Gases y Soluciones: Definición, propiedades y ejercicios, Ejercicios de Química

¡Descarga Gases y Soluciones: Definición, propiedades y ejercicios y más Ejercicios en PDF de Química solo en Docsity! 1. INSTITUCIÓN EDUCATIVA SANTO ÁNGEL GUIA DIDACTICA PROFESOR: Gustavo Adolfo Marín FECHA: inicio__________________ terminación__________________ ALUMNA:________________________________________ “Ángeles en acción para una formación integral en el tercer milenio” “Química, nuestra vida nuestro futuro” INDICADORES DE DESEMPEÑO Comprende conceptos específicos de la estequiometria, y los relacionados con gases y soluciones y los aplica para resolver problemas propuestos. CONTENIDOS CONCEPTUALES GASES -Propiedades del estado gaseoso -Leyes de los gases -Ecuación de estado -Mezclas gaseosas -Teoría cinética de los gases SOLUCIONES - Componentes de una solución - Unidades de concentración - Propiedades de las soluciones SABIA USTED QUE ? Una botella sin líquido o sólido en su interior, no está vacía. Dentro de ella hay un gas (Aire)? El aire (el cual es una mezcla de gases) rodea la superficie de la tierra y llena nuestros pulmones cada vez que respiramos?. Podemos vivir semanas sin consumir alimento sólido, vivir días sin alimentos líquidos, pero viviremos muy pocos minutos en ausencia de aire “GAS”? GASES IDEALES PROPIEDADES LEYES REALES PV = nRT VOLUMEN BOYLE VANDER - WALS nRT=[P+(n2 a /V2 ) ] (V – nb) n = PV / RT M = DRT / P D = PM / RT VOLUMEN PRESION TEMPERATURA #. DE MOLES V1/V2 = P2/P1 CHARLES V1/V2 = T1/T2 GAY-LUSSAC T1/T2 = P1/P2 LEY COMBINADA DE LOS GASES V1.P1/T1 = V2.P2/T2 DALTON Ptotal = P1+ P2 +… GRAHAM V1 / V2 = √M2 / √M1 AVOGADRO V1/V2 = n1/n2 A temperatura constante, el volumen de una masa fija de un gas es inversamente proporcional a la presión que sobre éste se ejerce. A presión constante, el volumen de la masa fija de un gas es directamente proporcional a la Temperatura absoluta (Kelvin) Si el volumen de un gas no cambia mientras lo calentamos, la presión del gas aumenta en la misma proporción en que se incrementa la Temperatura; es decir la presión que ejerce un gas es directamente proporcional a la Temperatura, siempre que el volumen se mantenga constante. P1V1 = P2V2  Consulto cinco ejercicios donde aplique la ley de Boyle y los desarrollo en mi cuaderno. LEY DE CHARLES: V1T2 = V2T1  Consulto cinco ejercicios donde aplique la ley de Charles y los desarrollo en mi cuaderno. LEY DE GAY – LUSSAC: T1P2 = T2P1  Consulto cinco ejercicios donde aplique la ley de GAY – LUSSAC y los desarrollo en mi cuaderno. LEY COMBINADA DE LOS GASES: Para una masa determinada de cualquier gas, se cumple que el producto de la presión por el volumen dividido entre el valor de la Temperatura es una constante. P.V./ T = K El valor de esta constante depende de la masa y no del tipo de gas utilizado, ya que todos los gases se comportan de la misma manera, matemáticamente se puede expresar esta ley de la siguiente manera: P1V1T2 = P2V2T1  Consulto cinco ejercicios donde aplique la ley combinada de los gases y los desarrollo en mi cuaderno. LEY DE DALTON O DE LAS PRESIONES PARCIALES: La presión ejercida por la mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de todos ellos; es decir cada gas ejerce una presión independiente de las otras como si fuera el único gas dentro del recipiente. La presión ejercida por un gas es proporcional al número de moles presentes del gas e independiente de la naturaleza. Para hallar la presión parcial de cada gas en una mezcla se multiplica la presión total por la fracción molar respectiva. Pt = P1 + P2 + P3 + ... ;donde X = fracción molar. ;  Consulto cinco ejercicios donde aplique la ley de Dalton y los desarrollo en mi cuaderno. DIFUSION DE GASES – LEY DE GRAHAM: la difusión es la propiedad que presentan los gases de distribuirse por todo el espacio de que disponen; ésta no se desarrolla a la misma velocidad para todos, pues los gases livianos se difunden más rápidamente que los pesados. A las mismas condiciones de Temperatura y presión, las velocidades de difusión de los gases son inversamente proporcionales a la raíz cuadrada de sus pesos moleculares V1 / V2 = √M2 / √M1  Consulto cinco ejercicios donde aplique la ley de Graham y los desarrollo en mi cuaderno. PRINCIPIO DE AVOGADRO: En 1811 Amadeo Avogadro encontró experimentalmente que volúmenes iguales de todos los gases medidos a las mismas condiciones de Temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas; es decir V α n , es decir V = K . n Así, un número fijo de moléculas de cualquier gas siempre ocupa el mismo volumen en unas determinadas condiciones de presión y Temperatura. Pparcial = X . Ptotal X = n1 / n1 + n2 + n3… P1 / Pt = n1 / nt __ __LI __ __ 50 51 52 53 j) Sobrecalentamiento de la corteza terrestre que afecta las condiciones del tiempo atmosférico __ __E __ __ __ / I __V __R __ __ __ __R __ 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 ANALIZA Y RESUELVE 1. Mediante la aplicación de las leyes de los gases, responde: a) ¿Cómo varía la densidad de una sustancia gaseosa a medida que aumenta su temperatura si se mantiene constante la presión? b) En iguales condiciones de temperatura y presión, ¿qué gas es más denso, el oxígeno o el trióxido de azufre? ¿Por qué? Justifica tu respuesta. c) ¿Por qué se dice que en una habitación el aire caliente "sube"? DEDUCE 1. Un gas es sometido a 3 procesos identificados con las letras X, Y, Z. Estos procesos son esquematizados en los siguientes gráficos: las propiedades que cambian en el proceso X son: A. V,T; B. P,V; C. T,P; D. P,V;T. 2. Un gas ideal ocupa un volumen V a una temperatura T y a una Presión P. Si la presión se triplica y la temperatura se reduce a la D M S P 57 14 13 9 39 50 44 54 15 56 27 10 30 6 1 45 D O M A C 37 51 26 32 7 46 23 4 31 12 62 34 16 2 17 61 A A T D 63 60 33 36 48 29 25 18 55 5 22 42 19 53 47 20 N C D E 41 58 59 52 24 49 38 35 64 11 21 3 65 8 28 43 40 PV = nRT P1V1T2= P2V2T1 mitad, el volumen ocupado por el gas en estas condiciones es: A. V / 6; B. 2V / 3; C. 3V /2; D. 6V A temperatura constante y a 1 atmósfera de presión, un recipiente cerrado y de volumen variable, contiene una mezcla de un solvente líquido y un gas parcialmente miscible en él, tal como lo muestra el dibujo. 3. Si se aumenta la presión, es muy probable que la concentración del gas en la fase: A. Líquida aumente. B. Líquida permanezca constante. C. Gaseosa aumente. D. Gaseosa permanezca constante. 4. A una temperatura T y una presión P1 un gas ocupa un volumen V1. Si el gas se somete a un proceso en el cual la temperatura se duplica y la presión se disminuye a la mitad, el volumenV2 es:____________________ 5. A 1 atm. De presión y en recipientes diferentes, se deposita un ml. de cada una de las sustancias P y Q y se espera hasta que una de ellas se evapore completamente. La primera en hacerlo es Q, lo que indica que la presión de vapor de la sustancia A. Q es mayor. B. P es igual a la de la sustancia Q C. P es menor que 1 atm. D. P es mayor que la de la sustancia Q DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN RESPONDA LA PREGUNTA En la siguiente figura se muestran dos recipientes de volúmenes diferentes conectados entre si por una tubería delgada de volumen interior despreciable. La válvula se encuentra cerrada inicialmente . En el tanque 1 están almacenados 10 litros de un gas inerte a 198 K que se comporta idealmente. El manómetro marca 1,5 atm de presión. 6. Teniendo en cuenta el enunciado anterior, después de abrir la válvula y permitir la distribución del gas homogéneamente en los dos recipientes. Si el manómetro marca 1,0 atm de presión entonces la nueva temperatura del gas deberá ser_________________ Dos recipientes de igual capacidad contienen respectivamente oxígeno ( Recipiente M) y nitrógeno, (Recipiente N) y permanecen separados por una llave de paso como se indica en la figura. 7. si se abre completamente la llave, la gráfica que representa la variación de la presión (P) con el tiempo (ө) en el recipiente N, es 8. El volumen que ocupan 32 gramos de CH4, en condiciones normales, es: _______________ En el siguiente esquema se muestra un proceso de compresión de un cilindro que contiene el gas x. 9. De acuerdo con la información anterior, si se disminuye la presión ejercida sobre el liquido x, es probable que este se: A. Sublime B. Evapore C. Solidifique D. Licue 10. De las siguientes afirmaciones, la que explica acertadamente el fenómeno de la presión de vapor es: A. un fenómeno que se presenta cuando las moléculas de los gases se mueven. B. cuando las moléculas que están en la superficie de un líquido, si poseen energía suficiente, escapan y se comportan como moléculas de gas, que se mueven caóticamente en el espacio del recipiente libre de líquido, generando presión de COMPONENTES CONCENTRACION SOLUBILIDAD P. COLIGATIVAS SOLUTO SOLVENTE CUALITATIVA DILUIDA CONCENTRADA SATURADA CUANTITATIVA UNIDADES FISICAS QUIMICAS %W/W=Wsto/Wsln . 100 %W/V=Esto/Vsln.100 %V/V=Vsto/Vsln . 100 ppm=mgsto/kgste M=n especie/Vsln (lt) F=n sto/Vsln (lt) m=n sto/kg ste Xste=n ste/n total Xsto=n sto/n total N=eq-g sto/V sln (lt) NATURALEZA sto y ste TEMPERATURA PRESION SUBDIVISION PRESION VAPOR P sln = Pºste - ∆ P ∆ P = Xsto . Pºste PTO EBULLICION (Teb) sln = Teb ºste + ∆ Teb ∆ Teb = Keb . m PTO CONGELACION Tc sln = (Tc ) ºste - ∆ Tc ∆ Tc = Kc . m PRESION OSMOTICA π = MRT CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES La concentración expresa la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de solvente . En términos cuantitativos, o sea la proporción matemática entre soluto y solvente, suele expresarse en porcentaje. UNIDADES DE CONCENTRACION Unidades físicas  Porcentaje referido a la masa: relaciona la masa del soluto, en gramos, presente en una cantidad dada de solución. Teniendo en cuenta que el resultado se expresa como porcentaje de soluto , la cantidad patrón de solución suele tomarse como 100 g. % p / p o % P / P = W sto. / W sln . 100  Porcentaje referido al volumen: se refiere al volumen de soluto en ml. presente en 100 ml. de solución %V / V = V sto / V sln . 100  Porcentaje masa – volumen: representa la masa de soluto (en g) por cada 100 ml. de solución.  Partes por millón: se utiliza para medir algunas concentraciones muy pequeñas, como las partículas contaminantes que eliminan los automotores o la cantidad de cloro o flúor presente en el agua potable. Mide las partes de soluto presentes en un millón de partes de solución. Para soluciones sólidas se utilizan, por lo regular las unidades mg / kg y para soluciones líquidas, mg / Lt. Unidades Químicas  Molaridad (M): Es la forma más usual de expresar la concentración de una solución. Se define como el Nº de moles (n) de soluto disueltos en un litro de solución. M = n sto. / V sln (Lt)  Formalidad (F): Se define como el Nº de moles de soluto (sin considerar disociación) contenidas en un litro de solución. F = n sto / Vsln (Lt) %p / v = W sto / V sln . 100 ppm = mg sto / Lt o ppm = mg sto / kg  Molalidad (m): indica la cantidad de moles de soluto presentes en un kilogramo (1000 g) de solvente. Cuando el solvente es agua, y debido a que la densidad de ésta es 1 g / ml, 1 kg de agua equivale a un litro. m = n sto./ Lt o m = n sto / kg ste.  Normalidad (N): relaciona el Nº de equivalentes gramo o equivalentes químicos de un soluto con la cantidad de solución en litros. N = Nº equivalentes – gramo sto. / V sln. (Lt)  Fracción molar (X): expresa el Nº de moles de un componente de la solución, en relación con el Nº total de moles, incluyendo todos los componentes presentes.  Consulto cinco ejercicios donde aplique las unidades de concentración de las soluciones y los desarrollo en mi cuaderno. La suma de las fracciones molares de una solución es igual a uno (1) El porcentaje molar es igual a la fracción molar por 100 DILUCIONES Los reactivos disponibles en el laboratorio se encuentran, por lo general en forma de sólidos o en soluciones comerciales muy concentradas (cercanas al 100%). Con cierta frecuencia, es necesario preparar soluciones menos concentradas, a partir de estos materiales, para lo cual se deben diluir. Al diluir, el volumen del solvente, aumenta el de la solución, mientras que el Nº total de moles o de moléculas del soluto permanece igual. Esto significa, que el número de moles del soluto al Principio y al final es el mismo. Lo más común es que las concentraciones de las soluciones se encuentren expresadas como Molaridad. Si se parte de una solución inicial n1 = M1 . V1 , para obtener una segunda solución n2 = M2 . V2 , debe cumplirse que el Nº inicial de moles sea igual al Nº final de moles (n1 = n2). De lo cual se puede deducir que M1 . V1 = M2 . V2 . Esta expresión es la clave para determinar el volumen final V2 o la concentración final M2 , según sea el caso. En términos generales se puede usar la siguiente generalización: Xste = n ste / ntotales Xsto = nsto / ntotales C1 . V1 = C2 . V2 Y el punto de ebullición de la solución, se halla mediante la exprsión: (Teb) sln = Teb ºste + ∆ Teb  Punto de congelación T1 = (Tc) sln T2 = (Tc) ste T3 = (Teb) ste T4 = (Teb) sln P1 = P ste puro P2 = P sln Diagrama de fases del agua (___) y de una solución acuosa (-----) En las soluciones formadas por solutos no volátiles se observa un descenso de la Temperatura de congelación, respecto a la del solvente puro. Esta disminución es proporcional a la concentración molal de la solución y se relaciona por medio de la constante crioscópica molal (Kc), que se expresa en ºC / m y depende de cada solvente. La expresión matemática es: La Temperatura de congelación de la solución se halla mediante la expresión: Tc sln = (Tc ) ºste - ∆ Tc Una de las aplicaciones de esta propiedad coligativa se relaciona con los anticongelantes, sustancias empleadas especialmente en automóviles para evitar que el agua de los radiadores se congele durante el invierno.  Presión osmótica La ósmosis es un fenómeno que se aplica especial mente a soluciones en las cuales el solvente es agua. ∆ Tc = Kc . m Consiste en el paso de moléculas de agua (solvente) a través de una membrana semipermeable, desde un compartimiento menos concentrado hacia otro, con mayor concentración de soluto ¡RECUERDE! Una membrana semipermeable es una película, que permite el paso del solvente más no del soluto. Las moléculas del solvente pueden pasar en ambas direcciones, a través de la membrana; pero el flujo predominante ocurre en la di rección menor a mayor concentración de soluto y termina cuando la presión ejercida por el golpeteo de moléculas de soluto a uno y otro lado de la membrana, se iguala. Este golpeteo se traduce en un valor de presión, ejercida Por las moléculas de soluto sobre la membrana, a esto se le llama presión osmótica y depende de la cantidad de soluto, se puede interpretar en este caso el soluto co mo un gas que ejerce presión sobre las paredes de un re cimiente, matemáticamente se expresa como: π = nRT / V Donde la letra griega pi (π) representa la presión osmótica y n / V se interpreta como la concentración molar de la solución. Si el solvente es agua, la molaridad será equivalente a la molalidad . De donde, se obtiene que: π = MRT = mRT  Consulto cinco ejercicios donde aplique las propiedades coligativas de las soluciones y los desarrollo en mi cuaderno. Efecto tyndall Cuando un haz de luz pasa a través de un coloide, las partículas dispersas difractan la luz, haciendo que se forme un rayo de luz angosto, dentro del cual es posible observar pequeñas manchas luminosas, que corresponden a la luz reflejada sobre la superficie de las partículas coloidales. Esto no ocurre en soluciones verdaderas, pues las partículas de soluto son demasiado pequeñas para desviar la luz. Este fenómeno recibe el nombre de efecto Tyndall, en honor a su descubridor. DESARROLLO de COMPETENCIAS 1. En la siguiente tabla se indica la presión de vapor de algunas sustancias, a 25ºC ¿cuál de ellas es más volátil? Justifica tu respuesta. Presión de vapor a 25ºC sustancia Presión (torr) Benceno 94,6 Etanol 58,9 Mercurio 0,0017 Metanol 122,7 Agua 23,8 2. Las fotografías muestran glóbulos rojos sometidos a medios con diferentes Presiones osmóticas. En la imagen de la figura a, la presión osmótica de la solución externa es mayor que en el interior de la célula. En la figura b, la presión osmótica externa es igual a la de la célula, mientras que en la figura c, la solución externa tiene una presión osmótica menor que la de la célula. Con base en esta información responde: a) ¿Qué ha ocurrido en cada caso? b) ¿Por qué en un caso la célula se hincha, mientras que en otro, se contrae? c) Indica la dirección del flujo osmótico en cada caso. d) ¿Qué pasa si la diferencia entre las presiones osmóticas internas y externas se aumenta paulatinamente en cada caso?. 3. El siguiente cuadro muestra los cambios de estado de un cierto volumen de agua, al aumentar paulatinamente la presión y la Temperatura. Las líneas indica los límites que separan una fase o estado de otro, mostrando así mismo, que en estos puntos, se presenta una mezcla de estados, lo que se conoce como equilibrio de fases. Con base en la siguiente gráfica, responde: 8. Analiza la gráfica y resuelve las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es la sustancia que presenta ma yor variación de solubilidad? b) Como es la solubilidad del KClO4 compa rada con la solubilidad del NaCl? c) A 50 ºC, ¿Cuál es la solubilidad del KClO3 ? d) A 20 ºC, ¿Cuál es la sustancia que presen ta menor solubilidad? e) A 60 ºC ¿ Cómo es la solubilidad del Na2SO4 ? 9. En el siguiente gráfico aparece la variación de solubilidad de dos cloruros en agua: de sodio (NaCl) y de potasio (KCl). a) si se tienen dos soluciones saturadas de ambas sales en agua a 40 ºC de temperatura y se enfrían, ¿qué sal precipita antes? ¿Por qué? b) ¿y si la temperatura es de 20 ºC? c) ¿Qué cantidad de cloruro de potasio Podemos añadir a una solución satu rada a 40 ºC si la temperatrua se aumenta hasta 80 ºC? d) ¿A qué temperatura las dos soluciones tienen la m AUTOEVALUACION 1. Cuando se disuelven 4 moles de soluto en 500 ml. de solución, la formalidad es a. 2 F b. 4 F. c. 6 F d. 8 F 2. Los gramos de ácido sulfúrico que se necesitan para preparar 500 ml. de solución 1N son : __________________ 3. El porcentaje de una solución que contiene 30 gramos de sulfato de sodio en 150 gramos de solución es: ______________ 4. En una dilución, si el volumen se duplica adicionando solvente, la concentración molar (M) se reduce a la mitad. Para obtener una dilución cuya concentración se redujera una cuarta parte, el volumen debería ser: ____________________________ 5. Dos recipientes K y W contienen ácido clorhídrico de diferente concentración. La concentración del recipiente K es 3N y la del U es 1,5N. Si se mezclan iguales volúmenes de las dos soluciones, la concentración de la solución final será : _______________________ X y W reaccionan de acuerdo con la siguiente ecuación X (ac) + 2 W (ac) → Z ↓ + T (ac) 6. Se toman 50 ml. de una solución de X de concentración 0,1 M y se mezcla con 10 ml. de solución 0,2 m de W. De acuerdo con lo anterior, es válido afirmar que quedan en solución: _______________________ 7. La siguiente tabla muestra información sobre las soluciones I y II Soluciones Masa molar del soluto (g / mol) Masa de soluto ( g ) Volumen de solución (Cm3) I 200 200 1000 II 200 400 500 a. La solución I tiene mayor número de moles de soluto y su concentración es mayor que la solución II b. la solución II tiene menor número de moles de soluto y su concentración es mayor que la solución I. c. La solución I tiene menor número de moles de soluto y su concentración es mayor que la solución II. d. La solución II tiene mayor número de moles de soluto y su concentración es mayor que la solución I. 8. Si se desea disminuir la concentración de una solución de NaOH sin variar la cantidad de soluto, es necesario: a. Adicionar como soluto AgCl. b. Aumentar el volumen del recipiente. c. Adicionar solvente. d. Evaporar solución. Se tienen cuatro soluciones acuosas de 2 solutos diferentes No Soluto Volumen solución Concentración ( M ) 1 MT 1Lt 0,5 2 S2 W 1Lt 3 3 MT 1Lt 2 4 S2 W 1Lt 1 Cuando se mezclan MT y S2 W reaccionan tal como se representan en la siguiente ecuación química 2 MT (ac) + S2 W → M2 W + 2 ST (s) 9. Cuando se mezclan 1 Lt. de la solución 3 con 1 Lt. de la solución 2, se obtiene cierta cantidad de ST. Esta misma cantidad de ST, se obtiene cuando se mezclan respectivamente 1 litro de las soluciones a. 1 y 2; b. 3 y 4; c. 2 y 4; d. 1 y 4 10. Se mezclan 500 ml. de la solución 1 con 500 ml. de la solución 4; posteriormente la mezcla se filtra y el filtrado (porción líquida) se transfiere a un vaso de precipitados para evaporación. Después de una completa evaporación, es correcto afirmar que el beaker contiene residuos de a. S2 W y M2 W b. M2 W c. ST d. SW y ST 11. En una dilución, si el volumen se duplica adicionando solvente, la concentración molar (M) se reduce a la mitad. Para obtener una dilución cuya concentración se redujera una cuarta parte, el volumen debería ser a. La mitad b. Dos veces mayor c. La cuarta parte d. Cuatro veces mayor. 12. A partir del agua de mar, se puede obtener agua pura por la separación de los solutos no volátiles. La siguiente gráfica muestra el comportamiento de la presión de vapor de tres soluciones de agua-soluto, con la Temperatura. Con ayuda de la información anterior la temperatura de ebullición, de dos litros de solución de concentración 0,1molar, es mayor que la temperatura de ebullición de A. 1 litro de solución de concentración 0,1 molar B. 2 litros de solución de concentración 0,25 molar C. 2 litros de solución de concentración 0,01 molar D. 1 litro de solución de concentración 0,25 molar. 13. La siguiente gráfica relaciona el número de moles de soluto disuelto en distintos volúmenes de una misma solución. De acuerdo con la gráfica, es correcto afirmar que en 200 y 400 ml, las moles de soluto disuelto en la solución son respectiva mente: A. 0,5 y 1 B. 0,5 y 2 C. 1 y 2 D. 1,5 y 1  Elaboro una lista de palabras de la guía, las ordeno alfabéticamente y doy una definición de cada una. (diccionario de la guía) PRACTICA DE LABORATORIO SOBRE SOLUCIONES SUTANCIAS Y MEZCLAS La gran mayoría de objetos con los cuales interactuamos en nuestra vida cotidiana, a simple vista tienen la apariencia de una unidad material homogénea, pareciera que fuese un material único o una sustancia única. ¿Pero realmente es un único material o sustancia única? La respuesta a esta pregunta la encontramos en el conocimiento químico. El conocimiento químico estudia las sustancias y sus cambios en unas