Copia de pre_presentacion_13_soluciones_2021_2_cardenasm_rev coordinacion - Ernesto Montero Domínguez

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1
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DISOLUCIONES
Pre –
Universitario
2021-2
13
2
•5 Solubilidad
𝑆𝑡°𝐶 =
𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜(𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜)
100𝑔 𝑑𝑒 𝐻2𝑂
1
Propiedad física intensiva que indica la máxima cantidad
de soluto que puede disolverse en una cantidad dada de
solvente (generalmente 100 g de agua) a una
determinada temperatura.
3
•5
𝑆𝑡°𝐶 =
𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜(𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜)
100𝑔 𝑑𝑒 𝐻2𝑂
 
20°C 40°C 60°C 80°C
NaCl 36 36,6 37,3 38,4
KCl 33 39 45 51
KNO3 30 60 110 168
Na2SO4 17 47 43 35
Ce2(SO4)3 10 6 4 1
SOLUBILIDAD (g/100g H2O)SOLUTO
Curvas de solubilidad
4
• Solución saturada:
Contiene máxima concentración de soluto
siendo proporcional al valor de la
solubilidad.
• Solución insaturada:
Diluidas: baja concentración. 
Concentradas: alta concentración.
Tipos de solución según el valor de la Solubilidad
Las soluciones sobresaturadas son
sistemas metaestables, ante la menor
perturbación el soluto cristaliza hacia el
fondo del vaso.
5
•5Tipos de solución según el valor de la Solubilidad
100 g de H2O
A 20oC 
5 g de NaCl
100 g de H2O
A 20oC 
20 g de NaCl
100 g de H2O
A 20oC 
36 g de NaCl
Solución diluida Solución concentrada Solución saturada
100 g de H2O
A 20oC 
37 g de NaCl
Por ejemplo, experimentalmente a 20oC, en 100 g de H2O se disuelve
como máximo hasta 36 g de NaCl(s)
Solución sobresaturada
6
•5
Factores que 
afectan la 
solubilidad
• Temperatura
• Presión
• Naturaleza del soluto - solvente
7
•5
En general, en 
disoluciones con 
soluto sólido o 
líquido, son más 
solubles a mayor 
temperatura. 
Factores que afectan la solubilidad
• Temperatura:
8
•5
Los procesos de
disolución de sólidos
pueden ser exotérmicos
o endotérmicos.
𝑺𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 + 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆 + 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓
→ 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 (𝒑𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒆𝒏𝒅𝒐𝒕𝒆𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐)
𝑺𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 + 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆
→ 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 + 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 (𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒆𝒙𝒐𝒕𝒆𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐)
9
•5
𝑺𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 + 𝒔𝒐𝒍𝒗𝒆𝒏𝒕𝒆 → 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 + 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 (𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝒆𝒙𝒐𝒕𝒆𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐)
Para solutos gaseosos, la
solubilidad varia en forma inversa
con la temperatura, generalmente.
Este hecho se explica de la
siguiente manera: al aumentar la
temperatura, se incrementa la
energía cinética de las moléculas
gaseosas, estas abandonan el
disolvente, por lo tanto la cantidad
de gas disuelto en la solución es
menor, o sea, la solubilidad del gas
has disminuido.
10
•5• Presión:
La presión externa no tiene influencia sobre la solubilidad de líquidos
y sólidos; pero, afecta enormemente la solubilidad de los gases.
Soluto gaseoso 
no disuelto
Solvente líquido
P1 (menor) P2 (mayor)
P1 < P2
(el aumento de presión aumenta la solubilidad)
11
•5
0
H2
0
N2
0
CH4
0
O2
0
Ar
0
NO
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
S
o
lu
b
il
id
a
d
 (
m
g
 g
a
s
/
1
0
0
 g
 a
g
u
a
)
Presión del gas (atm)
Variación de la solubilidad de los gases con la presión Soluto
Gas M mg/L (sol)
N2 0,69 x 10
-3
1,93
CO 1,04 x 10-3 2,91
O2 1,38 x 10
-3
4,42
Ar 1,50 x 10-3 6,00
Kr 2,79 x 10-3 23,38
Solubilidad
Masa molar:
De manera general, la
solubilidad de un gas aumenta
con la masa molar.
12
•5
El CO2 inyectado a presión en una
gaseosa se escapa cuando se
destapa la botella.
Durante el fenómeno del niño en
nuestro país, murieron muchos
peces por asfixia o falta de oxígeno.
Al aumentar la temperatura del mar
la solubilidad de O2 disminuye
13
Fuerzas de interacción soluto – solvente:
LO SEMEJANTE DISUELVE LO SEMEJANTE
• Naturaleza del soluto - solvente:
Solvente apolar 
Solvente polar disuelve
Soluto: iónico 
Soluto: polar 
disuelve Soluto: apolar 
14
Fuerzas de interacción soluto – solvente:
Los compuestos iónicos son solubles en solventes polares como el
agua, por interacción ion-dipolo.
El proceso por el cual las moléculas del solvente rodean a los iones o
moléculas del soluto se llama solvatación (para el caso del agua se
llama hidratación).
15
Para que se forme una solución líquida (las soluciones más
comunes) el soluto y el solvente deben tener afinidad química, es
decir, las interacciones sto-ste deben ser predominantes, es por ello
que los solutos polares o iónicos se disuelven muy bien en
disolventes polares.
soluto
solvente
∆𝐻1
sto – stoste – ste
∆𝐻2
disolución
∆𝐻3calor absorbido
calor absorbido
sto – ste
calor liberado
(endotérmico) (endotérmico)
(exotérmico)
∆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛= ∆𝐻3 − (∆𝐻1 + ∆𝐻2)
16
Como se ha visto en el proceso de dispersión, en la formación de una
solución puede haber absorción o emisión de calor, de acuerdo a
esto hay soluciones exotérmicas y endotérmicas.
La solución del CaCl2 es
exotérmica ( ∆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛< 0 ),
lo que hace que la
temperatura del agua aumente
de su valor inicial de 25 °C
La solución del NH4NO3 es
endotérmica ( ∆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛> 0 ),
por lo que la temperatura del
agua disminuye de su valor
inicial de 25 °C.
17
Los deportistas se benefician de ambas situaciones cuando utilizan
paquetes calientes o fríos para tratar sus lesiones.
Paquetes frios: 
MgSO4(s) ∆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 = − 91,2 kJ/mol
CaCl2(s) ∆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 = − 81,3 kJ/mol
Paquetes calientes:
Ambas clases de paquetes consisten en una bolsa interior con agua y
un producto químico seco, ya sea CaCl2 o MgSO4 para los paquetes
calientes, y NH4NO3 para los fríos. Cuando se oprime el paquete, la
bolsa interior se rompe y el sólido se disuelve, con lo que la
temperatura aumenta o disminuye
NH4NO3(s) ∆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 = + 25,7 kJ/mol
18
• 5
PROBLEMA 1
Se preparó las siguientes
soluciones:
• Sol-X: a 20 ºC, 66 g de KCl
disuelto en 200 g de agua.
• Sol-Y: a 40 ºC, 70 g de NaCl,
disuelto en 200 g de agua.
• Sol-Z: a 60 ºC, 150 g de Na2SO4,
disuelto en 400 g de agua.
Indique cuáles son soluciones
saturadas.
20°C 40°C 60°C 80°C
NaCl 36 36,6 37,3 38,4
KCl 33 39 45 51
KNO3 30 60 110 168
Na2SO4 17 47 43 35
Ce2(SO4)3 10 6 4 1
SOLUBILIDAD (g/100g H2O)SOLUTO
A) Solo X B) solo Y C) solo Z D) X y Z E) X, Y y Z
Rpta A
19
• 5PROBLEMA 2 
A 40 ºC, se disolvió 156 g de KCl en 400 g de agua para
obtener una solución. ¿Cuál(es) de las siguientes proposiciones
son correctas?
I. Si se enfría a 20 ºC, precipitan 24 g de KCl
II. Si se calienta a 60 ºC, se requiere 24 g de KCl, para saturar
la solución
III. El proceso de disolución es exotérmica.
A) Solo I B) solo II C) solo III D) I y II E) I, II y III
Rpta D
20
•5
PROBLEMA 3 
A 25 ºC, una solución saturada de cianuro de sodio (NaCN) se
obtiene disolviendo 48 g de NaCN en 100 g de agua. ¿Cuántos
gramos de NaCN se requieren para preparar 296 gramos de
solución saturada de NaCN?
A) 100 B) 96 C) 130 D) 140 E) 150
Rpta: B
21
2 Unidades físicas de concentración
• PARTES POR MILLON
• PORCENTAJE EN VOLUMEN
• PORCENTAJE EN MASA
• PORCENTAJE MASA - VOLUMEN
UNIDADES
FÍSICAS
No dependen de la naturaleza química de los componentes.
22
Unidad
Concepto Fórmula de cálculo
Nombre Símbolo
Porcentaje
en masa
%(m/m)
Gramos de soluto en 100g 
de solución
Porcentaje
en volumen
%(v/v)
Mililitros de soluto en 100 
mL de solución
Porcentaje en 
masa-volumen
%(m/v) 
Gramos de soluto en 100 
mL de solución
Partes por 
millón
ppm
Miligramos de soluto en 
1litro o de solución
% m/m =
masa de soluto
masa de solucion
. ​​​​𝟏𝟎𝟎
% v/v =
volumen de soluto
volumen de solucion
. ​​​​𝟏𝟎𝟎
% m/v =
masa en gramos de soluto
mililitros de solucion
. ​​​​𝟏𝟎𝟎
ppm =
miligramos de soluto
litros de solucion
2 Unidades físicas de concentración
23
• 7PROBLEMA 4
La soluciones de cianuro de sodio (NaCN) se utilizan para
disolver (lixiviar) el oro presente en los minerales. En general
se utiliza una solución que contiene 4 % masa de NaCN y
1% masa de Ca(OH)2. Si se requiere preparar 500kg de
solución lixiviante. ¿Qué masa, en kilogramos, de NaCN
sólido se debe disolver en agua ?
A) 5 B) 10 C) 15 D) 20 E) 25
Rpta: D
24
•7
PROBLEMA 5
El ácido nítrico concentrado (la forma en que la mayoría de
laboratorios compra HNO3) contiene 69 % en masa de HNO3
y densidad 1,5 g/mL. Si se extraen del frasco 100 mL de ácido
concentrado para una reacción. ¿Qué masa, en gramos, de
soluto (HNO3) contiene la muestra extraída?
A) 45,5 B) 70,6 C) 95,5 D) 104,2 E) 110,8
Rpta: D
25
•7
PROBLEMA 6
El ácido clorhídrico concentrado (la forma en que la mayoría
de laboratorios compra HCl) contiene 37,2 % masa de HCl y
densidad 1,1 g/mL. Si se requieren 10 g de HCl para una
reacción. ¿Qué volumen, en mL, de la solución de HCl
concentrada deben separarse en una probeta?
A) 8,2 B) 12,5 C) 24,4 D) 30,9 E) 30,5
Rpta: C
26
3 Unidades químicas de concentración
Dependen de la naturaleza química de los componentes.
• FRACCIÓN MOLAR
• NORMALIDAD
• MOLARIDAD
• MOLALIDAD
UNIDADES
QUÍMICAS
27
Unidad
Concepto Fórmula de cálculo
Nombre Símbolo
MOLARIDAD
M
Se lee 
“molar”
Indica el número de moles de
soluto disueltos en un litro de
solución.
NORMALIDAD
N
Se lee 
“normal”
Indica el número de
equivalentes de soluto
disueltos en un litro de
solución.
MOLALIDAD
m
Se lee 
“molal”
Indica el número de moles de
soluto disueltos en un
kilogramo de solvente.
FRACCIÓN 
MOLAR
Xsto
Se lee 
“fracción 
molar de 
soluto”
Es un número decimal, que
indica la parte o fracción de
moles de soluto por mol de la
solución.
𝐌​​​​=
moles de soluto
litros de solucion
=
𝒏
𝑽(𝑳)
𝐍​​​​=
Equivalentes de soluto
litros de solucion
=
Eq
𝑽(𝑳)
𝒎​​​​=
moles de soluto
kilogramos de solvente
=
𝒏
𝒎(𝒌𝒈)
𝐗sto =
moles de soluto
moles de solucion
𝐗ste =
moles de solvente
moles de solucion
Unidades químicas de concentración3
28
• 6
convertir:
Porcentaje en masa
Molalidad
Fracción molar
En: Porcentaje en volumen
Porcentaje en m/V
Molaridad
Normalidad
Conversión de unidades: 
La concentración es una propiedad intensiva por lo que la
cantidad de solución de la que se dispone no tiene que ser dato
del problema para convertir a otra unidad. Sin embargo
conviene elegir bien qué cantidad asumir para facilitar la
resolución del problema.
La densidad de la solución se requiere para:
29
UNIDAD DE 
PARTIDA
CONVIENE 
ASUMIR
CONSECUENCIA 
NUMÉRICA
%m/msto 100 g (sol) msto = %m/msto
%V/Vsto 100 mL (sol) Vsto = %V/Vsto
%m/V 100 mL (sol) msto = %m/V
M 1L (sol) nsto = M
N
(N = M) 1L (sol)
#eqsto = N
nsto = N/
m 1kg (ste) nsto = m
Xsto nsto + nste =1 nsto = Xsto
30
•6
PROBLEMA 7
Las disoluciones de nitrato de plata se utilizan en la detección
de huellas digitales. La disolución se prepara disolviendo 30 g
de AgNO3 en agua, hasta obtener un volumen final de 1,00 L.
¿Cuál es la molaridad, en mol/L de esta solución?
ҧ𝐴𝑟 : N = 14, O = 16, Ag = 108
A) 0,10 B) 0,15 C) 0,18 D) 0,22 D) 0,25
Rpta: C
31
•6
PROBLEMA 8
Las huellas digitales impresas sobre sangre pueden detectarse
usando una mezcla acuosa con colorante negro amido. Uno de
los ingredientes de esta mezcla es una disolución de ácido
cítrico preparada disolviendo 38,0 g de ácido cítrico (C6H8O7).
en agua, hasta obtener un volumen final de 2,00 L. ¿Cuál es la
molaridad, en mol/L de la disolución de ácido cítrico?
ҧ𝐴𝑟 : H = 1, C = 12, O = 16
A) 0,13 B) 0,16 C) 0,18 D) 0,10 D) 0,22
Rpta: D
32
•6
PROBLEMA 9
Se tiene las siguientes disoluciones:
• X: 4,25 L de Ba(NO3)2 de concentración 2,2 M
• Y: 1,89 L de Ba(NO3)2 de concentración 0,5 M
• Z: 1,25 L de Ba(NO3)2 de concentración 3,5 M
De las tres disoluciones ¿Cuál es la solución que contiene
menor y mayor cantidad de moles de Ba(NO3)2 ,
respectivamente?
A) X y Z B) Y y X C) X y Y D) Z y X D) Y y Z
Rpta: B
33
4 Operaciones con soluciones
• DILUCIÓN
Proceso físico en que se agrega más solvente a una solución con
el objetivo de disminuir la concentración (C) inicial.
𝐶1 × 𝑉1 = 𝐶2 × 𝑉2
𝑛𝑠𝑡𝑜1 = 𝑛𝑠𝑡𝑜2
𝑉1 + 𝑉𝐻2𝑂 = 𝑉2
Considerando volúmenes aditivos
34
4 Operaciones con soluciones
• MEZCLA DE SOLUCIONES
Proceso físico en el cual dos o más soluciones de un mismo
soluto, son mezclados en proporciones variables, para obtener
una solución final de concentración intermedia.
𝐶1 × 𝑉1 + 𝐶2 × 𝑉2 = 𝐶3 × 𝑉3
𝑉1 + 𝑉2 = 𝑉3
𝑛𝑠𝑡𝑜1 + 𝑛𝑠𝑡𝑜2 = 𝑛𝑠𝑡𝑜3
Considerando volúmenes aditivos
35
•7
PROBLEMA 10
¿Calcular la molaridad, en mol/L, de una disolución preparada
al mezclar 800 mL HCl(ac) 3,5 M con 400 mL HCl(ac) 0,5 M?.
Considere los volúmenes aditivos.
A) 1,5 B) 2,0 C) 2,5 D) 3,0 E) 3,25
Rpta. C
36
•7PROBLEMA 11
Un laboratorista encuentra 3 frascos que contienen soluciones
acuosas de NaOH, con diferentes concentraciones, siendo la
información de su rotulado el siguiente:
• Solución X: 250 mL, 0,5 M,
• solución Y: 450 mL, 2 M
• solución Z: 600 mL, 3,5 M
Si él decide mezclar el contenido de los tres frascos para
utilizarlo en otro experimento ¿Cuál será la molaridad final, en
mol/L de la solución obtenida?
A) 1,5 B) 2,4 C) 2,8 D) 3,0 E) 3,2
Rpta. B
37
•7
PROBLEMA 12
El test de Erlich, es una prueba de laboratorio para detectar
una droga alucinógena como el LSD y suele requerir una
disolución acuosa de HCl 3,25 M. Si se tiene dos
disoluciones de HCl, Solución W (5,0 M) y solución Z (2,0 M)
y se requieren 100,8 mL de solución HCl 3,25 M para una
prueba de laboratorio ¿Qué volumen, en mL, la solución W y
de la solución Z, respectivamente, deben utilizarse para la
mezcla?
A) 10, 8 y 90,0 B) 22,8 y 72,8 C) 33,0 y 66,8
D) 42,0 y 58,8 E) 50,0 y 50,8
Rpta: D
38
PROBLEMA 13
Calcule la molaridad, en mol/L acuosa, preparada al diluir
200 mL de NaOH(ac) 2,0 M agregándole agua hasta obtener un
volumen de 2000 mL de solución diluida.
A) 0,1 B) 0,2 C) 0,5 D) 0,7 E) 1,0
Rpta: B 
39
PROBLEMA 14
Calcule la molaridad, en mol/L, de una solución preparada al
diluir 400 mL de NaOH(ac) 2,0 M agregándole 600 mL de agua
destilada.
A) 0,4 B) 0,6 C) 0,8 D) 1,0 E) 1,2
Rpta: C
40
PROBLEMA 15
Una forma de detectar LSD es el test de Erlich, que requiere
una solución acuosa de HCl 3,25 M. El ácido clorhídrico
concentrado 12,1 M, es la forma en que la mayoría de
laboratorios compra HCl acuoso. Si se requieren 100 mL de
solución HCl 3,25 M ¿Qué volumen, en mL, de HCl
concentrado deben diluirse?
A) 10,24 B) 16,52 C) 22,45 D) 26,85 E) 30,54
Rpta: D
41
•8Cálculo estequiométrico5
El cálculo estequiométrico de soluciones sigue las reglas del
cálculo estequiométrico ya conocidos. Los coeficientes
estequiométricos de la ecuación química condicionan las
relaciones molares de las sustancias.
Se recomienda seguir los siguientes pasos:
1. Determinar las moles de las sustancia del “dato” de problema.
2. Relacionar según los coeficientes estequiométricos, la
cantidad de sustancia “dato” con las moles de la sustancia
considerada la “incógnita” del problema.
3. Determinar, a partir de las moles halladas, la respuesta .
42
•8Cálculo estequiométrico5
Los pasos 1 y/o 3 pueden involucrar, como en capítulos
previos, cálculos de reactivo limitante, rendimiento y pureza
del reactivo. Los problemas que involucran
concentraciones porcentuales en masa se pueden resolver
de modo similar a los que involucran un porcentaje de
pureza de una sustancia en una muestra.
Adicionalmente, se puede hallar fácilmente las cantidades
de sustancias a partir de unidades químicas de
concentración, usando las definiciones que se estudiaron
anteriormente.
43
•8
PROBLEMA 16
El hidróxido de magnesio Mg(OH)2 es el componente principal
de la leche de magnesia, un producto utilizado para neutralizar
el ácido clorhídrico (HCl) presente en el jugo gástrico, cuando
hay acidez estomacal. ¿Cuántos gramos de hidróxido de
magnesio se requieren para neutralizar 5 mL de HCl 2,0 M? Si
ocurre la siguiente reacción:
Mg(OH)2 + 2HCl(ac) → MgCl2(ac) + 2H2O(l)
ҧ𝐴𝑟 : H = 1, O = 16,Mg = 24
A) 0,06 B) 0,13 C) 0,18 D) 0,22 E) 0,29
Rpta: E
44
• 8PROBLEMA 17
El “caliche” o carbonato de calcio CaCO3(s) es un producto de
la descomposición del bicarbonato de calcio presente en el
agua, cuando se pone a hervir agua del rio en la tetera o
caldero. La amas de casa utilizan vinagre (contiene 5 % masa
de ácido acético) para eliminar el “caliche” de las teteras.
¿Qué masa, en gramos, de vinagre se requieren para eliminar
80 g de “caliche”?
CaCO3(s) + 2CH3COOH(ac) → (CH3COO)2Ca (ac) + H2O(l) + CO2(g)
ҧ𝐴𝑟 : H = 1, C = 12, O = 16, Ca = 40
A) 1920 B) 1860 C) 1680 D) 1480 E) 1270
Rpta: A
45
•8PROBLEMA 18
El gas hidrógeno se utiliza para inflar globos elásticos y usarlos
con diferentes fines. Un estudiante quiere obtener hidrógeno a
partir de la siguiente reacción:
Zn(s) + 2HCl(ac) → ZnCl2(ac) + H2(g)
Si utiliza 100 g de Zn y ácido clorhídrico concentrado 12 molar.
¿Qué volumen, en mL, de esta solución ácida necesita para
oxidar todo el Zn?
ҧ𝐴𝑟 : Zn = 65,3
A) 100,2 B) 127,4 C) 255,2 D) 450,4 E) 520,2
Rpta: C