Universidad Nacional de Luján - Dto. de Ciencias Básicas

 

INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA - 2013

 

 

7 - Guía de soluciones

 

 

O más precisamente, de diluciones. En la unidad anterior tratamos el concepto de pureza como una forma de manejar la realidad según la cual, por mucho dinero y esfuerzo que se aplique, los materiales nunca llegan a ser verdaderamente sustancias.

Aquí veremos la misma mecánica aplicada a las soluciones. Estas son mezclas homogéneas de por lo menos dos tipos de sustancias: las que nos interesan y a las que llamaremos soluto, y las que las diluyen, estiran, engordan, vehiculizan,  a las que llamaremos solventes (no son sinónimos, pero a veces se los llama diluyentes).

Veamos esto con algunos ejemplos. Si se tiene que administrar a un enfermo 0.5mg de una medicación, en vez de manipular pastillas microscópicas, es preferible preparar una mezcla del medicamento con alguna cosa inocua (excipiente, dicen los farmacéuticos) en proporción (decimos: concentración) tal que el medio miligramo esté contenido en una pastilla de tamaño manejable.

El cloruro de sodio y el nitrato (V) de plata, que son sustancias sólidas, reaccionan entre si como vimos en alguna unidad anterior. Pero para que la reacción ocurra rápidamente, es importante que los iones Cl- puedan encontrarse fácilmente con los iones Ag+ y viceversa, cosa que no ocurre mezclando terrones. Si bien es cierto que la velocidad de reacción aumenta al mezclar las sustancias finamente molidas, la forma mas eficaz es preparar soluciones acuosas de ambas sustancias, y luego mezclarlas.

El ácido clorhídrico es una sustancia químicamente muy útil, pero es un gas –y muy corrosivo e irritante, para peor. Una forma práctica de manipularlo es disolviéndolo previamente en agua.

 

Las propiedades químicas más importantes de las soluciones son la naturaleza del soluto, y su concentración. Por ahora nos concentraremos en esta última.

Si la pastilla del ejemplo anterior tiene una masa de 0.5g, y contiene los 0.5mg de medicamento, diremos que la concentración de éste en la pastilla es de

            100 * 5 10-4g / 0.5 = 0.1%

Si nos informan que la concentración de una solución de ácido clorhídrico es 37% (decimos HCl al 37 porciento), será porque cada 100 g de esta solución contienen 37 g de HCl.

 

Antes de continuar, veamos un par de convenciones:

 

Cuando el solvente es agua (decimos: solución acuosa) éste puede no declararse,  pero si el solvente es otra sustancia o material, estamos obligados a decir “solución al tanto porciento en tal cosa ”.

 

Cuando los porcentajes se calculan como unidades de masa de soluto contenidas en 100 unidades de masa de solución –naturalmente, la misma unidad para ambos- podemos escribir simplemente “%”, pero si  se calculan como unidades de volumen de soluto contenidas en 100 unidades de volumen de solución,  estamos obligados a escribir “% v/v” (que se lee “porciento volumen en volumen”). Si los porcentajes se calculan como unidades de volumen de soluto en 100 unidades de masa de solución, deberemos aclarar “% v/m”, y para unidades de masa de soluto en 100 unidades de volumen de solución, “% m/v”.

 

En estos últimos dos casos, en los que mezclamos unidades de masa y de volumen, la restricción en la elección de las unidades con que medir las masas una vez elegida la unidad de volumen y viceversa, es que con ellas el valor de la densidad del agua, debe ser unitario: podemos combinar gramos con mililitros, litros con kilogramos, toneladas con metros cúbicos, pero no gramos y litros, por ejemplo, porque en esas unidades, la densidad del agua adopta un valor distinto de uno (1000g/L)

 

Volviendo a nuestra solución de ácido clorhídrico 37%,

¿Qué masa de ácido está contenida en 50g de solución?

          50 g HCl 37% * 37 / 100 = 18,5 g, decimos 18 g de HCl

¿Qué masa de esta solución necesito para tener 50 g de ácido (puro)?

          50 g HCl  * 100 / 37 = 135 g, decimos 1.3 102g de HCl 37%

 

1. Calcule el porcentaje en masa del soluto en cada una de las siguientes disoluciones:

a) 5,50 g de bromuro de sodio en 78,2 g de solución

b) 31,0 g de cloruro de potasio en 152 g de agua

c) 4,5 g de tolueno  ( C7H8)  en  290g de benceno ( C6H6)

d) 1.2 g de clorato (V) de potasio en 5.0 kg de agua

e) 1.2 10-3 kg de clorato (V) de potasio en 5.0 103 g de agua

 

2. Calcule que masa de soluto y de solvente, hay en

a) 100 g de solución de bromuro de sodio 7.0%

b) 250 g de solución de cloruro de sodio 10.2%

c) 25 kg de solución de cloruro de potasio 3.3%

d) 6.0 L de solución de cloruro de sodio 10.2% (de densidad 1.082 g/mL)

 

3. ¿Qué masa de solución de cloruro de sodio 10.2% contiene 45 g de soluto? ¿Qué masa de esa misma solución contiene 500 g  de solvente?

 

4. ¿Qué masa de agua se necesita para preparar, en base a 5.6 g  de cloruro de sodio, la máxima masa de solución al 1.0 %?

 

5. ¿Qué masa de sulfato de sodio, y que masa de agua, se necesitan para obtener 250 g de una solución 2.0 %?

 

6. Calcule la cantidad de agua en gramos que debe agregarse a:

a) 5,0 g  de sulfato de potasio para preparar una disolución al 16,2%

b) 26,2 g de solución de cloruro de magnesio 5.0% para preparar una solución 1,5%

 

 

Sabiendo que la densidad de la solución HCl 37% es 1.18 (g/cm3) podemos calcular el valor de la concentración del ácido expresado como % m/v:

          37% * 1.18 = 43,66 % m/v = 44 % m/v

 

Por las dudas, repitamos: 37% y 44 % m/v representan la misma cosa: la concentración de HCl en la solución en cuestión, sólo que expresadas de distinta forma, como quien expresa el valor de una propiedad en pesos o en alguna moneda extranjera –la cifra es distinta pero el valor es el mismo.

 

7. Calcule la concentración de las siguientes soluciones, expresadas en % m/v:

a) 236g de HCl en 2000 mL de solución

b) 13.6g de Na2SO4 en 0.500 L de solución

c) 245mg de HI en 12.5 mL de solución

d) 0.035 mol de HNO3 en 250 mL de solución.

e) ¿Que volumen de la solución a) contiene 40g de HCl?

f) ¿Que masa de sal hay en 20.5g de solución b), si la densidad de ésta es 1.170 g/mL?

g) ¿Que masa de HNO3 hay en 64.5 g de solución d), si la densidad de ésta es 1.08 g/mL?

h) Calcule la concentración de la solución b) expresada en % (m/m)

 

Otra forma frecuentemente usada para expresar las concentraciones, y que suele confundirse con el % es en partes por cien (ppc), partes de soluto por cada cien partes de solvente. Una solución de HCl 37% tiene

           37 partes de HCl 37%  * 100 partes de solución/(100–37) partes de agua = HCl 59 ppc

esto es, 59 partes de HCl cada 100 partes de agua.

 

8. Calcule la concentración de soluto en una solución preparada disolviendo 4.0 g de cloruro de sodio en 20 g de agua, y exprésela como % y como ppc.

 

9. ¿Qué masa de soluto debe agregarse a 350 g de solvente para obtener una solución 0.25 ppc?

 

10. Se mezclan 500 g de solución de NaCl 5 % y 500 g de agua. Exprese como ppc la concentración de la sal en la solución final.

 

11. Se mezclan 75.0 g de solución de NaCl 5.0 % y 25.0 g de solución de NaCl 20 %. Exprese como % y como ppc la concentración de la sal en la solución final.

 

12. Se desea preparar un kilogramo de solución de HCl 10%, disponiéndose para ello de dos soluciones de HCl, una 20% y otra 5.0%. ¿Qué masa de cada una de ellas se deberá emplear?

 

Otra forma de expresar la concentración que a veces lleva a malentendidos es partes por millón (ppm): se trata de partes de soluto en un millón de partes de solución (mg/kg, mL/m3, también seg/12 días, etc.

Dado que se usa para soluciones líquidas muy diluidas, normalmente no se hace diferencia entre masas y volúmenes (siempre que para las unidades se respete la convención de la densidad del agua, ya citada) ni tampoco si se trata de solución o solvente. Así, tanto  para una solución que tiene 10mg de soluto por kg de solución, como para otra que tiene 10mg por litro de solución, o 10mg por litro de solvente, se dice que el soluto está en 10ppm.

 

13. Calcule la concentración, expresada en % y en ppm, de una solución que contiene 0.05g de soluto en 2.50mL de agua.

 

14. Calcule la concentración, expresada en % y en ppm, de una solución que contiene 0.25g de soluto en 18L de agua.

 

En los sistemas gaseosos, ppm se refiere siempre a partes en volumen. Así, en este caso especial debe considerase ppm como mL/m3 o cualquier otra expresión válida del tipo, exclusivamente.

 

15. Un nostálgico estudiante del interior destapa en su pieza de pensión una botella de un litro que contiene aire de su pueblo. Calcule la concentración resultante, expresada en ppm  teniendo en cuenta que las dimensiones de la pieza son: 3.80m de largo, 2.50m de ancho y 2.30m de alto.

 

Para afirmar, antes de revisar más formas de expresar la concentración de solutos en soluciones:

 

16. Se dispone de 680mL de una solución 7% m/v (densidad 1.08g/cm3) de nitrito férrico.

a) Informe su concentración en %

b) Si se evaporaron 44mL (el agua es el único componente volátil de la solución) ¿cuál su nueva concentración en % m/m

 

17. Se disuelven 1.2g de carbonato de sodio en 78g de solución de la misma sal, al 4.5%. Calcule la concentración final de carbonato de sodio en la solución, expresada como %.

 

18. Una solución de cloruro de mercurio (II) contiene 5mg de soluto en 10mL de solución. ¿Hasta qué volumen debe diluirse 1 mL de la misma  para tener una concentración de 300ppm de Hg+2 ?

 

19. ¿Qué masa de solución al 30% de agua oxigenada (H2O2), y que masa de agua destilada, necesita para preparar 200g de solución de agua oxigenada al 5%?

 

20. El agua de mar contiene 2.07% de cloro (principalmente como cloruro) ¿Qué masa de agua habrá que evaporar de 2.5kg de agua de mar para que la concentración de cloro suba hasta el 8%?

 

21. Se mezclan 60.0ml de solución de NaCl 6.50%, de densidad 1.05g/mL, con 120mL de solución de NaCl 33.0%, de densidad 1.43g/mL. Calcule la concentración final de la mezcla, expresada como % de NaCl, suponiendo que la densidad de la solución resultante es 1.13g/mL.

 

22. Se mezclan 40.0ml de solución de NaF 5.0%, de densidad 1.03g/mL, con 160mL de solución de NaBr 10%, de densidad 1.12g/ml. Calcule la masa de sodio presente en 20.0 mL de la solución resultante, sabiendo que la densidad de ésta es 1.10g/mL.

 

Hay más formas de expresar la concentración. La más usada en química es la llamada molaridad: moles de átomos, moléculas o iones presentes en cada litro de solución,.

Continuando con nuestro ejemplo, la solución contiene 37g de HCl cada 100mL, esto es

          370g HCl / litro de solución

          370g / (36.4609g/mol) / litro de solución = 10,148mol /L = 10mol/L

que expresaremos 10M, o bien [ HCl ] = 10

 

La M mayúscula reemplaza a “mol / L”, y el poner la fórmula de una sustancia entre corchetes equivale a mencionar su concentración, expresada en mol / L.

 

La molaridad es una forma de expresión de concentraciones sumamente útil en química, puesto que en general, la información de que se dispone es de la forma “una molécula de tal cosa reacciona con dos moléculas de tal otra”. Es más fácil pensar en cantidad de átomos, iones, moléculas o unidades que en peso o masa de reactivos.

Veamos esto en un ejemplo:

Si necesitamos convertir en NaCl 15.0g de NaOH, usando nuestra solución de HCl, debemos plantear primero

         NaOH  +  HCl   ->   H2O  +  NaCl

Una vez que sabemos que para cada unidad de NaOH (¿recuerda que, si bien se usa, no se debería decir mol de NaOH por que es un compuesto iónico?) necesitaremos otra de HCl, procedemos a calcular cuantas unidades de NaOH hay en 15.0g  de NaOH

         MR NaOH = 22.98977 + 15.9994 + 1.00794 = 39.9971uma

  

         15.0g / 39.9971g/mol = 0.3750mol unidades de NaOH

 

¿En que volumen de solución de HCl 10 M puedo encontrar 0.3750 unidades d HCl?

         0.3750mol / 10mol/L = 0.03750L = 31mL

Fácil ¿no? en lugar de contar moléculas (o unidades, o átomos, o iones) medimos volúmenes.

 

23. ¿Cuántos moles de moléculas de agua hay en un litro de agua?

 

24. Calcule la cantidad de moles de unidades (¿recuerda que, en principio, no se debe hablar de moléculas cuando se trata de compuestos iónicos?) de hidróxido de sodio presentes en 23mL de solución 0.10M

 

25. ¿Qué masa de ácido sulfúrico será necesaria para preparar 2.0L de solución 5M?

 

26. En una solución de sulfato de aluminio 0.01M ¿Cuáles son los valores de las concentraciones de los iones sulfato, y de los iones aluminio?

 

27. Una solución acuosa de ácido sulfúrico contiene 300,0g de ácido puro por litro de solución. Calcule  su  concentración  en mol/L (molaridad)

 

28. ¿Qué volumen de solución de sulfato de sodio 2.5M contiene 2.0 moles de moléculas de soluto?

 

23. Se tiene una solución 0,3M de nitrato de calcio. Si se quiere trabajar con una cantidad de solución que contenga 1,4 moles de nitrato de calcio.  ¿Qué volumen de ésta solución debe usarse?   

 

30. ¿Qué cantidad de moléculas de soluto habrá en 1mL de solución 0.10 M?

 

31. a) ¿Cómo prepararía 750mL  de una solución 0,35M de sulfato de sodio a partir de la sal sólida?

 

32. Una solución de ácido nítrico tiene una concentración de 70% y una densidad de 1.42g/cm3 ¿cuál es la molaridad de esa solución?

 

33. Calcule la molaridad de la solución obtenida mezclando 15.0mL de solución 0.24M de NaCl con 34.6mL de agua destilada (el volumen final obtenido es 50.0mL)  

 

En el problema anterior dice:

          15.0mL (NaCl 0.24M) + 34.6mL (agua destilada) = 50.0mL (solución final)

¿se trata de un error de suma? No, si usted toma dos varillas rígidas, una  de 15.0cm de largo y otra de 34.6cm, no importa si de distintos materiales, y las coloca una a continuación de la otra, obtendrá un conjunto de 49.6cm de largo. Puesto que esto es siempre así, decimos que la longitud es una propiedad aditiva de los materiales (rígidos). Pero si toma dos porciones de líquidos diferentes,  y las coloca juntas en un mismo recipiente, obtendrá una mezcla (solución) que casi con seguridad no ocupará un volumen igual al de la suma de las porciones. Debemos admitir que los volúmenes no son una propiedad aditiva de los materiales (líquidos).

De modo que, a menos que esté claro que en las condiciones de cada caso en particular el sumar volúmenes no agrega error al resultado, no lo haga.

Esto es,  respete la presencia de indicaciones del tipo “suponga aditividad de volúmenes”, y verifique las cifras significativas en los datos: ¿Cómo hubiera resuelto el problema anterior si el enunciado hubiera terminado con “el volumen final obtenido es 50mL”?

 

34. Se mezclan 45mL de etanol en solución acuosa al 85% v/v  con 35mL de agua. Calcular la concentración del etanol en la solución resultante, cuyo volumen es 78mL.

 

35. Calcule la concentración de la solución que resulta al mezclar 20.0g de NaCl 5.5% y 20.0g de NaCl 20%, expresada como % y como %(m/v). La densidad de la mezcla es 1.08g/mL

 

36. La densidad de la mezcla resultante al mezclar 25.0mL de solución de Na2SO4 5.00 % (m/v) con 12.5mL de agua, es 1.02g/mL. Calcule la concentración expresada en % (m/v). 

 

37. ¿Qué masa de agua destilada debe agregarse a 10,0cm3 de solución de hidróxido de calcio 0,45M para llegar a una concentración de 6.5mg de Ca+2  por cm3 ? (suponga aditividad de volúmenes)

 

38. a) ¿Cuantos mililitros de una solución  0,02M de cloruro de sodio pueden prepararse a partir de 45mL de solución 3M de esa sal, y toda el agua destilada que necesite? (suponga aditividad de volúmenes)

     b) Si se toman 200,0mL de la solución 0,02M de cloruro de sodio preparada, y se le agregan 60,0mL de agua destilada ¿cuál es la nueva molaridad ?                

 

39. ¿Qué masa de cloruro de potasio deberá pesar para preparar 50mL de una solución que tenga 77milimoles de K+ por mL? Indique como prepararía la misma solución partiendo de sulfato (VI) de potasio.

 

 

Otras  dos formas de expresar la concentración de soluciones de utilidad en química son la fracción molar y la molalidad.

La fracción molar expresa la concentración de soluto como la fracción de sus moléculas en el total de moléculas de la solución. Por ejemplo, en una solución 10% de glucosa (C6H12O6, Mr=180.0 una) hay:

        1g * 10g / 100g / 180.0mol g-1 = 5.55 10-4 moles de soluto / g solución y

        1g * 90g / 100g / 18.0mol g-1   = 5.0 10-2 moles de solvente / g solución y

La fracción molar del soluto será

        Xsto = nsto / (nsto + nsvte) = 5.55 10-4 /(5.55 10-4 + 5.0 10-2) = 0.011

 

 

La molalidad expresa la concentración en moles de soluto por kilogramo de solvente (similar a las partes por cien ¿recuerda?) La concentración de la solución del ejemplo anterior puede entonces expresarse también como

        10g sto * 1000g svte / (100g sln - 10g sto) =  111.1g sto / kg svte

        111.1g / 180.0mol g-1 = 0.62mol / kg svte = 0.62molal = 0.62m

Para diferenciar la molalidad de la molaridad, se la indica con una “m” chica 

 

40. Calcule el valor de la concentración –expresada como molalidad y como fracción molar- de una solución preparada con 1g de NaCL y 1.0L de agua destilada.

 

41. Calcule el valor de la concentración –expresada como fracción molar- de una solución preparada con 0.20 moles de moléculas de sacarosa y 15 moles de moléculas de agua.

 

42. Calcule el valor de la concentración –expresada como molalidad y como fracción molar- de una solución preparada con 16g de etanol (C2H5OH) y 184g de agua destilada.

 

43. Se prepara una solución mezclando 62,6mL de benceno  (C6H6 , densidad = 0,879g/mL) con 80,3mL de tolueno (C7H8, densidad = 0,867g/mL) . Calcule las fracciones molares  de los dos compuestos

 

44. Se disuelven 160g de H3PO4 en cantidad suficiente de agua como para formar 800cm3 de solución. Teniendo en cuenta que la densidad de la solución resultante es 1.14g/cm3, calcular su concentración expresada como:

a) % (m/m); b) % m/v; c) g/litro; d) molaridad; e) molalidad ; f) fracción molar.

 

Digamos finalmente que la solubilidad es la medida de la máxima concentración que puede alcanzar un soluto en un solvente, a una temperatura dada. Se expresa –a menos que se aclare otra cosa- siempre como gramos de soluto en 100 gramos de solvente; y si este último es agua, no es necesario aclararlo.

 

45. La tabla siguiente muestra los valores de la solubilidad de dos sales homólogas, a iguales temperaturas. Grafique los datos, y relate en palabras la diferencia en el comportamiento de estas dos sales.

 

Temperatura

Solubilidad

(oC)

KCl       NaCl

0

27.6     35.7

10

31.0     35.8

20

34.0     36.0

30

37.0     36.3

40

40.0     36.6

50

42.6     37.0

 

46. La tabla siguiente consigna datos de solubilidad (en gramos de soluto/100mL de solvente) del carbonato de litio en agua a  distintas temperaturas:

         temperatura(oC)  solubilidad

         10                         1.43

         20                        1.33

         30                        1.25

         40                        1.17

         50                        1.08

Represente la curva de solubilidad, y calcule

   a. la que temperatura para la cual la solubilidad es de 1.29  

   b. cuanto carbonato de litio precipitara al calentar hasta 25 grados 50g de solución saturada a 15 grados.

 

47. En un volumen total de 500mL  se producen a partir de una reacción 2,2 moles de una sal de Mr= 174,2. Si la solubilidad de esta sal a la temperatura de la experiencia es de 45 g/100 mL de solución, indique si  el  sistema final  será  homogéneo  ó heterogéneo (si considera  esto último,  describa cuantitativa-mente las fases).

 

 

Problemas varios, para ejercitación

 

 

48. Un comerciante importa una partida de relojes, y al recibirla descubre que el 10% de éstos, están fallados. Si un cliente le compra mil relojes ¿Cuántos de éstos funcionarán? ¿Cuántos deberá entregar a otro que necesita 500 relojes que funcionen?

 

49. Una muestra de arroz tiene la siguiente composición porcentual:

         Hidratos de carbono  80.0

         Proteínas                     7.0

         Calcio                          0.02

Al cocinar 250 g de este arroz, su masa se incrementa en 135g. Calcule la nueva composición porcentual.

 

50. Un alimento granulado, soluble “instantáneo” con gusto a cacao, se presenta, según su fabricante, fortificado con hierro y vitaminas. En el envase hay una tabla (los “nutrition facts” que está parcialmente reproducida abajo, a la izquierda) que consigna el contenido de una porción de 100 g de este alimento. La otra tabla (a la derecha) consigna las Dosis Diarias Recomendadas por la FAO/OMS para los niños.

a) ¿Qué porcentaje de estas necesidades quedarían cubiertas al ingerir 25 g de este alimento?

b) Calcule el valor de la concentración de hierro (en ppm) en el alimento.

         Lípidos             3.54g                     Vitamina B1       5.2mg

         Proteínas         4.80g                     Vitamina PP       18mg

         Carbohidratos  87.0 g

         Vitamina B2      4.0mg

         Vitamina B6      5.0mg

         Vitamina PP       45mg

         Hierro              23mg

         Vitamina B1       1.4 mg

         Vitamina B2      1.6mg

         Vitamina B6      2.0mg

 

51. Un suplemento magnesiano en comprimidos efervescentes de venta libre contiene varias sales de magnesio, entre ellas (en gramos / tableta):

         Carbonato de magnesio monohidrato  0.30200

         Fluoruro de magnesio                         0.00006

         Sulfato de magnesio                           0.00006

         Fosfato de magnesio                          0.00006

Calcule la concentración molar total de magnesio en la solución resultante después de disolver una tableta en 50mL de agua.

 

52. La aceitunas verdes envasadas para consumo alimenticio se encuentran sumergidas en salmuera (solución de cloruro de sodio en agua). Un frasco de estas, de 670g (sin considerar el envase) contiene 115g de cloruro de sodio y 225g de aceitunas. Calcular la concentración de sal en la salmuera como % y como fracción molar.

 

53. Si un pocillo de café exprés contiene 100g de esta bebida ¿cual será el valor de la concentración de azúcar,  expresada como %, luego de agregarle el contenido de un sobrecito de 6.25g de azúcar? ¿Y si luego se le agregan 5.00g de leche en polvo?

 

54. La piridina (C5H5N) se adsorbe  sobre la superficie de alguno óxidos metálicos. Se ha encontrado que una muestra de 5.0g de óxido de cinc finamente dividido adsorbe 0.068g de piridina. ¿Cuántas moléculas de piridina se adsorben por gramo de óxido en esas condiciones?  Si el área superficial del óxido es de 48m2/g ¿cuál es el área promedio ocupado por cada molécula adsorbida?

 

55. La composición porcentual de una gelatina en polvo es la siguiente:

         Proteínas      83.2

         Azúcar          16.3

         Saborizante   0.472

         Colorante       0.028

Indique la masa en kg de azúcar necesaria para preparar una partida de 3.2 toneladas de esta gelatina. El producto finalmente será envasado en sobrecitos de 7.0g ¿qué masa de saborizante contiene cada sobrecito?

  

56. Un alimento balanceado para cerdos se prepara mezclando 30kg de harina de soja, 27kg de maíz partido y 10kg de suero de leche. El productor que lo prepara consume la mitad, y vende el resto luego de haberlo mezclado con 5kg de harina de pescado. Calcule la composición porcentual de ambos alimentos.

 

57. Se neutralizan 50.0mL de solución 10.0% m/v de hidróxido de sodio, con justo la cantidad necesaria de solución 98.0% de ácido sulfúrico (densidad = 1.84) suponiendo que los volúmenes puedan sumarse ¿Cuál es la concentración de sulfato de sodio en el producido de la reacción?

 

58. Una muestra de 1.03g de una crema oftálmica que contiene el antibiótico cloromicetina (C11H12O5N2Cl2) fue tratada químicamente para convertir todo su cloro en iones cloruro. Estos iones fueron precipitados luego con iones plata, obteniéndose un precipitado de 0.01296g. Calcule el contenido en % de cloromicetina en la muestra de crema.

 

59. Se desea preparar un litro de solución 0.44M de HCl, disponiéndose para ello de dos soluciones de HCl, una 0.80M y otra 0.20M. ¿Qué volumen de cada una de ellas se deberá emplear? Suponga aditividad de volúmenes.

 

 

 

Algunos problemas extra para ejercitación

 

 

 

60. Todas las sustancias que se enumeran a continuación son fertilizantes que pueden aportar nitrógeno al suelo. ¿Cuál de ellos es la fuente más rica en nitrógeno, si nos basamos sólo en su contenido porcentual en masa de nitrógeno?

a) Urea, (NH2)2CO     b) Nitrato de amonio, NH4NO3    c) Guanidina, HNC(NH2)2 d) Amoníaco, NH3

 

61. Se hacen reaccionar 25g de sulfato (IV) de calcio de 70% de pureza con 38ml de solución 37% de ácido clorhídrico (densidad=1.18g/ml) obteniéndose cloruro de calcio, dióxido de azufre (gaseoso) y agua, con un rendimiento del 82%. Calcule la masa de cloruro de calcio obtenida, y el número de moles de moléculas de gas liberados.

 

62. Calcule el número de moles de moléculas de amoníaco necesarias para reaccionar con 3dm3 de ácido sulfúrico 96% (densidad=1.84g/cm3)

         H2SO4 + NH3 -> (NH4)2SO4   

Calcule el rendimiento porcentual de la reacción si la cantidad de sulfato de amonio realmente obtenida fue 6.3kg.

 

63. Un elemento X forma un ioduro XI3 y un cloruro XCl3. El ioduro es convertido en forma cuantitativa en cloruro cuando es calentado en medio de una corriente de cloro:

         XI3 + Cl2 -> XCl3 + I2   

Si al tratar 0.500g de ioduro se obtienen 0.236g de cloruro ¿que elemento estará representado por  X?

 

64. Una muestra de 0.8870g de mezcla de NaCl y KCl es disuelta en agua. A continuación, se la trata con AgNO3, formándose 1.913g de AgCl precipitado. Calcule el % y la fracción molar de NaCl en la mezcla,.

 

65. Se agregan 0.100 litros de solución de H2SO4 0.500M a una muestra de 1.00g de un metal X (del que se sabe que forma iones X+2). El ácido remanente es titulado con NaOH 2.50M, gastándose 25.0ml en la neutralización. Calcule la masa atómica del elemento X.

 

66. Una muestra de 0.3664g de un ácido monoprótico es disuelta en agua y titulada con 20.27ml de NaOH 0.1578M. Calcule la masa molar del ácido.

 

67 Se mezclan 60.0ml de solución de glucosa 0.513M con 120ml de solución de glucosa 2.33M. Calcule la concentración final de la mezcla a) suponiendo aditividad de los volúmenes b) suponiendo que las densidades de las tres soluciones son, respectivamente 1.050; 1.183 y 1.131g/ml.

 

68. ¿Qué volumen de ácido sulfúrico 98% (densidad = 1.98) necesitará para preparar 0.750 litros de solución 1.00 10-3M? Suponga que la densidad de la solución resultante es 1.00)

 

69. ¿Qué volumen de solución 5% m/v de hidróxido de calcio necesitará para preparar 500ml de solución 2.00 milimolar de hidróxido de calcio?

 

70. El bicarbonato de sodio (NaHCO3) se usa popularmente para remediar la ´acidez´ estomacal.  ¿Qué peso de bicarbonato sería necesario para neutralizar 85ml de jugo gástrico suponiendo que este último tenga una acidez equivalente a la del HCl 0.17M?

 

71. Una tableta contra la acidez estomacal, que contiene carbonato básico de magnesio como principio activo, requirió 24.5ml de HCl 0.0932M para su neutralización. ¿Qué masa de carbonato básico de magnesio contenía la tableta?

 

72. Una muestra de 10.0ml de solución saturada de cloruro de bario (densidad 1.47) es titulada con solución 2M de ácido sulfúrico. Al punto en que ya no puede precipitar mas sulfato de bario, se han gastado 22.3ml  ¿Cuál es la solubilidad del cloruro de bario en las condiciones de la experiencia?

 

73. El ácido butírico, ácido monoprótico de fórmula empírica C2H4O, es el responsable de olor a rancio de la manteca pasada. Una muestra de 1.0000g de ácido butírico se neutralizó con 54.52ml de solución 0.2088M de hidróxido de sodio. ¿Cuál es el peso molecular, y cual la fórmula molecular del ácido butírico?

 

74. El ácido benzoico, ácido monoprótico de Mr = 122.12, es uno de los compuestos usados como estándar primario para la valoración de soluciones alcalinas. Una muestra de 1.862g del ácido se neutralizan con 33.00ml de solución de hidróxido de sodio ¿cuál es la molaridad del hidróxido de sodio?

 

75. El método corriente para la determinación de concentración de cloruros en solución es por precipitación con ión plata:

         Ión cloruro + nitrato de plata -> cloruro de plata + ión nitrato   

Si en la titulación de 25 ml de una solución acuosa de cloruro de sodio se consumen 27.2ml de una solución 0.01045M de nitrato de plata ¿cuál es la concentración de la solución de cloruro de sodio, expresada en moles por litro y en % m/v?

 

76. El agua de pozo suele contener disuelto cantidades apreciables de bicarbonato de calcio. Al calentarse el agua, éste se descompone formando carbonato insoluble

         Ca(HCO3)2 -> CaCO3 + CO2 + H2O   

Si el agua en uso en una experiencia contiene 200ppm de bicarbonato de calcio: ¿qué residuo de carbonato de calcio quedará –como máximo- luego de calentar 50 litros de agua?

 

77. Se disuelve en agua una muestra de 0.6760g de un compuesto de bario desconocido. Tratado con un exceso de sulfato de sodio, se obtiene una masa de 0.4105g de sulfato de bario ¿Cuál es el % de bario en el compuesto original?

 

78. Se hacen reaccionar 1000ml de solución de ácido clorhídrico con un trozo de cinc de 1.000g. cuando la reacción se detiene, quedan aún 0.453g de cinc ¿Cuál era la concentración molar del ácido clorhídrico usado en la experiencia?

 

79. El ácido oxálico es un compuesto venenoso que se encuentra en muchos vegetales, como la espinaca, por ejemplo, naturalmente en concentraciones muy por debajo de los límites tóxicos. Un fabricante de jugo concentrado de espinaca verifica rutinariamente el contenido de ácido oxálico en su producto, para asegurarse que no contienen concentraciones altas de este ácido. Para esto recurre a una titulación permanganimétrica:

         H2C2O4 + KMnO4 + H2SO4 -> CO2 + H2O + MnSO4 + K2SO4   

Calcule la concentración molar del ácido oxálico en un jugo del que sabemos que una muestra de 25.0ml consumió en su titulación 23.2ml de solución 0.012M de permanganato de potasio.

 

80. El ácido ascórbico (vitamina C) actúa –entre otras cosas- como antioxidante. La siguiente reacción ilustra esta propiedad:

         H2C6H6O6 -> C6H6O6 + H2   

La vitamina C ¿se oxida o se reduce en esta reacción? ¿cuál es el número de oxidación del carbono antes y después de la reacción?

 

81. La limonita es un mineral que contiene 2Fe2O3.3H2O entre otras cosas. Una muestra de 0.5166g de limonita se disuelve en ácido y se trata de forma de convertir todo el hierro en ión ferroso. Tratada a continuación con solución 0.02130M de dicromato de sodio, requiere 42.96ml para su valoración.  ¿Cuál es el porcentaje de hierro en la limonita? (Si las cuentas indicaran que más del 100%, y suponiendo que no ha habido errores en el análisis ¿cuál sería  la explicación?

 

82. ¿Qué masa de fósforo se obtiene en el proceso

         Ca3(PO4)2 + SiO2 + C -> CO + CaSiO3 + P4   

si se parte de 300kg de fosfato de calcio de 95 % de pureza, todo el SiO2 y C que sean necesarios, teniendo en cuenta que el rendimiento de la reacción es del 80%?

 

83. Al reunir ioduro de potasio con iodato de potasio en medio sulfúrico, se produce yodo ( y agua y sulfato de potasio). ¿Qué masa de iodato de potasio deberá usar para obtener 2.5g de yodo (suponga que hay ioduro y ácido sulfúrico en abundancia, y que el rendimiento de la reacción es del  82%)

 

84. El sulfato de amonio, producto usado como fertilizante, se prepara a partir de amoníaco y ácido sulfúrico. ¿Qué volumen de solución 70% (densidad = 1.73) de ácido sulfúrico será necesaria para fabricar 37 toneladas de sulfato de amonio, si el rendimiento de la reacción es del 93%? Suponga disponer de todo el amoníaco que necesite.

 

85. Se trataron 0.90g de cinc de 75% de pureza con 35ml de solución 10% de ácido clorhídrico (densidad = 1.034 g/ml)

         Zn + HCl -> ZnCl2 + H2   

Calcule la masa de cloruro de cinc obtenida, y la masa final del sistema, teniendo en cuenta que el hidrógeno (gaseoso) se pierde.

 

86. El dicromato de potasio reacciona con el ácido clorhídrico para dar cloro gaseoso y cloruro de cromo (III). ¿Qué masa de cloruro de cromo se formará haciendo reaccionar 150ml de solución 2M de dicromato con 100 ml de solución 10M de ácido clorhídrico? Suponga que el rendimiento es del 100%, y que –en este caso- es lícito sumar volúmenes.

 

87. Se trataron 0.85g de cinc de 72% de pureza con 2.8ml de solución  65% de ácido sulfúrico (densidad = 1.53). Calcule la masa de sulfato de cinc formado en la reacción si el rendimiento es del 75%.

 

88. El óleum es una solución de anhídrido sulfúrico en ácido sulfúrico. 26mg de una muestra tomada de una producción de óleum y, luego de disueltos en 100 ml de agua, consumen 58.1ml de hidróxido de sodio 0.0100M al ser titulados. ¿cuál es la concentración porcentual de anhídrido sulfúrico en esa muestra de óleum?

 

89. El tetraetil plomo ó plomo tetraetilo ( (C2H5)4Pb ), compuesto que –a pesar de su toxicidad- se agrega como mejorador de octanaje a las naftas de uso en automotores, puede producirse haciendo reaccionar cloruro de etilo ( C2H5Cl ) con una mezcla de compuestos de fórmula promedio NaPb2. La conversión de cloruro de etilo en tetraetil plomo es cuantitativa (estequiométrica, por esta vez puede no plantear la ecuación completa...)  Si una nafta con plomo llevara 0.3g/litro de este compuesto: ¿cuánto cloruro de etilo se necesitará para preparar el aditivo necesario para 10m3 de nafta?

 

90. El ácido nítrico oxida al sulfuro cúprico a azufre elemental, reduciéndose a su vez a NO.

¿Qué masa de azufre se formará al hacer reaccionar 150g de sulfuro cúprico de 83 % de pureza con 200ml de solución de ácido nítrico al 40% (densidad = 1.246)

 

91. Complete y equilibre la siguiente ecuación, y calcule

         K2SnO2 + K2CrO4 ->K2SnO3 + K2CrO2   

La fracción molar de cada uno de los componentes del sistema una vez finalizada la reacción luego de mezclar 175g de solución 30% de K2SnO2  con 125g de solución 55% de K2CrO4 . No olvide tomar en cuenta el agua.

 

92. El cloro en presencia de hidróxido de potasio oxida al amoníaco a nitrato, mientras se reduce a cloruro. Calcule la masa de nitrato de potasio que resultará de hacer reaccionar 15 gramos de cloro con 15 gramos de amoníaco en presencia de exceso de hidróxido de potasio.

 

93. El estaño reacciona con el nitrato de plata 

         Sn + AgNO3 -> Ag +Sn(NO3)2  

     (la ecuación no está equilibrada)

Ambos nitratos son solubles, y tanto el estaño como la plata, sólidos que pueden separarse por filtración. Calcule la pureza de la plata presente en la fase sólida luego de finalizada la reacción entre 5.00g de Sn y 30 ml de solución 1.00M de AgNO3 .

 

94. El ácido clorhídrico reacciona con el MnO2 para dar cloruro de manganeso (II), agua y cloro. Si se toman 35.27g de MnO2 de 72% de pureza y se lo hacen reaccionar con 100g de ácido clorhídrico 1.2M (densidad 1.06) ¿cuál será la masa final del sistema, teniendo en cuenta que el cloro formado es un gas poco soluble en esas condiciones, y abandonará el medio de reacción?

 

95. El agua oxigenada actúa normalmente como agente oxidante  

         H2O2 +2 e- -> 2 HO-   

Pero puede hacerlo también como reductor

         H2O2 -> O2 + 2 H+ + 2e-   

¿Qué semi-reacciones redox ocurren cuando el agua oxigenada se descompone espontáneamente en oxígeno y agua?¿Cómo son los cambios en el estado de oxidación del oxígeno?

 

96. Se tiene una muestra de 21.50g de un sulfuro de plomo (II) impurificado con dióxido de silicio. Tratada con ácido, libera ácido sulfhídrico gaseoso, al que se hace burbujear en 50.0ml de solución 4.00M de NaOH. Finalmente, se titula la solución resultante con HCl 1.00M, gastándose en la neutralización 48.0ml ¿cuál era la concentración en % de sulfuro de plomo en la muestra original?

 

97. Sabiendo que se puede obtener yodo por oxidación de ioduro de potasio,

         KI + KMnO4 + H2SO4 -> MnSO4 + I2 + H2O + K2SO4

 (la ecuación no está equilibrada)

y sin ganas de hacer las cuentas antes de hacer la experiencia, un fulano reúne en un solo frasco un litro de solución 0.10Mde ioduro de potasio, 30ml de solución 0.50M de permanganato de potasio y 90ml de ácido sulfúrico 1.00M ¿cuánto yodo obtiene?¿cuál es la máxima masa de yodo que hubiera podido obtener a partir de ese litro de solución de ioduro?

 

98. 25.0 ml de una solución de ácido sulfúrico de concentración desconocida consumen, al ser titulados, 12.7ml de solución 0.100M de hidróxido de sodio. Calcule la molaridad de la solución de ácido.

 

99. Se toman 5.81g de una mezcla de sulfito y sulfato de sodio puros, se los trata con un oxidante para convertir todo el sulfato (IV) en sulfato (VI) y se lo precipita con ión Ba+2  obteniéndose 9.92g de sulfato de bario. ¿Cuál era la fracción de sulfito en la muestra?

Dado que se plantean dudas acerca de la pureza de las drogas empleadas, se repite la experiencia, pero esta vez efectuando la oxidación en forma de titulación, con solución ácida de permanganato de sodio 0.100M

         Na2SO3 + NaMnO4 + H2SO4 -> MnSO4 + Na2SO4 + H2O

(la ecuación no está equilibrada) gastándose 6.1ml para 3.65g de muestra. Nuevamente: ¿ Cuál era la fracción de sulfito en la muestra?

 

100. El poderoso explosivo nitroglicerina se descompone según:

          4C3H5N3O9 -> 6N2 + 12CO2 +10H2O + O2

La veloz formación de los productos gaseosos, junto con la generación de calor, es la que produce la explosión. Calcule el rendimiento (como tal, y en porciento) en una explosión en la que 200g de nitroglicerina producen 6.55g de O2.  

 

101. Se mezclan 30.0mL de solución de CaCl2 0.150M y 15.0mL de solución de AgNO3 0.100M. ¿Qué masa –expresada en gramos- de AgCl precipitará? (No olvide plantear primero la ecuación iónica neta, correctamente balanceada.  

 

102. ¿Cuántos gramos de NaCl se requieren para precipitar –prácticamente- todos los iones Ag+ de 250mL de solución 0.0113M de AgNO3?

 

103. La concentración de Cu+2 en aguas efluentes puede determinarse gravimétricamente por precipitación con sulfuros:

          Na2S + Cu+2 -> CuS + 2Na+

¿Cual es la concentración molar de Cu+2 en una muestra de 800ml de agua contaminada si se forman 0.0177g de CuS sólido?

 

104. ¿Cuál es el volumen –expresado en ml- de solución  de NaOH 1.42M necesario para titular 25.00mL de, respectivamente: HCl 1.500M; H2SO4 1.500M y H3PO4 1.500M?

 

105. ¿Cuál es la concentración –molar y %- del ácido acético (CH3COOH) presente en una muestra de 10.00mL de vinagre, si en la titulación con NaOH 0.100M se consumieron 8.03mL? ¿Cómo calculó la concentración %?

 

106. Calcule la concentración molar de Fe+2 en una solución tal que 25.0mL, acidificados,  requieren 26.0mL de solución de K2Cr2O7 0.025M para su titulación.

          Cr2O7-2 + Fe+2 + H+ -> Cr+3 + Fe+3   (¡no está balanceada!)

 

107. El SO2 presente en el aire es el principal responsable de la lluvia ácida. Su concentración puede determinarse por titulación:

          5SO2 + 2MnO4- + 2H2O -> 5 SO4-2 + 2Mn+2 +4H+

Una muestra de 50.0ml de aire requirió 7.37mL de KMnO4 0.0080M para su titulación, calcule la concentración porcentual (m/v) de SO2 en la muestra de aire.

 

108. Calcule la concentración –molar y %- de agua oxigenada, si una muestra de 25.0ml es titulada con 36.44ml de solución de KMnO4 0.01652M. La reacción, desarrollada en medio ácido, produce O2 y Mn+2.

 

109. El ión iodato es capaz de oxidar a sulfato a los iones sulfito. Una muestra de 100.0mL de solución que contiene 1.390g de KIO3 es titulada con 32.5mL de solución de Na2SO3 0.500M ¿Cuál es el número de oxidación del yodo al cabo de la reacción?

 

110. ¿Cual es la pureza, expresada como %, de una muestra de ácido oxálico (H2C2O4) si en la titulación con solución de KMnO4 0.0100M de 1.00g se consumen 24.0mL?

La ecuación –no balanceada- que describe la transformación es:

          KMnO4 + K2C2O4 + H2SO4  ->  MnSO4 + K2SO4 + H2O + CO2

 

111. La determinación de la concentración de ClO- se realiza normalmente por titulación por retorno, esto es, se hace reaccionar el hipoclorito con un exceso de KI:

          ClO- + 2I- + 2H+ -> I2 + Cl- + H2O

titulando luego el I2 formado, según:

I2 + 2S2O3-2 -> 2I- + S4O6-2

Calcule la concentración de hipoclorito de sodio en una muestra de 25.0mL que requirió 17.4mL de solución de Na2S2O3 0.02M para su titulación.

 

112. Considere ahora esta técnica para determinar contenido de cobre: los iones Cu+2 pueden oxidar a los iones I- a yodo:

2Cu+2 + 4I- ->  2CuI + I2

Luego, la cantidad de iodo formado se puede determinar como vio en el ejercicio anterior.

Una muestra de 800g de un mineral que contiene cobre, es tratada con HNO3 para convertir todo el cobre en iones Cu+2. Luego del tratamiento con solución de KI en exceso, se consumen 124.2ml de solución Na2S2O3 0.624M. Calcule el contenido de cobre –en %- en la muestra original.

 

113. Una muestra de masa desconocida de un compuesto igualmente desconocido de Ti y Cl es disuelta en agua, y dividida en dos alícuotas, en dos partes de igual volumen. En la primera, se transforma el titanio presente en la solución en TiO2 insoluble, obteniéndose 0.777g. En la segunda, se transforma todo el cloro presente en AgCl insoluble, obteniéndose 5.575g. Determine la fórmula empírica del compuesto desconocido.

 

114. Se agregan 4.47g de magnesio a 500mL de solución de HCl 2.00M. Suponiendo que el volumen permanece constante, calcule la concentración del HCl después que todo el metal ha reaccionado.

 

115. Una muestra de 15.00mL de solución de nitrato de potasio es diluida con agua hasta alcanzar un volumen de 125.00mL. 25.00mL de esta última, son a su vez diluidos hasta 1.0000 litro. Si la concentración final es 0.00383M ¿cuál es la concentración de la muestra original?

 

 

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