar del soluto de una disolución acuosa de ácido nítrico (PM = 63,0128 g/mol) al 33,50% en masa y densidad 1,200 g/cm3 . Datos: H=1; N=14; O=16. Solución: 6,38 mol/L; 7,99 mol/kgSTE; 0,126. 16) Al mezclar 1 L de ácido nítrico al 62,70% en masa y 1,380 g/cm3 de densidad con 1L de ácido nítrico al 22,38% en masa y 1, 130 g/cm3 de densidad, obtenemos una disolución de 1,276 g/cm3 de densidad. Calcula: a) La concentración final en porcentaje en masa y b) El volumen de la disolución final. Solución: 44,55%; 1,97 g/L 17) Calcula el porcentaje en masa de una disolución 2 molal de metanol CH3OH, en agua. Calcula los moles de metanol que contienen 5 L de esta disolución si su densidad es de 0,950 Kg/L.. Calcula la molaridad de la disolución DATOS: C=12; O=16; H=1. Solución: 6,02%; 8,94 moles; 1,79 mol/L. 18) Calcula el porcentaje en masa de cloruro de sodio, en una disolución acuosa saturada a 20 ºC, si su solubilidad a esa temperatura es de 36 g de cloruro de sodio por cada 100 g de agua. Calcula la cantidad de cloruro de sodio necesario para preparar una disolución saturada con 5 L de agua a 20 ªC. Solución: 26,47%; 1800 g 19) ¿Cuál será la concentración molar (o molaridad) de una solución de fluoruro de calcio, CaF2, que contiene 8 g del soluto en 250 ml de solución? Datos: Ca=40; F= 19. Solución: 0,4 mol/L 20) En un laboratorio se encuentra un recipiente que contiene una solución de H2SO4. La etiqueta de dicho recipiente dice: Ácido sulfúrico al 33% en peso y Densidad = 1,25 g/mL. Exprese la concentración de dicha solución en normalidad. Solución = 8,42 N 21) Calcule la Molaridad y la Normalidad de una solución de H3PO4 de 89% de pureza y d= 1,75 g/mL.. Datos: PM H3PO4 = 98 g/ mol. Solución: 15,9 M; 47,7 N 22) Para ser utilizado en la descontaminación de sorgo con aflatoxinas, se prepara una solución de hidróxido de calcio, disolviendo 1,2 g de Ca(OH)2 en agua suficiente para obtener 3 litros de solución. Calcule la Molaridad y la Normalidad de la solución. Datos: PM Ca(OH)2 = 74 g/mol. Solución: 5,41 x 10-3 M ; 1,08 x 10-2 N 23) ¿Cuántos gramos de cloruro de amonio se necesita disolver en 100 mL de agua a fin de obtener una solución 0,05 m a 20ºC? Datos: PM NH4Cl =53,59g/mol. Solución: 0,268 g 24) Se disuelven 3,5 g de NaCl en 500 mL de agua. Determine la molalidad de la solución. Datos: Densidad del agua = 1g/mL, Na=23; Cl=35,5; H=1; O=16. 25) Los compuestos de mercurio que se ingieren, se acumulan en el organismo, por lo que la reglamentación internacional establece un límite máximo de Hg en los alimentos de 0,5 ppm. Si se analizan 25 g de un alimento enlatado y se encuentra que contiene 15 µg de Hg. Diga si el alimento debe ser confiscado. Fundamente su respuesta solución: 0,6 ppm > 0,5ppm; SI debe ser confiscado. 26) Calcular la Molaridad de una solución que contiene 15,6 g de sulfuro de sodio (PM=78 g/mol) en 100 mL de solución. Solución: 2 M 27) ¿Cuál será la concentración en ppm de una solución acuosa que contiene 2,2 mg de iones fluoruro (F-) en 500 mL? solución: 4,4 ppm 6 Franklin Burguillos (2015). Unidades físicas y químicas de concentración de las disoluciones.
  7. 7. 28) Se disuelve 0,56 gramos de hidróxido de potasio, KOH, al 87% de pureza en suficiente agua hasta completar 500 mL de solución. Calcula: a) Molaridad.. Datos: K = 39; O=16; H=1. Solución: a) 0,0174 molar; b) 0,00174 normal 29) ¿Qué masa de NaOH al 45% de pureza es necesaria utilizar para preparar 1,5 litros de solución 0,001 molar?. Datos: Na=23; O=16; H=1. Solución: 0,133 g. 30) ¿Qué masa de hidróxido de calcio, Ca(OH)2 al 89% es necesaria para preparar 250 mL de una solución 1 molar?. Datos: Ca=40; O=16; H=1. Solución: 20, 786 g. 31) Se disuelve 2,76 gramos de glucosa, C6H12O6 (PM=180 g/mol) al 76% en suficiente agua para obtener 2500 mL de solución, ¿cuál será la molaridad de la solución?. Solución: 0,466 molar. 32) ¿Cuál será la normalidad de cada una de las siguientes soluciones? a) 0,002 molar de HNO3 b) 0,5 molar de H2SO4 c) 0,03 M de Al(OH)3 d) 3 mol/l Mg(OH)2 e) 45 gramos de H2SO3 en 3 Litros de solución f) 0,005 gramos de Ca(OH)2 en 1200 mL de solución Solución: a) 0,002 normal; b) 1 normal; c) 0,09 N; d) 6 N; e) 0,365 N; f) 1,126.10-4 N 7 Franklin Burguillos (2015). Unidades físicas y químicas de concentración de las disoluciones.

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