Química
18
SolucionesI
CONCEPTO Son mezclas homogéneas de dos o más componentes constituidas en una sola fase, es decir, no existe forma de diferenciar los componentes. Las soluciones pueden ser moleculares molecular es o iónicas y están constituidas por una sustancia que está en menor proporción denominada soluto y otra que está en mayor proporción proporción que se denomina solvente o disolvente. DISOLVENTE Y SOLUTO Disolvente Se considera como la fase dispersante, en la que se disuelve el soluto. Existen varios tipos de solventes orgánicos como el alcohol, éter, benceno, etc. o inorgánicos como el ácido sulfúrico y muchos otros entre los que se destaca el agua como solvente universal. Soluto Es el que forma la fase que se dispersa y puede ser sólido, líquido o gaseoso. Solución Iónica
Donde: Soluto (Sto) : NaCl Solvente (Ste) : H2O
NaCl
+
H 2O
-
+
-
-
+
-
+
Solución Molecular
C12H22O11 azúcar
H2O
El azúcar es la base de la producción del vinagre. vin agre. Cualquier solución diluida en azúcar fermentable puede transformarse en vinagre en condiciones favorables, por ejemplo el vinagre de piña. Todo vinagre se obtiene por un proceso bioquímico que es el resultado de la acción de microorganismos. Entre sus usos tenemos que el vinagre de piña es un resaltador del sabor, es un preservante de los alimentos, es un agente antibacterial, además corta las grasas y neutraliza los malos olores.
Aquí están dispersados iones Na +, iones Cl - y moléculasdeagua;esuna solución iónica.
+
+
Solución (Sol)
El vinagre de piña es esencialmente una solución diluida de ácido acético hecho por fermentación, a la que se le agrega sales y extractos de otras materias. Estas sustancias adicionales, cuya naturaleza y cantidad exacta dependen sobre todo del ingrediente utilizado, dan al producto su calidad distintiva.
Donde: Soluto (Sto) : C12H22O11 Solvente (Ste) : H 2O
Solución (Sol)
Aquí están dispersados moléculas de azúcar y agua (H 2 O) en una solución molecular.
37
5to Secundaria SOLUBILIDAD
Ejemplo:
Es la cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente (100g de Ste.) a una determinada temperatura y presión. Cuando una sustancia se disuelve en un solvente determinado, se dice que es soluble, y de acuerdo con la proporción en que se disuelva se podrán obtener varios tipos de soluciones.
Si en 100 ml de agua se disuelven 25 ml de etanol, ¿cuál es el %V de la solución?
Gráfico de Solubilidad de algunas Sustancias en Agua con respecto a la Temperatura Temperatura 200
AgNO3
O 2 H e d g 0100 0 1 / g n e d a d i l i b u l o S
Solución: V(Sto) = 25ml V(Sol) = V(Sto)+V(Ste)=125 ml ∴
V = 25 ml x 100 = 20% 125ml
III. Molaridad (M)
Al2(SO4)3
KNO3
Es el número de moles de soluto disueltos en un litro de solución. M=
n (Sto) V (Sol)
KBr
Donde:
Na2SO4
20
40
60
80
NaCl
M : Molaridad n(Sto) : # de moles de soluto V(Sol) : Volumen de la solución en litros.
100 Temperatura(°C)
UNIDADES DE CONCENTRACIÓN
Sabemos que:
I. Porcentaje en Peso
n=
Es el peso del soluto para cada 100 unidades de peso de la solución. %W=
W M
Peso del soluto Peso Molecular M=
W(Soluto) x 100 W(Solución)
W/ M V
Ejemplo: Ejemplo: En un recipiente se disuelve 25g de NaOH en 95g de agua. ¿Cuál es el porcentaje en peso del NaOH en la solución? W(Sto) = 25g W (Ste) = 95g W(Sol) = 120 g Solución: W = 25 gx 100 = 20,83% 120g
II. Porcentaje en Volumen Es el volumen del soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.
38
Solución: W(Sto) = 21,2g M(Na2CO3)=23x2+12x1+16x3=106 V(Sol) = 100 ml = 0,1 litro. ∴
∴
%V=
Una solución contiene 21,2g de Na2CO3 disueltos en 100 ml de la solución. Calcula la molaridad.
V(Soluto) x 100 V(Solución)
21,2/106 M = =W/ M V 0,1 M = 2 moles / L
Química
1) Si la solubilidad de una sal es 80g/100g H2O a 40°C, halla el porcentaje en peso (%W) de la solución saturada.
La nueva solución tendrá 70ml y 30 ml de agua y alcohol etílico respectivamente; hallando el grado alcohólico:
Resolución: Cuando nos dicen que la solubilidad solubilid ad es de 80g/100 g H2O a 40°C nos dicen en realidad, que 80g de sal se disuelven en 100 g de H2O exactamente a una temperatura de 40°C. Para hallar el % W debemos saber que el soluto es la sal que se disuelve mientras que la solución será la sal más el agua. Luego: Wsto %W= x 100 = Wsol 80x 100 180
%W=
Entonces hay 30 ml de alcohol etílico puro con 50 ml de agua, luego al adicionar 20 ml de agua; será: AGUA ⇒ 50 ml + 20ml = 70 ml ALCOHOL ETÍLICO ⇒ 30 ml
% W = 44,44%
2) Se tiene una solución de agua y vinagre. Si se tiene 100 g de H2O y 30 ml de vinagre de una densidad 0,97 g/ml (DH O = 1g/ml), halla el % W del vinagre. 2
Resolución:
Para el agua : W H O = 100g 2 luego Wsol = WH O + Wvinagre 2 Wsol = 100 + 29,1 ⇒ Reemplazando en la fórmula: % W = 29,1 129,1
⇒
Wvinagre = 29,1g
Wsol = 129,1
x 100
Para este problema debemos hallar la cantidad de azúcar que participa y la cantidad de agua; pero como nos dan un volumen de agua de 50 ml y su densidad, entonces: entonces : D = W , luego: V WH2O DH O = = 1g/ml. 50 ml 2 WH O = 50 g 2
% W = 22,54%
3) En una botella botella se tiene 80 ml de H2O y alcohol etílico. El porcentaje de alcohol es 37,5%. Calcula el grado de alcohol si se le adiciona 20 ml de agua a dicha solución.
Después de haber hallado el W H O = 50g, como nos 2 dicen que contamos con 60g de solución, por diferencia podemos hallar el peso de azúcar; así: Wsolución
Resolución: Nos dan un porcentaje de alcohol inicial 37,5%, esto quiere decir que de los 80 ml de solución el 37,5% es de alcohol puro; entonces: 80 ml solución de agua y alcohol etílico
* Recordar que el volumen de la solución esel volumen de agua más el volumen de alcohol etílico.
Resolución:
Wvinagre 30 ml
Wvinagre = (0,97)30
Rpta.:
* En realidad realidad el grado grado alcohólico es el porcentaje en volumen (%V) aunque generalmente %V sólo se usa para gases.
4) Se prepara una solución de agua y azúcar, azúcar, si la solución pesa 60g, y para esta preparación se contaba con 50 ml de agua, halla el % W del azúcar. (Densidad del agua= 1 g/ml)
Wsto x 100 Wsol
Wsto = Wvinagre = ? * Pero Dvinagre= 0,97 =
% V = 30 mlx 100 100 ml
80 x 100 180
2
Para hallar %W =
Walcohol x 100 Wsolución
% V = 30%
Wsal x 100 = (Wsal + WH O )
⇒ Rpta.:
%V=
Alcohol Etílico 37,5%(80) = 30 ml Agua
80 ml – (30 ml) = 50 ml
60g
= WH O + Wazúcar 2 = 50g
+ Wazúcar
⇒
Wazúcar= 10 g
hallando el porcentaje en peso (% W). %W=
Wazúcar
W solución 10g %W= x 100 60g
x 100 ⇒
Rpta.: % W = 16,66%
39
5to Secundaria
1
Se disuelven 20g de azúcar en 140ml de agua.
3
Halla el % W en la solución.
¿Cuántos gramos de sal se deben disolver en 600ml de agua para formar una solución al 25%?
Resolución: Resolución:
Rpta:
2
Se disuelven 40g de NaOH en 200ml de alcohol de densidad, 0,8g/ml ¿Cuál es el %W en la so-
Rpta:
4
Una cantidad de 5L de solución contiene 189g de HNO3. Halla la molaridad de la solución.
lución? Resolución: Resolución:
Rpta:
40
Rpta:
Química 5
¿Cuántos gramos de soluto contiene 600 mililitros de una solución de Ca(OH)2 0,62 molar?
6
¿Qué volumen de solución de H 3PO4 0,25 molar contiene 4,9g de soluto? P.A. (H=1, P=31, O=16)
Resolución: Resolución:
Rpta:
Rpta:
7.
Indica la normalidad de una solución de Al(OH)3 0,37 molar.
10. Se disuelven disuelven 80g de NaOH en 5L de H2O. Calcula la molalidad de la solución. P.A. (Na=23, O=16, H=1)
8.
Calcula la normalid ad de una solución de Ca(OH)2 al 18,5% y densidad 0,8 g/ml. P.A. (Ca=40, O=16, H=1)
11. ¿Cuántos litros de agua deben disolver a 12,6g de HNO3 para formar una solución de concentración 1,25 molal.
9.
¿Cuántos equivalentes de soluto contiene 600 mililitros de una solución de KNO 3 0,092 N?
12. Se disuelven 35g de sal en 140ml de agua. Halla Halla el %W en la solución.
41
5to Secundaria
1.
Se disuelven 20g de azúcar en 600ml de alcohol de densidad 0,8 g/ml. Halla el % en peso en la solución.
7.
En un recipiente se disuelve 40 g de NaOH en 80 g de agua. ¿Cuál es el porcentaje en peso?
a) 20% a) 3 %
b) 4 %
d) 7,5 % 2.
d) 44,44%
b) 20
d) 40
8.
b) 2,50 M
d) 0,75 M
c) 0,25 M
9.
b) 0,980 N
d) 0,880 N
e) 1,35 N
b) 2,50 m
d) 3,25 m 6.
c) 1,75 m e) 1,00 m
En un recipiente se disuelve disuelve 30 g de KOH en 70 g de agua. ¿Cuál es el porcentaje de la solución? a) 33,50% d) 20,33%
42
c) 0,122 N
Se disuelven 630g de HNO3 en 4L de agua. Halla la molalidad. a) 1,25 m
e) 30%
Una solución contiene 21,2 g de Na2CO3 disueltos en 100 ml de la solución. Calcula la molaridad.
b) 2 M
d) 4 M
c) 3 M e) 5 M
10. Se ha disuelto 200g de NaOH, hasta formar 10 000 cm3 de solución. Halla la molaridad.
a) 1 M
5.
c) 43,38%
e) 0,01 M
Halla la normalidad de una solución de Ca(OH)2 0,49 molar. a) 0,245 N
b) 23,07%
d) 100%
e) 50
a) 1 M
4.
e) 120%
Si en 100 cm3 de agua se disuelven 30 cm 3 de alcohol, ¿cuál es el %V de la solución?
a) 13,47%
c) 30
Se disuelven 49 g de H2SO4 en agua formando 2L de solución. Halla la molaridad de la solución. P.A. (H=1, S=32, O=16) a) 1,25 M
c) 33,33%
e) 10 %
¿Cuántos gramos de sal se deben disolver en 360ml de agua para formar una solución al 10%? a) 10
3.
c) 5 %
b) 30%
b) 30%
b) 0,5 M
d) 2 M
c) 0,2 M e) 4 M
11. En 200g de H2O se disuelven 50g de NaOH. Determina el porcentaje en peso del soluto.
a) 80 %
b) 20 %
d) 50 %
c) 40 % e) 250 %
12. En 500 ml de agua se disuelven 250g de CaCO3. Determina el %W?
c) 22,55%
a) 33,3 %
e) 20%
d) 75 %
b) 44,4 %
c) 39,89 % e) 45 %
Química
19
SolucionesII
NORMALIDAD �N�
b) Para hidróxidos hidróxidos el númerode electrones transferidos será igual al número de radicales OH . _
Determina cuántos equivalentes gramos de soluto están presentes en cada litro de solución. Sea una solución de ácido sulfúrico 2N, significa que existe dos equivalentes gramos de ácido sulfúrico en cada litro de solución. N=
NaOH Ca(OH)2 Al(OH)3
θ = 1 θ = 2 θ = 3
#Eq – g (Sto) V(solución)
Hidróxidos: θ = # de OH– Peso Equivalente
Donde: N : Normalidad #Eq–g(Sto): Número de equivalentes de soluto. V(Solución) : Volumen de solución en litros. Nota:
#Eq – g =
W(Sto) Peq(g)
Peso o Masa Peso Equivalente
Peso molecular Parámetro de carga
Peq = M θ
Observación: Para determinar el equivalente de un compuesto se debe tener en cuenta la siguiente expresión: 1Eq =
M : Peso molecular del compuesto. θ : # de electrones transferidos.
M θ
a) Para ácidos el número de electrones transferidos transferidos será igual al número de hidrógenos.
HCl H2SO4 H4CO4 Ácido HCl H2SO4 H4CO4
M
NaOH
40
1
40
Ca(OH) 2
74
2
37
Al(OH) 3
78
3
26
θ
c) Para sales el número de electrones transferidos será igual a la carga neta del metal o la carga neta del anión. Na2SO4 CaCO3 Al2(SO4)3
θ = 2 θ = 2 θ = 6
Carga neta del metal. Sales: θ Carga neta del anión. Peso Equivalente
θ = 1 θ = 2
Peq
Hidróxido
Ácidos : θ = # de H+
θ = 4
Sal
Peso Equivalente M 36,5
θ
Peq
1
36,5
98
2
80
4
+2
θ
M
–2
Ca CO3
Peq
100
2
50
49
Ca3 (PO4)2 310
6
51,6
20
Al2 (SO4)3 342
6
57
+2
+3
–3
–2
43
5to Secundaria Problema: Se disolvió 80g de hidróxido de sodio en agua hasta completar un volumen de 250ml de solución. Halla la normalidad de la solución.
RELACIÓN ENTRE NORMALIDAD Y MOLARIDAD
Solución:
N = Mθ
W(Sto) = 80 g V(Sol) = 250 ml = 0,25 litros M (NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 Peq (NaOH) =
M = θ
#Eq – g (NaOH) = N=
∴
Ejemplo: Se tiene una solución de Al(OH)3 4,5N. Determina la molaridad.
40 = 40 1
Solución: Sabiendo: N = Mθ
80 W = 40 = 2 Peq
2 N = 0,25= 8Eq–g / L
C1 + C2 X1
X2 Cf =
Cf Xf = X1 + X2
N1 x V1 = N2 x V2 ;
C1X1 + C2X2 X1 + X2
Ejemplo: Se mezclan 4 litros de H 2SO4 3M con 6 litros de H2SO4 1M. Determina la molaridad de la mezcla. Solución:
+
H2SO4
Cf =
6L 1M
Resolución: La neutralización se da cuando reacciona un ácido con una base generalmente, o sea que la neutralización es un tipo de reacción química, por citar un ejemplo cuando bebemos un vaso de leche, en nuestro n uestro estómago se encuentran los ácidos gástricos que reaccionarán con la leche que es de carácter carác ter básico, entonces ocurre neutralización en nuestro estómago. Ahora en el problema.
Para determinar la concentración de una mezcla bastará con calcular el promedio ponderado de concentraciones.
44
M =1,5
1) Se desea neutralizar neutralizar 800 ml de un ácido de 2,1N 2,1N con NaOH 2,4M, ¿qué volumen de NaOH se emplea?
MEZCLA DE SOLUCIONES
4L 3M
⇒
W/Peq #Eq – g = V(Sol) V(Sol)
Respuesta : La concentración es 8N.
∴
4,5 = M x 3
H2SO4
3x4+1x6 18 = = 1,8 M 4+6 10
H2SO4
10 L x M = Cf
esta fórmula fórmula será será útil para para problema problemass de neutral neu tralizac ización ión y titulación de soluciones. donde: N1 : Normalidad del ácido. V1 : Volumen del ácido. N2 : Normalidad de la base (NaOH). V2 : Volumen del NaOH. Pero no tenemos N2 y como sabemos que: N = θ . M donde θ varía según las sustancias, en el caso de las bases es el número de iones hidróxidos (OH)– que participan en la formación del compuesto. En el caso del NaOH será θ =1 ya que Na+ + OH – → NaOH sólo participa 1(OH) –. luego: N2 = θ . M N2 = 1 x (2,4) Dato N2 = 2,4 En la fórmula:
Rpta.:
N1 x V1 = N2 x V2 (2,1) (800) = (2,4) . V2 (2,1) (800) V2 = (2,4) V2
= 700 ml
Química 2) Se tiene que diluir un volumen volumen de 600 ml de ácido ácido sulfúrico 5 molar, utilizando 1,5 litros de agua. ¿Cuál será la molaridad después de la dilución?
nHCl =
WHCl = MHCl
300 36,5
nHCl = 8,219 moles
Resolución: Para el tipo de problema donde sea un proceso de dilución, se utilizará: M1 x V1 = M2 x V2 ; donde M : es la concentració concentración n molar. V : Volumen En el problema: M1 = 5M V1 = 600 ml
M2 = ? V2 = V1 + VH O 2
ácido concentrado
ácido diluido
* V H O : volumen 2 de agua empleado en la dilución. Luego: V2 = (600 + 1500) V2 = 2100 ml Reemplazando en: M1 x V1 = M2 x V2 5 x 600 = M2 x 2100
Luego hallando el volumen de la solución (Vsol), como nos dan la densidad de la solución, entonces podemos hallar su volumen, para una determinada masa de la misma. W V Wsol Dsol = Vsol Wsol Vsol = D sol D=
Vsol = 1500 1,46 Vsol = 1027,4 ml = 1,0274 L Convertimos a litros ya que para hallar la molaridad el volumen tiene que estar en litros. Luego:
Rpta.:
M = nHCl = 8,219 Vsol 1,0274 M = 7,99
M2 = 5 x 600 2100 Rpta.:
M2=1,428molar
3) Una solución pesa 1,5 kg y posee un 20% en peso de HCl. Si la densidad de la solución es de 1,46 g/ml ¿cuál será su concentración molar? (MHCl = 36,5) Resolución: Sabemos que: M =
nHCl
Vsolución pero, para hallar esto, debemos hallar primero n HCl y VSOL ; y para ello tenemos %W = 20%, entonces: Wsolución es dato 1,5 kg = 1500g WHCl = 20% Wsol WHCl = 20% (1500) WHCl = 300 g con este valor hallado, obtendremos el número de moles de HCl.
Muchos productos agrícolas se emplean en forma de emulsiones (los insecticidas, herbicidas y fungicidas). Uno de los tipos principales de formulaciones de emulsionesinsecticidascomprendenlosconcentrados emulsionables de disolvente y sustancia sustanci a tóxica. El tóxico químico como el DDT o productos análogos o algún fosfato orgánico se disuelve en un disolvente barato y se agrega un emulsivo soluble en bastante cantidad para que se pueda dispersar fácilmente en agua con agitación moderada. También muchas de las sustancias comestibles se hallan en estado de emulsión. Las más conocidas son la leche, la manteca, la mayonesa, aderezos de ensaladas, salsas y helados. Otras emulsiones que se reconocen fácilmente y alimentos en que las emulsiones son parte importante de su producción son las bebidas, los pasteles, dulces, baños de pasteles, preparados para condimentos, mantecas de pastelería, margarina, encurtidos, saborizantes, levaduras y huevos.
45
5to Secundaria
1
Halla el número de equivalentes gramo que
3
existe en 490g de ácido sulfúrico (H2SO4).
Halla la normalidad de una solución de 2000 cm3 que contiene 980g de ácido sulfúrico (H2SO4).
Resolución: Resolución:
Rpta:
2
Halla la normalidad de una solución de
4
Halla la normalidad de una solución de
5000 cm 3 que contiene 400 g de NaOH.
5000 cm 3 que contiene 400 g de NaOH.
P.A.(Na=23; O=16; H=1)
P.A.(Na=23; O=16; H=1)
Resolución:
Resolución:
Rpta:
46
Rpta:
Rpta:
Química 5
¿Cuántos gramos de H 2SO4 se deben disolver en agua para formar 10,5 litros de una solución
6
Halla el número de equivalentes que existe en 370 g de hidróxido de calcio Ca(OH) 2. P.A.(H=1; O=16; Ca=40)
ácida 0,4N? P.A.(S=32; O= 16; H=1) Resolución:
Rpta:
Resolución:
Rpta:
7.
Halla la normalidad del HNO 3 0,2M.
10. ¿Cuál es es la normalidad de una solución al diluir diluir 200cm3 de HCl 6N, hasta un volumen de un litro?
8.
¿Cuántos equivalentes gramo de ácido sulfúrico existen en 150ml de H2SO4 3M?
11. ¿Cuál es el peso del ácido puro existente en 24cm3 de HCl 0,8 M?
9.
Se disolvieron 68g de nitrato de plata en suficiente agua hasta completar 200cm 3, la densidad de esta solución fue 1,2 g/cm3. Calcula la molaridad de la solución.
12. Se disuelven 30 g de dicromato de potasio (D = 1,4 g/cm 3) en 25 g de agua. Halla su molaridad aproximadam aproximadamente. ente.
47
5to Secundaria
1.
¿Qué peso en gramos de hidróxido de calcio harán falta para preparar 8 L de una solución 0,2M.? a) 118,4g d) 92g
2.
c) 1,9 M e) 1,0 M
b) 3,63 N
c) 8,56 N e) 9,0 N
Una solución contiene 28,1% en peso de alcohol etílico. La densidad de esta solución es 0,966 g/cc. ¿Cuál es la fracción molar del solvente? Alcohol etílico C2H5OH. a) 0,2 d) 0,07
48
b) 3,2 M
Se mezclan 5 g de HCl con 35 g de agua resultando una solución de 1,06g/cc de densidad. Halla su normalidad. a) 4,5 N d) 6,5 N
6.
c) 425 g e) 426 g
Calcula la molarida molaridad d de una solución que contiene 3,8 g de Na(OH) en 50 ml de solución. a) 2,9 M d) 4 M
5.
b) 35 g
b) 0,4
8.
c) 3,5 m e) 2,4 m
¿Qué peso de aluminio habrán en 1,2 L de una solución de sulfato de aluminio (D=1,5 g/cm 3) al 80 % en peso? a) 27 g d) 227 g
4.
b) 5,2 m
c) 0,87 e) 0,13
Se disuelve5g de azúcaren agua formánd formándose ose 200ml de una solución de 1,02 g/cc. de densidad. Calcula el porcentaje en peso que existe de azúcar. a) 3,45 % d) 0,95 %
c) 20g e) 2,4g
Calcula la molalidad de una solución que contiene 0,72 moles de glucosa (C 6H12O6) en 300g de agua. a) 4,2 m d) 7,5 m
3.
b) 110g
7.
c) 1, 45 % e) 1,44 %
Halla el peso de HNO3 puro que está contenido en una solución de un litro de este ácido el porcentaje en el peso del ácido es de 90%. La densidad de la solución es 1,5 g/cc. a) 1,350 g d) 900 g
9.
b) 2,45 %
b) 960 g
c) 1,500 g e) 1,550 g
Si se añade 3 litros de HCl 6M a dos litros de HCl 1,5 M. Halla la normalidad resultante considerando que el volumen final es 51. a) 1,8 d) 3,7
b) 4,2
c) 3,0 e) 5,0
10. En un cilindro de 50 L se vierte 10 L de Cl2Ca 12M, también se agregan de solución diluido de Cl2Ca 2M; terminando de llenar con agua agua ¿cuál es la normalidad resultante?. a) 6,4 N d) 3,1 N
b) 4,6 N
c) 5,8 N e) 8 N
11. Se desea prepar 50 50 ml de solución solución de KCl, 0,3 0,3 M a partir de KCl, 0,2 M y KCl 0,5 M. ¿Qué volumen de solución de KCl 0,2 M debe emplearse? a) 33,3 ml d) 29,3 ml
b) 16,7 ml
c) 20,7 ml e) N.A.
12. Se hace una solución con 3 L de HCl 2N y 21 de HCl 1,5N. Si la solución así formada se le agrega 5 L de agua. ¿Cuál será la normalidad de una nueva solución? a) 1,75 N d) 0,9 N
b) 6 N
c) 3 N e) 2,5 N
Química
20
Cinética Química y EquilibrioQuímico
CONCEPTO
FACTORES QUE FACTORES Q UE ALTERAN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN
La cinética es parte de la l a química que tiene relación con la rapidez o velocidad con la cual ocurre una reacción.
1. Naturaleza de los reactantes Loscompuestosposeenfuerzasespecíficas dependientes de su estructura atómica que determinan su tendencia a reaccionar. 2. Concentración Cuando los compuestos poseen mayor concentración se produce un mayor contacto entre las sustancias que reaccionan. 3. Temperatura
VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN Es el cambio en la concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo. 1 hora para la reacción: A
B
La velocidad se puede expresar como: Velocidad = -∆[A] ∆t o
Experimentalmente se ha podido observar que un aumento de temperatura produce un aumento en la velocidad y viceversa. 4. Superficie de contacto Para que exista una buena combinación, las partículas de los reactantes deben entrar en contacto íntimo para que se produzca una mayor cantidad de choques moleculares.
Velocidad = ∆[B] ∆t Donde: ∆[A] y ∆[B] son los cambios en la concentración (molaridad) en un determinado tiempo tiempo ∆t. La influencia de la concentración en la velocidad de reacción la determina la “Ley de acción de masas” de Guldberg y Waage que dice. Sea la reacción: aA + bB
cC Vrxn = k[A] a[B]b
Donde: a+b =orden de reacción
Granallas de Zinc
Reacción:
Zinc molido
Lenta, menor superficie de contacto
Rápida, mayor superficie de contacto.
5. Catalizador Son especies químicas que alteran la velocidad de una un a reacción. 5.1. Catalizador Positivo Acelera la velocidad de reacción y disminuye la energía de activación. 5.2. Catalizador Negativo (INHIBIDOR) Retarda la velocidad de reacción y aumenta la energía de activación. 49
5to Secundaria EQUILIBRIO QUÍMICO Pocas reacciones químicas se dan en una sola dirección. La mayoría son reversibles. Al inicio de un proceso reversible, la reacción procede hacia la formación de productos. Tan Tan pronto como se forman algunas moléculas del producto, el proceso inverso se comienza a establecer y las moléculas del reactante se forman a partir de las moléculas del producto. El equilibrio químico se alcanza cuando la velocidad directa se iguala a la velocidad inversa de la reacción y las concentraciones se mantienen constantes. Vd N2 + 3H2 (g)
2NH3
(g)
VI
cC(g) + dD(g)
(PC) (PD)
d
(PA)a(PB)b
K P = K C (RT)∆n
Donde: ∆n = (c+d) – (a+b) R : Cte. Universal de los gases, gases, R = 0,082 T : Temperatura (K)
atm . L mol . K
Para obtener ∆n (variación de moles gaseosas) sólo deben considerar las sustancias gaseosas. A(g)
50
C
(g)
(g)
Las concentraciones: [A]= 0,2 mol ; [B]=0,4 mol L L [C] = 0,5 mol ; Halla K C. L
(g)
[ ] equilibrio: 0,2 K C =
[C] = [A][B] 2
(g)
0,4
gas
C
(g)
0,5
(0,5) (0,2)(0,4)2
3) Para la reacción reacción en equilibro: equilibro: N2(g)+ H2(g) NH3(g) Las presiones en equilibrio son: PN2 = 1atm; PH2 = 3atm; PNH3 =4atm; halla K P. Resolución: 1N +3H2(g) Presión en 2(g) equilibrio: 1atm 3atm
Importante
(g)
K C = 15,625
Por lo general, K C no es igual a K P debido a que las presiones parciales de los reactivos y productos no son iguales a sus concentraciones molares. Relación entre K C y K P
2) En el equilibro: A + 2B
A + 2B
Las concentraciones de reactivos y productos en reaccionesgaseosastambiénsepuedenexpresarentérminos de sus presiones parciales. K P =
= k[A][B] = (0,1)(0,05)(0,01) = 5 x 10¯5 M min
Resolución:
[C]c[D]d [A]a[B]b
c
Resolución: Vrxn
Sea la reacción:
K C =
-
(g)
CONSTANTE DE EQUILIBRIO CONSTANTE EQUILI BRIO Cabe recordar recordar que la constante de equilibrio tiene un valor constante sólo si la temperatura no cambia. En general, la constante de equilibrio ayuda a predecir el sentido en que ocurre una reacción para lograr el equilibrio y además permite calcular las concentraciones de reactivos y productos una vez alcanzando el equilibrio.
aA(g) +bB(g)
1) Halla la velocidad de la reacción reacción siguiente: A+B → AB Si las concentraciones son: [A]=0,05M; [B]=0,01M y k=0,1min 1.M 1
K P =
(PNH3)2
= (PN2 )(PH2)3
K P = 0,592
2NH3(g) 4atm (4)2 (1)(3)3
-
Química
1
Los tres factores más importantes en el aumento
3
Para la ecuación química:
de la velocidad de las reacciones químicas son:
A+ 2B
→
AB2
2 La ley de acción de masas corresponde a: k[A][B] ¿Qué sucede con la velocidad si las concentra-
Resolución:
ciones de los reactantes se duplican? Resolución:
Rpta:
2
Rpta:
Si “V” es la velocidad de una reacción química y “k” es la constante de velocidad de esta reac-
4
Indica las unidades correspondientes para la constante de la velocidad de las reacción:
ción. ¿Cuál es la expresión para la velocidad de
2A(g)+ 1B(g)
→
3C(g)
la siguiente reacción? 2A(g)+ B(g)
→
C(g)+ 2D(g)
Resolución:
Resolución:
Rpta:
Rpta:
51
5to Secundaria 5 El sistema:
6
2H2+ O2
→
A 500°C se tiene la siguiente reacción:
2H2O
se encuentra en equilibrio. Halla su K C. Resolución:
H2 + I2 (g)
(g)
2HI(g)
En equilibrio existe; [HI]=4M; [H 2 ]=½M; [I2]=½M. Halla K C. Resolución:
Rpta:
7.
Rpta:
Para el siguiente equilibrio: 2CO(g)+O2 2CO2 (g)
(g)
Se determina que las concentraciones es el equilibrio son 0,02 mol/L para CO: 0,05mol/L para O2 y 0,08 mol/L para CO2. Halla K C. 8.
9.
A 200°C se tiene la siguiente reacción: PCl5 PCl3 + Cl2 ; K =2 (g) (g) (g) C Si las concentraciones en el equilibrio son: [PCl3]=2M; [Cl2]=1M, halla la concentración del PCl5 en el equilibrio. A una temperatura de 500°C se tiene el sistema gaseoso en equilibrio: I2 + H2 2HI(g) (g)
(g)
En donde las presiones parciales son: I2=2atm; H2=5atm HI=8atm. Determina la constante de equilibrio K P para el sitema en equilibrio.
52
10. Halla K P en función de K C para la siguiente reacción: 2NO2 → 1N2O4
11. A 27°C, para el equilibrio H2 + Br2 2HBr(g) (g)
(g)
Halla la relación K C/K P R: constante universal 12. En la reacción: 3A(g) + B(g)
2C(g) + D(g)
mol K C= 2 x 10¯4 ( ¯1 ) L Si la temperatura es 200K, halla K P .
Química
1.
¿Qué factor influye en la velocidad de una reacción?
7.
a) Densidad b) Númer Número o de avog avogrado rado c) Temperatura d) Punt Punto o de ebull ebullición ición e) El volu volumen men 2.
3.
si en equilibrio existe: [H2] = 1M; [CO2]= 2M; [H2O] = 4M; [CO] = 16M.
Sea la reacción elemental: 2A+ B → C expresa su velocidad. a) k[A][B] d) k[A]2
b) k[A][B] 2
c) k[A]2[B] e) k[A][B] 2 -
Halla la velocidad de los reactantes para los siguientes casos y señala cuántos son correctos: a 2A + B → C V=k[A] 2[B] a A + B → C V=k[A][B] a N +3H → 2NH 2 2 3 V=k[N2][H2]3 a 2SO → SO2+ O2 3 V=k[SO2][O2] a) 1 d) 4
b) 2
c) 3 e) 5
A una temperatura de 1000K. Halla la constante de equilibrio K C. H2(g)+ CO2(g)→ H2O(g)+CO(g)
a) 64 d) 8 8.
C 2C 2C
b) A + 2B
Sea la siguiente reacción A+ B → C Determina la unidad de la constante de la velocidad. velocidad. a) L . mol¯1. min¯1 mol2 c) L2 mol d) L
5.
e)
mol2 L
Para la reacción: NO(g) + Cl2(g) → NOCl2(g) ¿Qué sucede con la velocidad si la concentración de los reactantes se duplica? a) b) c) d) e)
6.
b) L . mol¯1. min
Determina K C para que un sistema de equilibrio que tiene un volumen de 2 litros, las moles de fosgeno (COCl2) sean 0,8; las moles de monóxido de carbono 0,6 y las moles de cloro cloro sean 0,4; según la ecuación: COCl2 CO(g)+ Cl2
b) 2
b) 0,35
c) 0,3 e) 0,4
10. Si: K C= 49, a una temperatura de 500˚C, para el sistema gaseoso. H2(g) + I2(g) 2HI(g) Si en un vaso de 1L se introduce 1 mol de H 2 y 1 mol de I2 y se cierra hasta alcanzar el equilibrio a 500˚C, determina la concentración de HI en el equilibrio. a) 9/7 mol/L b) 4/3 mol/L c) 3/4mo mol/L l/L d) 7/9 mol/L e) N.A. 11. Para la reacción: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
a) 1 atm¯1 d) 1 atm
Indica el orden de la reacción elemental. 2CO(g) + O2 → 2CO2 a) 1 d) 4
a) 0,15 d) 0,2
(g)
Se determina que las presiones parciales en el equilibrio son 3 atm, 2 atm y 6 atm respectivamente. Halla K P .
Se duplica Se reduce reduce a la mitad mitad Aumenta 4 veces Disminuye 4 veces Disminuye 8 veces
(g)
2C
e) N.A.
(g)
4.
c) 32 e) 24
La constante de equilibrio es: [C]2 Kc= 2 [A] [B] A qué reacción corresponde: a) A + B c) 2A + B d) A + B
9.
b) 16
b) 2 atm¯1
c) 2 atm e) 3 atm
12. Halla K P en función de K C para la siguiente reacción: H2 + I2 HI
(g)
c) 3 e) 5
a) K P=K C c) K P=K C(RT) d) K P=K C(RT)¯1
b) K P=K C(RT)2 e) K P=K C (RT) ¯1 53
5to Secundaria
21
ÁcidosyyBases Ácidos
Muchos de los procesos de gran importancia en los sistemas bioquímicos son reacciones ácido - base en disoluciones acuosas. Los ácidos son sustancias de sabor agrio y se caracterizan por poseer en sus moléculas uno un o o más átomos de hidrógeno sustituibles por un metal o elemento electropositivo. La mayoría de personas conoce el término ácido, ya que los encontramos difundidos en algunas frutas como el limón, la naranja, la manzana, etc. los cuales poseen sabor agrio por contener ácido cítrico; el jugo gástrico contiene ácido clorhídrico, que permite degradar los alimentos. Las bases son sustancias que poseen sabor astringente. Muchas provienen de la combinación de los óxidos con el agua. Las bases presentan usos cotidianos como agentes de limpieza, la soda cáustica se utiliza en las cañerías obstruidas, se utiliza para fabricar jabones, papel y otras sustancias químicas. CARACTERÍSTIC AS DE LOS ÁCIDOS Y DE CARACTERÍSTICAS LAS BASES Los ácidos y las bases o álcalis en soluciones acuosas, se encuentran en muchos materiales de uso diario. Quizá el sabor es la característica que más los identifica. Por ejemplo, el sabor del limón se debe a sustancias ácidas, sin duda reconocerás el sabor amargo caracterísitico de las bases. Los ácidos y las bases se diferencian por otras propiedades, que son muy marcadas y opuestas entre sí. PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS • •
Su sabor es ácido o agrio. Conducen la electricidad, por eso algunas se consideran
electrolitos. •
Cambian de color ciertas sustancias. Por ejemplo, varía
el papel tornasol •
de azul a rojo.
Pueden ser sólidos, como el ácido cítrico, o líquidos, como
el ácido sulfúrico sulfúrico.. •
Pierden sus propiedades cuando reaccionan con las bases.
54
PROPIEDADES DE LAS BASES • •
Su sabor es amargo. Al igual que los ácidos, sus soluciones soluciones conducen conducen la
electricidad. •
Cambian de color los indicadores ácido - base. Por
ejemplo, cambian el papel tornasol de rojo a azul. •
Reaccionan con ácidos, neutralizándolos.
INDICADORES ÁCIDO � BASE El papel tornasol es un buen indicador para saber si una sustancia es ácida o alcalina. Hay otros colorantes que indican la presencia de ácidos o de bases. Estos son colorantes, reciben el nombre de indicadores ácido - base. Los más comunes son: •
El papel papel tornasol tornasol que que se torna de color color azul azul en presencia
de bases, y color rojo en presencia de ácidos. •
La fenolftaleína fenolftaleína permanece incolora en un ácido y se
vuelve roja en una base. •
El anaranjado de metilo da coloración roja con los ácidos
y amarilla con las bases. •
El papel papel indicador indicador universal permite saber no sólo sólo si si la
sustancias es ácida o Básica sino también su grado de acidez o alcalinidad, llamado pH. INTERPRETACIÓN DE LAS REACCIONES ÁCIDO � BASE Teoría de Arrhenius En 1884, el físico- químico sueco Arrhenius explicó de manera satisfactoria el comportamiento de los ácidos y de las bases, proponiendo la teoría de la disociación electrolítica. Esta teoría estableció que los ácidos disueltos en agua producen iones H+ (protones) y que las bases eran sustancias capaces de aportar iones OH- (iones hidroxilo) en disolución acuosa.
Química Los ácidos como donantes de protones (H +)
LA ESCALA DE PH
Por lo general, los ácidos contienen moléculas no iónicas, pues son compuestos moleculares. Sin embargo, cuando se agrega un ácido al agua, éste genera iones hidrógeno. Por lo tanto, los ácidos son donadores de H + como consecuencia del desprendimiento desprendimiento del protón y el resto de la molécula queda cargada negativamente.
¿Qué es el pH? El pH es el grado de acidez de una sustancia, es decir es una expresión de la concentración de iones H +, en una solución acuosa. El agua y todas las soluciones acuosas contienen no sólo iones H+ sino también iones OH . En el agua pura se cumple que la concentración de iones H+ es igual a la concentración de iones OH , por eso se dice que el agua es neutra. -
HCl(g)
H2O
_ H+ + Cl
-
_
Las bases como donantes de iones hidroxilo (OH-) Según la teoría de Arrhenius, las bases son sustancias que cuando se disuelven en agua generan iones OH . Por ejemplo el hidróxido de potasio (KOH).
Como las concentraciones de iones H + y OH son muy pequeñas, los químicos han adaptado el uso de una escala logarítmica (base 10) llamada ‘‘escala de pH’’ y ‘‘escala de pOH’’, en cada caso.
-
H2O
KOH(S)
K + + OH
-
Teoría de Bronsted y Lowry En 1923, Johannes N. Bronsted, químico danés, y Tomas M. Lowry, químico químico inglés, propusieron en forma independiente una definición más general para los ácidos y las bases. Esta teoría establece que un ácido es toda sustancia capaz de ceder uno o más protones, en tanto que una base es toda sustancia capaz de aceptarlos. Para que un ácido actúe como donante de protones debe estar presente una base que acepte tales protones. Por ejemplo, el ácido clorhídrico (HCl) actúa como ácido cediendo un protón al agua. Al donar un protón, los ácidos se convierten en una base. Lo mismo puede decirse de las bases: al aceptar un protón, éstas se convierten en un ácido. La teoría de Bronsted y Lowry establece un sistema con jugado juga do que se pued puedee repre represent sentar ar por la sigu siguient ientee reacc reacción: ión: HCl + H2O
Cl + H3O+ -
Ácid Ác ido o 1 Ba Base se 2
Base 1 Ácido 2
pH = –log [H+]
y
pOH = –log [OH–]
El valor de pH se puede establecer con la ayuda de un papel indicador. Dicho papel toma un color característico cuando la concentración de iones H +(ac) tiene un valor determinado. ¿Cómo se usa la escala de pH? La escala de pH se establece en una recta numérica que va desde el 0 hasta el 14. El número 7 corresponde corresponde a las soluciones neutras. El sector izquierdo de la recta numérica indica acidez, que va aumentando en intesidad cuando más lejos se está del 7. Por ejemplo, una solución que tiene el pH 1 es más ácido, o más fuerte, que aquella que tiene el pH 6. La escala de pH del 8 al 14 indican basicidad, siendo una sustancia con pH=14 fuertemente básica. Amortiguadores del pH Un amortiguador es una solución que resiste los cambios de pH cuando se le agrega pequeñas cantidades de ácido o base. Las soluciones amortiguadoras se preparan con un ácido o una base débil y una de sus sales. Por ejemplo, se puede preparar una solución amortiguadora con la base débil amoniaco (NH 3) y una sal de amonio, como cloruro de amonio (NH 4Cl). Si se le añade un ácido, el NH3 reacciona con los iones H+. Otros ejemplos de soluciones amortiguadoras son el ácido fosfórico con fosfato monopotásico, el ácido carbónico con con su ion bicarbonato, etc.
Par conjugado Par conjugado
En términos generales, cuando una sustancia pierde un protón (ácido) hay otra que debe ganarlo (base), lo que constituye un par ácido - base conjugado. 55
5to Secundaria
1
Una solución de H 2SO4 tiene una concentra-
3
De acuerdo a la siguiene ecuación química:
ción [H+] de 10 5. ¿Cuál es su pH? -
H2SO4+ HC1O4 Resolución:
H2SO4++ ClO4¯
indica lo incorrecto según Bronsted - Lowry. a)
El H2SO4 es una base.
b)
El H3SO4+ es ácido.
c)
El HClO4 y ClO4¯ es un par conjugado.
d)
El HClO4 es aceptor de protones.
e)
El ClO4¯ acepta protones, protones, por lo tanto es una base conjugada.
Resolución:
Rpta:
2
Calcula el pH de una solución básica a 25˚C
Rpta:
4
El pH de una solución 1x10¯3 M de HCl es:
si la [OH¯]=5 x 10¯4M.
Resolución:
Dato: log 5 = 0,7 Resolución:
Rpta:
56
Rpta:
Química 5
¿Cuál es la concentración de iones OH¯ en una solución de potasa cáustica, cuyo pH es
6
En el siguiente sistema, ¿cuáles son bases de Bronsted – Lowry? NO2¯+H2O
igual a 12?
Resolución:
Resolución:
Rpta:
7.
Rpta:
En la siguiente reacción química, ¿cuáles son las especies químicas ácidas, según Bronsted – Lowry?
10. En la siguiente reacción, indica el par conjugado ácido - base. HCO3¯+H2O
CO3¯2+H2O 8.
9.
HNO2 +OH¯
H3O++CO3¯2
HCO3¯+OH¯
Según Arrhenius, un ácido es aquella: a) Sustancia capaz de de ceder protones. b) Sustancia capaz de aceptar protones. c) Sustanc Sustancia ia que posee átomos de hidróg hidrógeno eno y + que en solución acuosa libera H . d) Sustanci Sustanciaa que que acepta electrone electrones. s. e) Sustancia que acepta un par de electrones. electrones.
11. En la siguiente reacción, indica el par conjugado base - ácido.
¿En cuál o cuáles de las siguientes reacciones, el H2O actúa como base?
12. Un ácido ácido fuerte genera en producto producto a: a:
a) b) c) d) e)
H2O+CH3COO¯ CH3COOH + OH¯ H2O +CN¯ HCN+OH¯ H2O+NH3 NH4++OH¯ H2O+H3PO4 H3O++H2PO4¯ H2O+HCl H3O++Cl¯
ZnO+2(OH)¯
a) b) c) d) e)
ZnO3-2+H2O
Una base fuerte. Una base conjugada fuerte. Una base conjugada débil. Ácido Base
57
5to Secundaria
1.
En:
7.
NH4++HCO3¯ NH3+H2CO3 indica un par conjugado ácido – base. a) NH4+ y HCO3¯ c) HCO3¯ y H2CO3 d) NH3 y H2CO3 2.
b) I y III e) I, II y III
En la siguiente reacción ácido – base de Bronsted – Lowry: HClO+NH3
ClO¯+NH4+
no se puede afirmar: a) b) c) d) e) 4.
El HClO y el NH4+ donan protones. NH4+es un ácido. El ClO¯ es la base conjugada conjugada del HClO. El NH3 acepta protones. Par conjugado ácido – base NH3 y NH4+.
Si una solución tiene un pH igual a 5,45; se dice que ésta es: a) neutra c) ácido débil d) básica débil
5.
e) ácido fuerte
b) 4 e) 0,3
Calcula el pH de una solución 0,0020M de HCl (log2=0,3). a) 11,3 c) 2,7 d) 12
58
b) básica fuerte
Si la concentración de una solución de NaOH es 0,001M, entonces el pH de esta solución es: a) 3 c) 2 d) 11
6.
8.
Indica un ácido diprótico. I. H2SO4 II. CH3COOH III. COOHCOOH IV. NH3 a) I y II c) Todas d) II y III
3.
a) 10,2 c) 14 d) 13,6
b) NH4+ y NH3 e) NH4+ y H2CO3
b) 3,7 e) 2
Determina el pH de una solución de NaOH al 0,4 M.
e) 12,3
Si el papel de tornasol vira de azul a rojo, la solución es: a) básica c) neutra d) ácida
9.
b) 11,4
b) alcalina e) N.A.
Indica los ácidos conjugados de: I. HS¯ a) S=; OH¯; NH2 c) S=; H3O+; NH2¯ d) S=; H3O+; NH4+
II. H2S
III. NH3
b) H2S; OH¯; NH4+ e) H2S; H3O+; NH4+
10. Cuando una solución acuosa tiene un pH=9. ¿Cuál es la concentración de sus iones [H +] y [OH¯]? a) b) c) d) e)
[H+]=109; [OH¯]=10¯5 [H+]=10¯9; [OH¯]=105 [H+]=10¯9; [OH¯]=10¯19 [H+]=10¯9; [OH¯]=10¯5 [H+]=109; [OH¯]=105
11. Indica verdadero (V) (V ) o falso (F) ( ) Una solución básica, pH>7. ( ) pH=7; es neutro. ( ) pH=8; es una solución básica a) FFF c) VFF d) VVF
fuerte.
b) VVV e) FVF
12. Indica verdadero verdadero (V) (V ) o falso (F) según corresponda: I. Todos los ácidos presentan enlace puente de hidrógeno. II. Todos los ácidos son compuestos ter ternar narios. ios. III.Todos los ácidos en solución acuosa contiene iones (OH)¯ a) VVV c) VFF d) FVF
b) VVF e) FFF
