Ejercicios Prácticos sobre Disoluciones Químicas

1. Cálculo de Porcentaje en Masa y Molalidad del NaOH

Se disuelven 20 g de NaOH en 560 g de agua. Calcula: a) la concentración de la disolución en % en masa y b) su molalidad.
Datos: Ar(Na) = 23, Ar(O) = 16, Ar(H) = 1.

a) Porcentaje en masa:

• Masa de la disolución = 20 g (soluto) + 560 g (disolvente) = 580 g
• % NaOH = (masa soluto / masa disolución) × 100
• % NaOH = (20 / 580) × 100 = 3,45%

b) Molalidad (m):

• Masa molecular NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 g/mol
• Moles de NaOH = 20 g / 40 g/mol = 0,5 moles
• m = moles soluto / kg disolvente
• m = 0,5 moles / 0,56 kg = 0,89 m

2. Preparación de una Disolución de Glucosa

¿Qué cantidad de glucosa, C₆H₁₂O₆ (PM = 180 g/mol), se necesita para preparar 100 cm³ de disolución 0,2 molar?

• Molaridad (M): M = moles soluto / V(l) disolución
• Moles C₆H₁₂O₆ = M × V = 0,2 M × 0,1 l = 0,02 moles
• Masa necesaria = 0,02 moles × 180 g/mol = 3,6 g

3. Dilución de Ácido Nítrico Comercial

Se dispone de un ácido nítrico comercial concentrado al 96,73% en peso y densidad 1,5 g/ml. ¿Cuántos ml del ácido concentrado serán necesarios para preparar 0,2 l de disolución 1,5 M de dicho ácido?
PM (HNO₃) = 63 g/mol.

1. Moles de ácido puro necesarios: Moles = M × V = 1,5 M × 0,2 l = 0,3 moles.
2. Masa de HNO₃ puro: 0,3 moles × 63 g/mol = 18,9 g.
3. Masa de ácido comercial: Como la pureza es del 96,73%: (18,9 g / 0,9673) = 19,54 g de ácido comercial.
4. Volumen de ácido comercial: V = masa / densidad = 19,54 g / 1,5 g/ml = 13,03 ml.

4. Masa de Nitrato de Hierro (II) en Disolución

Calcula la masa de nitrato de hierro (II), Fe(NO₃)₂, que hay en 100 ml de disolución acuosa al 6%. Densidad de la disolución: 1,16 g/ml.

• Masa de la disolución = V × d = 100 ml × 1,16 g/ml = 116 g.
• Masa de soluto (6%) = 116 g × 0,06 = 6,96 g de Fe(NO₃)₂.

5. Procedimiento de Preparación de HCl 0,1 M

Indica de qué modo prepararías ½ litro de disolución 0,1 M de HCl si disponemos de un HCl concentrado del 36% y densidad 1,19 g/ml.

Cálculos:

• Moles necesarios = 0,1 M × 0,5 l = 0,05 moles.
• Masa de HCl puro = 0,05 moles × 36,5 g/mol = 1,825 g.
• Masa de HCl comercial (36%) = 1,825 g / 0,36 = 5,07 g.
• Volumen comercial = 5,07 g / 1,19 g/ml = 4,26 ml.

Preparación: En un matraz aforado de ½ l que contenga algo de agua destilada, se introducen 4,26 ml del HCl concentrado utilizando una pipeta (con propipeta). Se agita con cuidado y se enrasa con agua destilada hasta los 500 ml.

6. Análisis Completo de una Disolución de Cloruro Amónico

Se disuelven 30,5 g de cloruro amónico (NH₄Cl) hasta obtener 0,5 l de disolución (densidad = 1027 kg/m³).
PM (NH₄Cl) = 53,5 g/mol.

• Masa disolución = 500 ml × 1,027 g/ml = 513,5 g.
• Masa disolvente (agua) = 513,5 g – 30,5 g = 483 g (0,483 kg).
• a) % en masa: (30,5 / 513,5) × 100 = 5,94%.
• b) Molaridad: (30,5 / 53,5) / 0,5 l = 1,14 M.
• c) Molalidad: (30,5 / 53,5) / 0,483 kg = 1,18 m.
• d) Fracciones molares:
  • Moles soluto = 0,57; Moles agua = 483 / 18 = 26,83.
  • X_soluto = 0,57 / (0,57 + 26,83) = 0,02.
  • X_disolvente = 1 – 0,02 = 0,98.

7. Propiedades del Ácido Sulfúrico Concentrado

Un ácido sulfúrico concentrado (d = 1,8 g/ml) tiene una pureza del 90,5%.
PM (H₂SO₄) = 98 g/mol.

• a) Concentración en g/l: En 1 litro (1800 g), hay 1800 × 0,905 = 1629 g/l.
• b) Molaridad: 1629 g / 98 g/mol = 16,62 M.
• c) Volumen para preparar 0,25 l de 0,2 M:
  • Moles necesarios = 0,2 × 0,25 = 0,05 moles.
  • Masa pura = 0,05 × 98 = 4,9 g.
  • Masa comercial = 4,9 / 0,905 = 5,41 g.
  • Volumen = 5,41 g / 1,8 g/ml = 3 ml.

8. Ácido Sulfhídrico: Molaridad, Molalidad y Normalidad

En 40 g de agua se disuelven 5 g de H₂S (PM = 34 g/mol). Densidad = 1,08 g/cm³.

• a) % masa: 5 / (5 + 40) × 100 = 11,11%.
• b) Molalidad: (5 / 34) / 0,04 kg = 3,68 m.
• c) Molaridad: Volumen = 45 g / 1,08 g/ml = 41,67 ml. M = (5 / 34) / 0,04167 l = 3,53 M.
• d) Normalidad: Al ser diprótico, N = M × 2 = 3,53 × 2 = 7,06 N.

9. Mezcla de Disoluciones de HCl

Se desea preparar 1 l de HCl 0,5 M mezclando la disolución A (5%, d = 1,095 g/ml) y la disolución B (0,1 M).

• Molaridad de A: (1095 g × 0,05 / 36,5 g/mol) / 1 l = 1,5 M.
• Cálculo de volúmenes:
  • V_A + V_B = 1
  • 1,5 V_A + 0,1 V_B = 0,5
  • 1,5 V_A + 0,1 (1 – V_A) = 0,5 → V_A = 0,286 l; V_B = 0,714 l.

10. Presión de Vapor (Ley de Raoult)

Calcula la presión de vapor de la disolución: 500 cm³ de agua + 100 g de azúcar (C₁₂H₂₂O₁₁). P_v agua = 55,3 mm Hg.

• Moles azúcar = 100 / 342 = 0,292 moles.
• Moles agua = 500 / 18 = 27,78 moles.
• X_disolvente = 27,78 / (27,78 + 0,292) = 0,9896.
• P = P₀ × X_disolvente = 55,3 × 0,9896 = 54,73 mm Hg.

11. Determinación de Masa Molecular por Presión Osmótica

0,1 g de enzima en 20 ml de benceno producen una presión osmótica de 2,65 mm Hg a 25ºC.

• π = 2,65 / 760 = 0,00348 atm.
• Usando πV = nRT: 0,00348 × 0,02 = n × 0,082 × 298.
• n = 2,857 × 10^-6 moles.
• Masa molecular = masa / n = 0,1 g / 2,857 × 10^-6 mol = 35.000 g/mol.