Soluciones I Composición y estequiometría

Soluciones I


Composición y estequiometría

Introducción

Una solución es una mezcla homogénea de 2 o más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y está presente generalmente en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente.

La concentración de una solución de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente. En la primera parte de este capítulo se estudiaran los diferentes modos de expresar las concentraciones de las soluciones y en la segunda parte las reacciones en las que intervienen soluciones estándar.

Problemas

1. Cuando se evaporan 50g de una solución de sulfato de sodio gasta completar sequedad se producen 20g de sal. ¿Cuál es el porcentaje de la sal en la solución?



% concentración: gramos de soluto x 100

gramos de solución

% concentración: 20g x100: 40% (p/p)

50g

2. Si 30g de azúcar se disuelven en 100g de agua, ¿Cuál es el porcentaje de azúcar en la solución?

% concentración: g de soluto x 100
g de soluto + g de solvente

% concentración: 30g x 100= 30 x 100= 23,1%

30g + 100g 130

3. ¿Cuántos gramos de agua deberán usarse para disolver 150g de cloruro de sodio para producir una solución al 20% en peso?

g de soluto x 100= %

g de soluto + g de solvente

Si se hace Z=g de solvente= g de H2O, se puede escribir entonces

150g x 100= 20

150g + Z

De donde Z=60g de H2O.


4. Calcular la fracción molar de acido sulfúrico en 100g de solución al 20% (p/p).

Si el subíndice B se refiere al soluto, H2SO4 , se puede escribir entonces:

XB = nb ; na = 80g = 4,44 moles de H2O ; nb 20g

na + nb 18g/mol 98g/mol

= 0,20 mol de H2SO4

XB = 0,20 = 0,043
4,44 + 0,20




5. Se disuelven 25g de metanol, CH3OH en 50g de H2O. Calcular la fracción molar del metanol y del agua en la solución. (pesos moleculares: H2O=18,016 g/mol ; CH3OH=32g/mol.

= 2,78moles nB= = 0,78 moles

XA = = 0,78 XB = 0,78 = 0,22

2,78 + 0,78

XA + XB = 0,78+0,22= 1.00

6. ¿Cuál es la molaridad de una solución que se prepara disolviendo 29,22g de NaCl en 100ml de H2O? (peso molecular del NaCl= 58,45g/mol)

m= moles de soluto
Kilogramos de solvente
Kilogramos de solvente= 100ml/1000= 100g/ 1000= 0,1kg.

Numero de moles de NaCl= 29,22g = 0,50moles

58,45g/mol


m= 0,50moles de NaCl = 5,0m
0,1 kg de H2O


7. ¿Cuántos gramos de AgNO3 se necesitan para preparar 200 ml de solución 0,2m? (peso molecular de AgNO3 =170g/mol)

En 200 mol de solución hay 200g de H2O, es decir 0,200kg de solvente. Si en 1kg de agua hay 0,2 moles de AgNO3 en 0,200kg de agua habrá

0,2 x 0,2 = 0,04moles de AgNO3.

8. ¿Cuál es la molaridad de una disolución que contiene 40,0g de azúcar, C12H22O11 disueltos en 150g de agua? (peso molecular del azúcar, C12H22O11 = 342g/mol)

Molaridad= 40,0 g/ 342g/ mol =0,117mol =0,78mol/kg=0,78m

150g solvente/1000g/kg 0,150 kg

9. Una disolución de alcohol etílico, C2H5OH , en agua es 1,60 molar. ¿Cuántos gramos de alcohol estas disueltos en 2000g de agua?

De acuerdo con la definición de molaridad, 1000g de agua disuelven 1,60 moles de etanol; por tantos 2000 g disolverán 1,60 x 2000 = 3,20 moles de etanol. 1000

Peso del alcohol= 3,20moles x 46,1g/mol=147,52g de alcohol.

10.¿Cuántos gramos de NaCl se necesitan para preparar 2000ml de solución 0,20M?

2000ml de solución = 2litros de solución

En 2 litros de solución= 0,2 x 2litros = 0,4mol de NaCl

1litro

Peso NaCl= 0,4 moles x 58,5 g/mol = 23,4g

O bien empleando directamente la definición

m= moles de soluto = molaridad

Litros de solución

0,2= NaCl

2litros

NaCl= 0,2 x 2= 0,4mol

Peso NaCl= 0,4mol x 58,5g/mol = 23,4g

11.¿Cuál es la molaridad de una solución que contiene 64,0g de metanol CH3OH, en 500ml de solución? (Peso molecular del CH3OH= 32,0g/mol)
M= =

=4,0 ml/l= 4,0M

12.¿Cuál es la molaridad de una solución al 40% de H2SO4 si la densidad es 1,19 g/mol?

Peso del IH de solución: 1000ml x 1,19g/mol=1190g

Peso de H2SO4 en IH de solución:

1190 x (40/100)=476g

H2SO4= = 4,86 moles

M= = = 4,86 M

13. ¿Cuántos mililitros se necesitan de una solución de AgNO3 0,5M para resolver 0,40g de soluto? (Peso Molecular del AgNO3=170g/mol)

AgNO3= =0,0023mol=2,3mol

2,3mol= =4,6ml de Solución

14. Calcular la molaridad de una solución de H2SO4 en peso.(H2SO4=98,1)

H2SO4=1100 x =275g

n H2SO4= =2,80moles de H2SO4

(1100-275)g=825g de H2O

M= = =3,39m

15. ¿Cuántos equivalentes gramo de HCl están contenidas en:

a) 2 litros de solución 1N b)2 litros de solución 0,5 N c)0,2 litros de solución 0,5N?


a) 2litros de solución 1N contienen 2 equivalentes-gramos de HCl

b) 2litros de Solución 0,5N contienen 2litros x 0,5 =1,0 fgujhk equivalente-gramo

c) 0,2 litros de solución 0,5N

0,2 litros x 0,5 =0,10 eq-g

16. ¿Cuántos a) eq-g b)ml-eq de soluto están presentes en 100ml de una solución de NaOH 2,OH?

a) # eq-g=#L x normalidad

Otra forma:

Volumen (en litro) x N= #eq-g =0,1 litro x 2,0 eq-g/litro= 0,2 eq-g de NaOH

b) #de maq= Volumen (ml) x Normalidad = 100ml x 2,0 meq/ml =200meq

O también: l eq-g=1000meq

0,2 eq-g= 0,2 eq-g x 1000 meq/eq-g= 200meq









17. ¿Cuál es la normalidad de la solución que resulta de disolver 49,05g de H2SO4 en 500ml de solución? (Peso molecular del H2SO4=98,1g/mol)

Peso equivalente H2SO4= =49,05g/eq-g

= =

En 98,10g de H2SO4 hay 2 eq-g, por tanto la concentración será igual a:

= 2N

18. Una solución de 25% de etanol, C2H5OH, y 75% de agua, en peso, tienen una densidad de 0,950 g/mol a 25OC.

Determinar:

a) La fracción molar b)molaridad c)la molaridad del etanol.

(Peso molecular : Agua=18,016g/mol; Etanol=46,07g/mol)

g de etanol= 25,0 g de agua= 75,0

n moles de agua= n moles de H2O

#moles de etanol=nEtOH

n H2O= =4,16 moles

n EtOH= =0,54 mol

Volumen de los 100,0 g de Solución = = =105,3ml=0,1053l

Fracción molar= X etanol= =0,115

Molaridad Etanol= =7,2 mol/kg

Molaridad EtOH= =5,13 mol/litro= 5,13M

19. ¿Cuál es la normalidad de una solución de H2SO4 0,4M?

De acuerdo con la definición de molaridad, la concentración de la solución en moles/litro será:


Como un mol de H2SO4= 2eq, la concentración en eq/litro será:

x = =0,8N


Normalidad de la Solución: 0,8

20. ¿Cuál es la molaridad de una solución de KOH 0,5N?

Molaridad= 0,5

O también:
x = 0,5 mol/litro= 0,5M













21. Un frasco de laboratorio tiene escrito un rotulo con 10,0M de NaOH. ¿Cuántos mililitros de esta solución se necesitan para preparar 50ml de una solución 2,0M de NaOH?

Para el NaOH la molaridad es igual a la normalidad.

Volumen (ml) x normalidad=numero de mili equivalentes

Entonces en 50 ml de NaOH 2,0N hay:

50 ml x 2,0N= 100 meq de NaOH

Para conseguir 100 meq de NaOH se deben tomar de la solución concentrada:

100meq=V(ml) x 10,0N

Despejando V tenemos:

V: 100 meq = 10,0 ml de solución concentrada

10,0meq/ml

22. ¿Cuántos mililitros de H2SO4 concentrado, de densidad 1,80g/mol, que contiene el 95% de acido sulfúrico, debe utilizarse para preparar 2litros de disolución 5N?

Peso equivalente del H2SO4 = = = 49,05

Peso de 1litro de H2SO4 concentrado = 1000ml x 1,80g/mol x 0,95 = 1710g de H2SO4

V concentrado = = 0,287litros = 287 ml de H2SO4 concentrado.


23. Cuantos mililitros de NaOH 4,0N se necesitan para neutralizar 20 ml de HCl 3,0N?

V NaOH = = 15ml de NaOH 4,0N

24. ¿Qué volumen de H2SO4 2,5N se necesitan para neutralizar una solución que contiene 5,0g de NaOH? ¿Cuántos gramos de H2SO4 puro se necesitan?

Peso equivalente de NaOH= =40,0

Numero de equivalentes-gramo de NaOH = =0,125 eq-g de NaOH

V H2SO4 = = 0.05 litros =50ml de H2SO4 2,5N

25. El aluminio reacciona con el acido sulfúrico según la siguiente reacción 2Al + 3 H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2 . ¿Qué volumen de una solución de H2SO4 2,80M se necesita para reaccionar exactamente con 81g de Al?

Numero de moles de Al = 3,0 moles

Numero de moles de H2SO4 = numero de moles de Al x 3/2= 3,0 moles de Al x 3/2= 4,5moles

Volumen en litros x molaridad= numero de moles

V H2SO4 = = 1,61 litros

26. Se necesita 72,6ml de solución de HCl para neutralizar completamente 1,86g de CaCO3 puro. ¿Cuál es la normalidad de la solución?

CaCO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2 O

Por lo tanto cada mol de Na2 CO3 = = 0,037 eq-g de CaCO3

NHCl = = 0,51N

27. Cuantos gramos de cobre se pueden disolver en 300ml de HNO3 2N?

La ecuación balanceada es la siguiente:

3Cu + 8HNO3 = 3Cu (NO3)2 + 2NO + 4H2O

En el HNO3 la normalidad es igual a la molaridad por dar un solo H+; de suerte que el HNO3 2M.

Numero de moles de Cu=3/8 x 0,6 moles = 0,225

Peso molecular de Cu = 63,54g/mol

28. Cuantos gramos de cromato de bario se puede precipitar agregando un exceso de solución de cloruro de bario a 100ml de K2CrO4 0,5M?

Numero de moles de K2CrO4 = V (en litros) x molaridad = 0,1 litros x 0,5 mol/litro = 0,05mol

Peso molecular del BaCrO4 =numero de moles de K2CrO4 = 0,05mol

Peso en gramos BaCrO4 = 0,05moles x 253g/mol = 12,65g de Ba CrO4

29. Cuantos litros de H2 se pueden liberar, medidos a 740mm Hg y 27ºC, a partir de 50,0ml de HCl 0,200M, usando un exceso de magnesio?

De acuerdo con la estequiometria de la reacción, el numero de moles de H2 es la mitad de los moles de HCl usados, es decir que n H2 = x n HCl

Numero de moles de H2 = x 0,01mol = 0,005mol H2 = n H2

Para el siguiente paso es necesario usar la ley de los gases ideales

PV= nRT

V=

En donde n H2 = 0,005mol; R= 0,0821litros-atm/K-mol; 273 +27=300K; P=740mm/760=mm/atm = 0,97atm

V H2=