Soluciones químicas fórmulas, Diapositivas de Química Aplicada

¡Descarga Soluciones químicas fórmulas y más Diapositivas en PDF de Química Aplicada solo en Docsity! PREPARATORIA ABIERTA PUEBLA QUÌMICA SOLUCIONES / CONCENTRACION ELABORÓ LUZ MARÍA ORTIZ CORTÉS SOLUCIONES • Una solución es una mezcla homogénea de dos o más substancias. Es homogénea porque ni con un microscopio se pueden distinguir sus componentes. • Toda solución se compone de una substancia llamada soluto que es la substancia que se disuelve en otra llamada solvente. • Si se disuelve un poco de azúcar en agua se forma una solución líquida. El azúcar es el soluto y el agua es el solvente es el agua. • El solvente es la substancia que se encuentra en mayor proporción, por lo que el estado físico del solvente es el estado físico de la solución. Por ello, podemos encontrar soluciones sólidas, líquidas y gaseosas. Soluciones líquidas Vinagre: solución de ácido acético al 5 % en agua Refresco: solución de azúcar, colorantes, saborizantes y CO2 gaseoso en agua. Soluciones sólidas • Aleaciones: son mezclas homogéneas y solidificadas de dos o más metales que se han fundido juntos. Ejemplos: el bronce que es una aleación de cobre y estaño. Objeto de bronce: aleación de cobre y estaño Soluciones sólidas • Amalgamas: son aleaciones de mercurio en oro o plata. Como las que se utilizan en la obturaciones dentales. Concentración de una solución • Los términos diluido y concentrado se utilizan para expresar concentraciones relativas pero su significado cuantitativo no es exacto. • La solución que tiene mayor cantidad de soluto que otra se dice que está más concentrada. La que tiene menor cantidad de soluto se dice que está más diluida. • La concentración de una solución es la relación que hay entre una cantidad definida de soluto disuelta en determinada cantidad de solvente. Diferentes unidades de concentración • % en Peso de soluto % en Peso= Peso del soluto x 100 Peso de la solución % en Peso= Peso del soluto x 100 Peso del soluto +peso del solvente Porcentaje en peso • Si 30 g de azúcar se disuelven en 100 g de agua, ¿cuál es el porcentaje de azúcar en la solución? • Datos Fórmula Peso del soluto= 30 g % en Peso= Peso del soluto Peso del solvente= 100 g Peso de la solución Sustitución: % en peso= 30 g de azúcar x 100 130 g de solución % en Peso= 23 % La solución es al 23 % en peso Problema resuelto • ¿Cuál será el porcentaje en peso de una solución que se prepara disolviendo 20 g de sulfato de potasio en 130 g de agua? • Datos Fórmula % en Peso=? % en Peso= Peso de soluto x 100 Peso de soluto= 20 g Peso de la solución Peso de solvente= 130 g Peso de solución= 150 g % en Peso= Peso de soluto x 100 Peso de soluto + peso de solvente Sustitución: % en Peso= 20 g de K2SO4 x 100 150 g de solución % en peso= 13. 33 % EN VOLUMEN • Cuando se tienen dos componentes líquidos en una solución es conveniente expresar la concentración en % en volumen. % en volumen= volumen de soluto x 100 volumen de solución El líquido que se encuentra en menor cantidad se considera como soluto. PORCENTAJE EN VOLUMEN • El porcentaje en volumen se usa para expresar la concentración de alcohol en las bebidas. Los vinos contienen casi siempre 12 ml de alcohol en cada 100 ml de vino ( 12 % ). Partes por millón • La concentración máxima permisible de arsénico en agua potable es de 0.05 ppm, esto es, 0.05 mg de arsénico por litro de agua. Partes por millón • Una muestra de 500 ml de solución acuosa contiene 2.20 mg de ión fluoruro F-1. Determinar las partes por millón de ión fluoruro F-1 . Datos: Fórmula: Peso del soluto= 2.20 mg ppm= mg de soluto Volumen de solución= 500 ml litro de solución Sustitución: Resultado ppm= 2.20 mg de soluto ppm= 4.4 mg/litro= 0.5 litros de solución ppm= 4.4 Partes por millón Una muestra de 500 ml de agua contiene 1.80 mg de ión Mg+2 ¿Cuál es la concentración de ión Mg +2 en ppm? Datos: Fórmula: peso de soluto: 1.80 mg ppm= mg de soluto litro de solución Sustitución: ppm= 1.80 mg de Mg+2 = 3.60 mg/litro 0.5 litros de solución Resultado: 3.60 ppm Problemas resueltos • ¿Cuál será la molaridad de una solución que se prepara disolviendo 40 g hidróxido de sodio en agua para formar un litro de solución? Datos Fórmula M=? M= núm. de moles de soluto Peso soluto= 40 g litro de solución Peso molecular del NaOH=? Molaridad • Se requiere determinar el peso molecular de NaOH: Pesos atómicos: Na= 23 uma, O= 16 uma, H= 1 uma Na= 23 uma x 1= 23 uma O= 16 uma x 1= 16 uma H= 1 uma x 1= 1 uma 40 uma Se determina el número de moles del soluto: n= Peso en gramos de soluto n= 40 gramos Peso molecular 40 g/mol n= 1 mol Molaridad • Se determina la molaridad de la solución: M= número de moles 1 litro de solución M= 1 mol M= 1 M 1 litro La solución es 1 molar. Molalidad • La molalidad es el número de moles de soluto que se encuentran disueltos o contenidos en 1 kg de solvente. m= número de moles de soluto 1 kg de solvente Molalidad • ¿Cuál será la molalidad de una solución que se preparara disolviendo 50 g de glucosa C6H12 O 6 en 500 ml de agua? Datos Fórmula m=? m= núm. de moles Peso del soluto= 50 g kg de solvente Peso del solvente= 500 ml Se determina el número de moles de solvente. n= Peso en gramos de solvente n= 50 g de C6H 12 O6 Peso molecular 180 g/mol n= 0.28 mol Molalidad • Se determina el peso molecular de la glucosa C6H12 O 6 Pesos atómicos C= 12 uma, H= 1 uma, O= 16 uma C= 12 uma x 6= 72 uma H= 1 uma x 12= 12 uma O= 16 uma x 6= 96 uma 180 uma Se determina la molalidad de la solución: m= núm. de moles de soluto m= 0.28 mol m= 0.56 m kg de solvente 0.5 kg 500 ml de agua= 500 g x 1 kg = 0.5 kg 1000 g Problemas resueltos • Se disuelven 80 g de NaCl en agua para formar 1 litro de solución. Calcular la molaridad de la solución. Datos Fórmula M=? M= número de moles de soluto Peso de soluto= 80 g litro de solución Se determina el número de moles de soluto. n= Peso en gramos de soluto n= 80 g de NaCl Peso molecular 58.5 g/mol n= 1.37 Problemas resueltos • Se determina el peso molecular del NaCl: Na= 23 uma x 1= 23 uma Cl= 35. 5 uma x 1= 35.5 uma 58.5 uma Se determina la molaridad de la solución: M= n de soluto litro de solución Se sustituyen los valores conocidos en la fórmula: M= 1.37 mol M= 1.37 Molar 1 litro PROBLEMAS RESUELTOS • ¿Cuántos gramos de nitrato de plata AgNO3 se necesitan para preparar 200 ml de una solución 0.2 M de este compuesto? Datos Fórmula Peso de soluto= ? M= núm. de moles de soluto Volumen de solución= 200 ml litro de solución M= 0.2 M Conversión: 200 ml x 1 litro = 0.2 litros 1000 ml De la fórmula de molaridad se despeja el núm. de moles de soluto: n= M x litro de solución Problema resuelto • ¿Cuántos gramos de KMnO4 permanganato de potasio se requieren para preparar 250 ml de una solución 0.1 M de ese compuesto? Datos: Fórmula Peso en g de soluto= ? M= núm. de moles de soluto Volumen de solución= 250 ml litro de solución M= 0.1 M Conversión: 250 ml x 1 litro = 0.25 litros 1000 ml Problema resuelto • De la fórmula de molaridad se despeja el núm. de moles: n= M x litro Se sustituyen los valores conocidos en la fórmula: n= 0.1 moles x 0. 25 litro n= 0.025 mol litro De la fórmula núm. de moles n= Peso en gramos de KMnO4 Peso molecular Se despeja el peso en gramos de KMnO4: Peso en gramos de KMnO4 = n x PM Peso en g KMnO4 = 0.025 mol x 157.94 g/mol Peso en g KMnO4 = 3.9485 g Problemas resueltos • Se determina el peso molecular del KMnO4: Pesos atómicos K= 39 uma, Mn= 54.94 uma O= 16 K= 39 uma x 1 = 39 uma Mn= 54.94 uma x 1= 54.94 uma O= 16 uma x 4= 64 uma 157.94 uma Peso en g de KMnO4 = 3.9485 g Problema resuelto Una solución de alcohol etílico en agua es 1.60 molal. ¿Cuántos gramos de alcohol están disueltos en 2000 g de agua? Datos Fórmula m= 1.6 m= núm. de moles de soluto Peso en g de soluto=? kg de solvente kg de solvente =2 kg Se despeja el núm. de moles de soluto de la fórmula de molalidad m= núm de moles de soluto n n= m x kg kg de solvente n= 1.60 mol x 2 kg n= 3.2 mol kg MOLALIDAD • Se determina el peso molecular del etanol C2H6O: Pesos atómicos: C= 12 uma, H= 1 uma, O= 16 uma C= 12 uma x 2= 24 uma H= 1 uma x 6= 6 uma O= 16 uma x 1= 16 uma 46 uma De la fórmula de núm. de moles se despeja el peso en gramos del etanol: n= peso en gramos de solvente Peso en gramos= n x Peso molecular Peso molecular Peso en gramos de etanol= 3.2 mol x 46 g/mol Peso en gramos de etanol= 147.2 g Fracción molar • La fracción molar de un componente es la relación entre el número de moles de ese componente y el total de moles presentes en la solución. XB= nB nA + nB La suma de las fracciones molares de todos los componentes de una solución es igual a 1. Fracción molar • Si una solución contiene 4 moles de etanol y 12 moles de agua, la fracción molar del etanol será: XETANOL = 4 moles de etanol 4 moles de etanol + 12 moles de agua XETANOL = 4 mol = 0.25 16 mol X AGUA = 12 mol = 0.75 16 mol La suma de las dos fracciones molares es igual a 1. Fracción molar • Se disuelven 25 g de metanol CH3 –OH en 50 g de agua. Calcular la fracción molar del metanol y del agua en la solución: Se determina el número de moles del metanol: n de compuesto= Peso en gramos de compuesto Peso molecular g/mol Peso molecular del metanol CH3 –OH : Pesos atómicos: H= 1 uma, C= 12 uma C= 12 uma x 1= 12 uma H= 1 uma x 4= 4 uma O= 16 uma x 1= 16 uma 32 uma Fracción molar Se determina el número de moles del metanol: nCH3 –OH = 25 g nCH3 –OH= 0.781 mol 32 g/mol • Se determina el número de moles del agua: n H2O = 50 g n H2O = 2.77 mol 18 g/mol Se determina la fracción molar del metanol y del agua: Fracción molar de componente: número de moles del componente número total de moles Equivalente-gramo de ácidos y bases • El equivalente-gramo (eq-g) de un ácido es el peso en gramos de éste que puede producir un mol de H+ . • El equivalente-gramo (eq-g) de una base es el peso en gramos de la base que puede consumir un mol de iones H+ , o bien, el equivalente-gramo de una base es el peso en gramos de base que puede producir un mol de iones OH-1 . • Un equivalente-gramo de cualquier ácido neutraliza un equivalente- gramo de cualquier base. • En la reacción de neutralización: HCl + NaOH NaCl + H2O Un mol de HCl libera un mol de H+1 y neutraliza un mol de OH-1 liberado por un mol de NaOH. Equivalente-gramo de ácidos y bases Eq-g del HCl= Peso molecular del HCl = Peso Molecular del HCl núm. de H+ producidos Eq-g de NaOH= Peso molecular del NaOH = PM = Peso molecular del NaOH núm. de OH- producidos 1 Equivalente-gramo de ácidos y bases • En la reacción: H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O El ácido sulfúrico libera 2 iones H+1 para neutralizar 2 iones OH-1 que el hidróxido de sodio libera. El eq-g del H2SO4 = Peso molecular en g = 98 g = 49 g núm. de H+1 2 Problema resuelto • Calcular el equivalente-gramo del hidróxido de calcio Ca(OH)2 . Determinamos el peso molecular del compuesto: Pesos atómicos: Ca= 40 uma, O= 16 uma, H= 1 uma Ca= 40 uma x 1= 40 uma O= 16 uma x 2= 32 uma H= 1 uma x 2= 2 uma 74 uma Un mol de Ca(OH)2 tiene 2 iones OH-1 , por tanto: Peso equivalente del Ca(OH)2 = Peso molecular 2 Peso equivalente-g del Ca(OH)2 = 74 g = 37 g 2 Equivalente-gramo • ¿Cuántos equivalentes hay en 219 g de HCl? • El eq-g de HCl= Peso molecular en g = 36.5 g =36.5 g núm. de H+1 1 Peso molecular de HCl, a partir de sus pesos atómicos: H= 1 uma, Cl= 35.5 uma H= 1 uma x 1 = 1 uma Cl= 35.5 uma x 1= 35.5 uma 36.5 uma Establecemos la relación: si en 36.5 g de HCl hay un equivalente, entonces en 219 g de ese compuesto habrá: 36.5 g de HCl 1 eq. 219 g de HCl x Equivalente-gramo Despejamos la incógnita: Resultado: x= 219 g x 1 eq. X= 6 eq. 36.5 g Peso equivalente 1. Hallar el peso equivalente del HBr, suponiendo la neutralización completa. 2. Hallar el peso equivalente del KOH suponiendo la neutralización completa. Respuestas: 1. 80.92 g 2. 56 g NORMALIDAD La normalidad de una solución es el número de pesos equivalente-gramo de soluto contenidos en un litro de solución. N= número de pesos equivalente-gramo de soluto 1 litro de solución NORMALIDAD • ¿Cuál será la normalidad de una solución que contiene 7.88 g de ácido nítrico HNO3 por litro de solución? Peso eq de HNO3 = peso formular= 63 La solución de HNO3 1 N contiene 63 g de HNO3 por litro de solución, establecemos una relación (regla de tres): 63 g de HNO3 1 N 7.88 g de HNO3 X Despejamos la incógnita: Resultado x= 7.88 g de HNO3 X 1 N X= 0.125 N 63 g de HNO3 Dilución La dilución es el procedimiento que se sigue para preparar una disolución menos concentrada a partir de una disolución más concentrada. En la dilución se obtiene mayor cantidad de disolución mediante la adición de mayor cantidad de solvente (agua) pero el número de moles de la disolución inicial no cambia. Es decir: núm. de moles antes de la dilución= núm. de moles después de la dilución y como n= M x litro de disolución, entonces: M1 x V1 = M2 x V2 en donde: M1 = Molaridad de la disolución inicial V1 = Volumen de la disolución inicial M2 = Molaridad de la disolución final V2 = Volumen de la disolución final Problemas resueltos de Dilución • Se desean preparar 500 ml de una disolución 1.78 M de H2SO4 a partir de una disolución concentrada 8.61 M de H2SO4 . Calcular el volumen requerido de la disolución inicial. Datos Fórmula M1 = 8.61 M M1 x V1 = M2 x V2 V1 = ? M2 = 1.78 M Despeje V2 = 500 ml V1 = M 2 x V2 M1 DILUCIÓN • Se sustituyen los valores conocidos en la fórmula: V1 = 1.78 M x 500 ml 8.61 M V1 = 103.4 ml PROBLEMAS RESUELTOS • Se tienen 505 ml de una disolución de HCl 0.125 M y se quiere diluir para hacerla exactamente 0.1 M. ¿Qué cantidad de agua debe añadirse? • Datos Fórmula M1= 0.125 M V 1 x M 1 = V2 x M2 V1= 505 ml M2= 0.1 M Despeje V2 = ? V2 = V 1 x M1 M2 Se sustituyen los valores conocidos en la fórmula: V2 = 505 ml x 0.125 M V2 = 631.25 ml 0.1 M Dilución • Este es el volumen final de la disolución, a éste se le resta el volumen de la solución inicial para obtener el volumen de agua que se debe agregar: 631.25 ml solución final - 505.0 ml solución inicial 126. 25 ml volumen de agua Problemas resueltos • Se tienen 200 ml de una solución 1.5 M de HCl ¿A cuántos ml debe diluirse para obtener una solución 0.3 M? Datos Fórmula M1 = 1.5 M V1 M1 = V2 M2 V1 = 200 ml V2 = ? Despeje M2 = 0.3 M V2 = V1 M1 M2 Se sustituyen los valores conocidos en la fórmula: V2 = 200 ml x 1.5 M V2 = 1000 ml 0.3 M