repaso de conceptos (1ª parte)

UNIDAD DIDÁCTICA 0: REPASO DE CONCEPTOS (1ª PARTE)

APARTADO 4 - CONCENTRACIÓN DE LAS DISOLUCIONES

QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA

1

QUÍMICA. 2º DE BACHILLERATO. ESTUDIOS A DISTANCIA. PROFESOR: CARLOS MARTÍN ARTEAGA

UNIDAD DIDÁCTICA 0

REPASO DE CONCEPTOS (1ª PARTE)

4.- CONCENTRACIÓN DE LAS DISOLUCIONES

ESTUDIA / APRENDE

A qué llamamos disolución diluida y disolución concentrada.

Las fórmulas que nos permiten calcular las concentraciones de las disoluciones expresadas

en gramos/litro, % en peso, % en volumen, molaridad, fracción molar y molalidad.

Resolución de problemas de disoluciones.

Para identificar plenamente una disolución, no sólo hay que identificar la naturaleza del soluto y del disolvente, sino la proporción relativa en que intervienen en la disolución. Dicha proporción se puede expresar de forma cualitativa mediante términos bastante imprecisos, o de forma cuantitativa de manera que sepamos las cantidades exactas de los componentes.

EXPRESIÓN CUALITATIVA DE LA PROPORCIÓN DE SOLUTO Y DISOLVENTE.

- Cuando una disolución contiene una pequeña cantidad de soluto disuelto decimos que es una DISOLUCIÓN DILUIDA.

- Cuando la disolución contiene mucho soluto decimos que es una DISOLUCIÓN CONCENTRADA.

Estos dos conceptos (diluida y concentrada) son bastante imprecisos porque no cuantifican la composición de la disolución.

EXPRESIÓN CUANTITATIVA DE DICHA PROPORCIÓN. CONCENTRACIÓN.

Para un químico es muy importante conocer las cantidades de soluto y disolvente que intervienen en una disolución determinada.

CONCENTRACIÓN de una disolución es la cantidad de soluto disuelto en una cierta cantidad de disolvente o de disolución.

La concentración de una disolución se puede expresar de varias formas diferentes, entre las que tenemos:

a) COMPOSICIÓN CENTESIMAL EN MASA TANTO POR CIENTO EN PESO

Es la masa de soluto expresada en gramos que hay en 100 gramos de disolución.

soluto

disolución

m (gramos)% en peso= ×100

m (gramos)

Así, una disolución acuosa de cloruro de sodio al 6% en peso significa que tenemos disueltos 6 gramos de cloruro de sodio en cada 100 gramos de disolución; o lo que es lo mismo, cada 100 gramos de disolución está compuesto por 6 gramos de cloruro de sodio y 94 gramos de agua.

b) COMPOSICIÓN CENTESIMAL O TANTO POR CIENTO EN VOLUMEN

Es el volumen de soluto expresado en mililitros que hay en 100 mililitros de disolución.

soluto

disolución

V (mL)% en volumen= ×100

V (mL)

Así, una disolución acuosa de alcohol etílico al 12% en volumen significa que tenemos disueltos 12 mililitros de alcohol etílico en cada 100 mililitros de disolución; o lo que es lo mismo, cada 100 mililitros de disolución está compuesto por 12 mililitros de alcohol etílico y 88 mililitros de agua.




2

c) GRAMOS POR LITRO

Es la masa de soluto, expresada en gramos, que hay disuelta en cada litro de disolución.

soluto

disolución

m (gramos)g

L V (litros)

Así, una disolución de sulfato de cobre(II) de 20 g/L de concentración, nos indica que en cada litro de disolución habrá disueltos 20 gramos de sulfato de cobre(II).

En algunas ocasiones encontraremos en los laboratorios disoluciones dadas en g/dL (recuerda que 1litro = 10 decilitros)

d) MOLARIDAD

Es el número de moles de soluto disuelto en cada litro de disolución. Para expresar la molaridad de una disolución se escribe la letra M tras el número indicativo.

Si tenemos una disolución 0,1M de ácido sulfúrico, significa que en un litro de esa disolución habrá 0,1 moles de dicho ácido.

FRACCIÓN MOLAR DE CADA COMPONENTE EN UNA DISOLUCIÓN: equivale al número de moles del componente que hay en cada mol de la mezcla (tanto por uno).

ii

T

n

n

e) MOLALIDAD

Es el número de moles de soluto disuelto en cada kilogramo de disolvente. Para expresar la molalidad de una disolución se escribe la letra m tras el número indicativo.

EJERCICIOS RESUELTOS

Se disuelven 25 gramos de ácido fosfórico en 200cc de agua. ¿Cuál es su concentración en “% en peso”? DATOS: ms = 25g

VH2O = 200cc

dH2O= 1g/cc = 1kg/L

dH2O= mH2O/VH2O mH2O = dH2O x VH2O = 1g/cc x 200cc = 200g

md = 25g + 200g = 225g

En una botella de cerveza de 250mL se lee que su graduación en alcohol es de 6º. ¿Qué volumen de alcohol hay en la botella? NOTA: Los grados de alcohol de una bebida equivalen al % en volumen. DATOS: VDISOLUCIÓN = 250mL

% en VOL= 6%

s

d

m% en peso =

m100

s

d

m g% en peso = , %

m g

25100 100 11 11

225

s

d

V% en volumen =

V100

ds

%volumen V mLV = mL

100

6 250

15100

disolución

nº moles de solutoM

V (litros)

disolvente

nº moles de solutom

m (kg)




3

En un matraz aforado de 250 ml se han disuelto 30g de glucosa (C6H12O6) y se ha obtenido, añadiendo agua, 250mL de disolución. ¿Cuál es su concentración en g/L y en molaridad? (Masas atómicas: C = 12; H = 1; O = 16)

DATOS: Soluto Glucosa: C6H12O6

ms: 30g

Vd: 250 mL = 0,25 L

a) soluto

disolución

m (gramos)g g g

L V (litros) , L L

30120

0 25

b)

ss

m (g) gn , moles

P.m.(g) g

300 167

180 s

d

n molesM , M

V (L) 0,25L

01670 668

Se quieren preparar 250cc de una disolución 0,25M de yoduro de plomo(II). ¿Cómo lo haremos? (Masas atómicas: Pb = 207,2; I = 126,9)

DATOS: Soluto: PbI2 Vd = 250cc = 0,25 L [M] = 0,25M

ss d

d

nM n M V (L)

V (L)

ns = 0,25M x 0,25 L = 0,0625 moles

Esto significa que debemos coger 0,0625 moles de yoduro de plomo(II).

Vamos a calcular cuántos gramos son esos 0,0625 moles

P.m. PbI2: 1Pb = 207,2

2 I = 2x126,9 P.m.= 461,0 ; 1mol PbI2 = 461,0g

ss s s

m (g)n m (g) n P.m.(g) , , , g

P.m.(g) 0 0625 461 0 28 81

Cogeríamos 28,81g de PbI2 y lo disolveríamos dentro de un matraz erlenmeyer en algo menos de

250cc de agua; lo pasaríamos todo a un matraz aforado de 250cc y completaríamos con agua hasta el

aforo del cuello del matraz por medio de una pipeta.

Tenemos una disolución de sulfato de cobre(II) en agua cuya concentración es 87,84g/L ¿Cuál es su molaridad? (Masas atómicas: Cu = 63,5; S = 32; O = 16)

DATOS: Soluto: CuSO4

g/L = 87,84 g/L

87,84 g/L: Significa que en un litro de disolución (Vd = 1L.) hay 87,84g de soluto (ms = 87,84g) Tenemos que calcular el número de moles de CuSO4 que corresponden a esos 87,84g.

P.m. CuSO4: 1 Cu = 63,5

1 S = 32 P.m.= 159,5 ; 1mol CuSO4= 159,5g 4 O = 16x4 = 64

ss 4

m (g) , gn , moles de CuSO

P.m.(g) , g

87 840 55

159 5

Luego en un litro de disolución habrá 0,55 moles de soluto.

s

d

n , molesM , M

V (L) 1 L

0 550 55

6 12 6

6 12 6

P.m. C H O :

6 C = 12 x 6 = 72

12 H = 1 x 12 = 12 P.m. = 180 luego 1mol de C H O = 180g

6 O = 16 x 6 = 96

s

disolución

nº moles de soluto (n )M

V (litros)

ss

m (g)n

P.m.(g)




4

Hemos preparado una disolución de ácido sulfúrico en agua añadiendo 19,6g del ácido sobre el agua completando un volumen de 500cc. ¿Cuál es su molaridad? (Masas atómicas: H = 1; S = 32; O = 16)

DATOS: Soluto: H2SO4 En 0,5 litros de disolución (Vd = 0.5L) hay 19,6g de soluto (ms = 19,6g)

Tenemos que calcular el número de moles de H2SO4 que corresponden a esos 19,6g.

P.m. H2SO4: 2 H = 2x1= 2

1 S = 32 P.m. = 98 ; 1mol H2SO4= 98g 4 O = 16x4 = 64

ss 2 4

m (g) , gn , moles de H SO

P.m. (g) g

19 60 2

98

Luego en medio litro de disolución habrá 0,2 moles de soluto.

s

d

n , molesM , M

V (L) 0,5 L

0 20 4

Tenemos una disolución de nitrato de plata en agua 0,074M. Nos piden que cojamos un volumen de disolución tal que en él haya disueltos 3g de soluto ¿Qué volumen debemos coger? (Masas atómicas: Ag = 107,9; N = 14; O = 16)

DATOS: Soluto: AgNO3 [M] = 0,074M. ms = 3g

Tenemos que calcular el número de moles de AgNO3 que corresponden a esos 3g. P.m. AgNO3: 1 Ag = 107,9

1 N = 14 P.m.= 169,9 ; 1mol AgNO3 = 169,9g 3 O = 16x3 = 48

ss 3

m (g) gn , moles de AgNO

P.m. (g) , g

30 018

169 9

s sd

d

n n ,M V (L) , L

V (L) M ,

0 0180 243

0 074

Tenemos una disolución de sulfato de cobre(II) en agua de 7,2% en masa y cuya densidad es de 1,22 g/cc. ¿Cuál es su molaridad? (Masas atómicas: Cu = 63,5; S = 32; O = 16)

DATOS: Soluto: CuSO4 % en masa = 7,2%. d= 1,22g/cc = 1,22kg/L

d d

m kgd= =1,22 En 1 litro de disolución (V =1 litro) hay 1,22kg de masa (m = 1,22kg = 1220g)

V L

s d

s 4

d

m % en masa m 7,2×1220g% en masa = × 100 m (g) = 87,84g de CuSO

m 100 100

Significa que en un litro de disolución (Vd = 1L) hay 87,84g de soluto (ms = 87,84g)

Tenemos que calcular el número de moles de CuSO4 que corresponden a esos 87,84g.

P.m. CuSO4: 1 Cu = 63,5

1 S = 32 P.m. = 63,5 + 32 = 159,5 1mol CuSO4= 159,5g

4 O = 16x4 = 64

ss 4

m 87,84gn = = = 0,55 moles de CuSO

P.m.(g) 159,5


Calculamos la molaridad:

s

d

n 0,55M = = = 0,55M

V (L) 1




5

Tenemos una disolución de ácido sulfúrico en agua de 3,5% en peso y cuya densidad es de 1.12 kg/L . ¿Cuál es su molaridad? (Masas atómicas: H = 1; S = 32; O = 16)

DATOS: Soluto: H2SO4 % en peso = 3,5%. d= 1,12kg/L

d d

m kgd= =1,12 En 1 litro de disolución (V =1 litro) hay 1,12kg de masa (m = 1,12kg)

V L

s d

s 2 4

d

m % en masa m 3,5×1120g% en masa = × 100 m (g) = 39,2g de H SO

m 100 100

Significa que en un litro de disolución (Vd = 1L) hay 39,2g de soluto (ms = 39,2g)

Tenemos que calcular el número de moles de H2SO4 que corresponden a esos 39,2g.

P.m. H2SO4: 2 H = 2x1= 2

1 S = 32 P.m. = 98 ; 1mol H2SO4= 98g

4 O = 16x4 = 64

ss 2 4

m 39,2gn = = = 0,4 moles de H SO

P.m.(g) 98


Calculamos la molaridad:

Admitiendo que la composición en masa del aire es: 75,45% de nitrógeno, 23,18% de oxígeno; 1,32% de argón y 0,05% de dióxido de carbono, calcula la fracción molar de cada uno de los componentes del aire.

Datos: Ar(N) = 14; Ar(O) = 16; Ar(Ar) = 40; Ar(C) = 12.

El aire es una mezcla homogénea de los gases que indica el enunciado. Para calcular la fracción molar de cada uno de ellos utilizamos la expresión:

ii

T

n

n

Vamos a calcular el número de moles de cada de cada componente en 100 gramos de aire:

El nitrógeno forma moléculas diatómicas, N2, por lo que P.m. (N2) = 28; en 100g de aire hay 75,45g de N2:

s 2

75,45n = 2,695 moles de N

28

Para el oxígeno, O2: P.m. (O2) = 32; en 100g de aire hay 23,18g de O2:

s 2

23,18n = 0,724 moles de O

32

El Argon es un gas noble y está en forma atómica (Ar): P.m. = 40; en 100g de aire hay 1,32g de Ar:

s

1,32n = 0,033 moles de Ar

40

Para el CO2, el peso molecular es igual a 12+16·2 = 44; en 100g de aire hay 0,05g de CO2:

s 2

0,05n = 0,00136 moles de CO

44

El número de moles totales que hay en 100g de aire es la suma de moles calculadas:

nT= 2,695 + 0,724 + 0,033 + 0,00136 = 3,45336

Las fracciones molares de cada sustancia serán:

s

d

n 0,4M = = = 0,4M

V (L) 1

ss

mn =

P.m.(g)




6

2

2,6950,7804

3, 45336 N

2

0,7240, 2097

3, 45336 O

0,0330,0096

3, 45336 Ar

2

0,001360,0004

3, 45336 CO

A un matraz Erlenmeyer que contiene 250mL de agua se le añaden 25,0 g de nitrato de sodio, NaNO3. Calcula la molalidad.

Datos: Ar(N) = 14; Ar(O) = 16; Ar(Na) = 23.

Hallamos la masa molecular del NaNO3:

1 Na 1 23 23

1 N = 1 14 = 14 P.m. 23 14 48 85

3 O = 3 16 = 48

Calculamos el número de moles de NaNO3:

25 00 29

85 s

s

m (g) , gn , moles

P.m.(g) g

Los 0,29 moles se van a disolver en 250mL de agua, es decir, en 250 gramos de agua (densidad del agua 1

g/mL). Por tanto la molalidad de la disolución será:

0 291 16 1 16

0 250

s

disolvente

nº moles de soluto (n ) , mol molm , , m

m (kg) , kg kg

CONTESTA Y REPASA

Se disuelven 57 gramos de sulfato de cobre(II) en 300mL de agua. ¿Cuál es su concentración en “% en peso”?

En un matraz aforado de 500 ml se han disuelto 35g de cloruro de magnesio y se ha obtenido, añadiendo agua, 500ml de disolución. ¿Cuál es su concentración en g/L y en molaridad?

Se disuelven 4g de hidróxido de potasio en 20g de agua. ¿Cuál es la composición centesimal (% en peso) de la disolución?

¿Qué volumen de etanol hay en 300mL de una disolución de etanol en agua al 12,5% en volumen? Determina la fracción molar de alcohol y la de agua en la disolución. (Densidad del agua: 1kg/L; densidad del etanol: 0,78kg/L).

¿Cuál es la masa de sacarosa (C12H22O11) que se ha de disolver en agua para preparar 400ml de una disolución 0,75M?

Se quieren preparar 250cc de una disolución 0,5M de yoduro de potasio. ¿Cómo lo haremos?

Tenemos una disolución 0,75M de sulfato de cobre (II). Nos piden que tomemos 1,25 moles de dicha sustancia. ¿Qué volumen de disolución tendremos que coger?

Se quieren preparar 200cc de una disolución 0,75M de cloruro de cobre(II). ¿Cómo lo haremos? ¿Cuál será su concentración expresada en g/L?




7

Tenemos una disolución de nitrato de plata en agua de 1,2% en peso y cuya densidad es de 1,05 g/cc ¿Cuál es su molaridad?

Calcula la molalidad y la fracción molar de una disolución formada por 2 gramos de etanol (C2H6O) y 90 gramos de agua.

Calcula la molaridad y la molalidad de una disolución que resulta de mezclar 1 gramo de sulfato de sodio y 500 gramos de agua (Supón que la densidad de la disolución final es la del agua)

repaso de conceptos (1ª parte)

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