Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 Anexo – Tarea 2
________________________________________________ Nombre y apellidos del estudiante __________________________________________ Programa Académico Contacto: ____________________________________ Correo electrónico institucional Universidad Nacional Abierta y a Distancia noviembre, 2018
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 Introducción. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 Ejercicio 1. Componentes de una solución y unidades de concentración. Tabla 1. Unidades de concentración Física y química. Enunciado del problema C. Se analizó en el laboratorio una solución de cloruro de potasio KCl y determinó su concentración de 0,1 M, con una densidad de 1,01 g/mL, (densidad del KCl 1,98 g/mL). Componentes Soluto Cloruro de potasio Solvente Agua Unidades de concentración Físicas % peso / peso % peso / volumen 𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑝 𝑝 % ⁄𝑝 = × 100 % ⁄𝑣 = × 100 𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 Se halló el porcentaje a partir de la molaridad Se halló el porcentaje a partir de la molaridad y la densidad de la solución 0,1 𝑚𝑜l KCl 74,6 𝑔 𝐾𝐶l 1 𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑝 % ⁄𝑣 = × × 0,1 𝑚𝑜l KCl 74,6 𝑔 𝐾𝐶l 1 𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 1𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑜l KCl 1000 𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑝 % ⁄𝑝 = × × 1𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑜l KCl 1000 𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 7,46 𝑔 𝐾𝐶𝑙 1 𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 100 𝑔 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑝 % ⁄𝑣 = × 100 × × 1000 𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 1,01 𝑔 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 100 𝑔 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 𝑝 % ⁄𝑣 = 0,746 %
0,739 𝑔 𝐾𝐶𝑙 𝑝 % ⁄𝑝 = × 100 100 𝑔 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑝 % ⁄𝑝 = 0,739 % % volumen/ volumen 𝑚𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 % 𝑣⁄𝑣 = × 100 𝑚𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 Se halló el porcentaje a partir de la molaridad y la densidad del KCl 0,1 𝑚𝑜l KCl 74,6 𝑔 𝐾𝐶l 𝑚𝐿 𝐾𝐶𝑙 % 𝑣⁄𝑣 = × × 1 𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑜l KCl 1,98 𝑔 𝐾𝐶𝑙 1 𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 × 1000 𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 % 𝑣⁄𝑣 =
3,768 𝑔 𝐾𝐶𝑙 × 100 1000 𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 % 𝑣⁄𝑣 = 0,377 %
Partes por millón (ppm) 𝑚𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑝𝑝𝑚 = × 100 𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 Se halló las ppm partir de la molaridad 𝑝𝑝𝑚 =
0,1 𝑚𝑜l KCl 74,6 𝑔 𝐾𝐶l 1000 𝑚𝑔 𝐾𝐶𝑙 × × 1 𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑜l KCl 1 𝑔 𝐾𝐶𝑙 𝑝𝑝𝑚 =
7640 𝑚𝑔 𝐾𝐶𝑙 1 𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
𝑝𝑝𝑚 = 7640
𝑚𝑔 ⁄𝐿
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 Unidades de concentración Química Molaridad 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑀= 𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 Se determina la molaridad a partir del %p/p y de la densidad de la solución 𝑔𝑠𝑙𝑛 𝜌𝑠𝑙𝑛 = 𝑚𝐿𝑠𝑙𝑛 𝑔𝑠𝑙𝑛 = 𝜌𝑠𝑙𝑛 × 𝑚𝐿𝑠𝑙𝑛 Determinando un volumen de solución de 1000 mL 𝑔𝑠𝑙𝑛 𝜌𝑠𝑙𝑛 = 1,01 𝑚𝐿𝑠𝑙𝑛 𝑔𝑠𝑙𝑛 = 1,01
𝑔𝑠𝑙𝑛 × 1000 𝑚𝐿𝑠𝑙𝑛 𝑚𝐿𝑠𝑙𝑛
𝑔𝑠𝑙𝑛 = 1010 𝑔𝑠𝑙𝑛
molalidad 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑚= 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 Como se determinó en la molaridad, los moles de soluto es 0,1 mol. Como el solvente es el agua, se puede tomar 100 mL de solvente, y como la densidad del agua es 1, se puede homologar 1:1, entonces 1 mL de agua es igual a 1 g. 100 mL = 100 g = 0,1 kg 𝑚=
0,1 𝑚𝑜𝑙 0,1 𝑘𝑔
𝑚=1
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑝 % ⁄𝑝 = × 100 𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑔𝑠𝑡𝑜
𝑝 % ⁄𝑝 × 𝑔𝑠𝑙𝑛 = 100 %
𝑝 % ⁄𝑝 = 0,739 % 𝑔𝑠𝑡𝑜 =
0,739 % × 1010 𝑔𝐾𝐶𝑙 100 %
𝑔𝑠𝑡𝑜 = 7,464 𝑔 𝐾𝐶𝑙 Hallando los moles de KCl 𝑚𝑜𝑙 = 0,1 𝑚𝑜𝑙 74,6 𝑔 0,1 𝑚𝑜𝑙 𝑀= 1𝐿
7,46 𝑔 ×
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𝑀 = 0,1 𝑀 Normalidad 𝑛° 𝑒𝑞 − 𝑔 𝑁= 𝐿 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 El nº eq-g del KCl es 1, debido a que este tiene 1 valencia positiva. Como tomamos 100 mL de solvente, estos se pasan a litros, 100 mL = 0,1 L 1 𝑒𝑞 − 𝑔 𝑁= 0,1 𝐿 𝑒𝑞 − 𝑔 𝑁 = 10 𝐿
Fracción Molar 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝐹𝑥𝑠𝑡𝑜 = 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝐹𝑥𝑠𝑡𝑒 =
𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠
Mol de soluto = 0,1 mol Como el solvente es aguase utiliza 100 g de agua, de este punto se halla los moles de solvente 100 𝑔 𝐻2 𝑂 ×
𝑚𝑜𝑙 = 5,556 𝑚𝑜𝑙 18 𝑔 𝐻2 𝑂
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 = 0,1 + 5,556 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 = 5,656
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𝐹𝑥𝑠𝑡𝑜 =
0,1 𝑚𝑜𝑙 5,656 𝑚𝑜𝑙
𝐹𝑥𝑠𝑡𝑜 = 0,018 𝐹𝑥𝑠𝑡𝑒 =
5,556 𝑚𝑜𝑙 5,656 𝑚𝑜𝑙
𝐹𝑥𝑠𝑡𝑜 = 0,982
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 Ejercicio 2. Propiedades coligativas. Tabla 2. Propiedades Coligativas. Enunciado ejercicio D. Calcular la presión de vapor de una solución que se preparó con 83 gramos de glucosa C6H12O6 y 750 gramos de agua a 25°C, siendo la presión de vapor del agua a 25°C de 23,8 mmHg. Solución. Moles del soluto 83 𝑔 𝐶6 𝐻12 𝑂6 × Moles de solvente
𝑚𝑜𝑙 = 0,461 𝑚𝑜𝑙 180 𝑔 𝐶6 𝐻12 𝑂6
750 𝑔 𝐻2 𝑂 × Fracción molar del solvente
𝑚𝑜𝑙 = 41,667 𝑚𝑜𝑙 18 𝑔 𝐻2 𝑂
𝐹𝑥𝑠𝑡𝑒 =
𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠
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𝐹𝑥𝑠𝑡𝑒 =
41,667 0,461 + 41,667
𝐹𝑥𝑠𝑡𝑒 = 0,989 Presión de vapor 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑃𝑎 𝐹𝑥𝑠𝑡𝑜 + 𝑃𝑏 𝐹𝑥𝑠𝑡𝑒 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 23,8 𝑚𝑚𝐻𝑔 × 0,989 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 23,538 𝑚𝑚𝐻𝑔 Respuesta a los interrogantes Debido a que la glucosa (C6H12O6) es un soluto no volátil, esta no tiene presión, por eso se cancela la Pa
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 Ejercicio 3. Constantes de Equilibrio. Principio de Le Châtelier. Tabla 3. Constante de equilibrio. Enunciado del ejercicio C. Para la formación de amoniaco, se hace reaccionar hidrogeno con nitrógeno, según la siguiente reacción. 𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ↔ 2𝑁𝐻3(𝑔) En el momento que se establece el equilibrio en un recipiente de 3,0 L, se encontró 1,7 moles de N 2, 1,06 moles de H2 y 0,27 moles de NH3, Calcule la constante de equilibrio en la reacción. Solución. 𝐴+𝐵 ↔𝐶 𝐾𝑒𝑞 =
[𝐶] [𝐴] × [𝐵]
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 Molaridad del nitrógeno 𝑀𝑁2 =
Molaridad del hidrógeno
𝑀𝑁2 = 0,567 𝑀 𝑀𝐻2 =
Molaridad del amoniaco
1,06 𝑚𝑜𝑙 3𝐿
𝑀𝐻2 = 0,353 𝑀 𝑀𝑁𝐻3 =
Constante de equilibrio
1,7 𝑚𝑜𝑙 3𝐿
0,27 𝑚𝑜𝑙 3𝐿
𝑀𝑁𝐻3 = 0,090 𝑀 𝑁2(𝑔) + 3𝐻2(𝑔) ↔ 2𝑁𝐻3(𝑔)
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𝐾𝑒𝑞 =
𝐾𝑒𝑞 =
[𝑁𝐻3 ]2 [𝑁2 ] × [𝐻2 ]3
[0,090]2 [0,567] × [0,353]3 𝐾𝑒𝑞 = 0,325
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 Ejercicio 4. Escala de pH. Tabla 4. Determinación del pH y pOH. Enunciado del problema D. ¿Cuál es el pH y pOH de una solución 0,3 M de NH3 si su constante de disociación es 1,75 x 10-5?
Conc. Parcial Conc Equilibrio
Solución. + − 𝑁𝐻3(𝑎𝑞) + 𝐻2 𝑂(𝑙) ↔ 𝑁𝐻4(𝑎𝑞) + 𝑂𝐻(𝑎𝑞) 0,3 0,3 – x x x −5
𝐾𝑏 = 1,75 × 10
[𝑁𝐻4+ ] × [𝑂𝐻 − ] = [𝑁𝐻3 ]
1,75 × 10−5 =
𝑋∙𝑋 0,3 − 𝑋
𝑋 2 = 1,75 × 10−5 ∙ (0,3 − 𝑋) 𝑋 2 + 1,75 × 10−5 𝑋 − 5,25 × 10−6 = 0
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 −1,75 × 10−5 ± √(1,75 × 10−5 )2 − 4(1)(−5,25 × 10−6 ) 2(1) 2 Como el valor de b es muy pequeño, este puede tender a 0, por eso se puede despreciar. 𝑋=
−1,75 × 10−5 ± √2,1 × 10−6 𝑋= 2 −1,75 × 10−5 ± 0,046 𝑋= 2 Como el valor de b es muy pequeño, este puede tender a 0, por eso se puede despreciar. 𝑋 = 0,0023 Esta sería la concentración, como sabemos la ecuación para determinar pOH 𝑝𝑂𝐻 = −𝑙𝑜𝑔[𝑂𝐻 − ] 𝑝𝑂𝐻 = −𝑙𝑜𝑔[0,0023]
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 𝑝𝑂𝐻 = 2,638 Y para determinar el pH, podemos hacerlo mediante la siguiente ecuación 𝑝𝐻 + 𝑝𝑂𝐻 = 14 𝑝𝐻 = 14 − 𝑝𝑂𝐻 𝑝𝐻 = 14 − 2,638 𝑝𝐻 = 11,362 Así estos serían el pH y pOH de la solución de amoniaco.
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Figura 1. Simulador de pH. Consultado el 6 de junio del 2018 y disponible en línea: https://phet.colorado.edu/sims/html/ph-scalebasics/latest/ph-scale-basics_en.html
Tabla 5. Medición de pH en un simulador. Nombre del Estudiante 1. 2. 3. 4. 5.
Volumen adicionado/pH registrado V pH V pH V pH
Mezcla y pH
Volumen de Agua(L)
Agua:Café,
0,54
0,10
0,5 0,5 0,5 0,5
0,10 0,10 0,10 0,10
6,36
0,20
0,20 0,20 0,20 0,20
6,22
0,30
0,30 0,30 0,30 0,30
6,11
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Interrogantes de las moléculas escogidas.
Nombre del estudiante A. Determinar la concentración Molar de las cuatro moléculas escogidas, si el peso de cada molécula es 5 gramos, disueltos a un volumen de solución de 1.200 mL. Cl2O3, PM= 118,903 g Concentración Molar de la 𝑚𝑜𝑙 5 𝑔 𝐶𝑙2 𝑂3 × = 0,042 𝑚𝑜𝑙 Molécula 1. 118,903 𝑔 𝐶𝑙2 𝑂3 𝑀=
0,042 𝑚𝑜𝑙 1,2 𝐿
𝑀 = 0,035
𝑚𝑜𝑙 𝐿
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Fe2O3, PM= 159,690 g 5 𝑔 𝐹𝑒2 𝑂3 ×
𝑚𝑜𝑙 = 0,031 𝑚𝑜𝑙 159,690 𝑔 𝐹𝑒2 𝑂3 𝑀=
0,031 𝑚𝑜𝑙 1,2 𝐿
𝑀 = 0,026 Concentración Molar de la Molécula 3.
𝑚𝑜𝑙 𝐿
CuO, PM= 79,545 g 5 𝑔 𝐶𝑢𝑂 ×
𝑚𝑜𝑙 = 0,063 𝑚𝑜𝑙 79,545 𝑔 𝐶𝑢𝑂 𝑀=
0,063 𝑚𝑜𝑙 1,2 𝐿
𝑀 = 0,028
𝑚𝑜𝑙 𝐿
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CaCO3, PM= 100,087 g 5 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ×
𝑚𝑜𝑙 = 0,049 𝑚𝑜𝑙 100,087 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑀=
0,049 𝑚𝑜𝑙 1,2 𝐿
𝑀 = 0,041
𝑚𝑜𝑙 𝐿
B. ¿Qué problemas de salud puede causar cuando un ser humano entra en contacto con cada una de las moléculas? Molécula 1. El óxido de cloro (III), puede causar daños pulmonares al ser inhalados los vapores, puede causar quemaduras al contacto con la piel Molécula 2.
El óxido de hierro (Fe2O3), causa leve irritación al tracto respiratorio por inhalación, si se consume puede causar leve irritación gastrointestinal y al entrar en contacto con los ojos y la piel puede causar una leve irritación.
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201102 Molécula 3.
El óxido de cobre (II) (CuO), al entrar en contacto con los ojos y la piel puede causar irritación, enrojecimiento y dolor. Al ser inhalado causa irritación del tracto respiratorio.
Molécula 4.
El carbonato de calcio (CaCO3), al ser inhalado puede producir irritación, al entrar en contacto con la piel puede producir resecamiento en la parte afectada.
Conclusiones ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Bibliografía
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