GUÍA DE APRENDIZAJE DISOLUCIONES

DISOLUCIONES: UNIDADES UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

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Objetivo Adquirir fluidez de cálculo con las unidades de concentración de las disoluciones. LAS DISOLUCIONES Una disolución es una mezcla homogénea (de igual composición y estructura en todos sus puntos, es decir, que sus propiedades son uniformes en toda su extensión) que consta de: • DISOLVENTE: es el componente mayoritario de la mezcla y que en nuestro caso será casi siempre agua. • SOLUTO: es el compuesto que está disuelto en el disolvente. Según la cantidad de soluto se tiene: - Disoluciones concentradas, si si tienen una elevada cantidad de soluto. - Disoluciones diluidas, si sólo tiene disuelta una pequeña cantidad de soluto.

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN PORCENTAJES - en peso y en volumen • Porcentaje en masa: es muy utilizado. Es la masa de soluto que hay por cada 100 gramos de disolución. • Porcentaje en volumen: es el volumen de soluto (mL, L,...) que hay por cada 100 unidades de volumen de disolución. Se usa frecuentemente frecuente mente cuando el soluto es un líquido. MOLARIDAD (M) Son los moles de soluto que hay por cada litro de disolución.

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Es muy conveniente a la hora de ir resolviendo el ejercicio ir escribiendo las unidades completas al lado de cada valor. Frecuentemente, Frecuenteme nte, las unidades van indicando las operaciones que hay que ir haciendo hasta llegar a la magnitud pedida.

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Gramos por litro

molalidad (m) Son los moles de soluto que hay por cada litro de disolvente.

LA DENSIDAD LA DENSIDAD NO ES UNA UNIDAD DE CONCENTRACIÓN

La densidad es la masa de disolución que hay por unidad de volumen de disolución.

Para poder pasar la densidad a unidades de concentración se suele necesitar información adicional, por ejemplo el % en peso. Éste se le aplica y así se puede determinar que masa de esa disolución para ese volumen es realmente de soluto.

Unos primeros ejercicios rápidos: Disol 1 Calcula el porcentaje de K2CO3 que hay en una solución que se obtiene disolviendo 15 g de K2CO3 en 60 g de H2O. ¿Qué nombres recibe el soluto? Disol 2 Cuántos gramos de NaCl habría que disolver en 54 g de H 2O para obtener una disolución al 10 % en peso? Disol 3 ¿Cuál es la molaridad de una disolución que contiene 49 g de H 2SO4 en 2’0 litros de disolución?. El peso molecular del H 2SO4 es 98. ¿Cómo se llama el soluto? Disol 4 ¿Cuántos gramos de H 2SO4 hay en 0’50 litros de una disolución 0’050 M? (resolución de los 4 primeros ejercicios) PÁGINA 2 DE 12

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Disol 5 Se prepara una disolución disolviendo 32 g de cloruro d e sodio en 1’2 L de disolución. Sabiendo que la masa atómica del sodio es 23 y la del cloro 35’5, determinar: a) Molaridad de la disolución b) En qué volumen se han disuelto 10 g. de NaCl c) En qué volumen se han disuelto 0’16 moles (resolución) d) Cuántos moles de soluto hay en 0’35 L e) Cuántos gramos de soluto hay en 20 ml de la disolución Disol 6 En una disolución de ácido sulfúrico se contienen 490 g del ácido en 45 L de la disolución. Conociendo las masas atómicas de los elementos S = 32, O = 16, H = 1, calcular: a) La concentración de la disolución en g/L b) La molaridad de la disolución c) El número de moles contenidos en 17 cm3. (resolución) d) Los gramos contenidos en 0’025 L de disolución. e) En qué volumen de disolución hay 1/7 de mol f) En qué volumen de la disolución hay 0’3 Kg de ácido sulfúrico Disol 7 Una disolución de NaOH tiene un porcentaje del 40 % en soluto. a) ¿Cuántos gramos de soluto hay en 25 g de disolución? b) ¿Cuántos moles de soluto hay por cada Kg de disolución? (resolución) c) ¿Qué masa de disolución contiene 13 gramos de soluto? d) ¿Qué masa de disolución contiene 0’6 moles de soluto? Na = 23 ; O = 16 ; H = 1 Disol 8 Una disolución de H 2SO4 es 5’8 molar. a) ¿Cuántos gramos de H2SO4 tiene por litro? b) ¿Cuántos moles cada cm3? c) ¿En qué volumen hay 1 mol de H2SO4? d) ¿En qué volumen hay 1 gramos de H2SO4? H = 1 ; O = 16 ; S = 32

(resolución)

Disol 9 Se disuelven 72 g de FeCl3 en 0’5 L de disolución. ¿Cuántos gramos de hierro hay en 17 cm3 de la disolución?. Masa Molecular FeCl 3 = 162’3 (resolución) PÁGINA 3 DE 12

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Disol 10 Tenemos 2 disoluciones de Ba(OH) 2. Una de ellas tiene un volumen de 0’34 L y es 0’8 M. La otra tiene un volumen de 0’86 L y es 0’45 M. Si mezclamos ambas disoluciones  y suponemos que el volumen total es la suma de los dos volúmenes determinar: a) El número de moles iniciales de cada una. b) El volumen total. (resolución) c) La molaridad de la disolución resultante. Disol 11 Una disolución de NaCl tiene una densidad de 1’15 g/mL y una riqueza en soluto de 35 % en masa. Contestar las siguientes cuestiones: a) ¿Cuántos gramos de disolución hay en 120 cm 3? b) ¿Cuántos gramos de soluto en 120 cm3? c) ¿Cuántos gramos de agua hay en 120 cm3? (resolución) d) Si tomamos 300 g de la disolución, cuántos hay de NaCl? e) ¿En qué masa de disolución están contenidos 32 g de NaCl? f) Si queremos 5 g de NaCl, ¿qué volumen de la disolución deberemos tomar? g) ¿En qué volumen de la disolución está contenido 1 mol de soluto?

FRACCIÓN MOLAR (M) En general nos indica la relación entre los moles de una de las sustancias de la mezcla y los moles totales de todos lo componentes:

En el caso de las disoluciones (s: soluto ; d: disolvente)

Dos ideas clave: • La fracción mola es adimensional (= no tiene unidades) • La suma de las fracciones molares de los componentes de l a mezcla vale 1 Videoproblema para autoestudio Enlace para ver el problema (metodología: intenta hacer el problema antes de ver su resolución) PÁGINA 4 DE 12

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Normalidad (N) La normalidad es el número de equivalentes-gramo que hay por litro de disolución.

También se puede calcular una vez sabida la molaridad según la relación N = M . v en donde “v” es la valencia del compuesto. Otras relaciones en relación con los equivalentes son: El concepto de equivalente químico se aplica actualmente a reacciones químicas de oxidación reducción y entre ácidos y bases. Se basa en el hecho de que siempre un equivalente de una sustancia reacciona con un equivalente de otra, algo que no sucede con los moles.

Disol 12 Una disolución acuosa de tetraoxoclorato (VII) de hidrógeno (ácido perclórico) al 40 % en peso tiene una densidad de 1’2 g/cm 3. Calcular: a) La molaridad de dicha disolución. b) La normalidad (resolución) c) La molalidad Disol 13 El alcohol etílico (etanol) que se vende en las oficinas de farmacia (no apto para consumo por vía oral) suele tener una concentración centesimal del 95 % (95 g de alcohol y 5 g de agua). Calcular las fracciones molares de cada elemento (resolución) Disol 14 Una disolución acuosa de tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno (ácido sulfúrico) con 20 % en peso tiene una densidad de 1’14 g/ml. Calcular la molaridad, la molalidad, la normalidad y la fracción molar de ácido sulfúrico en la disolución. (resolución) PÁGINA 5 DE 12

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VIDEOPIZARRA sobre el tema de DILUCIONES Se abordan una serie de procedimientos como el de preparar una disolución a partir de otra más concentrada o la mezcla de dos disoluciones. Ir a la video pizarra

Un videoproblema: Se trata de un problema en el que se aplica lo explicado en la videopizarra anterior. Intenta hacerlo antes de ver la resolución Ir al videoproblema

Disol 15 Calcular la normalidad de una disolución acuosa de NaOH al 10 % en peso. (resolución) Disol 16 Una disolución de ácido acético al 10 % tiene una densidad de 1’055 g/cm 3. Se desea saber: a) ¿Cuál es tu molalidad? b) Si añadimos 1 L de agua a 500 cm 3 de la disolución anterior, ¿cuál es el tanto por ciento en peso de la nueva disolución? c) ¿Cuál es la normalidad de la nueva disolución? Videopizarra de (resolución) apoyo al 16b (si después de intentarlo tienes dificultades para hacer el apartado b, mira la videopizarra. Si no las has tenido mira el vídeo al terminar tu resolución porque contiene un buen consejo) PÁGINA 6 DE 12

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Disol 17 Se mezclan 50 gramos de etanol (CH 3 - CH2OH) y 50 gramos de agua para obtener una disolución cuya densidad es 0’954 g/cm3. Para la disolución de etanol y agua que se forma, calcula: a) La concentración molar de etanol b) La fracción molar del agua (resolución)

ELECTROLITOS Y DISOLUCIONES Muchas sustancias cuando se disuelven en agua se ionizan, es decir, se descomponen completamente en un ion negativo (anión) y otro positivo (catión). A estas sustancias se le llama electrolitos fuertes. En el caso de que sólo se disocien parcialmente en iones se llamarán electrolitos débiles. El nombre de ELECTROlitos se debe a que éstas sustancias en disolución conducen la electricidad ya que forman iones. Los no electrolitos no pueden hacerlo. A continuación se presentan dos vídeos: • El primero muestra la diferencia entre electrolito y no electrolito (ver aquí) • El segundo nos enseña la diferencia entre un electrolito fuerte (ácido clorhídrico o cloruro de hidrógeno) y uno débil (ácido acético) (ver aquí) En general los compuestos iónicos solubles (muchas sales) y ácidos y bases fuertes son electrolitos fuertes. Los ácidos orgánicos y el amoniaco son electrolitos débiles Las sales binarias (NaCl, K 2S,...) y los ácido hidrácidos (HCl, H 2S,...) se disocian de modo que el no metal formará el anión y el metal el catión. En el caso de las sales que provienen de los ácidos oxoácidos y estos propios ácidos el anión lo forma el no metal junto al oxígeno con un número de cargas negativas igual al número de hidrógenos que tenía el ácido oxoácido. El metal formará el catión con un número de cargas positivas igual a su valencia. Los hidrógenos siempre tienen carga +1. Disol 18 Escribe la reacción de disociación de los siguientes compuestos, nombrándolos y nombrando los iones que forman: a) KI b) H2CO3 c) AgNO3 d) H2Se e) NaOH f) CuClO 2 (resolución) PÁGINA 7 DE 12

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Disol 19 Calcula el número de moles de de cada ion que hay cuando se disuelven 1’135 moles de: a) K2Cr2O7 b) Ca(OH)2 c) Al2S3 d) H3PO4 e) Na2SO3 (resolución) Disol 20 Sabiendo que una disolución concentrada de ácido clorhídrico contiene un 35’2 % en peso de HCl y su densidad es 1’175 g/cm3, calcular el volumen de dicha disolución que se necesita para preparar 2 litros de ácido clorhídrico 2 N? ( H = 1 ; Cl = 35’5) (resolución) Disol 21 ¿Cuáles son la normalidad y la molaridad de una disolución de ácido sulfúrico del 98 % en peso y densidad 1’84 g/mL? (resolución) (S = 32 ; O = 16 ; H = 1) Disol 22 Calcular la normalidad de una disolución de ácido nítrico de densidad 1’334 g/mL y del 54 % en peso. (resolución) ( N = 14 ; O = 16 ; H = 1) Disol 23 Calcular la molalidad de una disolución acuosa de NaOH al 10 % en peso. (resolución) (Na = 23 ; H = 1) Disol 24 El ácido sulfúrico comercial que se encuentra en los laboratorios es 36 N. Si deseamos preparar 300 mL de dicho ácido 1 M, ¿qué volumen del comercial deberemos tomar para diluir con agua? (resolución) Disol 25 Se disponen de 200 ml de una disolución 0’6 M de cloruro de sodio y de 400 ml de otra 0’35 M en trioxosulfato(IV) de disodio (sulfito de sodio). Si se mezclan ambas, ¿cuál es la concentración final del catión Na+? (resolución) Disol 26 Se disponen de 600 ml de una disolución 0’25 M de trioxonitrato(V) de sodio (nitrato de sodio) y de 500 ml de otra 0’42 M en bis [trioxonitrato (V)] de calcio (nitrato de calcio). Si se mezclan ambas, ¿cuál es la concentración final del catión trioxonitrato (V)? (resolución) PÁGINA 8 DE 12

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pH y DISOLUCIONES Una característica de algunas sustancias es su acidez o su basicidad o alcalinidad, (lo opuesto a acidez) y también de las disoluciones que forman estas sustancias. Se define ácido como una sustancia que en disolución produce H 3O+ (a veces representado como H+ y llamado hidrogeniones ) y base (o alcali) como aquellas que producen OH- (grupo hidroxilo) en disolución. En esta lección básica trabajaremos con ácidos y bases fuertes, es decir, aquellos que están completamente disociados. En cualquier disolución se cumple, y en el agua destilada también, que: [H3O+] = [OH-] = 10-14 = Kw

siendo la constante Kw el producto iónico del agua. Precisamente, para medir el grado de acidez de una disolución se mide la [H3O+] de modo que a mayor [H 3O+] mayor acidez. Como el valor de la

concentración de hidrogeniones es pequeño se le suele aplicar el logaritmo para darle un magnitud más representativa que se conoce con el nombre de “pH”, cuya expresión es:

pH = - Log [H3O+] El valor del pH oscila entre 1 y 14 yendo de más ácido (1) a menos ácido (14)

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• Si 1 < pH < 7, la disolución es ácida • Si pH = 7, la disolución es neutra • Si 7 < pH < 14, la disolución es básica

También se suele usar el pOH como pOH = - Log [OH -], cumpliéndose siempre que p H + pOH = 14 Disol 27 Calcula el pH de disoluciones que tienen las siguientes concentraciones: a) 1’8.10-8 de [H3O+] b) 1’6.10-2 de [H3O+] c) 2’7.10-13 de [OH-] d) 5’2.10-5 de [OH-] ¿Cuál de las cuatro es la más ácida? (resolución) Disol 28 Se fabrican unas disoluciones de un litro de volumen final utilizando 48 g de: a) HCl b) H2SO4 c) KOH d) Ca(OH) 2 i) Nombra los cuatro compuestos ii) ¿Cuál será el pH de cada una de ellas. [Cl = 35’5 : S = 32 ; Ca = 40 ; O = 16 ; H = 1 ; K = 39,1] (resolución) Disol 29 Se dispone de las siguientes disoluciones: a) Una de HNO3 de pH 2,73 b) Una de NaOH de pH 8’22 c) Una de H2SO4 de pH 1’76 d) Una de Mg(OH)2 de pOH = 3’49 Para cada una de ellas calcula (i): Su molaridad y su normalidad (ii): La masa de soluto que habría en 250 ml de dicha disolución. H = 1 ; N = 14 ; Na = 23 ; S = 32 ; O = 16 ; Mg = 24,3 (resolución) PÁGINA 10 DE 12

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Disol 30 Se ha preparado una disolución de etanol en agua disolviendo 10’00 mL de etanol C2H5OH (d = 0’789 g/mL) en un volumen suficiente de agua para obtener 100’00 mL de una disolución con una densidad de 0’982 g/mL. ¿Cuál es la concentración de etanol como a) porcentaje en volumen b) porcentaje en peso c) fracción molar de soluto d) Molaridad e) Molalidad C = 12 ; H = 1 ; O = 16 (resolución) Disol 31 Se dispone de una disolución de trioxonitrato (V) de hidrógeno (ácido nítrico) de densidad 1’334 g/mL y un 54 % en peso. a) ¿Cuál es el pH de la disolución? b) ¿Qué molaridad debería tener una disolución de tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno (ácido sulfúrico) para tener el mismo pH que la disolución dada? N = 14 ; H = 1 ; O = 16 ; S = 32 (resolución) Un problema diferente Calcular el volumen de anís que ha consumido una persona, teniendo en cuenta los siguientes datos: • Porcentaje de alcohol (en masa) en el anís: 39 % • Porcentaje de alcohol que pasa a la sangre: 15 % • Concentración de alcohol en sangre del individuo: 2’8 mg/mL • Volumen total de sangre: 6 L • El contenido de una botella de anís de 1 L tiene una masa 1065 g (resolución) Otro problema diferente Calcular el volumen total de sangre de un individuo teniendo en cuenta: 1. El plasma sanguíneo (sangre sin células) ocupa un 55 % del volumen total de la sangre. 2. La masa de iones Ca 2+ que se encuentran en el plasma es de 0’27 g siendo la concentración molar de la misma 0’00245 moles/L 3. Masa atómica del calcio: 40 (resolución) PÁGINA 11 DE 12

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Tercer problema diferente Determinar el número de cervezas que había ingerido un automovilista que, en la prueba de alcoholemia realizada en un control policial, dio como resultado 1’8414 mg de alcohol por mililitro de sangre. DATOS: • Densidad de la cerveza: 1’1 g/mL • El volumen de una cerveza es de 0’310 L • Porcentaje de alcohol en una cerveza5’4 % en peso. • El 15 % del alcohol consumido pasa directamente al torrente sanguíneo • Volumen del torrente sanguíneo: 6 L. (resolución) Cuarto problema diferente Si quieres f abricar caramelos para la tos, lo puedes hacer de la siguiente manera: 1. En un mortero que has limpiado cuidadosamente mezcla azúcar, aceite de anís, esencia de menta, agua y ácido tartárico. 2. Una vez bien mezclados los ingredientes, se calienta al baño María en un molde apropiado y se espera que solidifique la mezcla. Determina la cantidad necesaria de cada sustancia, teniendo en cuenta los datos siguientes: • Masa total de la mezcla antes de ponerla a calentar: 675’5 g • Porcentaje de azúcar en la mezcla: 68’097705 % • Porcentaje del aceite de anís en la mezcla: 1’850481125 % • Porcentaje de esencia de menta en la mezcla: 0’14803849 % • La composición centesimal del ácido tartárico es de 64 % de O, 32 % de C y 4 % de H, estando su masa molecular comprendida entre 100 y 200. • Si disolvemos una cantidad de ácido tartárico igual a la de la receta en 133’3 mL de agua se obtiene una disolución 0’1 M. • Masas atómicas: C = 12 ; H = 1 ; O = 16 (resolución) @profesorjano

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