Taller disoluciones: Concentraciones y titulaciones acido-base

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS

Talleres Complementarios de Química

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TALLER

DISOLUCIONES: CONCENTRACIONES Y TITULACIONES ACIDO-BASE

En Química se calculan masas a partir de mediciones de sólidos y su concentración en disoluciones. Se preparan disoluciones de concentraciones conocidas para titular disoluciones de muestras o para calibrar instrumentos. A partir de la concentración y el volumen de una disolución se puede calcular la masa del analito. A partir de la masa de los reactivos se calcula la masa del producto. Para llevar a cabo todos estos cálculos se deben conocer los fundamentos de la estequiometria, es decir, de las relaciones en las que reaccionan los reactivos, y de la aplicación de factores de conversión para obtener los resultados esperados.

Para expresar las concentraciones de disoluciones, el concepto de mol es de gran importancia en Química, ya que se hace necesario conocer las relaciones volumétricas en las que intervienen disoluciones de diferentes sustancias.

Se hace necesaria la revisión de conceptos fundamentales de masa, moles y equivalentes, así como la manera de expresar los resultados analíticos para sólidos y líquidos.

DISOLUCIONES

Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más componentes y cuya composición puede variar. Los principales componentes de una disolución son el soluto y el disolvente. Los solutos que se disocian y originan disoluciones conductoras se denominan electrolitos. Los electrolitos pueden ser fuertes o débiles. Los electrolitos fuertes se disocian totalmente, mientras que los electrolitos débiles se disocian parcialmente.

CONCENTRACIONES

En química es fundamental conocer la química de las disoluciones, así como, la relación de concentración entre reactivos y productos en disolución. La concentración de las disoluciones se puede expresar de varias maneras: concentración porcentual, concentración molar y las partes por millón (ppm) y partes por billón (ppb).

Concentración porcentual.

Frecuentemente, la concentración se expresa como un porcentaje, dentro de los cuales los más comunes son:

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De las tres expresiones anteriores, el porcentaje en peso es el único que es independiente de la temperatura, y frecuentemente se utiliza para expresar la concentración de disoluciones acuosas comerciales, como por ejemplo, los ácidos grado analítico.

Concentración molar.

La molaridad, M, expresa el número de moles de soluto por litro de disolución. También se puede expresar como los milimoles de soluto por mililitro de disolución.

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Concentración normal.

La normalidad, N, expresa el número de equivalentes de soluto por litro de disolución, o el número de miliequivalentes por mililitro de disolución.

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Partes por millón y partes por billón.

La manera más conveniente para expresar la concentración de disoluciones muy diluidas, son las partes por millón  y las partes por billón . Estas concentraciones de masa, son aceptadas por la IUPAC, y se utilizan para medir cantidades muy pequeñas de los diferentes elementos que se encuentran en una mezcla, dichos elementos se denominan trazas. [pic 7][pic 8]

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De igual manera:

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1. Una solución blanqueadora comercial contiene 3,65 % de hipoclorito de sodio, NaOCl. Calcular la masa de NaOCl en un recipiente que contiene 2000 g de dicha solución blanqueadora.

1. ¿Qué cantidades en masas se necesitan para preparar 350 g de una disolución de hidróxido de sodio, NaOH, al 12 %?

1. El suero oral que se utiliza para rehidratar a los enfermos, generalmente es una solución de sacarosa, C12H22O11, de concentración 0,150 M. ¿Qué cantidad de sacarosa se necesita para preparar 500 mL de suero?

1. Calcule la molaridad (M) de las siguientes disoluciones:

1. 25 g de etanol, CH3CH2OH, en suficiente agua, para obtener 500 mL de disolución.
2. 30 g de ácido nítrico, HNO3, disueltos en suficiente agua para preparar 250 mL de disolución.
3. 35 g de cloruro de sodio, NaCl, en agua suficiente, para preparar 250 cm3 de la respectiva disolución.

1. Determine la molaridad de una disolución de KCl al 75 % en peso-volumen.

1. Se miden 500 mL de una disolución 3,0 M de NaOH, y se evaporan hasta sequedad. ¿Qué cantidad en gramos de NaOH, estaban disueltos en dicha disolución?

1. ¿Cuántos mL de una disolución de nitrato de calcio, Ca(NO3)2  1,5 M, se deben evaporar para obtener 25,0 g de de Ca(NO3)2 sólido?

1. Se tienen 500 mL de una disolución 3,60 M de ácido sulfúrico, H2SO4, y se diluyen hasta obtener un volumen de 4,50 L.

1. ¿Cuál será la molaridad de la disolución resultante?
2. ¿Cuántas moles de soluto hay en la disolución original?
3. ¿Cuántas moles de soluto habrán en la disolución final?

1. La principal fuente de energía en nuestro organismo es la glucosa, C6H12O6, también conocida como “azúcar de la sangre”. ¿Cuál será la molalidad (m) de una disolución que contiene 2,58 g de glucosa disueltos en 25,0 g de agua?

1. Las baterías que se utilizan en los automóviles tienen ácido sulfúrico, H2SO4 a una concentración del 20% P-P y una densidad de 1,14 g/mL a 20oC. ¿Cuál será la molaridad, molalidad y la normalidad del ácido?  

1. El benceno, C6H6, es un líquido inflamable y se sospecha que es un agente cancerígeno, al igual que el tetracloruro de carbono, CCl4. Si se prepara una disolución, cuya densidad es de 1,238 g/mL, mezclando 25,0 mL de benceno de densidad 0,941 g/mL y 75,0 g de, CCl4, determine para la disolución:

a. % P-P               b. Molaridad ( M )               c. Molalidad ( m )               d. XBENCENO

1. Se disuelven 15,0 g de ácido clorhídrico, HCl, en 50,0 g de H2O. La densidad de la disolución resultante es 1,06 g/cm3. Determine:

1. % p-p             b.  Molaridad.             c.  Molalidad.             d. Fracción molar del HCl

1. Se mezclaron 45,50 mL de etanol puro, C2H5OH, cuya densidad es 0,798 g/mL, y 95,80 g de agua. La densidad de la solución resultante fue de 0,945 g/mL. Determinar:

1. % p-p
2. % v-v
3. Molaridad.
4. Molalidad.
5. Fracción molar del etanol y del agua.

1. La clara de huevo está constituida por la proteína lisozima, cuyo peso molecular es de 13900 g/mol. ¿Qué cantidad de dicha proteína y de agua se necesitan para preparar 250 g de solución 0,01 m de lisozima?

1. Una disolución contiene 1,82 x 10-2 g de un compuesto X, disueltos en 2,135 g de benceno, C6H6. Si se sabe que la disolución es 0,0698 m, determine el peso molecular de dicho compuesto.

TITULACIONES ACIDO-BASE

1. De acuerdo al concepto de NEUTRALIZACIÓN, complete y balancee las siguientes reacciones:

1. Mg(OH)2   +   HCl     →
2. H2SO4    +    Al(OH)3     →    
3. Ca(OH)2   +   H3PO4     →

1. Se requiere neutralizar 4,30 mL de una muestra de ácido sulfúrico, H2SO4 0,4 M, con una disolución de hidróxido de potasio, KOH 0,638 M. ¿Cuántos mL de KOH se necesitan?

1. Se tienen 1,250 g de una muestra de hidróxido de magnesio, Mg(OH)2 impuro. Si se requieren 29,50 mL de disolución de HCl 0,6 M para su neutralización completa, ¿cuál será el porcentaje en masa de Mg(OH)2 presente en la muestra contaminada?

Mg(OH)2   +   HCl     →    

1. La Secretaría de Salud Pública decide analizar el vinagre que se está vendiendo en la ciudad de Cali, para saber si cumple o no con las normas de protección al consumidor. Para dicho análisis, se titularon 10,0 mL de vinagre, con una solución 1,5 M de hidróxido de sodio, NaOH, obteniéndose el punto de equivalencia con 8,2 mL de la soda. Sabiendo que el vinagre es una disolución de ácido acético, CH3COOH, al 5 % P/V, ¿dicho producto es apto para consumo humano?

CH3COOH (ac)    +   NaOH (ac)     →     CH3COONa (ac)   +   H2O (liq)

1. Una salsa de tomate comercial contiene ácido acético, CH3COOH, como conservante. La concentración de dicho ácido en la salsa debe ser 1,50% P-V aproximadamente, para poder ser consumida. Si 10,0 mL de dicha salsa se titularon con 3,2 mL de NaOH 1,15 M. Cumple o no la salsa con los requerimientos para su consumo.

CH3COOH (ac)   +   NaOH (ac)     →     CH3COONa (ac)   +   H2O (liq)   

1. El “cuchiflí”, es un producto comercial alimenticio (muy popular en la población estudiantil) que contiene ácido fosfórico, H3PO4, como antioxidante. La concentración de dicho ácido en el producto debe ser 1,50 % p-p aproximadamente, para poder ser consumido. Si 0,950 g de cuchiflí se neutralizaron con 3,2 mL de NaOH 0,25 M, se puede o no consumir el cuchiflí?.

H3PO4 (ac)   +   NaOH (ac)     →     Na3PO4 (ac)   +   H2O (liq)   

1. La leche agria se debe a la presencia del ácido láctico, C3H6O3. Se requieren 39,3  mL de NaOH 0,1733 N, para neutralizar completamente, una muestra de 0,612 g de ácido láctico puro. Determinar el peso equivalente del ácido láctico.

CH3- CH (OH)- COOH   +   NaOH     →     CH3- CH (OH)- COONa   +   H2O

1. La concentración de ácido clorhídrico, HCl, en el jugo gástrico de una persona que sufre de úlcera duodenal puede llegar a ser 0,077 M. Si diariamente se producen 3,0 L de jugo gástrico en el estómago, ¿cuántas pastillas a base de hidróxido de aluminio, Al(OH)3, de 0,5 g debe tomar al día, para contrarrestar la acidez estomacal?

1. Las aguas “duras” son aquellas que no forman espuma fácilmente con el jabón. El origen principal de las aguas duras se debe a la presencia de pequeñas cantidades de sales cálcicas disueltas, tales como, bicarbonato de calcio, Ca(HCO3)2, y sulfato cálcico, CaSO4. Para “ablandar” el agua, se deben precipitar o transformar los compuestos cálcicos, en compuestos sódicos solubles, de acuerdo a la reacción:

CaSO4   +   Na2CO3     →     CaCO3   +   Na2SO4

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