Guia de ejercicios para resolver, Ejercicios de Química Inorgánica

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GUÍAS de PROBLEMAS

QUÍMICA GENERAL e INORGÁNICA

Universidad Nacional del Comahue

Facultad de Ingeniería

Departamento de Química

Química General e Inorgánica Guía Nº A/2020: Nomenclatura

GUIA A: FÓRMULAS Y NOMENCLATURA - Repaso

Sustancias Inorgánicas

Sustancias Simples o Elementales: O 2 , O 3 , N 2 , Fe, Cu, Ar, etc.

Sustancias Compuestas

BINARIAS

Hidruros

Hidruro s Metálico s: NaH, CaH 2 , etc.

Hidruro s No Metálicos(Hidrácidos) : HCl, H 2 S, etc.

Sales de Hidrácidos : NaCl, K 2 S, etc

Óxidos

Óxidos Básicos : Na 2 O, Fe 2 O 3 , etc.

Óxidos Ácidos (Anhídridos) :CO 2 , SO 3 , etc. Peróxidos : H 2 O 2 , Na 2 O 2 , etc.

Compuestos de Dos No Metales: CS 2 , CCl 4 , etc.

TERNARIAS

Hidróxidos(Bases) : NaOH, Mg(OH) 2 , etc.

Oxácidos o Ácidos Oxigenados : HNO 2 , H 2 SO 4 , etc.

Oxosales : KNO 3 , CaCO 3 , etc.

CUATERNARIAS

Sales ácidas: NAHCO 3 (Hidrógeno Carbonato (IV) de Sodio o bicarbonato de sodio)

Sales Básicas (Hidroxosales): (CuOH) 2 CO 3 malaquita, Al(OH) 2 I(Dihidroxo Ioduro de Aluminio)

Química General e Inorgánica Guía Nº B/2020: Estequiometría

GUIA B: ESTEQUIOMETRÍA - Repaso

1) (a) ¿Qué principio o ley científica se aplica en el proceso de balancear ecuaciones químicas? (b) ¿Qué símbolos se emplean para representar gases, líquidos, sólidos y soluciones acuosas en las ecuaciones químicas? (c) ¿Qué diferencia hay entre P 4 y 4P en una ecuación química?

2) (a) Defina el término mol. (b) ¿Qué es el número de Avogadro y qué relación tiene con el mol?

3) Explique claramente el significado de cada uno de los siguientes términos y aplíquelos al elemento cloro: (a) masa atómica; (b) masa molecular; (c) masa molar; (d) volumen molar.

4) El aminoácido metionina es indispensable en la dieta. Su fórmula es C 5 H 11 NO 2 S. Determine (a) su masa molar; (b) el número de moles de átomos de H por mol de metionina; (c) el número de gramos de C por mol de metionina; (d) el número de átomos de C en 9,07 moles de metionina.

5) Las moléculas de azufre existen en diferentes condiciones como: S; S 2 ; S4; S 6 y S 8. (a) ¿Es la misma la masa de un mol de moléculas de cada una de estas sustancias? (b) ¿Es el mismo el número de moléculas en un mol de cada una de estas sustancias? (c ) ¿Es la misma la masa de S en un mol de cada una de estas moléculas? (d) ¿Es el mismo número de átomos de S en un mol de cada una de estas moléculas?

6) La mezcla de hidrógeno y cloro que se ve en el diagrama a nivel molecular se hace reaccionar para formar cloruro de hidrógeno. Moléculas de hidrógeno

Moléculas de cloro

Moléculas de cloruro de hidrógeno

(a) Trace un diagrama a nivel molecular de la mezcla que se producirá. (b) ¿cuántas moléculas de cloruro de hidrógeno se forman? (c) Identifique cuál es el reactivo en exceso. (d) ¿Cuántas moléculas quedan sin reaccionar? (e) Escriba la ecuación química de la reacción que tiene lugar.

7) (a) ¿Qué masa de carbonato de magnesio está contenido en 674 mg de un mineral que tiene una pureza del 27,7%? (b) ¿Qué masa de impurezas está contenido en la muestra? (c) ¿Qué masa de magnesio está contenida en la muestra? (Suponer que no hay

Química General e Inorgánica Guía Nº B/2020: Estequiometría

magnesio presente en la impurezas).

8) Una muestra de un compuesto MSO 4 que pesa 0,1131 g, reacciona con cloruro de bario y da 0,2193 g de BaSO 4. ¿Cuál debe ser la masa atómica del metal M? ( Sugerencia: todo el SO 4 2-^ procedente del MSO 4 aparece como BaSO 4 ).

9) El carbonato de calcio (calcita) es el principal mineral de la roca caliza, de la cual hay grandes depósitos en muchas partes del mundo. Es además el componente principal del mármol, el yeso, las perlas, los arrecifes de coral y las conchas de animales marinos como las almejas y las ostras. La forma de reconocer la presencia de calcita en las rocas es mediante la reacción con soluciones ácidas según la siguiente ecuación química:

CaCO 3 (s) + HCl (ac)  CaCl 2 (ac) + H 2 O (l) + CO 2 (g)

(a) Determine cuánto carbonato de calcio había presente en una roca si se obtuvieron 1,600 kg de cloruro de calcio. (b) Calcule el porcentaje de calcita presente en la roca si la roca pesaba 1,500 kg. (c) Repaso : para cada sustancia mencionada escribir la estructura de Lewis, y, para aquellas estructuras que presenten enlaces covalentes, determinar, geometría electrónica, geometría molecular, ángulos de enlace, polaridad, enlaces presentes y tipo de hibridación del átomo central si la hubiere.

10) Alrededor de la mitad de la producción mundial de pigmentos para pinturas implica la formación de TiO 2. En los Estados Unidos se hace a gran escala por el proceso del cloruro, partiendo de la mena que sólo contiene pequeñas cantidades de rutilo, TiO 2. La mena se trata con cloro y carbono (coque). Esto produce TiCl 4 y productos gaseosos.

2TiO 2 (s) + 3C (s) + 4Cl 2 (g) 2TiCl 4 (s) + CO 2 (g) + 2CO (g)

El TiCl 4 se convierte luego en TiO 2 de alta pureza

TiCl 4 (s) + O 2 (g) TiO 2 (s) + 2Cl 2 (g)

Suponga que el primer proceso puede realizarse con un rendimiento del 70% y el segundo del 93%. ¿Cuántos kilos de TiO 2 podrán producirse partiendo de una tonelada métrica (1,00 x 10^6 g) de una mena con 0,75% de rutilo?

11) Se hacen reaccionar 15 g de una muestra con nitrato de plata (80% de pureza) con 6 g de una muestra con cloruro de potasio (85% de pureza), obteniéndose 8 g de AgCl. Calcule el rendimiento de la reacción.

AgNO 3 ( ac ) + KCl ( ac )  AgCl ( s ) + KNO 3 ( ac )

12) El amoníaco puede obtenerse calentando juntos los sólidos cloruro de amonio (NH 4 Cl) e hidróxido de calcio (Ca(OH) 2 ), formándose también cloruro de calcio (CaCl 2 ) y agua. Si se calienta una mezcla formada por 33 gramos de cada uno de los sólidos NH 4 Cl y Ca(OH) 2 , (a) ¿cuántos gramos de amoníaco se formarán? (b) ¿Qué reactivo queda en exceso y en qué cantidad? (c) Si la reacción ocurre con un 80 % de rendimiento ¿cuántos gramos de CaCl 2 se formarán?

Química General e Inorgánica Taller Nº2/2020: Fuerzas Intermoleculares

GUÍA 1: GASES IDEALES Y GASES REALES

1) Indicar cuáles de los enunciados son falsos y cuáles son verdaderos (puede ser uno, más de uno o ninguno verdadero) A determinada temperatura el aire tiene una densidad de 1,19 gramos/ litro y el metano una densidad de 0,71 g/l. Eso indica que: a) El metano es volátil b) En una atmósfera con aire, el metano se dirige hacia arriba c) El metano es más liviano que el aire d) 100 g de metano ocupan 71 litros de volumen

2) Explique las diferencias importantes entre cada pareja de términos: (a) gas ideal y gas real; (b) ecuación de los gases ideales y ecuación de los gases reales; (c) difusión y efusión; (d) barómetro y manómetro; (e) temperatura Celsius y Kelvin.

3) Para que un globo lleno de un gas ascienda en el aire, la densidad del gas del globo debe ser inferior a la del aire. (a) Considere que el aire tiene una masa molar de 28,96 g/mol y calcule su densidad a 25 °C y 1 atm, en g/L. (b) Demuestre mediante cálculos que un globo lleno de dióxido de carbono a 25 °C y 1 atm no puede elevarse en el aire a 25 °C.

4) El carbonato de calcio (calcita) es el principal mineral de la roca caliza. En la reacción de reconocimiento del mismo en una roca con soluciones ácidas se libera dióxido de carbono gaseoso: CaCO 3 (s) + HCl (ac)  CaCl 2 (ac) + H 2 O (l) + CO 2 (g)

¿Qué volumen de dióxido de carbono se obtuvo a 25 ºC y 749 mmHg si se disolvieron completamente 500 g de una roca con 98,2% de carbonato de calcio?

5) La descomposición por calor de clorato de potasio produce cloruro de potasio y liberación de oxígeno. Un fabricante embotella O 2 a 10 °C y 5 atm de presión, usando recipientes de 22,4 L de capacidad. ¿Qué masa de KClO 3 es necesaria para producir el O 2 que va en cada tubo? (Escribir primero la reacción balanceada).

6) Se extraen 2,83 m^3 de aire, medidos a 2 atm y 32 °C, de un tanque de 1,42 m^3 de capacidad que inicialmente se encuentran a 7 atm de presión y 60 °C. (a) ¿Cuál es la presión del aire residual si la temperatura ha caído a 54 °C después de la extracción? Exprese el resultado en kilopascal (kPa) (b) Siendo el aire una mezcla de gases ¿por qué podemos considerarlo como un gas único ideal? (c) Determine la masa molar promedio del aire. (Dato: 1 atm = 101325 Pa).

7) Una mezcla de 1,0 g de CO 2 y 4,0 g de N 2 está contenida en un tanque a una presión de 0, atm y a 17 °C. Calcule el volumen ocupado por la mezcla, la presión parcial de cada gas y la masa molar promedio.

8) Una mezcla de O 2 , saturada con vapor de agua, ocupa 486 cm^3 a 20 °C y 790 mmHg. ¿Cuántos moles de O 2 hay presentes? Dato: PvH2O = 17,5 mmHg a 20 °C.

Química General e Inorgánica Taller Nº2/2020: Fuerzas Intermoleculares

9) Una mezcla de 4,0 g de H 2 (g) y 10,0 g de He (g) se mantiene a 0 ºC en un matraz de 4,3 L. (a) ¿Cuál es la presión total (en Pa) en el recipiente? (b) ¿Cuál es la presión parcial de cada gas?

10) Calcule el aumento de volumen que sufriría el aire en los pulmones del cuerpo de un buzo que sube abruptamente a la superficie desde los 20 pies de profundidad (1 pie = 32 cm). Sugerencia: leer el artículo “Buceo profundo y las leyes de los gases” Chang (10ma edición pág. 202 o 234).

11) (a) ¿Por qué cree usted que se debe disminuir la fracción molar del oxígeno en los tanques que lleva un buzo cuando se sumerge a grandes profundidades? (b) ¿Por qué se reemplaza el nitrógeno por helio?

12) ¿Cuáles son las razones de las velocidades de difusión de las siguientes parejas de gases? (a) N 2 y O 2 ; (b) H 2 O y D 2 O (D = deuterio, 12 H); (c)^14 CO 2 y 12 CO 2.

13) El uranio que se emplea como combustible en reactores nucleares es el isótopo 235 U fisionable y durante el proceso productivo este isótopo debe ser separado de otro isótopo del uranio no fisionable (^238 U), que es mucho más abundante. Esto se logra separando al (^235) UF 6 del 238 UF 6 por efusión de gases. El proceso de “ enriquecimiento ” requiere de aproximadamente 2.000 pasos del UF 6 gaseoso formado por la mezcla de ambos isótopos a través de barreras porosas a altas temperaturas. Calcule la proporción entre la velocidad de efusión del 235 UF 6 respecto del 238 UF 6 sabiendo que hay una sola forma natural de flúor (^19 F). Las masas isotópicas son: 235,0439 uma para 235 U; 238,0508 uma para 238 U y 18,99840 uma para el 19 F.

Se sugiere realizar los ejercicios que se encuentran a continuación después de haber visto el tema de fuerzas intermoleculares

14) (a) ¿Cuál de los siguientes gases tendrá comportamiento casi ideal en las mismas condiciones? H 2 , F 2 o HF. (b) ¿Cuál se desviará más del comportamiento ideal? Justifique ambas respuestas.

15) Compare la presión que ejerce 1,00 mol de Cl 2 (g) cuando se encuentra ocupando un volumen de 2,00 L a 273K considerando comportamiento de gas ideal y considerando comportamiento de gas real. Los valores de a y b correspondientes a la ecuación de Van der Waals son: a = 6,49 L^2 atm mol-2^ y b = 0,0562 L mol-1.

16) ¿Qué gas presenta una desviación mayor del comportamiento ideal: Cl 2 , CO o CO 2 , considerando las mismas condiciones que en el ejercicio anterior? Justifique. Los valores de a y b correspondientes a la ecuación de Van der Waals son: para el CO a = 1,49 L^2 atm mol- y b = 0,0399 L mol-1^ y para el CO 2 a = 3,59 L^2 atm mol-2^ y b = 0,0427 L mol-1.

Química General e Inorgánica Guía Nº 2/2020: Fuerzas Intermoleculares

cada sustancia, por medio de dibujos las fuerzas que hay que vencer para que sucedan los cambios de estado de agregación.

11) ¿Cómo puede explicarse que el C 2 H 5 OH (P.eb.: 80°C) teniendo mayor masa molar M que el agua tiene menor P.eb.?

12) En cada uno de los siguientes pares de compuestos, indique cuál es el que presenta mayor punto de ebullición. Justifique su respuesta. a) O 2 y H 2 S b) Ar y Xe c) CH 3 -CH 2 -OH y CH 3 -O-CH 3.

13) Justifique en base a las interacciones intermoleculares los estados de agregación de los siguientes compuestos. El fósforo forma varios compuestos diferentes con los halógenos. Los más importantes son los trihalogenuros PX 3 y los pentahalogenuros, PX 5. El PCl 3 es un líquido a temperatura ambiente que se usa en la industria como reactivo en la fabricación de jabones, detergentes y plásticos, mientras que el PCl 5 es un sólido a temperatura ambiente.

14) Ordenar los halogenuros de ácido de mayor a menor punto de fusión y de mayor a menor punto de ebullición. Elaborar conclusiones.

Tabla : Puntos de fusión y de ebullición de distintas sustancias a P = 1 atm

Fórmula Nombre

M

g mol-^1

P.f. °C

P.e. °C Na Sodio 23 97,72 883 Ar Argón 40 -189,2 -185, Xe Xenón 131,3 -111,6 -107, Kr Kriptón 83,8 -157,2 -153, F 2 Fluor 38 -219,5 - Br 2 Bromo 159,8 -7,35 58, Cl 2 Cloro 71 -101,4 -34, I 2 Yodo 253,8 113,7 184, O 2 Oxígeno 32 -222,6 -182, HF Fluoruro de hidrógeno 20 -83,5 19, HCl Cloruro de hidrógeno 36,5 -115 - HBr Bromuro de hidrógeno 80,9 -87 - HI Ioduro de hidrógeno 127,9 -51 -35, NH 4 I Ioduro de amonio 144,9 405 551 descomp. BaCl 2 Cloruro de bario 208,3 962 1560 NaCl Cloruro de sodio 58,5 801 1465 SiO 2 vítreo Óxido de silicio 60,1 1713 2950 HNO 3 Ácido nítrico 63 -41,6 83 CCl 4 Tetracloruro de carbono

NaClO Hipoclorito de sodio 74,5 18 101 H 2 O Agua 18 0 100 NH 3 Amoníaco 17 -77,73 -33, H 2 S Sulfuro de hidrógeno 34,1 -85,5 -59, CH 3 SH Metanotiol o metilmercaptan

Química General e Inorgánica Guía Nº 2/2020: Fuerzas Intermoleculares

 - CH 3 CN Acetonitrilo 41,05 - 43,8 - 81, - CH 3 OH Metanol 32 - - CH 3 NH 2 Metilamina 31 - 92 - 7, - CH 3 Br Metilbromuro 94,9 - 93,7 3, - CH 3 F Metilfluoruro 34,03 - 141,8 - 78, - CH 3 COCH 3 Acetona 58 - - (CH 3 ) 2 CHCH 3 2 - metilpropano 58 - 159,4 - 

• CH 3 CH 2 CH 2 SH Propanotiol 76,1 - 113,1 67,
  • CH 3 CH 2 CH 2 Cl 1 - cloropropano 78,5 - 122,9 46, - CH 3 CH 2 SH Etanotiol 62,1 - 147,9 - (CH 3 ) 2 CHCl cloruroIsopropílico 78,5 - 117,2 35, - CH 3 - O-CH 3 Étermetílico 46 - 140 - - CH 3 - CH 2 - OH Etanol 46 - 115 78,

Química General e Inorgánica Guía Nº 3A/2020: Estado Líquido

7) Determinar en cuál de los siguientes recipientes la presión del gas es mayor a la presión atmosférica y en cuál es menor.

¿Por qué se usa mercurio y no agua como líquido barométrico?

Discuta la conveniencia o no de usar mercurio, alcohol o agua en manómetros de ramas.

8) Los siguientes compuestos son líquidos a – 10 °C y sus puntos de ebullición son: A (-0, °C), B (78,3 °C) y C (110,6 °C). ¿Cuál de estos líquidos tendrá mayor presión de vapor y cuál la menor?

9) Sobre la base de los diagramas de fases, cada sustancia, ¿debe tener (a) un punto de fusión normal; (b) un punto de ebullición normal; (c) un punto crítico? Explíquelo. ( Sugerencia : ¿qué significa “normal” en estos casos?).

10) Un alpinista debe cocinar sus alimentos en la cima de la montaña que está escalando. ¿Cuánto tiempo tardará en obtener un huevo duro en la cima? ¿será el mismo tiempo si lo prepara en la base de la montaña o en una olla de presión? Marque en un diagrama de fases los puntos de ebullición hipotéticos que alcanzaría el agua en cada caso (no a escala). Sugerencia: leer el artículo “Cocimiento del huevo en la cima de una montaña, ollas de presión y patinaje sobre hielo”, Chang (10ma^ edición pág. 500 o 532).

11) Explique porqué un patinador se puede deslizar suavemente sobre la superficie de hielo sólido cuando tiene patines y no cuando tiene calzado común. Indique en un diagrama de fases el efecto de incrementar la presión sobre el estado físico del agua.

12) Represente gráficamente los diagramas de fases de: (a) agua (H 2 O), (b) dióxido de carbono (CO 2 ) y (c) dióxido de azufre (SO 2 ) teniendo en cuenta los datos de la tabla. Indique el punto triple, el punto crítico, temperaturas de fusión y ebullición normales. (d) ¿Cuáles son las similitudes y diferencias más significativas entre estas tres sustancias a temperatura ambiente y a 1 atm de presión? (e) ¿Cómo podría obtenerCO 2 líquido?

Compuesto

Punto Triple Punto Critico P (atm) T (^0 C) P (atm) T (^0 C) Tf(^0 C) Teb (^0 C) H 2 O 6x10-^3 0,01 219 374 0 100

CO 2 5,2 -57 73 31

Tsublimación SO 2 1,65x10-^3 -75,5 78 157 -72,7 -

Química General e Inorgánica Guía Nº 3A/2020: Estado Líquido

0

80

160

240

320

400

480

-50 0 50 100 150 Tem peratura (ºC)

Presión (psia)

13) Una corriente de gas que contiene butano (C 4 H 10 ) se encuentra a una temperatura de 110,45 ºC y a una presión de 300 psia. El flujo es de 46,92 m^3 /h. Esta corriente entra a un intercambiador de calor para ser enfriada hasta 80 °C. (a) Teniendo en cuenta los datos presentados en la tabla y en el gráfico decir el estado de agregación de la corriente de salida teniendo en cuenta que no hay caída de presión. (b) Calcular el caudal molar (moles/hora) y el caudal másico (kg/hora) de la corriente utilizando la ecuación de gases ideales. (c) Describa las fuerzas intermoleculares que pueden actuar entre moléculas de butano.

Presión (psia)

Temperatura de condensación (°C) 12,11 -16, 54,29 27, 243,30 91, 401,20 118,

1 atm = 14,5 psia

14) En el diagrama de fases del fósforo que se muestra a continuación (a) indique las fases presentes en las regiones señaladas con un interrogante; (b) una muestra de fósforo rojo sólido no puede fundirse por calentamiento a presión 1 atmósfera. Explique por qué; (c) señale los cambios de fase que tienen lugar cuando la presión sobre una muestra se reduce desde el punto A al B, a temperatura constante.

15) (a) ¿Cuál es la temperatura máxima a la que se puede encontrar un líquido? (b) ¿Qué tipo de fluido se tiene en las cercanías del punto crítico? (c) ¿Cuáles son las principales características de este tipo de fluidos?

16) (a) Explique las ventajas que tiene descafeinar café utilizando como solvente dióxido de carbono (CO 2 ) en lugar de cloruro de metileno (CH 2 Cl 2 ). (b) ¿Qué otras aplicaciones industriales tienen los fluidos supercríticos? Sugerencia: leer el artículo “Extracción con un fluido supercrítico”, Chang (4ta edición pág. 478).

17) (a) ¿Cuáles de las sustancias incluidas en la siguiente tabla se pueden licuar a la temperatura ambiente (25 ºC)? (b) ¿Cuáles de estas sustancias se pueden licuar a la temperatura del nitrógeno líquido (-196 ºC)?

P (atm)

43 atm

590 T (°C)

B

A

Química General e Inorgánica Guía Nº 3B/2020: Soluciones

GUIA 3B: SOLUCIONES

Pocas veces las sustancias se encuentran puras en la naturaleza, generalmente, se encuentran mezcladas. Estas mezclas pueden ser homogéneas (soluciones) o heterogéneas. Ejemplos:  El aire puro es una solución gaseosa formada por N 2 , O 2 y otros gases.  El agua de mar es una solución líquida compleja con muchas sustancias disueltas.  Una aleación es una solución sólida.

Una solución binaria es aquella que está formada por dos componentes, por ejemplo agua azucarada. Una solución ternaria está formada por tres componentes, por ejemplo agua azucarada y alcohol. En el estudio de las soluciones binarias es útil emplear los términos soluto y solvente , en general, suele llamarse solvente al componente que se encuentra en mayor proporción en masa. Ejemplo: una solución formada por 1,0 g de iodo y 200,0 g de cloroformo; soluto: iodo, solvente : cloroformo. Otro criterio es denominar solvente al componente cuyo estado de agregación concuerda con el de la solución formada. Ejemplo: 20 g de cloruro de sodio (sólido) y 100 g de agua (líquido); este último puede considerarse como solvente. El soluto y el solvente son denominaciones que corresponden a razones de conveniencia práctica. Las soluciones que se utilizan en el laboratorio suelen ser líquidas y el solvente que se utiliza es el agua.

FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓNDE UNA SOLUCIÓN

Llamamos concentración de una solución a la relación entre la cantidad de soluto y de solvente. De manera cuantitativa una solución puede ser clasificada como:  diluida  concentrada  saturada  sobresaturada

Todas estas categorías están relacionadas con la solubilidad del soluto, la cual se define como la máxima cantidad de soluto que admite un solvente a una temperatura dada. Por lo tanto, la solubilidad es la concentración de una solución saturada a esa temperatura y se expresa generalmente como g de soluto por cada 100 g de solvente. Las soluciones diluidas y concentradas tendrán cantidades más o menos alejadas del punto de solubilidad, mientras que una solución sobresaturada tiene mayor cantidad de soluto del que admite el solvente a esa temperatura y, por ende, es una situación inestable que no puede perdurar indefinidamente. Existen además de la solubilidad otras formas diferentes de expresar la concentración de la solución:

1. Porcentaje en masa % (m/m o p/p): indica cuantos gramos de soluto están disueltos en 100 g de la solución:

% / x

masadesto masadeste

masadesoluto

m m

Ejemplo: una solución al 20,0 % (m/m) de Na 2 SO 4 contendrá 20,0 g de sal en 100,0 g de solución (80 g de H 2 O).

Química General e Inorgánica Guía Nº 3B/2020: Soluciones

También puede expresarse %msto/msvte, donde serán los gramos de soluto cada 100g de solvente, pero en estos casos se aclara cuál es la relación considerada.

2. Porcentaje en masa/volumen % (m/V): indica cuantos gramos de soluto están disueltos en 100 mL de solución:

% / x 100

Volumendesolución

masadesoluto

m V 

Ejemplo: una solución al 5,0% (m/V) de NaCl contendrá 5,0 g de sal en 100,0 mL de solución.

3. Porcentaje en volumen % (V/V): indica cuantos mililitros de soluto están disueltos en 100 mLde solución:

% / x

VolumendesoluciónmL

mLdesoluto

V V 

Ejemplo: una solución acuosa al 12,0% (V/V) de etanol contendrá 12,0 mL de alcohol etílico en 100,0 mL de solución.

4. Molaridad (M): es la cantidad de moles de soluto por litro de solución:

Litrode solución

molesdesoluto

M 

Ejemplo: una solución 5,20 M de H 2 SO 4 contiene 5,20 moles de ácido en 1 L de solución.

5. Partes por millón (ppm): son las partes de masa de soluto por un millón de partes de masa de solución. Las unidades de masa de soluto y del solvente deben ser las mismas. Una solución cuya concentración de soluto es de 1 ppm contiene 1 g de soluto en cada millón (10^6 ) de gramos de solución o, lo que es equivalente, 1 mg de soluto por kilogramo de solución. Esta forma de expresar concentración se utiliza para soluciones muy diluidas. Si el solvente es agua las unidades son mg/L. Ejemplo: una muestra de agua contiene 4,2 ppm de iones de fluoruro, tiene 4,2 mg de iones de fluoruro en un litro de agua (dado que la densidad del agua es aproximadamente 1 g/mL en el rango de temperatura en que se trabaja podemos decir que 1 L de agua corresponde a 1 kg de agua o sea 10^6 mg). 6. Fracción molar ( X ): se define como la relación entre el número de moles de dicho componente y el número de moles totales presentes en la solución. Es una unidad muy útil para soluciones formadas por más de 2 componentes sin hacer distinción soluto- solvente. Se utiliza habitualmente para soluciones gaseosas. Ejemplo: para una de tres componentes:

Xa

n

n n n

a a b c

Xb

n

n n n

b a b c

Xc

n

n n n

c a b c

Xi = 1

Química General e Inorgánica Guía Nº 3B/2020: Soluciones

y es la misma reacción que ocurre cuando la lluvia ácida cae sobre la piedra caliza y el mármol. (a) ¿Qué volumen de ácido sulfúrico 1,25 M se necesitan para reaccionar completamente con 45 g de carbonato de calcio? (b) Si la calcita tuviera un 85% de pureza, ¿qué masa de sulfato de calcio esperaría obtener con la misma cantidad de ácido sulfúrico?

6) En un tanque de 1,5 m^3 , en el cual se desarrollan peces, una planta química vierte 50 L de líquidos efluentes diarios, que contienen tetrahidroxoaluminato de sodio (sustancia contaminante que puede provocar la muerte de los peces al atascar sus branquias). Si del análisis de una muestra de 200 mL del tanque resultan 2,5 x 10–^5 g de Al3+^ y la ley establece un límite máximo de 0,2 ppm de aluminio en los efluentes industriales ¿se encuentra esta planta en condiciones legales? (Recomendación: realice un esquema de la situación que le plantea el problema).

7) Se determinó el contenido de arsénico en una muestra de 150 mL proveniente de un pozo de agua en la zona rural y arrojó un resultado de 32μg de As. (a) Sabiendo que el límite permitido para este elemento es de 0,05 ppm decir si el agua del pozo es apta para el consumo. (b)¿Cuántos gramos y átomos de As habrá en un vaso de 250mL de agua del pozo?

8) Un ácido clorhídrico concentrado (hace referencia a una solución de HCl concentrada) contiene 35,2 % p/p en HCl y δ = 1,175 g/mL. Calcular el volumen de este ácido (hacer referencia al volumen de solución de ácido) que se necesita para preparar 500 mL de una solución 0,25 M de HCl.

9) Se mezclan 250 mL de una solución de Na 2 SO 4 0,35 M con 320 mL de una solución de Na 2 SO 4 0,75 M. ¿Cuál será la molaridad de la solución resultante? (considerar volúmenes aditivos)

10) Se necesita conocer con exactitud la concentración de una solución de HCl. Para ello se tomaron 10 mL de dicha solución y se agregó cuidadosamente una solución de NaOH 0,55 M hasta que la reacción entre el HCl y el NaOH se completó. Si el volumen de la solución de NaOH agregado fue 23,2 mL ¿Cuál es la concentración molar de la solución de HCl? ¿Cómo se llama el proceso utilizado?

11) Una muestra de 0,3664 g de un ácido monoprótico se disolvió en agua. Se consumieron 20,27 mL de una solución 0,1578 M de hidróxido de sodio para neutralizar el ácido. ¿Cuál es la masa molar del ácido?

12) ¿Por qué se disuelve la sal en el agua y no en el aceite? Dibujar con modelos.

13) En la siguiente figura se representan las curvas de solubilidad de varias sustancias en agua en función de la temperatura. (a) Analice y explique el comportamiento de la solubilidad de cada sustancia en relación con la variación de temperatura. (b) Los sistemas representados en el gráfico, ¿son homogéneos o heterogéneos? ¿Qué características tienen las soluciones cuya composición coincide con la curva de solubilidad? Identifique que tipo de soluciones representan los puntos 1 y 2 por encima

Química General e Inorgánica Guía Nº 3B/2020: Soluciones

y por debajo de la curva de solubilidad del KClO 3. ¿Cómo se puede obtener experimentalmente una solución en el punto 1? (c) Una solución preparada disolviendo 1,12 moles de NH 4 Cl en 150,0 g de H 2 O se lleva a una temperatura de 30 °C. Determine si la solución es no saturada o si cristalizará el exceso de soluto. (d) Se prepara una solución de 50 g de KClO 3 en 250,0 g de agua a 60°, ¿Qué pasará si se enfría hasta una temperatura de 40 °C?

14) En la siguiente figura se representan las curvas de solubilidad para distintas sales, si quisiera observar el fenómeno de sobresaturación, ¿qué sal elegiría? Justifique la respuesta.

(nota: eje y: Solubilidad (g de soluto/100g de agua))

15) (a) ¿Por qué se forman burbujas cuando se destapa una botella de bebidas gaseosas. (b) ¿Qué efecto tiene sobre la cantidad de gas disuelto el aumento de temperatura del líquido? (c) ¿Por qué es importante cuidar la temperatura de los líquidos que se vierten en arroyos o ríos desde las industrias? (d) ¿Cuál es el efecto sobre la solubilidad de los