Ejercicios resueltos de disoluciones - Mestre a casa
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DISOLUCIONES<br />
1. Calcular M, N, m, y χ <strong>de</strong> una disolución comercial <strong>de</strong> ácido nítrico <strong>de</strong>l 60 % <strong>de</strong> riqueza y 1,37<br />
g/cm³.<br />
Solución.<br />
Molaridad. Partiendo <strong>de</strong> la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> molaridad, y teniendo en cuenta los conceptos <strong>de</strong> número<br />
<strong>de</strong> moles, riqueza y <strong>de</strong>nsidad, se pue<strong>de</strong> expresar la molaridad <strong>de</strong> una disolución en función <strong>de</strong> sus<br />
especificaciones comerciales (<strong>de</strong>nsidad y riqueza)<br />
R<br />
m ⋅<br />
m<br />
d+<br />
s<br />
s ⎧ m s ⎫ 100<br />
( ) ⎧ ⎫<br />
⎪ R = ⋅100<br />
n<br />
⎪<br />
s moles ms<br />
M s<br />
M<br />
M = = ⎨n<br />
= ⎬ = =<br />
m d+<br />
s<br />
s<br />
s<br />
⎨<br />
⎬ =<br />
=<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
⎩ M s ⎭ Vd+<br />
s ( L)<br />
⎪<br />
R<br />
= ⋅ ⎪ V + ( L)<br />
m m<br />
d s<br />
⎪ s d+<br />
s<br />
⎩ 100⎪⎭<br />
R<br />
Vd+<br />
s ⋅d<br />
d+<br />
s ⋅<br />
100<br />
⎧ m d+<br />
s ⎫<br />
⎪ d d+<br />
s = ⎪ M s<br />
= ⎨ Vd+<br />
s ⎬ =<br />
⎪<br />
V ( L)<br />
m V d ⎪ d+<br />
s<br />
⎩ d+<br />
s = d+<br />
s ⋅ d+<br />
s ⎭<br />
R<br />
Vd+<br />
s ⋅d<br />
d+<br />
s ⋅<br />
100<br />
M s<br />
M =<br />
V ( L)<br />
d+<br />
s<br />
Expresión que entre otras cosas pone <strong>de</strong> manifiesto que la concentración <strong>de</strong> una disolución no<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l volumen, ya que como se pue<strong>de</strong> observar en la ecuación el volumen aparece multiplicando y<br />
dividiendo. Generalmente no se pue<strong>de</strong>n simplificar los volúmenes puesto que el volumen <strong>de</strong>l numerador se<br />
<strong>de</strong>be poner en las unida<strong>de</strong>s volumétricas <strong>de</strong> la <strong>de</strong>nsidad, normalmente gr/cm 3 , mientras que el <strong>de</strong>l<br />
<strong>de</strong>nominador, por <strong>de</strong>finición, <strong>de</strong>be ir en litros. A<strong>de</strong>más <strong>de</strong>bido a la no <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong>l volumen, este se pue<strong>de</strong><br />
elegir arbitrariamente, lo más sencillo será hacer el cálculo para 1 L <strong>de</strong> disolución, aunque sería admisible<br />
cualquier otro, no influyendo por supuesto en el resultado.<br />
Para Vd+s = 1 L<br />
3 g<br />
R 1000 cm ⋅1'37<br />
V d<br />
3 ⋅<br />
d+<br />
s ⋅ d+<br />
s ⋅<br />
cm<br />
100<br />
63<br />
g<br />
Ms<br />
M =<br />
=<br />
mol<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
1L<br />
1<br />
60<br />
100<br />
= 13'05<br />
Normalidad<br />
m s<br />
m s<br />
m s<br />
M s<br />
nº<br />
Eq − gr Eq − gr ⎧ M s ⎫ v M s<br />
N = = = ⎨Eq<br />
− gr = ⎬ = = ⋅ v = M ⋅ v<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
⎩ v ⎭ Vd+<br />
s ( L)<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
Don<strong>de</strong> v es la valencia <strong>de</strong>l soluto y presenta los siguientes casos:<br />
• Para ácidos y bases es el número <strong>de</strong> protones que transfiere ó grupos hidroxilos (OH − ) liberados.<br />
• Para oxidantes y reductores, número <strong>de</strong> electrones que se transfieren en la semirreacción.<br />
Para el ácido nítrico (HNO3) v = 1<br />
N = M · 1 = 13’05 · 1 = 13’05
Molalidad<br />
ms<br />
nº<br />
moles<br />
m = =<br />
P.<br />
M.<br />
m d ( kg)<br />
m d ( kg)<br />
Partiendo <strong>de</strong> 1 litro <strong>de</strong> disolución, y con el valor <strong>de</strong> la <strong>de</strong>nsidad, se calcula la masa <strong>de</strong> la disolución.<br />
3<br />
m<br />
g<br />
d + s = V ⋅d<br />
= 1000 cm ⋅1'37<br />
3 = 1370 g<br />
cm<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> la disolución, se reparte en soluto y disolvente mediante el valor <strong>de</strong> la riqueza.<br />
⎧<br />
60<br />
⎪m<br />
= 1370⋅<br />
= 822 g<br />
R=<br />
60%<br />
s<br />
m + = ⎯⎯⎯<br />
⎯ →<br />
100<br />
d s 1370 g ⎨<br />
40<br />
⎪m<br />
d = 1370⋅<br />
= 548 g<br />
⎩ 100<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> soluto(HNO3), se calculan los moles. Con los moles <strong>de</strong> soluto y la masa <strong>de</strong><br />
disolvente expresada en kilos se calcula molalidad.<br />
822 g<br />
ms<br />
g<br />
n<br />
63<br />
s M s<br />
m = = =<br />
mol<br />
= 23'8<br />
mol<br />
m ( kg)<br />
m ( kg)<br />
−3<br />
548 10 kg<br />
kg<br />
d d ×<br />
Fracción molar en soluto<br />
ms<br />
n s M s<br />
χ s = =<br />
n s + n d ms<br />
md<br />
+<br />
Ms<br />
M d<br />
2<br />
822<br />
=<br />
63<br />
= 0'3<br />
822 548<br />
+<br />
63 18<br />
2. Cual es la riqueza <strong>de</strong> una disolución 5 molal <strong>de</strong> ácido sulfúrico, y su molaridad y normalidad como<br />
ácido, siendo la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> la disolución 1’4 g/cm³.<br />
Solución.<br />
De la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> molalidad, si la disolución es cinco molal, implica que por cada kilogramo <strong>de</strong><br />
disolvente hay 5 moles <strong>de</strong> soluto.<br />
Para 1 kg <strong>de</strong> agua → 5 moles <strong>de</strong> ácido sulfúrico = 5⋅<br />
98 = 490 gr <strong>de</strong> soluto.<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> soluto y <strong>de</strong> disolvente se calcula la masa <strong>de</strong> la disolución, y con la masa <strong>de</strong> la<br />
disolución y la <strong>de</strong> soluto se calcula la riqueza.<br />
ms<br />
490<br />
% ( H 2 SO 4 ) = ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 32'9%<br />
md+<br />
s 1490<br />
Con la <strong>de</strong>nsidad y la masa <strong>de</strong> disolución, se calcula el volumen. Conocido el volumen y los moles <strong>de</strong><br />
soluto, se calcula molaridad.<br />
md + s = md<br />
+ ms<br />
= 490 + 1000 = 1490 g<br />
m m 1490 g<br />
3<br />
d = ⇒ V = = = 1064 cm = 1'064<br />
L<br />
V d 1'4<br />
g<br />
3<br />
cm<br />
n s 5<br />
M = = = 4'7<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
1'064<br />
Mediante la relación entre la molaridad y la normalidad se calcula esta última.<br />
N =<br />
M ⋅ v = 2 4<br />
{ v(<br />
H SO ) = 2}<br />
= 4'7<br />
⋅ 2 = 9'4
3. 130 cm³ <strong>de</strong> HCl, medidos a 17ºC y 707 mm <strong>de</strong> Hg se disuelven en agua ocupando 2 l <strong>de</strong><br />
disolución <strong>de</strong> HCl. ¿Que molaridad tendrá la disolución?<br />
Solución.<br />
De la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> molaridad<br />
n s<br />
M =<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
como en este caso, el soluto es un gas, los moles se calculan mediante la ecuación <strong>de</strong> gases i<strong>de</strong>ales.<br />
707 −3<br />
⋅130×<br />
10<br />
P ⋅ V 760<br />
−3<br />
n s = =<br />
= 51'<br />
× 10 moles<br />
R ⋅T<br />
0'082⋅<br />
17 + 273<br />
( )<br />
Conocidos los moles y el volumen se calcula la molaridad<br />
−3<br />
51'<br />
× 10<br />
M = = 0'04<br />
−3<br />
130×<br />
10<br />
4. Calcular el volumen <strong>de</strong> agua que hay que añadir a 0,25 l <strong>de</strong> disolución 1,25 M <strong>de</strong> ácido sulfúrico<br />
para hacerlo 0,5 M.<br />
Solución.<br />
El añadir agua (disolvente) a una disolución se <strong>de</strong>nomina dilución. En los procesos <strong>de</strong> dilución, el<br />
número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> soluto permanece constante.<br />
soluto n soluto<br />
( ) ( )<br />
n i = f<br />
Por tratarse <strong>de</strong> una disolución, el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> soluto se calcula multiplicando el volumen en<br />
litros por la concentración en mol/l.<br />
M i ⋅ Vi<br />
= M f ⋅ Vf<br />
Conocido todo menos el volumen final se <strong>de</strong>speja este.<br />
Vf<br />
M i<br />
= Vi<br />
⋅<br />
M f<br />
1'25<br />
= 0'25⋅<br />
= 0'625<br />
L<br />
0'5<br />
El volumen <strong>de</strong> agua que habrá que añadir será la diferencia <strong>de</strong> volúmenes.<br />
∆ = V − V = 0'625<br />
− 0'250<br />
= 0'375<br />
L = 375 mL<br />
V f i<br />
5. A 2 l <strong>de</strong> una disolución 30 N <strong>de</strong> sulfúrico se agregan 4 litros <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> esta disolución se toman<br />
12,5 cm³ para neutralizar 25 cm³ <strong>de</strong> disolución básica. ¿Qué normalidad tendrá esta ultima? (Sol: 5N)<br />
Solución.<br />
La neutralización entre un ácido y una base es la reacción entre los protones <strong>de</strong>l ácido y los<br />
hidroxilos <strong>de</strong> la base.<br />
+ −<br />
+ OH → H O<br />
H 2<br />
En el punto <strong>de</strong> neutralización se <strong>de</strong>be cumplir:<br />
nº Eq-gr (ácido) = nº Eq-gr (base)<br />
Teniendo en cuenta la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> normalidad<br />
N a ⋅ Va<br />
= N b · Vb<br />
Expresión <strong>de</strong> la que se <strong>de</strong>sconocen la normalidad <strong>de</strong>l ácido y <strong>de</strong> la base.<br />
La Normalidad <strong>de</strong> la disolución ácida empleada en la neutralización, se pue<strong>de</strong> calcular conocida la <strong>de</strong><br />
la disolución ácida <strong>de</strong> la que proviene, ya que se ha obtenido mediante dilución.<br />
M a ( cc)<br />
⋅ Va<br />
( cc)<br />
= M a ( dil)<br />
⋅ Va<br />
( dil)<br />
Multiplicando ambos miembros <strong>de</strong> la igualdad por la valencia <strong>de</strong>l ácido<br />
M a ( cc)<br />
⋅ v ⋅ Va<br />
( cc)<br />
= M a ( dil)<br />
⋅ v ⋅ Va<br />
( dil)<br />
Teniendo en cuenta la relación entre la normalidad y la molaridad (N = M·v)<br />
3
( cc)<br />
⋅ V ( cc)<br />
= N ( dil)<br />
⋅ V ( dil)<br />
N a a<br />
a a<br />
Despejando la normalidad <strong>de</strong> la disolución diluida<br />
V<br />
N a ( dil)<br />
= N a ( cc)<br />
⋅<br />
V<br />
a<br />
a<br />
( cc)<br />
( dil)<br />
4<br />
2<br />
= 30⋅<br />
= 10 N<br />
2 + 4<br />
Conocida la normalidad <strong>de</strong> la disolución ácida empleada en la neutralización, y mediante la ecuación<br />
<strong>de</strong> la neutralización se calcula la normalidad <strong>de</strong> la disolución básica.<br />
−3<br />
Va<br />
12'5×<br />
10<br />
N b = N a · = 10⋅<br />
= 5 N<br />
V<br />
−3<br />
25×<br />
10<br />
b<br />
6. Calcular las diferentes formas <strong>de</strong> expresar la concentración <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> 50 g <strong>de</strong> NaOH en<br />
200 cm³ <strong>de</strong> agua sabiendo que la disolución resultante tiene una <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> 1,19 g/cm³.<br />
Solución.<br />
Molaridad. Conocida la masa <strong>de</strong> soluto y la <strong>de</strong> disolvente, se calcula masa <strong>de</strong> disolución.<br />
md + s = md<br />
+ ms<br />
= 200 + 50 = 250 g<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> la disolución y la <strong>de</strong>nsidad, se calcula el volumen <strong>de</strong> disolución.<br />
md+<br />
s = 250 g ⎪⎫<br />
m<br />
g : V d s<br />
d s = +<br />
⎬ + =<br />
dd+<br />
s = 1'19<br />
cc⎪⎭<br />
dd+<br />
s<br />
250<br />
1'19<br />
=<br />
210 cc<br />
Conocido el volumen <strong>de</strong> la disolución y la masa <strong>de</strong> soluto se calcula la molaridad <strong>de</strong> la disolución.<br />
50 g<br />
ms<br />
g<br />
n<br />
40<br />
s Ms<br />
M = = =<br />
mol<br />
= 5'95<br />
mol<br />
V ( L)<br />
V ( L)<br />
−3<br />
210 10 L<br />
L<br />
d+<br />
s d+<br />
s ×<br />
Normalidad. Se obtiene <strong>de</strong> la molaridad mediante la relación entre ellas.<br />
N = M ⋅ v = v NaOH = 1 = M = 5'<br />
Molalidad.<br />
Riqueza ó tanto por ciento en masa.<br />
m<br />
% =<br />
m<br />
Fracción molar.<br />
d<br />
{ } 95<br />
m 50<br />
nº<br />
moles<br />
m = =<br />
m<br />
P.<br />
M.<br />
=<br />
40<br />
200×<br />
10<br />
= 6'25<br />
mol<br />
χ<br />
s<br />
( kg)<br />
m ( kg)<br />
− 3 kg d<br />
n s<br />
=<br />
n + n<br />
s<br />
s<br />
d<br />
d+<br />
s<br />
d<br />
⋅100<br />
=<br />
m<br />
50<br />
250<br />
M s<br />
=<br />
m s m<br />
+<br />
M M<br />
s<br />
s<br />
d<br />
d<br />
⋅100<br />
= 20%<br />
=<br />
50<br />
40<br />
= 01'<br />
50 200<br />
+<br />
40 18<br />
7. Calcular la molaridad <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> agua cuya <strong>de</strong>nsidad sea 1’01 g/cm³. (Sol: 56’1)<br />
Solución.<br />
1000<br />
g<br />
ms<br />
g<br />
n<br />
V 1L<br />
18<br />
s Ms<br />
⎪⎧<br />
d+<br />
s = ⎪⎫<br />
M = = =<br />
mol<br />
⎨<br />
55'56<br />
mol<br />
d(<br />
H O)<br />
1<br />
g ⎬ = =<br />
V ( L)<br />
V ( L)<br />
1L<br />
L<br />
d+<br />
s d+<br />
s ⎪⎩ 2 =<br />
cc⎪⎭
8. ¿Qué molaridad tiene una disolución 3 m <strong>de</strong> glicerina, <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad 1’4 g/cm³?<br />
Solución.<br />
Si una disolución es 3 molal en glicerina (1,2,3-propano triol C3H8O3) implica que por cada<br />
kilogramo <strong>de</strong> disolvente hay tres moles <strong>de</strong> soluto, por lo tanto se pue<strong>de</strong> calcular la masa <strong>de</strong> la disolución,<br />
conocida la <strong>de</strong>nsidad y la masa se calcula el volumen. Con los moles <strong>de</strong> soluto y el volumen <strong>de</strong> la disolución,<br />
se calcula la molaridad.<br />
m=<br />
3<br />
m 1kg<br />
n 3 m n M 3 mol 92<br />
g<br />
d = ⎯⎯<br />
⎯ → s = ⇒ s = s ⋅ s = ⋅ = 276 g<br />
mol<br />
m d + s = m s + m d = 276 + 1000 = 1276 gr<br />
m = 1276 g ⎪⎫<br />
m 1276 g<br />
gr ⎬ : V = = = 911'4<br />
ml = 0'9114 L<br />
d = 1'4<br />
ml⎪⎭<br />
d 1'4<br />
g<br />
ml<br />
n s 3<br />
M = = = 3'29<br />
V 0'9114<br />
d+<br />
s<br />
9. Calcular la molalidad <strong>de</strong> una disolución que contenga<br />
(a) 0,65 moles <strong>de</strong> glucosa, C 6 H 12 O 6 , en 250 gramos <strong>de</strong> agua<br />
Solución.<br />
nº<br />
moles 0'65<br />
m = = = 2'6<br />
mol<br />
m 250×<br />
10<br />
d<br />
( kg)<br />
−3<br />
kg d<br />
(b) 45 gramos <strong>de</strong> glucosa en 1000 gramos <strong>de</strong> agua<br />
Solución.<br />
m 45<br />
nº<br />
moles<br />
m = =<br />
P.<br />
M.<br />
=<br />
180<br />
= 0'25<br />
mol<br />
m kg m kg<br />
−3<br />
1000×<br />
10<br />
kg<br />
d<br />
( ) ( ) d<br />
(c) 18 gramos <strong>de</strong> glucosa en 200 gramos <strong>de</strong> agua.<br />
Solución.<br />
m 18<br />
nº<br />
moles<br />
m = =<br />
P.<br />
M.<br />
=<br />
180<br />
= 0'5<br />
mol<br />
m kg m kg<br />
−3<br />
200×<br />
10<br />
kg<br />
d<br />
d<br />
( ) ( ) d<br />
d<br />
10. Una disolución acuosa marcada con el 35% <strong>de</strong> HCIO4 tiene una <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> 1,251 g/cc. ¿Cuáles<br />
son la molaridad y la molalidad <strong>de</strong> dicha solución?<br />
Solución: 4,36 M y 5,36 m.<br />
Solución.<br />
Molaridad. Partiendo se la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> molaridad, se transforma su expresión en función <strong>de</strong> sus<br />
especificaciones comerciales (d, R).<br />
R<br />
m ⋅<br />
m<br />
d+<br />
s<br />
s ⎧ ms<br />
⎫ 100<br />
( )<br />
⎪ R = ⋅100<br />
n<br />
⎪<br />
s moles ⎧ ms<br />
⎫ Ms<br />
M<br />
M = = ⎨n<br />
= ⎬ = =<br />
md+<br />
s<br />
s<br />
s<br />
⎨<br />
⎬ = =<br />
Vd+<br />
s(<br />
L)<br />
⎩ Ms<br />
⎭ Vd+<br />
s(<br />
L)<br />
⎪<br />
R<br />
= ⋅ ⎪ V + ( L)<br />
m m<br />
d s<br />
⎪ s d+<br />
s<br />
⎩ 100⎪⎭<br />
R 1000 cc ⋅1'251<br />
g<br />
⋅<br />
Vd+<br />
s ⋅ dd+<br />
s ⋅<br />
cc<br />
100<br />
⎧ m<br />
100'5<br />
g<br />
d d s ⎫<br />
⎪<br />
M V 1L<br />
d s = +<br />
⎪<br />
=<br />
+<br />
=<br />
s<br />
mol<br />
⎨ Vd+<br />
s ⎬ =<br />
=<br />
⎪<br />
V ( L)<br />
1L<br />
m V d ⎪ d s<br />
⎩ d s = d s ⋅<br />
+<br />
+ + d+<br />
s⎭<br />
5<br />
35<br />
100<br />
= 4'36<br />
mol<br />
L
Molalidad.<br />
35<br />
R 1000 cc⋅1'251<br />
g<br />
⋅<br />
Vd+<br />
s ⋅d<br />
d+<br />
s ⋅<br />
cc 100<br />
100<br />
g<br />
nº<br />
moles M<br />
100'5<br />
s<br />
m = =<br />
=<br />
mol<br />
= 5'36<br />
mol<br />
md<br />
⎛ ⎞<br />
V<br />
kg ⎛ ⎞<br />
d+<br />
s ⋅d<br />
d+<br />
s ⋅⎜1<br />
− ⎟ 1L<br />
⋅1'251<br />
⋅ 1<br />
100<br />
L<br />
⎜ − ⎟<br />
⎝ ⎠<br />
⎝ 100 ⎠<br />
( kg)<br />
R<br />
35<br />
kg d<br />
Para calcular la masa <strong>de</strong> disolvente en kg, el volumen se expresa en litros y la <strong>de</strong>nsidad en kg/L,<br />
teniendo en cuenta que el valor numérico es el mismo.<br />
11. ¿Cuál será la normalidad <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> ácido clorhídrico al 37,23% cuya <strong>de</strong>nsidad es 1,19<br />
g/cc?<br />
Solución: 12,15 N<br />
Solución.<br />
m s<br />
m s<br />
m s<br />
M<br />
⎧ m s ⎫<br />
s<br />
⎪ R = ⋅100<br />
nº<br />
Eq − gr Eq − gr ⎧ M ⎫<br />
⎪<br />
s<br />
= = = ⎨ − = ⎬ =<br />
v M s<br />
N<br />
Eq gr<br />
= ⋅ v =<br />
m d+<br />
s ⎨<br />
⎬ =<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
⎩ v ⎭ Vd+<br />
s ( L)<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
⎪<br />
R<br />
m = m ⋅ ⎪<br />
⎪ s d+<br />
s<br />
⎩ 100⎪⎭<br />
37'23<br />
R<br />
R 1000 cc ⋅1'19<br />
g<br />
⋅<br />
md+<br />
s ⋅<br />
Vd+<br />
s ⋅ dd+<br />
s ⋅<br />
cc 100<br />
100<br />
100<br />
⎧ m<br />
36'5<br />
g<br />
d d s ⎫<br />
M<br />
M<br />
V 1L<br />
s ⎪ d s = +<br />
⎪<br />
=<br />
+<br />
=<br />
⋅ v =<br />
s v<br />
mol 1 12'14<br />
Eq<br />
⎨ Vd<br />
+ s ⎬ =<br />
⋅ =<br />
⋅ =<br />
V ( L)<br />
V ( L)<br />
1L<br />
L<br />
d+<br />
s ⎪m<br />
V d ⎪ d s<br />
⎩ d s = d s ⋅<br />
+<br />
+ + d+<br />
s⎭<br />
La valencia <strong>de</strong>l ácido clorhídrico como ácido es 1. (Número <strong>de</strong> protones que ce<strong>de</strong> a la disolución)<br />
12. a) Calcular la N y m <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> ácido sulfúrico <strong>de</strong>l 44,17% y d = 1,340 g/ml. b)<br />
¿Cuántos ml <strong>de</strong> la disolución anterior se precisan para preparar 500 ml <strong>de</strong> solución 0,5 M <strong>de</strong> ácido?<br />
S = 32; O = 16; H = 1<br />
Solución.<br />
a.<br />
m s<br />
m s<br />
m s ⎧ m ⎫<br />
nº<br />
Eq − gr Eq − gr ⎧ M s<br />
N = = = ⎨Eq<br />
− gr =<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
⎩ v<br />
⎫<br />
⎬ =<br />
⎭<br />
6<br />
M s<br />
⎪ R =<br />
v M s<br />
= ⋅ v =<br />
m<br />
⎨<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
⎪m<br />
= m<br />
⎪ s<br />
⎩<br />
s<br />
d+<br />
s<br />
d+<br />
s<br />
⋅100<br />
⎪<br />
⎬ =<br />
R<br />
⋅ ⎪<br />
100⎪⎭<br />
44'17<br />
R<br />
R 1000 cc ⋅1'34<br />
g<br />
⋅<br />
md+<br />
s ⋅<br />
Vd+<br />
s ⋅ dd+<br />
s ⋅<br />
cc 100<br />
100<br />
100<br />
⎧ m<br />
98<br />
g<br />
d d s ⎫<br />
M<br />
M<br />
V 1L<br />
s ⎪ d s = +<br />
⎪<br />
=<br />
+<br />
=<br />
⋅ v =<br />
s v<br />
mol 2 12'08<br />
Eq<br />
⎨ Vd<br />
+ s ⎬ =<br />
⋅ =<br />
⋅ =<br />
V ( L)<br />
V ( L)<br />
1L<br />
L<br />
d+<br />
s ⎪m<br />
V d ⎪ d s<br />
⎩ d s = d s ⋅<br />
+<br />
+ + d+<br />
s⎭<br />
La valencia <strong>de</strong>l ácido sulfúrico como ácido es 2. (Número <strong>de</strong> protones que ce<strong>de</strong> a la disolución)
Molalidad.<br />
44'17<br />
R 1000 cc⋅1'34<br />
g<br />
⋅<br />
Vd+<br />
s ⋅d<br />
d+<br />
s ⋅<br />
cc 100<br />
100<br />
g<br />
nº<br />
moles M<br />
98<br />
s<br />
m = =<br />
=<br />
mol<br />
= 8'07<br />
mol<br />
md<br />
( kg)<br />
⎛ R ⎞ kg ⎛ 44'17<br />
⎞ kg d<br />
Vd+<br />
s ⋅d<br />
d+<br />
s ⋅⎜1<br />
− ⎟ 1L<br />
⋅1'34<br />
⋅ 1<br />
100<br />
L<br />
⎜ − ⎟<br />
⎝ ⎠<br />
⎝ 100 ⎠<br />
Para calcular la masa <strong>de</strong> disolvente en kg, el volumen se expresa en litros y la <strong>de</strong>nsidad en kg/L,<br />
teniendo en cuenta que el valor numérico es el mismo.<br />
b. Conocido el volumen y la concentración <strong>de</strong> la disolución que se quiere preparar, mediante la<br />
<strong>de</strong>finición <strong>de</strong> molaridad se calcula el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> soluto.<br />
n s<br />
M = → n<br />
mol<br />
s = M ⋅ Vd+<br />
s = 0'5<br />
⋅0'5<br />
L = 0'25 mol<br />
V<br />
L<br />
moles.<br />
d+<br />
s<br />
Conocidos los moles <strong>de</strong> soluto, se calcula la masa <strong>de</strong> soluto mediante la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> número <strong>de</strong><br />
ms<br />
n m n M 0'25<br />
mol 98<br />
g<br />
s = → s = s ⋅ = ⋅ =<br />
M<br />
mol<br />
7<br />
24'5<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> soluto, con la riqueza <strong>de</strong> la disolución comercial, se calcula la masa <strong>de</strong><br />
disolución.<br />
ms<br />
ms<br />
24'5<br />
g<br />
R = ⋅100<br />
→ md+<br />
s = ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 55'47<br />
g<br />
md+<br />
s<br />
R 44'17<br />
La masa <strong>de</strong> la disolución y su <strong>de</strong>nsidad, permiten calcular el volumen <strong>de</strong> la disolución comercial<br />
necesario para preparar la disolución pedida mediante dilución.<br />
m<br />
m 55'47<br />
g<br />
d d s V d s<br />
d s = + → d s = +<br />
+<br />
+ = = 41'4<br />
cc<br />
V<br />
d 1'34<br />
g<br />
d+<br />
s<br />
d+<br />
s<br />
cc<br />
13. Se disuelven 0.005 Kg <strong>de</strong> HCl en 0.035 Kg <strong>de</strong> agua. Sabiendo que la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> la disolución<br />
es <strong>de</strong> 1.060 Kg/litro. Calcular la concentración <strong>de</strong> la disolución en: a) % b) Molaridad. c) Normalidad. d)<br />
Molalidad. e) Fracción molar <strong>de</strong> soluto y disolvente.<br />
Solución.<br />
ms<br />
ms<br />
5 g<br />
a. % ( Masa)<br />
= ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 12'5%<br />
md+<br />
s ms<br />
+ md<br />
5 g + 35 g<br />
b. Para el cálculo <strong>de</strong> la molaridad falta el volumen <strong>de</strong> la disolución, que se calcula con la <strong>de</strong>nsidad y la<br />
masa <strong>de</strong> la disolución.<br />
md+<br />
s 40 g<br />
V = = = 37'54<br />
cc<br />
d 1'06<br />
g<br />
cc<br />
5 g<br />
ms<br />
g<br />
n<br />
36'5<br />
s Ms<br />
M = = =<br />
mol<br />
= 3'63<br />
mol<br />
V ( L)<br />
V ( L)<br />
−3<br />
37'54<br />
10 L<br />
L<br />
d+<br />
s d+<br />
s ×<br />
c.<br />
N =<br />
M ⋅ v⎫<br />
⎬ : N = M =<br />
v HCl = 1 ⎭<br />
3'63<br />
Eq<br />
L<br />
g
d.<br />
5 g<br />
m<br />
g<br />
nº<br />
moles<br />
36'5<br />
m = =<br />
M<br />
=<br />
mol<br />
= 3'91mol<br />
md<br />
d<br />
( kg)<br />
m ( kg)<br />
0'035<br />
kg kg d<br />
m s 5<br />
e.<br />
n s<br />
χ s =<br />
n s + n d<br />
M s<br />
=<br />
m s m d<br />
+<br />
M M<br />
=<br />
36'5<br />
= 0'0658<br />
5 35<br />
+<br />
36'5<br />
18<br />
s<br />
d<br />
14. Cuantos dm3 <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> HCl <strong>de</strong> riqueza 40% y 1’12 Kg/dm3 hacen falta para preparar<br />
5 dm3 <strong>de</strong> disolución 0,1 N <strong>de</strong> dicho ácido?<br />
Solución.<br />
Conocido el volumen y la concentración <strong>de</strong> la disolución que se quiere preparar, mediante la<br />
<strong>de</strong>finición <strong>de</strong> normalidad se calcula el número <strong>de</strong> equivalentes <strong>de</strong> soluto.<br />
nº<br />
Eq<br />
N = → nº<br />
Eq = N ⋅ V 01'<br />
Eq<br />
d+<br />
s = ⋅5<br />
L = 0'5 Eq<br />
V<br />
L<br />
d+<br />
s<br />
Conocidos los equivalentes <strong>de</strong> soluto, se calcula la masa <strong>de</strong> soluto mediante la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> número<br />
<strong>de</strong> equivalentes.<br />
g<br />
m<br />
36'5<br />
s ms<br />
M<br />
nº Eq = = → m nº<br />
Eq 0'5<br />
Eq<br />
mol<br />
s = ⋅ = ⋅ = 18'25<br />
g<br />
Eq M<br />
v 1<br />
Eq<br />
v<br />
mol<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> soluto, con la riqueza <strong>de</strong> la disolución comercial, se calcula la masa <strong>de</strong><br />
disolución.<br />
ms<br />
ms<br />
18'25g<br />
R = ⋅100<br />
→ md+<br />
s = ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 45'62<br />
g<br />
md+<br />
s<br />
R 44<br />
La masa <strong>de</strong> la disolución y su <strong>de</strong>nsidad, permiten calcular el volumen <strong>de</strong> la disolución comercial<br />
necesario para preparar la disolución pedida mediante dilución.<br />
md+<br />
s md+<br />
s 45'62<br />
g<br />
d d + s = → Vd+<br />
s = = = 40'74<br />
cc<br />
Vd+<br />
s<br />
d d+<br />
s 1'12<br />
g<br />
cc<br />
15. Calcular la molaridad, molalidad y normalidad <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> ácido nítrico <strong>de</strong>l 60% <strong>de</strong><br />
riqueza y 1,37 gr/cm3 <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad.<br />
Solución.<br />
Molaridad. Partiendo se la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> molaridad, se transforma su expresión en función <strong>de</strong> sus<br />
especificaciones comerciales (d, R).<br />
R<br />
m ⋅<br />
m<br />
d+<br />
s<br />
s ⎧ ms<br />
⎫ 100<br />
( )<br />
⎪ R = ⋅100<br />
n<br />
⎪<br />
s moles ⎧ ms<br />
⎫ Ms<br />
M<br />
M = = ⎨n<br />
= ⎬ = =<br />
md+<br />
s<br />
s<br />
s<br />
⎨<br />
⎬ = =<br />
Vd+<br />
s(<br />
L)<br />
⎩ Ms<br />
⎭ Vd+<br />
s(<br />
L)<br />
⎪<br />
R<br />
= ⋅ ⎪ V + ( L)<br />
m m<br />
d s<br />
⎪ s d+<br />
s<br />
⎩ 100⎪⎭<br />
60<br />
R 1000 cc ⋅1'37<br />
g<br />
⋅<br />
Vd+<br />
s ⋅ dd+<br />
s ⋅<br />
cc 100<br />
100<br />
⎧ m<br />
63<br />
g<br />
d d s ⎫<br />
⎪<br />
M V 1L<br />
d s = +<br />
⎪<br />
=<br />
+<br />
=<br />
s<br />
mol<br />
⎨ V<br />
13'05<br />
mol<br />
d+<br />
s ⎬ =<br />
=<br />
=<br />
V ( L)<br />
1L<br />
L<br />
⎪m<br />
V d ⎪ d s<br />
⎩ d s = d s ⋅<br />
+<br />
+ + d+<br />
s⎭<br />
8
Molalidad.<br />
60<br />
R 1000 cc⋅1'37<br />
g<br />
⋅<br />
Vd+<br />
s ⋅d<br />
d+<br />
s ⋅<br />
cc 100<br />
100<br />
g<br />
nº<br />
moles M<br />
63<br />
s<br />
m = =<br />
=<br />
mol<br />
= 23'81mol<br />
md<br />
⎛ ⎞<br />
V<br />
kg ⎛ ⎞<br />
d+<br />
s ⋅d<br />
d+<br />
s ⋅⎜1<br />
− ⎟ 1L<br />
⋅1'37<br />
⋅ 1<br />
100<br />
L<br />
⎜ − ⎟<br />
⎝ ⎠<br />
⎝ 100 ⎠<br />
( kg)<br />
R<br />
60<br />
kg d<br />
Para calcular la masa <strong>de</strong> disolvente en kg, el volumen se expresa en litros y la <strong>de</strong>nsidad en kg/L,<br />
teniendo en cuenta que el valor numérico es el mismo.<br />
N = M ⋅ v ⎪⎫<br />
Normalidad.<br />
: N = M = 13'05<br />
Eq<br />
v 1<br />
⎬<br />
L<br />
HNO = ⎪⎭ 3<br />
16. Calcular la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> 300 ml. <strong>de</strong> HCl 0’75M y 2’55% <strong>de</strong> riqueza .<br />
Solución.<br />
Con el volumen y la concentración se obtiene el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> soluto. Con el número <strong>de</strong> moles<br />
<strong>de</strong> soluto y la masa molecular se calcula la masa <strong>de</strong> soluto. Con la masa <strong>de</strong> soluto y la riqueza se obtiene la<br />
masa <strong>de</strong> la disolución, conocida la masa <strong>de</strong> la disolución y el volumen se obtiene la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> la disolución.<br />
n s<br />
M = → n<br />
mol<br />
s = M ⋅ Vd+<br />
s = 0'75<br />
⋅0'3<br />
L = 0'225<br />
mol<br />
V<br />
L<br />
d+<br />
s<br />
ms<br />
n s =<br />
Ms<br />
→ m n M 0'225<br />
mol 36'5<br />
g<br />
s = s ⋅ s = ⋅ = 8'21g<br />
mol<br />
ms<br />
ms<br />
8'21g<br />
R = ⋅100<br />
→ md+<br />
s = ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 328'5<br />
g<br />
md+<br />
s<br />
R 2'5<br />
md+<br />
s<br />
d =<br />
Vd+<br />
s<br />
328'5g<br />
= = 1'095<br />
g<br />
300 mL mL<br />
17. Calcular la riqueza <strong>de</strong> un ácido sulfúrico para que sea 5 N, sabiendo que su <strong>de</strong>nsidad es 1.14 g/cc.<br />
¿Cuál será su molalidad y su molaridad?<br />
Solución.<br />
Por hacer los cálculos más sencillos, primero se calcula la molaridad mediante la relación entre la<br />
molaridad y la normalidad.<br />
N 5<br />
N = M ⋅ v → M = = = 2'5<br />
mol<br />
v 2 L<br />
m s<br />
Riqueza. R(<br />
% ) = ⋅100<br />
Conocida la molaridad y la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> la disolución, se fija un<br />
m d+<br />
s<br />
volumen arbitrariamente (1 L es lo más aconsejable),con la molaridad y el volumen se calcula en número <strong>de</strong><br />
moles <strong>de</strong> soluto y con los moles <strong>de</strong> soluto la masa <strong>de</strong> soluto, con la <strong>de</strong>nsidad y el volumen se calcula la masa<br />
<strong>de</strong> la disolución, conocidas las masas <strong>de</strong> soluto y disolución, se calcula la riqueza.<br />
n s<br />
M = → n s = M ⋅ Vd+<br />
s =<br />
V<br />
d+<br />
s<br />
9<br />
2'5<br />
mol ⋅1L<br />
= 2'5<br />
mol<br />
L<br />
ms<br />
n s =<br />
Ms<br />
→ m n M 2'5<br />
mol 98<br />
g<br />
s = s ⋅ s = ⋅ = 245 g<br />
mol<br />
m<br />
d d s<br />
g<br />
d s = +<br />
+ → md+<br />
s = dd+<br />
s ⋅ Vd+<br />
s = 1'14<br />
⋅1000<br />
cc = 1140 g<br />
V<br />
cc<br />
d+<br />
s<br />
m s<br />
R(<br />
% ) =<br />
m<br />
245<br />
⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 21'5%<br />
1140<br />
d+<br />
s
Molalidad.<br />
Para 1L <strong>de</strong> disolución m<br />
d<br />
⎧m<br />
s = 245 gr ↔ n s = 2'5<br />
mol<br />
+ s = 1140 : ⎨<br />
⎩m<br />
d = m d+<br />
s − m s = 1140 − 245 = 895 gr = 0'895kg<br />
nº<br />
moles 2'5<br />
m = = = 2'79<br />
mol<br />
m kg 0'895<br />
kg<br />
d<br />
( ) d<br />
18. Calcular la cantidad en peso <strong>de</strong> la sal carbonato sódico <strong>de</strong>cahidratado y también la cantidad en<br />
peso <strong>de</strong> agua que habría que añadir para preparar 0,25 Kg. <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> carbonato sódico al 10 % en<br />
peso.<br />
Solución.<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> la disolución y el tanto por ciento en masa <strong>de</strong> soluto, se calcula la masa <strong>de</strong><br />
soluto puro (carbonato <strong>de</strong> sodio <strong>de</strong>shidratado).<br />
La masa <strong>de</strong> sal <strong>de</strong>shidratada y la relación pon<strong>de</strong>ral entre ella y la hidratada, permite calcular la masa<br />
<strong>de</strong> carbonato sódico <strong>de</strong>cahidratado necesario para preparar la disolución.<br />
md+<br />
s = 250 g⎫<br />
R 10<br />
⎬ : ms<br />
= md+<br />
s = 250 g = 25 g Na 2CO3<br />
R = 10%<br />
⎭<br />
100 100<br />
g<br />
Na<br />
286<br />
2CO3<br />
⋅10H<br />
2O<br />
286<br />
286<br />
=<br />
mol<br />
→ m(<br />
Na 2CO3<br />
⋅10H<br />
2O)<br />
= ⋅ m(<br />
Na 2CO3<br />
) = ⋅ 25 = 67'45<br />
g<br />
Na 2CO3<br />
106<br />
g<br />
106<br />
106<br />
mol<br />
La masa <strong>de</strong> agua que hay que añadir será la diferencia <strong>de</strong> la masa <strong>de</strong> la disolución menos la masa <strong>de</strong><br />
sal hidratada.<br />
m( H 2 O)<br />
= md+<br />
s − m(<br />
Na 2CO3<br />
⋅10H<br />
2O)<br />
= 250 − 67'45<br />
= 182'55<br />
g<br />
19. ¿Cuantos ml. <strong>de</strong> ácido sulfúrico <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad 1,84 g/ml y 96 % <strong>de</strong> riqueza en peso serán<br />
necesarios para preparar 1 litro <strong>de</strong> disolución <strong>de</strong> ácido sulfúrico al 20% y <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad igual a 1.14 g/mL?<br />
Solución.<br />
De los datos <strong>de</strong> la disolución que se quiere preparar se pue<strong>de</strong> calcular la masa <strong>de</strong> ácido sulfúrico puro<br />
necesaria.<br />
Para un litro <strong>de</strong> disolución <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad 1’14 g/mL, la masa es:<br />
m<br />
g<br />
d+<br />
s = d ⋅ V = 1'14<br />
⋅1000<br />
mL = 1140 g H 2SO<br />
mL<br />
Con la masa <strong>de</strong> la disolución y la riqueza se calcula la masa <strong>de</strong> soluto.<br />
R<br />
20<br />
m s = m d+<br />
s ⋅ = 1140 gr ⋅ = 228 gr H 2SO<br />
4<br />
100 100<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> ácido sulfúrico puro, se calcula el volumen necesario <strong>de</strong> disolución comercial<br />
(1’84 g/mL y 96%) que llevará dicha masa.<br />
Si la masa <strong>de</strong> ácido puro es <strong>de</strong> 228 gr, la masa <strong>de</strong> disolución al 96% será:<br />
m s 228<br />
m d + s = ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 237'5<br />
gr<br />
R 96<br />
Con la masa <strong>de</strong> la disolución y la <strong>de</strong>nsidad se calcula el volumen necesario.<br />
md+<br />
s 237'5<br />
g<br />
V = = = 129 mL<br />
d 1'84<br />
g<br />
mL<br />
10<br />
4
20. Hallar él % en peso y la molaridad <strong>de</strong> una disolución obtenida mezclando 0’5 litros <strong>de</strong> ácido<br />
sulfúrico concentrado <strong>de</strong>l 98% <strong>de</strong> riqueza y 1’8g/cm³ con la suficiente agua para llegar a 1 litro <strong>de</strong> disolución<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad 1’40 g/cm³.<br />
Solución.<br />
ms<br />
% ( Masa)<br />
= ⋅100<br />
m d+<br />
s<br />
La masa <strong>de</strong> soluto se obtiene <strong>de</strong> los datos <strong>de</strong> la disolución concentrada que se utiliza.<br />
• 0’5 litros <strong>de</strong> ácido sulfúrico concentrado <strong>de</strong>l 98% <strong>de</strong> riqueza y 1’8g/cm³<br />
R<br />
3<br />
98<br />
m s = VConcentrada<br />
⋅d<br />
⋅ = 500 cm ⋅1'8<br />
g<br />
3 ⋅ = 882 g H2SO4<br />
100<br />
cm 100<br />
La masa <strong>de</strong> la disolución se obtiene <strong>de</strong> los datos <strong>de</strong> la disolución final<br />
• 1 litro <strong>de</strong> disolución <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad 1’40 g/cm³.<br />
3<br />
m<br />
g<br />
d + s = VDiluida<br />
⋅d⋅<br />
= 1000 cm ⋅1'40<br />
3 = 1400 g<br />
cm<br />
%<br />
s<br />
( Masa)<br />
= ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 63%<br />
m<br />
m<br />
d+<br />
s<br />
11<br />
882<br />
1400<br />
Conocidos los datos <strong>de</strong> la disolución resultante ( ms = 882 gr y Vd+s = 1L ), la molaridad se calcula<br />
con la <strong>de</strong>finición.<br />
882 g<br />
ms<br />
g<br />
n<br />
98<br />
s M s<br />
M = = =<br />
mol<br />
= 9 mol<br />
V ( L)<br />
V ( L)<br />
1L<br />
L<br />
d+<br />
s d+<br />
s<br />
21. Se dispone <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> HCl comercial <strong>de</strong>l 36% <strong>de</strong> riqueza y 1,8 gr/cm³ <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad.<br />
Que volumen se ha <strong>de</strong> tomar para tener un mol <strong>de</strong> soluto. Cual seria su normalidad, molaridad, molalidad y<br />
fracción molar.<br />
Solución.<br />
Un mol <strong>de</strong> HCl equivale a 36’5 gr. 36’5 gramos <strong>de</strong> soluto en una disolución al 36 % <strong>de</strong> riqueza<br />
equivalen a una masa <strong>de</strong> disolución <strong>de</strong>:<br />
ms<br />
ms<br />
36'5<br />
R = ⋅100<br />
→ md+<br />
s = ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 101'4<br />
g<br />
md+<br />
s<br />
R 36<br />
101’4 gr <strong>de</strong> disolución <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad 1’8 gr/cm 3 , equivalen a un volumen <strong>de</strong>:<br />
m m 101'4<br />
g<br />
3<br />
d = → V = = = 56'3<br />
cm<br />
V d 1'8<br />
g<br />
3<br />
cm<br />
Con los datos obtenidos, se pue<strong>de</strong>n calcular expresiones <strong>de</strong> concentración pedidas en el enunciado.<br />
n s 1mol<br />
M = =<br />
= 17'75<br />
mol<br />
V ( L)<br />
−3<br />
56'3<br />
10 L<br />
L<br />
d+<br />
s ×<br />
N = M ⋅ v = { v(<br />
HNO3<br />
) = 1}<br />
= M = 17'15<br />
n<br />
n<br />
1mol<br />
m = =<br />
=<br />
= 15'4<br />
mol<br />
m<br />
3<br />
d Kg m d s − m s Kg<br />
−<br />
( 101'4-<br />
36'5)<br />
⋅10<br />
Kg<br />
Kg<br />
+<br />
d<br />
n s n s 1<br />
χ<br />
s = = =<br />
= 0'217<br />
21'7%<br />
n s + n d m s 64'9<br />
gr<br />
n s + 1+<br />
M 18<br />
gr<br />
s<br />
mol
22. septiembre 1998<br />
Se dispone <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> ácido nítrico <strong>de</strong>l 68% en peso y <strong>de</strong>nsidad 1,39 g/cm 3 . Calcula:<br />
a) Qué volumen <strong>de</strong> esta disolución será necesario tomar para preparar 750 cm 3 <strong>de</strong> una disolución 2 M<br />
<strong>de</strong> dicho ácido.<br />
Solución.<br />
Conocidos el volumen y concentración <strong>de</strong> la disolución pedida, y mediante la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong><br />
molaridad, se calcula el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> soluto (HNO3) necesarios.<br />
3<br />
V = 750 cm ⎪⎫<br />
−3<br />
: n(<br />
HNO ) V M 750 10 L 2 mol<br />
mol ⎬<br />
3 = ⋅ = × ⋅ = 1'5<br />
mol<br />
HNO 2<br />
L<br />
3 =<br />
L⎪⎭<br />
El número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> ácido nítrico y su masa molecular, permiten calcular la masa <strong>de</strong> ácido puro<br />
necesaria para preparar la disolución pedida.<br />
n(<br />
HNO3<br />
) = 1'5<br />
mol ⎪⎫<br />
: m(<br />
HNO ) n M 1'5<br />
mol 63<br />
g<br />
94'5<br />
g<br />
M(<br />
HNO ) 63<br />
gr ⎬ 3 = ⋅ = ⋅ =<br />
mol<br />
3 =<br />
mol⎪⎭<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> ácido nítrico (soluto), se calcula la masa <strong>de</strong> la disolución comercial <strong>de</strong>l 68% <strong>de</strong><br />
riqueza en peso.<br />
m( HNO3<br />
) = ms<br />
= 94'5<br />
g⎫<br />
ms<br />
ms<br />
94'5<br />
g<br />
⎬ : R = ⋅100<br />
→ md+<br />
s = ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 139 g<br />
R = 68%<br />
⎭ md+<br />
s<br />
R 68<br />
La masa y la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> la disolución comercial permiten calcular el volumen necesario.<br />
m m 139<br />
gr<br />
3<br />
d = → V = =<br />
= 100 cm<br />
V d 1'39<br />
gr<br />
3<br />
cm<br />
b) Qué volumen <strong>de</strong> la disolución original habrá que tomar para neutralizar exactamente 18’24 g <strong>de</strong><br />
hidróxido <strong>de</strong> estroncio disueltos en agua. Masa atómicas: Sr = 87’6; N = 14; O = 16; H = 1.<br />
Solución.<br />
Este apartado se pue<strong>de</strong> resolver <strong>de</strong> dos formas:<br />
• Por equivalentes. En toda reacción <strong>de</strong> neutralización ácido-base, cuando se llega a la neutralización,<br />
se <strong>de</strong>be cumplir:<br />
n º Eq - grácido<br />
= nº<br />
Eq - grbase<br />
Teniendo en cuenta el estado <strong>de</strong> agregación <strong>de</strong> cada componente, el ácido está en disolución<br />
y la base es sólida, el número <strong>de</strong> equivalentes <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> ellos se calcula <strong>de</strong> la siguiente forma:<br />
m b<br />
N a ⋅ Va<br />
=<br />
Eq - grb<br />
Normalidad <strong>de</strong>l ácido nítrico.<br />
m s<br />
m s<br />
m s<br />
M<br />
⎧ m s ⎫<br />
s<br />
⎪ R = ⋅100<br />
nº<br />
Eq − gr Eq − gr ⎧ M ⎫<br />
⎪<br />
s<br />
= = = ⎨ − = ⎬ =<br />
v M s<br />
N<br />
Eq gr<br />
= ⋅ v =<br />
m d+<br />
s ⎨<br />
⎬ =<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
⎩ v ⎭ Vd+<br />
s ( L)<br />
Vd+<br />
s ( L)<br />
⎪<br />
R<br />
m = m ⋅ ⎪<br />
⎪ s d+<br />
s<br />
⎩ 100⎪⎭<br />
R<br />
R<br />
md+<br />
s ⋅<br />
Vd+<br />
s ⋅dd<br />
+ s ⋅<br />
100<br />
m<br />
100<br />
⎧<br />
M<br />
d d s ⎫<br />
M<br />
V 1L<br />
s ⎪ d s = +<br />
⎪<br />
=<br />
+<br />
=<br />
⋅ v =<br />
s<br />
⎨ Vd+<br />
s ⎬ =<br />
⋅ v =<br />
Vd+<br />
s(<br />
L)<br />
⎪<br />
V ( L)<br />
m V d ⎪ d s<br />
⎩ d s = d s ⋅<br />
+<br />
+ + d+<br />
s⎭<br />
12<br />
1000 cc<br />
⋅1'39<br />
g<br />
⋅<br />
cc<br />
g<br />
63<br />
1L<br />
mol<br />
68<br />
100<br />
⋅1<br />
= 15<br />
Eq<br />
L
Equivalente-gramo <strong>de</strong> la base ( Sr(OH)2 ).<br />
g<br />
M(<br />
Sr(<br />
OH)<br />
) 121'6<br />
2<br />
Eq - gr(<br />
Sr(<br />
OH)<br />
)<br />
mol<br />
60'8<br />
g<br />
2 =<br />
=<br />
=<br />
v Eq<br />
Eq<br />
2<br />
mol<br />
Sustituyendo en la ecuación <strong>de</strong> neutralización:<br />
18'24<br />
g<br />
15<br />
Eq<br />
⋅ V<br />
V 0'02<br />
L 20 mL<br />
L a = → a = =<br />
60'8<br />
g<br />
Eq<br />
• Por estequiometria <strong>de</strong> la reacción <strong>de</strong> neutralización.<br />
2 HNO3<br />
+ Sr(<br />
OH)<br />
2 → 2H<br />
2O<br />
+ Sr(<br />
NO3<br />
) 2<br />
La relación estequiométrica entre el ácido nítrico y el hidróxido <strong>de</strong> estroncio, permite obtener el<br />
factor <strong>de</strong> conversión <strong>de</strong> hidróxido a ácido.<br />
HNO3<br />
2<br />
m(<br />
Sr(<br />
OH)<br />
2 ) 18'24<br />
g<br />
= → n(<br />
HNO3<br />
) = 2⋅<br />
n(<br />
Sr(<br />
OH)<br />
2 ) = 2⋅<br />
= 2⋅<br />
= 0'3<br />
mol<br />
Sr(<br />
OH)<br />
2 1<br />
M(<br />
Sr(<br />
OH)<br />
2 ) 121'6<br />
g<br />
mol<br />
Conocidos los moles <strong>de</strong> ácido nítrico necesario y con las especificaciones comerciales <strong>de</strong> la<br />
disolución a utilizar, se calcula el volumen necesario.<br />
m ( ) ( ) ( ) g<br />
s = m HNO3<br />
= n HNO3<br />
⋅ M HNO3<br />
= 0'3<br />
mol⋅<br />
63 = 18'9<br />
g<br />
mol<br />
ms<br />
18'9<br />
g<br />
md<br />
+ s = ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 27'8<br />
g<br />
R 68<br />
md+<br />
s 27'8<br />
g<br />
Vd<br />
+ s = = = 20 mL<br />
d d+<br />
s 1'39<br />
g<br />
mL<br />
23. septiembre 1997<br />
Se <strong>de</strong>sea preparar un litro <strong>de</strong> disolución <strong>de</strong> ácido clorhídrico 0’5 M. Para ello se dispone <strong>de</strong> un ácido<br />
clorhídrico <strong>de</strong>l 5% <strong>de</strong> riqueza en peso y <strong>de</strong>nsidad 1’095 g/cm 3 , y <strong>de</strong> otro 0’1M. Calcula:<br />
DATOS: Masas atómicas Cl = 35’5;, H = 1<br />
a) La molaridad <strong>de</strong>l clorhídrico comercial.<br />
Solución.<br />
R<br />
m ⋅<br />
m<br />
d+<br />
s<br />
s ⎧ ms<br />
⎫ 100<br />
( )<br />
⎪ R = ⋅100<br />
n<br />
⎪<br />
s moles ⎧ ms<br />
⎫ Ms<br />
M<br />
M = = ⎨n<br />
= ⎬ = =<br />
md+<br />
s<br />
s<br />
1<br />
s<br />
⎨<br />
⎬ =<br />
Vd<br />
+ s(<br />
L)<br />
⎩ Ms<br />
⎭ Vd<br />
+ s(<br />
L)<br />
⎪<br />
R<br />
= ⋅ ⎪ V + ( L)<br />
m m<br />
d s<br />
⎪ s d+<br />
s<br />
⎩ 100⎪⎭<br />
=<br />
5<br />
R 1000 cc ⋅1'095<br />
g<br />
⋅<br />
Vd+<br />
s ⋅ dd+<br />
s ⋅<br />
cc 100<br />
100<br />
⎧ m<br />
36'5<br />
g<br />
d d s ⎫<br />
⎪<br />
M V 1L<br />
d s = +<br />
⎪<br />
=<br />
+<br />
=<br />
s<br />
mol<br />
⎨ Vd+<br />
s ⎬ =<br />
=<br />
⎪<br />
V ( L)<br />
1L<br />
m V d ⎪ d s<br />
⎩ d s = d s ⋅<br />
+<br />
+ + d+<br />
s⎭<br />
= 1'5<br />
mol<br />
L<br />
b) El volumen <strong>de</strong> cada disolución que es necesario tomar para obtener la disolución <strong>de</strong>seada.<br />
Solución.<br />
El número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> ácido clorhídrico <strong>de</strong> la disolución final será la suma <strong>de</strong> los <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> ácido<br />
clorhídrico que aporte cada una <strong>de</strong> las dos <strong>disoluciones</strong>.<br />
n F = n1<br />
+ n 2<br />
Puesto que son <strong>disoluciones</strong>, la ecuación se pue<strong>de</strong> transformar mediante la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> molaridad<br />
en:<br />
M ⋅<br />
V = M ⋅ V + M ⋅ V<br />
F<br />
F<br />
1<br />
13<br />
1<br />
2<br />
2
Suponiendo que <strong>de</strong> la disolución 1 (1’5M) se toman “x” litros y que <strong>de</strong> la disolución 2 (0’1M) se<br />
toman “y” litros, la ecuación anterior se transforma en:<br />
0'5⋅ 1 = 1'5<br />
⋅ x + 01'<br />
⋅ y<br />
Teniendo en cuenta que los volúmenes son aditivos:<br />
x + y = 1<br />
Estas dos ecuaciones permiten plantear un sistema cuya solución es el volumen <strong>de</strong> cada disolución<br />
que hay que emplear.<br />
1'5x<br />
+ 01'<br />
y = 0'5⎫<br />
⎧x<br />
= 0'286<br />
L = 286 mL1'5M<br />
⎬ : ⎨<br />
x + y = 1 ⎭ ⎩y<br />
= 0'714 L = 714 mL 0'1M<br />
24. septiembre 1996<br />
Se mezclan un litro <strong>de</strong> ácido nítrico <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad 1’380 g/cm 3 y 62’7% <strong>de</strong> riqueza en peso con un litro<br />
<strong>de</strong> ácido nítrico <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad 1’130 g/cm 3 y 22’4% en peso. Calcular la molaridad, <strong>de</strong>nsidad y riqueza <strong>de</strong> la<br />
disolución resultante admitiendo que los volúmenes son aditivos.<br />
Datos: Masas atómicas: N = 14; O = 16; H = 1<br />
Solución.<br />
Molaridad.<br />
ns(<br />
Totales)<br />
n1<br />
+ n2<br />
M =<br />
=<br />
Vd<br />
+ s(<br />
L)<br />
Vd<br />
+ s(<br />
L)<br />
siendo n1 y n2 son los moles <strong>de</strong> ácido que aporta cada una <strong>de</strong> las <strong>disoluciones</strong>, que se calculan teniendo en<br />
cuenta las especificaciones comerciales <strong>de</strong> cada disolución y los volúmenes empleados <strong>de</strong> cada una.<br />
⎧ g ⎫<br />
d = 1'380<br />
R<br />
g 62'7<br />
⎪<br />
mL Vd<br />
s ⋅d<br />
d s ⋅ 1000 mL⋅1'380<br />
⋅<br />
⎪ + +<br />
100<br />
mL<br />
Disolución1<br />
: R 62'7% : n<br />
100<br />
⎨ = ⎬ 1 =<br />
=<br />
= 13'7<br />
mol<br />
⎪<br />
Ms<br />
63<br />
g<br />
V 1L<br />
1000 mL⎪<br />
⎪<br />
= =<br />
⎪<br />
mol<br />
⎩<br />
⎭<br />
⎧ g ⎫<br />
d = 1'30<br />
R<br />
⎪ mL Vd<br />
s ⋅d<br />
d s ⋅<br />
⎪ + +<br />
Disolución 2 : R 22'4% : n<br />
100<br />
⎨ = ⎬ 1 =<br />
⎪<br />
Ms<br />
V 1L<br />
1000 mL⎪<br />
⎪<br />
= =<br />
⎩<br />
⎪⎭<br />
14<br />
22'4<br />
1000 mL⋅1'30<br />
g<br />
⋅<br />
mL<br />
=<br />
100<br />
= 4'6<br />
mol<br />
63<br />
g<br />
mol<br />
Sustituyendo en la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> molaridad y teniendo en cuenta que los volúmenes son aditivos:<br />
ns<br />
( Totales)<br />
n1<br />
+ n2<br />
13'7<br />
+ 4'6<br />
M =<br />
= = = 9'18<br />
V ( L)<br />
V + V 1+<br />
1<br />
d+<br />
s<br />
1<br />
Densidad. Es la media <strong>de</strong> las <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> las <strong>disoluciones</strong> pon<strong>de</strong>radas a los volúmenes empleados<br />
<strong>de</strong> cada una.<br />
d1<br />
⋅ V1<br />
+ d 2 ⋅ V2<br />
1'380⋅1<br />
+ 1'30⋅1<br />
d =<br />
=<br />
= 1'340<br />
g<br />
V V<br />
1 1<br />
mL<br />
1 + 2<br />
+<br />
Riqueza:<br />
m<br />
R =<br />
m<br />
s<br />
d+<br />
s<br />
( n + n ) ⋅ M<br />
( 13'7<br />
+ 4'6)<br />
2<br />
1 2<br />
⋅63<br />
⋅100<br />
=<br />
⋅100<br />
=<br />
⋅100<br />
= 43%<br />
V ⋅d<br />
+ V ⋅d<br />
1000⋅1'38<br />
+ 1000⋅1'3<br />
1<br />
1<br />
2<br />
2
25. junio 1995<br />
¿Cuántos gramos <strong>de</strong> sulfato <strong>de</strong> cobre (II) pentahidratado, <strong>de</strong>l 85% <strong>de</strong> riqueza, hay que pesar para preparar 1'5<br />
litros <strong>de</strong> disolución, en la que la concentración <strong>de</strong> Cu (II) sea 10 −3 M?<br />
Datos: Masas atómicas: S = 32; O = 16; Cu = 63’5; H = 1.<br />
Solución.<br />
Conocido el volumen y la concentración, se pue<strong>de</strong> hallar el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> ión Cu 2+ .<br />
2+<br />
2+<br />
-3<br />
( ) mol<br />
-3<br />
n Cu = V ⋅ Cu = 1'5<br />
L ⋅10<br />
1'5<br />
× 10 mol<br />
L<br />
Conocidos los moles <strong>de</strong> ión cobre(II) se calcula la masa <strong>de</strong> cobre (la masa <strong>de</strong> cobre y la <strong>de</strong> ión<br />
cobre(II) es la misma, puesto que se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>spreciar la masa <strong>de</strong> los electrones).<br />
−3<br />
m(<br />
Cu)<br />
= n ⋅ M(<br />
Cu)<br />
= 1'5<br />
× 10 mol×<br />
63'5<br />
gr<br />
= 0'095<br />
gr<br />
mol<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> cobre y mediante la relación pon<strong>de</strong>ral <strong>de</strong>l cobre en la sal hidratada, se pue<strong>de</strong><br />
calcular la masa <strong>de</strong> esta última.<br />
CuSO 4 ⋅5H<br />
2O<br />
249'5<br />
249'5<br />
249'5<br />
= → m(<br />
CuSO 4 ⋅5H<br />
2O)<br />
= m(<br />
Cu)<br />
= ⋅0'095<br />
= 0'374<br />
gr<br />
Cu 63'5<br />
63'5<br />
63'5<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> la sal hidratada pura y la riqueza, se calcula la masa <strong>de</strong> necesaria para preparar<br />
la disolución pedida.<br />
m p<br />
m p 0'374<br />
R = ⋅100<br />
→ m t = ⋅100<br />
= ⋅100<br />
= 0'440<br />
gr<br />
m<br />
R 85<br />
t<br />
26. septiembre 1994<br />
Un ácido clorhídrico comercial contiene un 37 por 100 en peso <strong>de</strong> ácido clorhídrico, con una<br />
<strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> 1’19 g/ml. ¿Qué cantidad <strong>de</strong> agua se <strong>de</strong>be añadir a 20 ml <strong>de</strong> este ácido para que la disolución<br />
resultante sea 1 M?<br />
(Sol.: 221 ml)<br />
Solución.<br />
Para resolver el problema se tiene en cuenta que se va a diluir una disolución concentrada, y que por<br />
tanto el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> soluto <strong>de</strong> la disolución concentrada es el mismo que el <strong>de</strong> la disolución diluida.<br />
n cc ( HCl)<br />
= n dil ( HCl)<br />
Por ser <strong>disoluciones</strong>, el número <strong>de</strong> moles se calcula mediante la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> molaridad.<br />
M cc ⋅ Vcc<br />
= M dil ⋅ Vdil<br />
Igualdad <strong>de</strong> la que se conocen por los datos <strong>de</strong>l enunciado la molaridad <strong>de</strong> la disolución diluida<br />
(1M), el volumen <strong>de</strong> la concentrada (20×10 −3 L), y las especificaciones <strong>de</strong> la disolución concentrada que<br />
permiten calcular su concentración.<br />
R<br />
m ⋅<br />
m<br />
d+<br />
s<br />
s ⎧ ms<br />
⎫ 100<br />
( )<br />
⎪ R = ⋅100<br />
n<br />
⎪<br />
s moles ⎧ ms<br />
⎫ Ms<br />
M<br />
M = = ⎨n<br />
= ⎬ = =<br />
md+<br />
s<br />
s<br />
cc<br />
s<br />
⎨<br />
⎬ =<br />
Vd<br />
+ s(<br />
L)<br />
⎩ Ms<br />
⎭ Vd<br />
+ s(<br />
L)<br />
⎪<br />
R<br />
= ⋅ ⎪ V + ( L)<br />
m m<br />
d s<br />
⎪ s d+<br />
s<br />
⎩ 100⎪⎭<br />
=<br />
37<br />
R 1000 cc⋅1'19<br />
gr<br />
⋅<br />
V<br />
cc<br />
d+<br />
s ⋅d<br />
d+<br />
s ⋅<br />
100<br />
100<br />
⎧ m<br />
36'5<br />
gr<br />
d+<br />
s ⎫<br />
d<br />
M V 1L<br />
⎪ d s =<br />
=<br />
+ ⎪<br />
s<br />
=<br />
mol<br />
⎨ V =<br />
=<br />
d+<br />
s ⎬<br />
⎪<br />
V ( L)<br />
1L<br />
m V d ⎪<br />
d s<br />
⎩ d s = d s ⋅<br />
+<br />
+ + d+<br />
s ⎭<br />
= 121'<br />
Sustituyendo en la ecuación <strong>de</strong> dilución se obtiene el volumen <strong>de</strong> la diluida.<br />
−3<br />
121' ⋅ 20×<br />
10 = 1⋅<br />
Vdil<br />
⇒ Vdil<br />
= 0'241L<br />
= 241mL<br />
El volumen <strong>de</strong> agua que hay que añadir es el incremento <strong>de</strong> volumen.<br />
∆<br />
= V − V = 241−<br />
20 = 221mL<br />
V dil cc<br />
15<br />
mol<br />
L
27. Sobre 400 cm³ <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> sosa se aña<strong>de</strong>n 5 g <strong>de</strong> Hidróxido puro, sin apreciar variación<br />
<strong>de</strong> volumen, se toman 20 cm³ <strong>de</strong> disolución resultante y se diluyen hasta 100 ml valorándose con ácido HCl<br />
0,2 N gastándose 50 ml ¿Qué masa <strong>de</strong> sosa contenían los 400 cm³ iniciales?<br />
Solución.<br />
Con los datos <strong>de</strong> la valoración y el volumen <strong>de</strong> la disolución básica se pue<strong>de</strong> calcular la<br />
concentración <strong>de</strong> la disolución D.<br />
Neutralización: nº Eq-gr (ácido) = nº Eq-gr (base)<br />
N ⋅ V = N ⋅ V<br />
a a b b<br />
−3<br />
−3<br />
0'2⋅ 50×<br />
10 = N b ⋅100×<br />
10 ⇒ N b<br />
= 01'<br />
Conocida la normalidad <strong>de</strong> la disolución D se calcula su molaridad<br />
N = M ⋅ v : v NaOH = 1 : N = M = 0<br />
{ ( ) } 1'<br />
Con la concentración <strong>de</strong> la disolución D y teniendo en cuenta que que se obtiene por dilución <strong>de</strong> la<br />
disolución C, se calcula la concentración <strong>de</strong> C.<br />
−3<br />
−3<br />
⋅ V = M ⋅ V → M ⋅ 20×<br />
10 = 01'<br />
⋅100×<br />
10 ⇒ M = 0'5<br />
M C C D D C<br />
C<br />
La molaridad <strong>de</strong> C y D es la misma ya que C es una parte <strong>de</strong> D. Aplicando la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong><br />
molaridad a esta última se calcula masa <strong>de</strong> NaOH que lleva la disolución<br />
m s ( )<br />
( B)<br />
ms<br />
B<br />
gr<br />
n<br />
40<br />
s M s<br />
M(<br />
B)<br />
= = =<br />
mol<br />
= 0'5<br />
mol<br />
V ( L)<br />
V ( L)<br />
0'4<br />
L<br />
L<br />
d+<br />
s d+<br />
s<br />
Despejando<br />
m s ( B)<br />
= 8 gr<br />
Conocida la masa <strong>de</strong> soluto que lleva la disolución B, se calcula la masa <strong>de</strong> NaOH <strong>de</strong> la disolución<br />
A, restando los 5 gramos que se han añadido.<br />
m NaOH A =<br />
8 − 5 = 3<br />
( ) gr<br />
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