Ejercicios resueltos

Soluciones 1. ¿Cuáles son los distintos tipos de sustancias puras? ¿En qué se diferencian?

Las sustancias puras se clasifican en compuestos y elementos; se diferencian en que los compuestos se pueden separar en sustancias más simples por procedimientos químicos, y los elementos, no.

2. Explica cómo podrías recuperar el cobre en una mezcla formada por virutas de madera e hilos de cobre.

Se podría recuperar el cobre introduciendo la mezcla en agua. De ese modo, las virutas de madera flotarían y se podrían extraer y secar. Posteriormente, filtraríamos la mezcla compuesta por agua y cobre. En el papel de filtro quedarían los hilos de cobre, que, a continuación, pondríamos a secar.

3. Indica el soluto y el disolvente en las disoluciones siguientes: a) Alcohol del 96% en volumen. b) Suero glucosado. c) Agua salada. d) Yodo disuelto en tetracloruro de carbono.

En las disoluciones acuosas, el disolvente es siempre el agua; en el resto, el disolvente es el componente que esté presente en mayor proporción. En el caso de las disoluciones del enunciado, tenemos: a) Soluto: alcohol; disolvente: agua. b) Soluto: glucosa; disolvente: agua. c) Soluto: sal (sales); disolvente: agua. d) Soluto: yodo; disolvente: tetracloruro de carbono.

4. a) Dibuja las curvas de solubilidad del cloruro de potasio, KCl, y del nitrato de potasio, KNO3, teniendo en cuenta los datos siguientes: Solubilidad 0 °C 20 °C 40 °C 60 °C 80 °C 100 °C KCl 27,6 34,0 40,0 45,3 51,0 56,7 KNO3 13,4 31,6 64,0 110,0 169,0 246 b) Calcula la solubilidad de los dos compuestos a 50 °C. c) ¿A qué temperatura la solubilidad del nitrato de potasio vale 80 g/100 g H2O? d) ¿Qué masa de cloruro de potasio se podrá disolver, como máximo, en 0,5 L de agua a 60 °C? a) La representación gráfica de las curvas de solubilidad que pide el enunciado es:

b) Solubilidad (KNO3) = 85 g por cada 100 g de H2O. Solubilidad (KCl) = 45 g por cada 100 g de H2O. c) Ese valor se da, aproximadamente, a 48 °C. d) A 60 °C, la solubilidad del cloruro de potasio es 45,3 g/100 g de agua.

Suponiendo que la densidad del agua es 1 kg/L, 0,5 L agua equivaldrán a 500 g de agua, por lo que se podrá disolver cinco veces más cantidad (masa) de cloruro de potasio; es decir: 5 · 45,3 g = 226,5 g.

5. En la composición de una tableta de turrón de 300 g figura que contiene un 70% en masa de almendra; calcula la masa de almendra, expresada en gramos, que tiene la tableta.

Un 70% en masa significa que por cada 100 g de tableta hay 70 g de almendra. Como 300 g es tres veces 100 g, la tableta contendrá 3 veces más cantidad en masa de almendra. Esto es: 3 · 70 g = 210 g 6. ¿Cuáles son las semejanzas y las diferencias entre las mezclas homogéneas y las mezclas heterogéneas?

Los dos tipos de mezclas están formados por varias sustancias materiales que se pueden separar por procedimientos físicos. Los componentes de una mezcla heterogénea se observan a simple vista, y los de una mezcla homogénea, no.

7. El oro de 18 quilates es una mezcla homogénea. De 24 partes, 18 partes son de oro puro, y las 6 restantes son de cobre, plata u otros metales menos nobles que el oro. ¿Cómo podrías recuperar el oro puro?

Dato: El oro no se disuelve en ácido nítrico.

Para recuperar el oro puro, se trataría la mezcla con ácido nítrico (normalmente, al 50% en masa). El cobre, la plata y otros metales se disuelven, pero el oro no. De esta forma, filtrando y lavando el resto sólido tendríamos oro puro.

8. Completa los huecos del texto siguiente: “Una disolución es una mezcla _________________ de varias sustancias ______________, que se llaman _________________, excepto una, que se llama _________________. El agua es el _________________ más importante.

Hay disoluciones _________________, líquidas y _________________.

Una disolución es una mezcla homogénea de varias sustancias materiales, que se llaman solutos, excepto una, que se llama disolvente. El agua es el disolvente más importante. Hay disoluciones sólidas, líquidas y gaseosas.

9. La gráfica muestra las curvas de solubilidad de distintas sustancias en agua:

a) Calcula las solubilidades siguientes: 1) Cloruro de potasio, KCl, a 80 °C. 2) Nitrato de sodio, NaNO3, a 50 °C. 3) Amoníaco, NH3, a 40 °C. b) ¿A qué temperatura tienen la misma solubilidad el nitrato de potasio, KNO3, y el nitrato de sodio, NaNO3? c) ¿Qué sustancia es más soluble a 10 °C, el clorato de potasio, KClO 3, o el sulfato de cerio (III), Ce2(SO4)3? d) ¿Se podrán disolver 15 g de cloruro de potasio en 30 mL de agua a 50 °C? a) Observando la curva de solubilidad de cada una de las sustancias indicadas a la temperatura dada, tenemos que la solubilidad de cada sustancia es: 1) Cloruro de potasio: 50 g/100 g (a 80 °C).

2) Nitrato de sodio: 115 g/100 g (a 50 °C).

3) Amoniaco: 35 g/100 g (a 40 °C). b) La gráfica nos muestra que tienen la misma solubilidad a 72 °C (aproximadamente), que es la temperatura a la cual se cortan las dos curvas. c) Comparando las curvas de solubilidad de ambas sustancias, observamos que es más soluble el sulfato de cerio (III) que el clorato de potasio. d) Si se disolvieran 15 g de KCl en 30 mL de agua, eso implicaría una solubilidad de 50 g/100 g H2O, que es mayor que la solubilidad del KCl a 50 °C, 40 g/ 100 g H2O. Por tanto, no se podría disolver toda esa cantidad; quedarían 3 g sin disolverse.

10. Una disolución contiene 200 g de metanol, 150 g de etanol y 200 g de agua. Calcula el porcentaje en masa de los solutos (el agua es el disolvente).

Teniendo en cuenta la definición de porcentaje en masa:

Y como la masa de disolución es: 200 g metanol + 150 g etanol + 200 g agua = 550 g Al sustituir datos para cada soluto, nos queda: - Metanol:

- Etanol:

11. Explica las diferencias entre mezclas homogéneas y sustancias puras.

Indica un ejemplo de cada tipo.

Las mezclas homogéneas tienen valores variables de sus propiedades características, mientras que los valores de las propiedades características de las sustancias puras son constantes. Además, una mezcla homogénea se puede separar en sustancias más simples mediante procedimientos físicos, y las sustancias puras, no.

El agua que sale del grifo es una mezcla homogénea, y el agua pura es una sustancia pura.

12. Indica los nombres de tres métodos de separación de sustancias materiales, y explica uno de ellos.

Se pueden citar, por ejemplo, la filtración, la decantación y la cristalización.

La cristalización es un método que se utiliza para separar un sólido disuelto en un líquido. Está basado en la diferente solubilidad que presenta dicho sólido en función de la temperatura.

13. Si se introduce un terrón de azúcar en un vaso de leche caliente y agitamos, al cabo de poco tiempo la leche tiene sabor dulce. Explica este hecho usando la teoría cinética.

Al disolverse el terrón, quedan libres las partículas (moléculas) que componen el azúcar, que, rápidamente, se dispersan por todo el volumen de la leche. En función de la temperatura, el proceso es más o menos rápido, tal y como establece la TCM. La agitación favorece la dispersión de las partículas de azúcar.

14. La masa (en g) de oxígeno (O2) y de dióxido de carbono (CO2) que se puede disolver en 1 L de agua, manteniendo la presión de 1 atmósfera, es:

Solubilidad (g soluto/L agua) O2 CO2

0 °C

20 °C

40 °C

60 °C

0,07 3,3

0,04 1,7

0,03 1,0

0,02 0,6

a) Dibuja las curvas de solubilidad, en agua, del oxígeno y del dióxido de carbono. b) ¿Cómo varía la solubilidad de ambas sustancias entre 0 °C y 60 °C? c) Las especies acuáticas de aguas frías pueden morir al trasladarlas a aguas más cálidas; ¿por qué? a) Las curvas de solubilidad pedidas son las siguientes:

b) La solubilidad de los dos gases, oxígeno y dióxido de carbono, disminuye a medida que aumenta la temperatura. c) En aguas frías hay más oxígeno disuelto que en aguas calientes, por lo que al trasladarse un pez a aguas más calientes, necesita filtrar más volumen de agua con sus branquias. El pez puede no ser capaz de soportar el aumento de volumen de agua que tiene que filtrar, lo que ocasiona su muerte.

15. Se disuelven 5 g de sal común, NaCl, en medio litro de agua, siendo el volumen de la disolución también de medio litro. Calcula la concentración de la disolución en: a) g/L. b) % en masa. a) En 1 L, que es dos veces medio litro, habrá 2 veces más cantidad (en masa) de cloruro de sodio, esto es, 2 · 5 g = 10 g. Por tanto, la concentración será de 10 g/L.

b) Suponiendo que la densidad del agua es 1 g/cm3 (1 g/mL), los 500 mL de agua equivalen a 500 g. Por tanto, la masa de la disolución será: 5 g soluto (sal común) + 500 g disolvente (agua) = 505 g de disolución La concentración de la disolución en % en masa será:

16. Clasifica las siguientes sustancias materiales: a) Alcohol del 96%. b) Hidrógeno. c) Vinagre. d) Sal común. e) Granito. f ) Dióxido de carbono. g) Racimo de uvas. h) Oro. i ) Perfume. j ) Hierba. a) Mezcla homogénea. b) Elemento. c) Mezcla homogénea. d) Compuesto. e) Mezcla heterogénea. f ) Compuesto. g) Mezcla heterogénea. h) Elemento. i ) Mezcla homogénea. j ) Mezcla heterogénea.

17. ¿Cómo separarías una mezcla de agua y etanol? ¿Y una mezcla de arena, sal común y partículas de hierro?

El agua y el etanol se pueden separar destilando la mezcla, pues ambos componentes tienen temperaturas de ebullición diferentes.

En la mezcla de arena, sal común y partículas de hierro, podemos separar, en primer lugar, las partículas de hierro utilizando imanes. Después, se añade agua para que la sal se disuelva, y la nueva mezcla se filtra, quedando en el filtro las partículas de arena. Finalmente, se deja evaporar el agua añadida para obtener la sal.

18. Escribe un ejemplo de una disolución: a) Gaseosa. b) Líquida. c) Sólida.

Indica los componentes de cada disolución. a) El aire, que está formado, aproximadamente, por: N2, 78%; O2, 21%, y otros gases (Ar, CO2 y vapor de agua). b) El agua de mar (sales y agua). c) El acero (hierro, carbono y, dependiendo del tipo de acero, otros metales).

19. Define la solubilidad de una sustancia en un disolvente. ¿Qué significa que una disolución está muy concentrada?

La solubilidad de una sustancia en un determinado disolvente es la cantidad máxima de soluto, expresada en gramos, que se disuelve en 100 g de disolvente a una temperatura dada.

Una disolución está muy concentrada cuando la proporción de soluto es muy grande, es decir, si su concentración es elevada, próxima al valor de su solubilidad.

20. El suero fisiológico es una solución salina (cloruro de sodio disuelto en agua) con una concentración del 0,9% en masa. Calcula: a) La masa de cloruro de sodio disuelta en 20 g de suero. b) La cantidad de suero que necesitas para tener 1 g de cloruro de sodio. ¿Cómo obtendrías el gramo puro de cloruro de sodio? a) Una concentración al 0,9% en masa nos indica que de cada 100 g de disolución (suero fisiológico), 0,9 g son de soluto (cloruro de sodio). Como 20 g de suero es la quinta parte de 100 g, habrá cinco veces menos soluto que en 100 g. Esto es:

b) Para saber la masa de suero fisiológico, hacemos la siguiente proporción:

Para separar el cloruro de sodio de la disolución, se utilizaría alguno de los métodos de separación de los componentes de una mezcla que hemos estudiado en la unidad anterior. En este caso, al tener temperaturas de ebullición tan diferentes, podríamos obtenerlo dejando los 111,1 g de suero en un recipiente abierto y cercano a una fuente de calor para que el disolvente (agua) se evapore.

21. El vino y el granito son mezclas; explica a qué tipo de mezcla pertenece cada una.

El vino es una mezcla homogénea, pues a simple vista parece ser una sustancia pura, mientras que en el granito se observan, a simple vista, tres sustancias distintas (cuarzo, feldespato y mica), por lo que es una mezcla heterogénea.

22. Indica dos métodos de separación en mezclas homogéneas, y explica brevemente uno de ellos.

Se pueden citar la cristalización y la destilación.

La cristalización es un método que se utiliza para separar un sólido disuelto en un líquido. Está basada en la diferente solubilidad que presenta dicho 23. a) Bebida refrescante de naranja. b) Bronce (aleación formada por un 80% o más de cobre, y entre un 3% y un 20% de estaño). c) Batido de cacao.

d) Aire seco (N2, 78%; O2, 21%; Ar, 0,94%; CO2, 0,04%; otros gases, 0,02%).

En las disoluciones acuosas, el disolvente es siempre el agua; en el resto, el disolvente es el componente que esté presente en mayor proporción. Por tanto, en el caso de las disoluciones del enunciado, el disolvente es: a) Agua. b) Cobre. c) Leche (que, a su vez, es una mezcla donde el componente mayoritario es el agua). d) Nitrógeno.

24. Explica si es correcta la frase siguiente: una disolución está saturada cuando en ella hay disuelta una gran cantidad de soluto.

En general no es correcta. Si una sustancia es poco soluble en un disolvente, cuando se alcanza la saturación la disolución está diluida. Por otra parte, una disolución muy concentrada puede estar todavía lejos de la saturación (recuérdese que hay sustancias que se disuelven entre sí en todas las proporciones).

25. ¿Qué volumen de alcohol puro hay en una botella de vino de ¾ de litro, si la concentración del alcohol es del 12,5% en volumen?

Una disolución al 12,5% en volumen significa que por cada 100 unidades de volumen (mL, L, etcétera) 12,5 unidades de volumen son de alcohol puro.

Como ¾ de litro son 0,75 L, esto es, 750 mL, que son 7,5 veces más volumen que 100 mL, en la botella habrá 7,5 veces más volumen de alcohol puro, es decir: 7,5 · 12,5 mL = 93,75 mL (cm3)