QUIMICA ANALITICA 1 EJERCICIOS Alexis Caraveo Jesus Eduardo Gala Morales 12-14831
Molaridad La Molaridad (M) o Concentración Molar es el número de moles de soluto que están disueltos en un determinado volumen. La Molaridad se expresa en las unidades (moles/litro). La Molaridad de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula: (° ) Molaridad (M)=
En donde M es la molaridad, n es el número de moles de soluto, V es el volumen de solución expresado en litros. Ya que:
n=
En donde g representa los gramos de soluto y MM la masa molecular del soluto, de aquí que:
= Ejercicios: 1.- Calcular la molaridad de una disolución que contiene 2,07·10 -2 moles de soluto en 50 ml
de disolvente:
2.07 ∗ 10− 2.07 ∗ 10− = = = = .414 50 0.05 2.- Calcular el número de moles de soluto en 5 litros de una disolución 0,4 M:
=
= ∗ = 0 . 4 ⁄ ∗ 5 = 2
3.- Calcular la molaridad de una disolución de 100 gramos de metanol CH4O en 1 litro de
disolvente.
peso molecular del CH4O = PM = 32 gramos / mol moles de soluto = n = 100 gramos / 32 gramos · mol -1 = 3,125 moles molaridad = M = n / V = 3,125 moles / 1 litro = 3,125 molar
4.- Calcular el volumen de una disolución 0,4 molar que contiene 10 gramos de nitrato de
sodio NaNO3.
peso molecular del NaNO3 = PM = 85 gramos /mol moles de soluto = n = 10 gramos / 85 gramos · mol -1 = 0,118 moles
molaridad = M = n / V → V = n / M
volumen = 0,118 moles / (0,4 moles · litro-1) = 0,295 litros
5.-Calcula la concentración molar de una disolución de 7,00g de NaCl hasta completar con
agua un volumen de 500ml.
=
700 = = = 0.24 ⁄ = 0.24 ∗ 58.44 ⁄ ∗.5 () = 22.99 + 35,45 = 58.44 ⁄
6.- Calcular la molaridad de una disolución de 250 ml en la que está disueltos 30 gramos
de cloruro sódico (NaCl). Datos: pesos atómicos Na=23, Cl=35,45. Na= 23 + Cl= 35.45= 58.5 ⁄ = ⁄ = . = 0.512 . . = ⁄ = = . = 2.048
7.- Calcular los gramos de hidróxido de sodio (NaOH) de 350 ml de disolución 2 M. Datos: pesos atómicos Na=23, O=16, H=1.
Na= 23 + O= 16 + H=1= 40 ⁄
= ∗ = 2M * 0.35 L = .7n
= = = ∗ ⁄ = .7 ∗ 40 = 28 ⁄ 8.- Calcular la molaridad de 5 gramos de ácido sulfúrico (H 2SO4) en una disolución de 200
cm3. Datos: pesos atómicos S=32,1, O=16, H=1. S=32.1 + O=16*4 + H= 1*2= 98.1 ⁄
= ⁄ = . = 0.05 0.05 = = = 0.25 0.2 9.- Calcule la molaridad de una solución que contiene 32g de NaCl en 0.75L de solución . 32 = = = .54 ⁄ 58.4
=
. 54 = = 0.72 . 75
10.- ¿Cuál será la molaridad de una solución que contiene 64 gr de Metanol (p.m 32
gr/mol) en 500 ml de solución? CH3OH = 64g Pm= 32⁄ 500ml solución=0.5L
6
= ⁄ = . = 3.92
Molalidad
La Molalidad o Concentración Molal es el número de moles de soluto que están disuelto por kilogramo de disolvente. La Molalidad de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula:
Molalidad (m ) =
n (nº de moles de soluto)
Kilogramos de disolvente
·
. La molalidad se expresa en las unidades (moles/Kg). La ventaja de usar la molalidad en lugar de molaridad (moles soluto / volumen disolución) es debido a que el volumen de una disolución varía con la temperatura y de la presión. Como la molalidad no tiene en cuenta el volumen, puede medir la concentración con mayor precisión. Ejercicios 1.- Calcular la molalidad de una disolución de ácido sulfúrico H 2SO4 siendo la masa del disolvente de 600 gramos y la cantidad de ácido de 60 gramos. Datos: peso molecular del H 2SO4 = 98 gramos / mol. En primer lugar, calculamos el número de moles y a partir de ahí obtenemos la molalidad:
n de H2SO4 = masa / peso molecular =60 gramos / 98 gramos · mol -1 = 0,61 moles
m = n / masa disolvente = 0,61 moles / 0,6 kg = 1.02 mol al
2.- Calcular la molalidad de 20 gramos de un determinado soluto en 1 litro de disolución acuosa. La masa molar del soluto es 249,7 g / mol. Primero calculamos el nº de moles de soluto y a partir de ahí obtenemos la molalidad:
n de soluto = masa / peso molecular = 20 gramos / 249.7 gramos · mol -1 = 0,08 moles
masa de disoluci ón : es una disolución acuosa por lo tanto 1 litro de disolvente = 1 kg.
m = n / masa disolvente = 0,08 moles / 1 kg = 0.08 mo lal
3.- Calcular la molalidad de una disolución de 95 gramos de ácido nítrico (HNO 3) en 2,5 litros de agua.
n de (HNO3) = 95 gramos / 63 gramos · mol -1 = 1,50 moles m = n / masa disolvente = 1,50 moles / 2,5 kg = 0.60 mol al
4.- Calcular la molalidad de una disolución de 90 gramos de glicerina (C3H8O3) en 200 gramos de agua. n de (C3H8O3) = 90 gramos / 92 gramos · mol -1 = 0,97 moles m = n / masa disolvente = 0,97 moles / ,200 kg = 4.89 mol al 5.- Calcular los gramos de metanol (CH3OH) en una disolución 15 molal donde el disolvente son 50 gramos de agua. Peso molecular del CH3OH = 12 + 3 · 1 + 16 + 1 = 32 g / mol Molalidad = 15 = moles de CH 3OH / 0,05 Kg de disolución → moles de CH3OH = 15 · 0,05 = 0,75 moles de CH3OH = 0,75 = masa CH3OH / peso molecular → masa CH3OH = 0,75 · 32 = 24 gramos
6.- ¿Qué molalidad tiene una solución de H 2SO4 si 600 ml de la solución contienen 50 g del ácido? n de H2SO4 = masa / peso molecular =50 gramos / 98 gramos · mol -1 = 0,51 moles m = n / masa disolvente = 0,51 moles / 0,05 kg = 10.2 molal
7.- ¿Cuál es la molalidad de una solución que contiene 64 g de metanol CH 3OH en 500 ml de la solución?
n de CH3OH = masa / peso molecular = 64 gramos / 32 gramos · mol -1 = 2 moles m = n / masa disolvente = 2 moles / 0,064 kg = 31.25 molal
8.- Obtener la molalidad de KOH disolviendo 50 g de hidróxido. n de KOH = masa / peso molecular = 50 gramos / 56 gramos · mol -1 = 0.89 moles m = n / masa disolvente = 0.89 moles / 0,05 kg = 17.8 mol al
9.- Si 40 g de H 2SO4 se encuentran disueltos en 4 L de solución, determina su molalidad
n de H2SO4 = masa / peso molecular = 40 gramos / 98 gramos · mol -1 = 0.40 moles m = n / masa disolvente = 0.40 moles / 4 kg = 0.1 mol al
10.- Se agregan 5 g de ácido clorhírico a 35 g de agua, ¿cuál es la concentración molal o molalidad? n de HCl = masa / peso molecular = 5 gramos / 37 gramos · mol -1 = 0.135 moles m = n / masa disolvente = 0.135 moles / 0.035 kg = 3.86 mol al
Normalidad La Normalidad (N) de una disolución es el número de Equivalentes Químicos (EQ) coequivalentesgramo de soluto por litro de disolución:
Normalidad (N) =
nº EQ (equivalentes-gramo) Litros de disolución
Normalidad Solo se puede calcular cuando se está trabajando con reacciones, ya que la normalidad se define en función de los equivalentes. La Normalidad (N) por lo tanto mide la concentración de una disolución de manera similar a la Molaridad (M). De hecho N = M cuando en los casos anteriores el nº de H+ , OH- o la carga de los iones es igual a 1. Al igual que la molaridad, esta unidad de concentración se basa en el volumen de solución.
Ejercicios: 1.- ¿Cuantos equivalentes (equivalentes-gramo) de soluto están contenidos en 1.1 litro de disolucion 2N? N = n/L ó n = N × L n = 2 eq/L × 1L = 2 equivalentes 1.1- 0.25 litros de disoluci´on 0.4 N? N = n/L ; n = N × L} n = 0,4eq/L × 0,25L = 0,1 equivalentes
2.- Calcular la normalidad de una disolución que contiene 7.88 gramos de ácido nítrico (HNO3) en un litro de disolución. La masa molecular del HNO3 es de 63.02 g/mol.
n = 1 eq/mol por lo tanto N = M y ME = MM ?eq = 7,88g × 1eq 63,02g = 0,125eq N = 0,125eq 1L= 0,125N
3.- ¿Cuantos equivalentes están contenidos en 60mL de una disolución 0.030 N?
N =equivalentes/Litro Equivalentes = 0,030eq/L × 0,060L = 0,0018 equivalentes 4.- Calcular cuántos gramos de bisulfito de sodio (NaHSO3) hay en 25 mL en una solución a 0.22M.
-x g de NaHSO3---------- 0.22 moles 104 g de NaHSO3 ---------- 1 mol
x = 22.88 g de NaHSO3
22.88 g de NaHSO3 ---------- 1000 mL de solución x g de NaHSO3 --------- 25 mL de solución *x = 0.572 g de NaHSO3* *En 25 mL de la solución 0.22 M hay 0.572 g de NaHSO3* 5.- Calcular la molaridad y normalidad de la solución que contiene 10 g de NaCN en 250 mL de solución
Molaridad: 49 g de NaCN ---------- 1 mol de NaCN 10 g de NaCN --------- x moles
x = 0.204 moles
Normalidad 0.204 moles de NaCN ---------- 250 mL de solución x moles de NaCN --------- 1 000 mL de solución x = 0.816 moles NaCN/1000 mL de solución
Solucion 0.816 M
6.- Se prepara una disolución de 1.55 g de HCl (99.9 % de pureza) y se afora con agua destilada a 100. mL ¿Cual es la normalidad de la disolución? MM (HCl) = 36.5 g/mol dado que N = M; 36.5 g = 1 equivalente: eq = 1,55g × 1eq/36,5g = 0,042eq 7.- Calcular la normalidad y la molaridad de 50 gramos de Na2CO3 en 100 ml de disolución:
Normalidad (N):
Peso molecular del Na2CO3 = 106
Equivalente del Na2CO3 = peso molecular / nº de carga del catión de la sal = 106 / 2 = 53 nº de Equivalentes en 50 g de Na2CO3 = 50 / 53 = 0,94 N = nº de Equivalentes / litros de disolución = 0,94 / 0,1 = 9,4 N 8.- Calcular la normalidad de 20 gramos de hidróxido de berilio Be(OH)2 en 700 ml de disolución:
- Peso molecular del Be(OH)2 = 43 8.1- En una disolución el hidróxido de berilio se disocia de la siguiente forma: Be(OH)2 → Be+2 + 2 OHEquivalente del Be(OH)2 = peso molecular / nº de OH- = 43 / 2 = 21,5 nº de Equivalentes en 20 g de Be(OH)2 = 20 / 21,5 = 0,93 N = nº de Equivalentes / litros de disolución = 0,93 / 0,7 = 1,33 N
9.- Calcular la normalidad de una disolución de HCl que contiene 100 gramos de soluto en 3 litros de disolución. (Dato: peso molecular del HCl = 36 ,5). Solución:
Normalidad = nº equivalentes HCl / litros de disolución Equivalente de HCl = peso molecular / nº de H+ = 36,5 / 1 = 36,5 nº de Equivalentes en 100 g de HCl = 100 / 36,5 = 2,7 Normalidad = 2,7 / 3 = 0,9 N 10.- Calcular la normalidad de 3,5 gramos de NaCl e n 600 gramos de disolvente sabiendo que la densidad de la disolución es 0,997 g /ml. (Dato: peso molecular del NaCl = 58,4).
Solución: masa disolución = masa soluto + masa disolvente = 3,5 + 600 = 603,5 gramos densidad = 0,997 = masa disolución /ml de disolución → volumen disolución = 603,5 / 0,997 =605,3ml Equivalente de NaCl = peso molecular / nº carga ión = 58,4 / 1 = 58,4 nº Equivalentes de NaCl en 3,5 g = 3,5 / 58,4 = 0,0599 *Normalidad = nº equivalentes HCl / litros de disolución = 0,0599 / 0,6053 = 0,099 N*
Formalidad:
La Formalidad (F) o Molaridad Analítica, es el número de peso-fórmula-gramo de soluto por litro de disolución. La Formalidad de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula:
Formalidad (F) =
nº de PFG Volumen de disolución .
donde: nº de PFG = masa / Peso Fórmula (PF) masa / peso molecular ≈
·
≈
nº de moles
La Formalidad por lo tanto coincide numéricamente con la Molaridad ya que son conceptos similares (nº PFG equivale al número de moles). La Formalidad se aplica normalmente a sustancias que no forman moléculas como las sales, por ejemplo, el cloruro de sodio NaCl, que se ioniza en agua (NaCl → Na+ + Cl-). Por esta razón, al no existir moléculas, es más estricto sustituir el peso molecular por el PFG (peso-fórmula-gramo). La Formalidad se expresa en las unidades (moles/litro) al igual que la Molaridad.
Ejercicios
1.- Calcular la formalidad de 3,3978g de AgNO3 disueltas en 1 litro de agua. El peso del AgNO3 es de 169,88g: Para medir su concentración no conviene usar la molaridad ya que en disolución el AgNO3 se ioniza ( AgNO3 → Ag + + NO3-) nº de PFG = masa / Peso Fórmula (PF) masa / peso molecular 3,3978 / 169,88 0,02 Formalidad = nº de PFG / litros de disolución = 0,02 / 1 = 0,02 F ≈
≈
≈
2.- Calcular la formalidad de 24,97 mg de Sulfato de cobre CuSO4·5H2O en 10ml de agua. Para medir la concentración del soluto no conviene usar la molaridad ya que en disolución se ioniza (CuSO4·5H2O → Cu 2+ + SO2- + 5H2O). Para ello es más correcto emplear la formalidad.
nº de PFG de CuSO4·5H 2O = masa / Peso Fórmula (PF) ≈ masa / peso molecular ≈ 24,97 · 103 gramos
/ 249,7 gramos · mol-1 = 249.7 gramos / mol = 1 · 10 -4 Formalidad = nº de PFG / litros de disolución = 1 · 10 -4 / 10 · 10 -3 = 0,01 F
3.- Calcular la formalidad de 29,25 g de NaCl en 1 litro de disolución. Dato: el peso molecular del NaCl es 58,5. Para medir su concentración no conviene usar la molaridad ya que en disolución el NaCl se ioniza (NaCl →Na+ + Cl -) nº de PFG = masa / Peso Fórmula (PF) masa / peso molecular 29,25 / 58,5 0,5 Formalidad = nº de PFG / litros de disolución = 0,5 / 1 = 0,5 F
≈
≈
≈
4.- Determinar qué método (molaridad o formalidad) es más apropiado para calcular la concentración de las siguientes disoluciones: Cloruro sódico NaCl disuelto en agua = formalidad Ácido sulfúrico H2SO4 en agua = normalidad Hidróxido de sodio NaOH disuelto en agua = molaridad Sulfato de cobre CuSO4 disuelto en agua = formalidad
5.- Calcular la formalidad de una disolución de 12 gramos yoduro de potasio KI en 750 ml de agua. nº de PFG = masa / Peso Fórmula (PF) masa / peso molecular ≈ 12 g / 165.9 pm = 0.072 Formalidad = nº de PFG / litros de disolución = 0.072 / 0.750 = 0.096 F
≈
6.- Calcular la cantidad en gramos de NaCl disueltos en 0,5 litros si la formalidad es 0,75 F. Despeje de fórmula. Formalidad = nº de PFG / litros de disolución → nº de PFG = 0,75 / 0,5 = 1,5
nº de PFG de NaCl = masa / Peso Fórmula (PF) ≈ masa / peso molecular
7.- Calcular la formalidad de 3,3978g de AgNO3 disueltas en 1 litro de agua. El peso del AgNO3 es de 169,88g: Para medir su concentración no conviene usar la molaridad ya que en disolución el AgNO3 se ioniza (AgNO3 → Ag+ + NO3-) nº de PFG = masa / Peso Fórm ula (PF) ≈ masa / peso molecular ≈ 3,3978 / 169,88 ≈ 0,02 Formalidad = nº de PFG / litros de disolución = 0,02 / 1 = 0,02 F Por lo tanto, la concentración formal de la disolución es 0,02 formal 8.- Calcular la formalidad de 24,97 mg de Sulfato de cobre CuSO4·5H2O en 10ml de agua. Para medir la concentración del soluto no conviene usar la molaridad ya que en disolución se ioniza (CuSO4·5H2O → Cu2+ + SO2- + 5H2O). Para ello es más correcto emplear la formalidad. nº de PFG de CuSO4·5H2O = masa / Peso Fórmula (PF) ≈ masa / peso molecular ≈
24,97 · 10-3 gramos / 249,7 gramos · mol-1 = 249.7 gramos / mol = 1 · 10-4 Formalidad = nº de PFG / litros de disolución = 1 · 10-4 / 10 · 10-3 = 0,01 F Por lo tanto, la concentración formal de la disolución es 0,01 formal 9.- Calcular la formalidad de 29,25 g de NaCl en 1 litro de disolución. Dato: el peso molecular del NaCl es 58,5: Para medir su concentración no conviene usar la molaridad ya que en disolución el NaCl se ioniza (NaCl →Na+ + Cl-) nº de PFG = masa / Peso Fórmula (PF) ≈ masa / peso molecular ≈ 29,25 / 58,5 ≈ 0,5
Formalidad = nº de PFG / litros de disolución = 0,5 / 1 = 0,5 F Por lo tanto, la concentración formal de la disolución es 0,5 formal. Partes por Millón
Las Partes por millón (ppm) es una unidad de medida de concentración que mide la cantidad de unidades de sustancia que hay por cada millón de unidades del conjunto. El método de cálculo de ppm es diferente para sólidos, líquidos y gases: nppm de elementos sólidos y líquidos: se calcula según el peso: peso de la sustancia analizada · 10 6 Partes por Millón (ppm ) = peso total ppm d e gases : se calcula según el volumen :
Partes por Millón (ppm ) =
volumen de la sustancia analizada · 10 6 volumen total
Es una unidad empleada para la medición de presencia de elementos en pequeñas cantidades (trazas). Ejercicios 1.- Se han detectado 12 mg de sustancia radioactiva en un depósito de 3 m 3 de agua. Calcular la concentración: Peso de sustancia analizada = 12 mg = 1,2·10 -5 kg Peso de los 3 m3 de agua = 3.000 kg ppm = (1,2 · 10-5 / 3.000) · 106 = 0,004 ppm
2.- Para medir la calidad del aire se utilizan las unidades ppm (partes por millón) y ppb (partes por billón). Ejemplos de niveles peligrosos: 9 ppm de Monóxido de carbono (CO): 9 litros de CO en 1 millón de litros de aire 5 ppb de Monóxido de nitrógeno (NO): 5 litros de NO en 1.000 millones de litros de aire
3.- En un control sanitario se detectan 5 mg de mercurio (Hg) en un pescado de 1,5 kg. Calcular la concentración: Peso de mercurio = 5 mg = 5 ·10 -6 kg Peso del pescado = 1,5 kg ppm = (5 · 10 -6 / 1,5) · 106 = 7,5 ppm
4.- El agua de mar contiene 4 ppb de oro. Calcular la cantidad de agua de mar que tendríamos que destilar para obtener 1 kg de oro. Dato: densidad del agua = 1,025 kg/l. ppb = 4 = (masa oro / masa agua) · 109 = (1 kg de oro / kg agua) · 109 masa de agua necesaria = (109 / 4) = 2,5 · 108 kg densidad del agua de mar: 1 litro = 1,025 kg volu men de agua necesaria = (2,5 · 108 / 1,025) =2,43 · 108 litros es necesario destilar 2,43 · 108 litros = 2,43 millones de metros cúbicos para obtener 1 kg de oro
5.- Calcular las ppm de 80 mg de ion sulfato (SO42−) en 5 litros de agua.
masa de ion sulfato = 80 mg = 8 · 10-5 kg masa de agua = 5 kg (peso de 5 litros) ppm = (8 · 10-5 / 5) · 106 = 16 ppm
6.- Una muestra de agua contiene 3.5 mg de iones fluoruro (F -) en 825 mL de solución. Calcule las partes por millón del ion fluoruro en la muestra.
7.- Calcule los mg de fluoruro (F-) que hay en una muestra de 1.25 L de solución que tiene 4.0 ppm de ion fluoruro.
8.- Una muestra de agua contiene 195 mg de NaCl en 300 mL de solución. Calcular las partes por millón (ppm) del soluto. Densidad de la solución es 1 g/mL.
1 mL de solución = 1g 300 mL de solución = x
300 mg de solución
1 gr de soluto = 1000 mg x = 195 mg 0.195 gr de NaCl 300 g de solución ------------- 0.195 gr deNaCl 10⁶ g
de solción ------------- x
x = 1 x 10⁶ x 0.195 g
300 g
650 ppm de NaCl
9.- Calcula las ppm de 120mg de Na + contenidos en 1500g de agua. Densidad de la solución es 1 g/mL. Masa del soluto = 120 mg de Na+ Masa de la solucion= 1500 g de agua = 1.5 kg Ppm = mg del solute Masa de la solucion Ppm = 120 mg de NaCl 80 ppm 1.5 kg de agua
