SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS
SOLUCIONES
1. Calcule el porcentaje en masa y fracción molar del Na2SO4 en una disolución que contiene 11.7 g de Na2SO4 en 443 g de agua. Si el volumen de la solución es 500 ml determine su molaridad. 2. El agua de mar contiene 0.0079 g de Sr2+ por kilogramo de agua. Calcule la concentración de Sr 2+ medida en ppm y la molalidad de la solución. 3. La densidad de una disolución que contiene 5.0 g de tolueno (C7H8) y 225 g de benceno es de 0.876 g/mL, calcule la molaridad de la disolución. 4. La densidad de una disolución acuosa de metanol (CH3OH) 2.45M es 0.976 g/mL. ¿Cuál es la molalidad de la disolución? La masa molar del metanol es 34.04 g. 5. Una disolución blanqueadora comercial contiene 3.62% en masa de NaOCl en agua. Calcule (a) molalidad y (b) la fracción molar de NaOCl en la disolución. 6. El ácido sulfúrico concentrado que se utiliza en el Laboratorio es H2SO4 a 98% en m asa. La densidad de esta solución es de 1.83 g/mL. Calcule la mo lalidad y molaridad de la solución ácida. 7. El ácido nítrico acuoso comercial tiene una densidad de 1.42 g/mL y es 16 M. Calcule el porcentaje en masa de HNO3 en la disolución. 8. La densidad del acetonitrilo (CH3CN) es de 0.786 g/mL, y la densidad del metanol (CH3OH) es de 0.791 g/mL. Se prepara una disolución disolviendo 15.0 mL de CH3OH en 90.0 mL de CH3CN. (a) Calcule la fracción molar de metanol en la disolución. (b) Calcule la molalidad de la disolución. (c) Suponiendo que los volúmenes son aditivos, calcule la molaridad de CH3OH en la disolución. 9. El propilenglicol, C3H6(OH)2, suele utilizarse en disoluciones anticongelantes para automóviles. Si una disolución acuosa tiene una fracción molar X = 0.100, calcule (a) el porcentaje en masa de propilenglicol; (b) la molalidad del propilenglicol en la disolución. 10. Determine la normalidad de una solución de H3PO4 que tiene un volumen de 850 ml y en que están presentes 20 g de dicho acido. 11. Calcular el número de equivalentes de una solución de 400 ml de hidróxido de calcio 12 N. 12. Determine la cantidad de gramos que se disuelven en una solución de ácido clorhídrico 0,1 N que se prepara con 40 ml de agua y 50 ml de ácido. 13. Calcule la concentración de CO2 en una bebida gaseosa que se embotella bajo una presión parcial de CO2 de 4 atm sobre el líquido a 25 ºC. La constante de Henry para el CO2 en agua es de 3,1 * 10-2 mol/L atm. 14. La constante de la ley de Henry para el helio gaseoso en agua a 30ºC es de 3.7 10-4 M/atm; la de N2 a 30ºC es de 6.0x10-4 M/atm. Si cada uno de estos gases está presente a una presión de 1.5 atm, calcule la solubilidad de cada gas 15. La solubilidad del nitrógeno gaseoso en agua a 25°C y 1 atm es de 6,8x10-4 mol/L ¿Cuál es la concentración (en molaridad) del nitrógeno disuelto en agua bajo condiciones atmosféricas? La presión parcial del nitrógeno en la atmosfera es de 0.78 atm. ¿Por qué tuvo lugar la disminución en la solubilidad del nitrógeno? 16. Los peces necesitan al menos 4 ppm de O2 disuelto para sobrevivir. (a) Exprese esa concentrac ión en mol/L. (b) ¿Qué presión parcial sobre el agua se requiere para tener esa concentración a 10°C? (La constante de la ley de Henry para el O2 a esta temperatura es de 1.71x 10-3 mol/L-atm.) 17. (a) Se genera una muestra de hidrógeno gaseoso en un recipiente ce rrado haciendo reaccionar 2.050 g de zinc metálico con 15.0 mL de ácido sulfúrico 1.00 M. Escriba la ecuación balanceada para la re acción y calcule el número de moles de hidrógeno que se forman, suponiendo que la reacción es total. (b) El volumen sobre la disolución es de 122 mL. Calc ule la presión parcial del hidrógeno gaseoso en este volumen a 25°C, suponiendo que el gas no se disuelve en la disolución. (c) La constante de la ley de Henry para hidrógeno en agua a 25°C es de 7.8 x10-4 mol/L-atm. Estime el número de moles de hidrógeno gaseoso que permanecen disueltos en la disolución. ¿Qué fracción de las moléculas de gas del sistema se disuelve en la disolución? ¿Fue razonable suponer, en la parte (b), que el hidrógeno no se disuelve en la disolución?
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FORMULAS DE SOLUCIONES: TIPOS Y CONCENTRACION: SOLUCIONES : Poseen 2 partes: El soluto (sustancia que se disuelve) y el solvente (medio disolvente). Podemos expresarlas en términos de masa de soluto por 100 gramos de agua. Ejm: A 20°C 20 gramos de NaCl se disuelven en 100 g de agua. Existen otras formas de calcular las concentraciones y se detallan a continuación: UNIDADES DE CONCENTRACION UNIDAD DE CONCENTRACION TANTO POR CIENTO EN MASA (%) PARTES POR MILLON (ppm)
FRACCION MOLAR (X)
NUMERADOR
DENOMINADOR
Masa de un componente (sto. ó svte.) Masa de un componente (sto. ó svte.) Masa de un componente (sto. ó svte.) Moles de un componente (sto. ó svte.)
EXPRESION MATEMATICA
Masa total de todos los componentes Masa total de todos los componentes Volumen de la solución
ppm
Moles totales de todos los componentes
X sto
% sto
masa sto masa sto svte
ppm
UNIDADES Valor matemático menor a 1 mg .
x100
masa sto
Kg
masa svte
masasto
mg .
Volumen stve
L.
n sto n sto svte
X svte
n svte n( sto svte)
Valor matemático menor a 1
+ = 1 MOLARIDAD (M)
Moles de soluto
MOLALIDAD (m)
Moles de soluto
NORMALIDAD (N)
Equivalentegramo de soluto
Volumen de solución
M
Kilogramo de solvente
m
n sto.
Mol
V sol .
L
n sto.
Mol
Kg svte
Kg
Litro de solución
N
Eq g ( sto) V sol
Eq g L
Valencia= # de H en ácidos, # de OH en bases y Producto de cargas en Sales − =
UNIDADES DE DILUCION (CUANDO SE PREPARAN MEZCLAS MUY SEMEJANTES A UNA INICIAL) 1 11 = 2 22 CONCENTRACION DE UN GAS (LEY DE HENRY) Cg = kPg
Dónde: Cg es la solubilidad del gas en la solución (Molaridad), Pg es la presión parcial del gas en la solución, k es es la constante de la ley de Henry (diferente para cada par soluto-solvente)
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FORMULAS DE PROPIEDADES COLIGATIVAS
Las propiedades coligativas son aquellas propiedades de las soluciones que no dependen del tamaño y de la forma que tiene el soluto y afectan las características físicas del solvente, esto se aplica cuando no son electrólitos (no conducen electricidad). Disminución de la Presión de Vapor o Ley de Raoult
P A
X A P º A
P A es la presión de vapor de la solución; X A es la fracción molar del solvente; P° A es la presión de vapor del solvente puro. Para medir la variación de presión tenemos: Δ = ° − ; Dónde: Pa es la temperatura de fusión de la solución y Pa° es la temperatura de fusión del solvente puro.
Elevación del Punto de Ebullición T b
k b m
T b es el cambio en la temperatura de ebullición; K b es la constante molal de elevación del punto de ebullición m es la molalidad. Para medir el punto de ebullición de la solución tenemos: Δ = − °; Dónde: Tb es la temperatura de ebullición de la solución y Tb° es la t emperatura de ebullición del solvente puro. Disminución del Punto de Congelación T f
k f m
congelación, k f es la constante molal de la disminución del punto de T f es el cambio de la temperatura de congelación, m es la molalidad. Para medir el punto de ebullición de la solución tenemos: Δ = ° − ; Dónde: Tf es la temperatura de fusión de la solución y Tf° es la temperatura de fusión del solvente puro. Presión osmótica
= es la presión osmótica de la solución, M es la Molaridad de la solución, R es la constante de gases ideales, T es la temperatura en K π
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DISMINUCION DE LA PRESION DE VAPOR (LEY DE RAOULT) 1. La glicerina C3H8O3 es un no electrolito no volátil con una densidad de 1.26 g / mL a 25⁰C. Calcule la presión de vapor a 25⁰C de una disolución que que se preparó agregando 50.0 mL de glicerina a 500.0 mL de agua. La presión de vapor del agua pura a 25⁰C es de 23.8 torr. Datos: C=12 g/mol; H= 1 g/mol; O= 16 g/mol. 2. Calcule, en primer lugar, la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 218 g de glucosa (masa molar = 180.2 g/mol) en 460 mL de agua a 30 °C. Luego determine la disminución en la presión de vapor a esa temperatura luego de la intervención de la glucosa sobre el agua. DATOS: La presión de vapor del agua pura a 30 °C= 31.82 mmHg. Densidad de la disolución= 1.00 g/mL. Masa molar glucosa= 180.2 g/mol. 3. Una solución contiene 8,3 g de una sustancia no electrolito y no volátil, disuelta en un mol de cloroformo (CHCl3), esta solución tiene una presión de vapor de 510,79 mmHg. La presión de Vapor del cloroformo puro a esta temperatura es 525,79 mmHg. En base a esta información determine: A. La fracción molar de soluto. B. B. La masa molar de soluto. DESCENSO DEL PUNTO DE FUSION, AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICION 4. Calcular el punto de congelación de una solución de 100g de anticongelante etilenglicol (C2H6O2), en 900 g de agua (Kc = 1,86 °C/molal) 5. El etilenglicol, CH2 (OH) CH2 (OH), es un anticongelante comúnmente utilizado en automóviles. Se sabe mantener esta sustancia en el radiador del automóvil durante época tropicales. Con la ayuda de los datos, proceda a calcular el punto de congelación de una disolución que contiene 651 g de etilenglicol en 2505 g de agua. Datos: Solvente Agua Kf=1.86 °C/m; Kb=0.52 °C/m 6. Una disolución de 0.85 g de un compuesto orgánico en 100 g de benceno tiene un punto de congelación de 5.16°C. Determine la molalidad de la disolución y la masa molar del soluto. Datos: Masa molecular (Benceno)= 78.1121 g/mol 7. El alcanfor (C10H16O) funde a 179,8ºC y tiene una constante de abatimiento del punto de congelación excepcionalmente grande, Kf = 40ºC/m. Si 0,186 g de una sustancia orgánica desconocida (soluto) se disuelve en 22,01 g de alcanfor líquido, se observa que el punto de congelación de la mezcla es de 176,7ºC. Calcule la masa molar del soluto. Datos: C=12g; H=1g; O=16g.
8. Una muestra de 7.85 g de un compuesto con la formula empírica C5H4 se disuelve en 301 g de benceno. El punto de congelación de la disolución es 1.5°C por debajo del punto de congelación del benceno puro. A) Calcular la masa molar del compuesto referido. B) Determinar la formula molecular del compuesto referido. Datos: Kf= 5.12 °C/m, F empírica=64 g/mol PRESION OSMOTICA 9. Calcule la presión osmótica de una disolución que se forma disolviendo 50.0 mg de aspirina (C9H8O4) en 0.250 L de agua a 25°C. 10. El hexabarbital, empleado en medicina como sedante y anestésico intravenoso, se compone de 61.00% de C, 6.83% de H, 11.86% de N y 20.32% de O en masa. Una muestra de 2.505 mg en 10.00 mL de disolución tiene una presión osmótica de 19.7 torr a 25°C. Determine la fórmula molecular del hexabarbital. 11. Se prepara una muestra de 50,00 mL de una disolución acuosa que contiene 1,08 g de seroalbúmina humana, una proteína del plasma sanguíneo. La disolución tiene una presión osmótica de 5,85 mmHg a 298 K. En la tabla proceda a calcular el peso molecular (p.m.) de la albúmina. Datos: R = (0,081 L x atm / mol x K); 1 atm = 760 torr. 12. Una muestra de 2,05 g de plástico poliestireno se disolvió en suficiente tolueno para formar 100 mL de disolución. La presión osmótica de esta disolución fue de 1,21 kPa a 25ºC. Calcule la masa molar del poliestireno. Datos: R = (0,081 L-atm / mol-K); 1 atm = 760 torr = 101,325 kPa.
LUIS VACA S
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