SolucionesCaptulo 2

Una solucin es una mezcla homognea de 2 o ms sustancias puras. El soluto es la sustancia presente en menor proporcin. El solvente es la sustancia presente en mayor proporcin.Solucin Refresco (l) Aire (g) Soldadura (s) Solvente H2O N2 Pb Soluto Azcar, CO2 O2, Ar, CH4 Sn4.1

Un electrolito es una sustancia que, al disolverse en agua, es capaz de conducir corriente elctrica. Un no electrolito es una sustancia que, al disolverse en agua, no es capaz de conducir corriente elctrica.

No electrolito

Electrolito dbil

Electrolito fuerte4.1

Se conduce la electricidad en solucin? Cationes (+) y Aniones (-)

Electrolito fuerte 100% ionizadoNaCl (s)H 2O

Na+ (ac) + Cl- (ac)

Electrolito dbil se ioniza parcialmente CH3COOH CH3COO- (ac) + H+ (ac)

4.1

Ionizacin del acido actico CH3COOH CH3COO- (ac) + H+ (ac)

Reaccin reversible: la reaccin puede ocurrir en ambas direcciones simultaneamente. El cido actico es un electrolito dbil porque su ionizacin en el agua es parcial.4.1

La hidratacin es el proceso por el cual un ion es rodeado por molculas de agua orientadas en una manera especfica.

d-

d+

H2O

4.1

Un no electrolito no conduce la electricidad? Ni cationes (+) ni aniones (-) en solucin C6H12O6 (s)H 2O

C6H12O6 (ac)

4.1

Precipitacin de reaccionesPrecipitadoslido insoluble que se separa de la solucinprecipitado

Pb(NO3)2 (ac) + 2NaI (ac)

PbI2 (s) + 2NaNO3 (ac)

Ecuacin molecular Pb2+ + 2NO3- + 2Na+ + 2IPbI2 (s) + 2Na+ + 2NO3-

Ecuacin inica Pb2+ + 2IPbI2 (s)

PbI2

Ecuacin inica neta Na+ y NO3- son los iones espectadores4.2

Precipitacin del yoduro de plomoPb2+ + 2IPbI2 (s)

PbI2

4.2

La solubilidad es la mxima cantidad de soluto que puede disolverse en 100 ml. de agua, a una temperatura especfica.

4.2

Cmo escribir ecuaciones inicas netas1. Escribir la ecuacin molecular balanceada. 2. Escribir la ecuacin inica mostrando los electrlitos fuertes completamente disociados en cationes y aniones.

3. Eliminar los iones semejantes de ambos lados de la ecuacin inica. 4. Verificar que las cargas y el nmero de tomos dentro de la ecuacin inica neta estn balanceados. Escriba la ecuacin inica neta para la reaccin entre el nitrato de plata y el cloruro de sodio.

AgNO3 (ac) + NaCl (ac)

AgCl (s) + NaNO3 (ac)

Ag+ + NO3- + Na+ + ClAg+ + Cl-

AgCl (s) + Na+ + NO3AgCl (s)4.2

cidosTienen sabor agrio. El vinagre le debe su sabor al cido actico. Las frutas agrias contienen cido ctrico. Causan cambio de color en pigmentos vegetales. Reaccionan con ciertos metales para producir hidrgeno (g).

2HCl (ac) + Mg (s)

MgCl2 (ac) + H2 (g)

Reaccionan con carbonatos y bicarbonatos para producir dixido de carbono gaseoso. 2HCl (ac) + CaCO3 (s) CaCl2 (ac) + CO2 (g) + H2O (l)

Las soluciones acuosas de cidos conducen electricidad.4.3

Bases o hidrxidosPoseen un sabor amargo. Son resbaladizas al tacto. Muchos jabones contienen bases. Causan cambio de color en pigmentos vegetales. Las soluciones acuosas de bases conducen electricidad.

4.3

Segn Arrhenius, un cido es una sustancia que produce iones H+ (H3O+) en solucin acuosa.

Una base, segn Arrhenius, es una sustancia que produce OHen solucin acuosa.

4.3

Ion hidronio, protn hidratado, H3O+

4.3

Un cido de Brnsted es un donador de protones. Una base de Brnsted es un receptor de protones.

base

cido

cido

base

Un cido de Brnsted debe contener al menos un protn ionizable!4.3

cidos monoprotnicosHCl H+ + ClElectrolito fuerte, cido fuerte

HNO3CH3COOH

H+ + NO3H+ + CH3COO-

Electrolito fuerte, cido fuerteElectrolito dbil, cido dbil

cidos diprotnicosH2SO4 H+ + HSO4Electrolito fuerte, cido fuerte Electrolito dbil, cido dbil

HSO4-

H+ + SO42-

cidos triprotnicosH3PO4 H2PO4HPO42H+ + H2PO4H+ + HPO42H+ + PO43Electrolito dbil, cido dbil

Electrolito dbil, cido dbilElectrolito dbil, cido dbil 4.3

Identifique cada una de las siguientes especies como un cido de Brnsted, base de Brnsted, o ambos. a) HI, b) CH3COO-, c) H2PO4-

HI (ac)

H+ (ac) + I- (ac) cido de Brnsted

CH3COO- (ac) + H+ (ac) H2PO4- (ac)

CH3COOH (ac)

Base Brnsted

H+ (ac) + HPO42- (ac) H3PO4 (ac)

cido Brnsted Base Brnsted

H2PO4- (ac) + H+ (ac)

4.3

Reaccin de neutralizacincido + base sal + agua

HCl (ac) + NaOH (ac) H+ + Cl- + Na+ + OHH+ + OH-

NaCl (ac) + H2O Na+ + Cl- + H2O H2O

4.3

Reacciones de oxidacin-reduccin(reacciones con transferencia de electrones)

2Mg O2 + 4e-

2Mg2+

+

4e-

semireaccin de oxidacin (cede e-)

2O2- semiraccin de reduccin (acepta e-) 2Mg + O2 + 4e2Mg2+ + 2O2- + 4e2Mg + O2 2MgO

4.4

4.4

Zn (s) + CuSO4 (ac)Zn Zn2+ + 2e- Zn se oxida Cu Cu2+ se reduce Cu2+ + 2e-

ZnSO4 (ac) + Cu (s)Zn es el agente reductor CuSO4 es el agente oxidante

El alambre de cobre reacciona con el nitrato de plata para formar plata metlica. Cul es el agente oxidante en la reaccin?

Cu (s) + 2AgNO3 (ac)Cu Ag+ + 1eCu2+ + 2eAg Ag+ se reduce

Cu(NO3)2 (ac) + 2Ag (s)AgNO3 es el agente oxidante4.4

Nmero de oxidacinEs la carga que el tomo tendra en una molcula (o en un compuesto inico) si los electrones de valencia fuesen transferidos completamente.

1. Los elementos libres (en estado puro) tienen un nmero de oxidacin igual a cero.

Na, Be, K, Pb, H2, O2, P4 = 02. En iones monoatmicos, el nmero de oxidacin es igual a la carga en el ion.

Li+, Li = +1; Fe3+, Fe = +3; O2-, O = -23. El nmero de oxidacin del oxgeno es generalmente de 2. En H2O2 y O22-,es 1.4.4

4. El nmero de oxidacin del hidrgeno es +1, excepto en hidruros (hidrgeno metal). En estos casos, su nmero de oxidacin es 1. 5. Los metales del Grupo IA son +1, los metales IIA son +2 y el flor es siempre 1. 6. La suma de los nmeros de oxidacin de todos los tomos en una molcula o ion, es igual a la carga en la molcula o ion. 7. Los nmeros de oxidacin no tienen que ser enteros. El nmero de oxidacin del oxgeno en el ion perxido, O2-, es -. -

HCO3

Cules son los nmeros de oxidacion de todos los elementos en HCO3- ?

O = -2

H = +1

3x(-2) + 1 + ? = -1 C = +44.4

Nmeros de oxidacin de los elementos en sus compuestos

4.4

IF7Cules son los nmeros de oxidacin en los siguientes compuestos?

F = -17x(-1) + ? = 0

I = +7

NaIO3Na = +1 O = -2 3x(-2) + 1 + ? = 0 I = +5

K2Cr2O7

O = -2

K = +1

7x(-2) + 2x(+1) + 2x(?) = 0

Cr = +64.4

Tipos de reacciones de oxidacinreduccinReaccin de formacin A+B0 0

C+3 -1

2Al + 3Br2 Reaccin de descomposicin

2AlBr3

C+1 +5 -2

A+B+1 -1 0

2KClO3

2KCl + 3O24.4

Tipos de reacciones de oxidacinreduccinReaccin de combustin A + O20 0

B+4 -2

S + O2

SO2

0

0

+2 -2

2Mg + O2

2MgO4.4

Tipos de reacciones de oxidacinreduccinReacciones de desplazamiento A + BC0 +1 +2 0

AC + B

Sr + 2H2O+4 0

Sr(OH)2 + H2 Desplazamiento del0 +2

hidrgeno Desplazamiento del metal Desplazamiento del halgeno4.4

TiCl4 + 2Mg0 -1

Ti + 2MgCl2-1 0

Cl2 + 2KBr

2KCl + Br2

Series de actividad para los metalesReaccin de desplazamiento del hidrgeno

M + BC

AC + B

M es un metal BC es un cido o H2O B es H2 Ca + 2H2O Pb + 2H2O Ca(OH)2 + H2 Pb(OH)2 + H2

4.4

Series de actividad para los halgenosF2 > Cl2 > Br2 > I2Reaccin de desplazamiento del halgeno0 -1 -1 0

Cl2 + 2KBr I2 + 2KBr

2KCl + Br2 2KI + Br2

4.4

Tipos de reaccin de oxidacinreduccinReaccin de desproporcin El elemento se oxida y se reduce simultneamente. Cl2 + 2OHQumica del cloro0

ClO- + Cl- + H2O

+1

-1

4.4

Clasifique las siguientes reacciones:

Ca2+ + CO32NH3 + H+ Zn + 2HCl Ca + F2

CaCO3 NH4+ ZnCl2 + H2 CaF2

Precipitacincido-Base Redox(desplazamiento de H2)

Redox (formacin)

4.4

La Qumica en accin: Alcoholmetro+6

3CH3CH2OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4+3

3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 11H2O

4.4

Estequiometra de solucionesLa concentracin de una solucin es la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de solvente o de solucin.

M = molaridad =

moles de solutolitros de solucin

Cunta masa de Kl se requiere para hacer 500 mL de solucin de Kl a 2.80 M?M KI M KI

volumen de solucin de Kl500 mL x 1L 1000 mL x

moles de KI2.80 mol KI 1 L soln x 166 g KI 1 mol KI

gramos de KI= 232 g KI 4.5

4.5

Dilucin es el proceso para preparar una solucin menos concentrada a partir de una solucin ms concentrada.

DilucinSe agrega solvente

Moles de soluto antes de la dilucin (i)

==

Moles de soluto despus de la dilucin (f)

MiVi

MfVf4.5

Cmo se prepararan 60.0 mL de HNO3 0.200 M, a partir de una reserva de solucin de HNO3 4.00 M?

MiVi = MfVf Mi = 4.00 Vi = Mf = 0.200 Vf = 0.06 L Vi = ? L

MfVfMi

0.200 x 0.06 = = 0.003 L = 3 mL 4.00 = 60 mL de solucin

3 mL de cido + 57 mL de agua

4.5

Anlisis gravimtrico1. Disolver la sustancia desconocida en agua. 2. La sustancia desconocida reacciona con sustancias conocidas para formar un precipitado.

3. Filtrar y secar el precipitado.4. Pesar el precipitado. 5. Usar frmulas qumicas y la masa del precipitado para determinar la cantidad del ion desconocido.

4.6

TitulacionesEn una titulacin, una solucin de una concentracin conocida con exactitud, es agregada gradualmente a otra solucin de concentracin desconocida, hasta que la reaccin qumica entre ellas est completa. Punto de equivalencia es el punto en el cual la reaccin est completa Indicador sustancia que cambia de color en (o cerca) del punto de equivalencia.Se agrega lentamente una base a un cido desconocido HASTA QUE el indicador cambia de color

4.7

Qu volumen de una solucin de 1.420 M de NaOH se requiere para titular 25.00 mL de una solucin 4.50 M de H2SO4? ESCRIBA LA ECUACIN QUMICA! H2SO4 + 2NaOHM rx

2H2O + Na2SO4M

volumen de moles de moles de volume de cido coef. base cido cido base base25.00 mL x 4.50 mol H2SO4 1000 mL soln x 2 mol NaOH 1 mol H2SO4 x 1000 ml soln 1.420 mol NaOH = 158 mL

4.7

La Qumica en accin: Metal proveniente del marCaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

CaO (s) + H2O (l)

Ca2+ (aq) + 2OH- (aq)Mg(OH)2 (s) MgCl2 (ac) + 2H2O (l)

Mg2+ (ac) + 2OH -(ac) Mg(OH)2 (s) + 2HCl (ac)

Mg2+ + 2e2Cl-

Mg Cl2 + 2e-

MgCl2 (aq)

Mg (s) + Cl2 (g)

Temperatura y solubilidadSolubilidad de slidos y temperatura

La solubilidad aumenta al aumentar la

temperatura.

La solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.

12.4

La cristalizacin fraccional es la separacin de una mezcla de sustancias en componentes puros con base en sus diferentes solubilidades.

Suponiendo que hay 90 g KNO3 contaminado con 10 g NaCl. Cristalizacin fraccional: 1. Disolver la muestra en 100 mL de agua a 600C 2. Enfrar la solucin hasta 00C 3. Todo el NaCl se quedar en la solucin (s = 34.2g/100g) 4. 78 g de KNO3 PURO ser precipitado (s = 12 g/100g). 90 g 12 g = 78 g 12.4

Temperatura y solubilidadO2 gas temperatura y solubilidad

La solubilidad por lo general disminuye cuando la temperatura aumenta.

12.4

Presin y solubilidad de GasesLa solubilidad de un gas en un lquido es proporcional a la presin de un gas sobre la solucin. (Ley de Henry). c es la conecntracin (M) del gas disuelto c = kPP es la presin del gas sobre la solucin

k es una constante caracterstica de cada gas (mol/Latm) que depende solo en la temperatura

low P

high P

low c

high c

12.5

La Qumica en accin: El lago asesino

8/21/86 Nube liberada de CO2 1700 vctimas/muertes

Causa? terremoto

derrumbevientos fuertes

Lago Nyos, Africa Oste

Propiedades coligativas de soluciones no electrolticasLas propiedades coligativas son propiedades que dependen nicamente del nmero de partculas del soluto en una solucin y no de la naturaleza de las partculas de la solucin.

Reduccin de la presin de vapor P1 = X1 P0 1 0 P1 = presin de vapor de un solvente puro

Ley de Raoult

X1 = fraccin mol de un solvente

Si la solucin contiene nicamente un soluto:

X1 = 1 X20 0 P 1 - P1 = DP = X2 P 1

X2 = fraccin mol del soluto12.6

Solucin ideal

0 PA = XA P A 0 PB = XB P B

PT = PA + PB0 PT = XA P A + XB P 0 B

12.6

PT es mayor a la predecida por la Ley de Raoult

PT es menor a la predecida por la Ley de Raoult

Fuerza A-B

Fuerza < A-A

&

Fuerza B-B

Fuerza A-B

>

Fuerza A-A

&

Fuerza B-B

12.6

Dispositivo para realizar una destilacin fraccionada

12.6

Elevacin del punto de ebullicin 0 DTb = Tb T bT b0 puro T b es el punto de ebullicin de la solucin es el punto de ebullicin del solvente

Tb > T b

0

DTb > 0

DTb = Kb mm es la molalidad de la solucin Kb es el punto de ebullicin molal, constante de elevacin (0C/m) para un solvente dado.

12.6

Disminucin del punto de congelacin DTf = T 0 Tf fT f0 es el punto de congelacin del solvente

Tf

es el punto de congelacin de la solucin

T f > Tf

0

DTf > 0 DTf = Kf m

m es la molalidad de la solucinKf es el punto congelacin molal, constante de elevacin (C/m) para un solvente dado.

12.6

12.6

Cul es el punto de congelacin de una solucin que contiene 478 g de etilenglicol (anticongelante) en 3202 g de agua? La masa molar del etilenglicol es 62.01 g.

DTf = Kf mmoles del soluto m = masa del solvente (kg)

Kf agua = 1.86 0C/m478 g x 1 mol 62.01 g

=3.202 kg solvente

= 2.41 m

DTf = Kf m = 1.86 0C/m x 2.41 m = 4.48 0C DTf = T 0 Tf f Tf = T 0 DTf = 0.00 0C 4.48 0C = -4.48 0C f12.6

Presin osmtica (p)smosis es el paso selectivo de las molculas del solvente a travs de una membrana porosa de una solucin diluida a una con mayor concentracin. Una membrana semipermeable permite el paso de las molculas del solvente, pero se bloquea el paso de las molculas del soluto. Presin osmtica (p) es la presin requerida para detener la smosis.

dilute

more concentrated

12.6

Presin osmtica (pi)

High P

Low P

p = MRTM es la molaridad de la solucinR es la constante universal de los gases ideales T es la temperatura (en K)

12.6

Una clula en:

una solucin isotnica

una solucin hipotnica

una solucin hipertnica

12.6

Propiedades coligativas de soluciones no electrolticasLas propiedades coligativas son propiedades que dependen slo del nmero de partculas del soluto en la solucin y no de la naturaleza de las partculas del soluto.

Disminucin de presin de vapor Elevacin del punto de ebullicin Disminucin del punto de congelacin Presin osmtica (pi)

0 P1 = X1 P 1

DTb = Kb m DTf = Kf m

p = MRT12.6

Propiedades coligativas de soluciones electrolticas0.1 m solucin NaCl 0.1 m Na+ iones & 0.1 m Cl- iones

Las propiedades coligativas son propiedades que dependen slo del nmero de partculas del soluto en la solucin y no de la naturaleza de las partculas del soluto.

0.1 m solucin NaCl

0.2 m iones en solucin

Factor vant Hoff (i) =

nmero real de partculas en solucin despus de disociacin nmero de unidades de frmula inicialmente disueltas en solucin

i debe ser no electrolitos NaCl CaCl2 1 2 3

12.7

Propiedades coligativas de soluciones electrolticasElevacin del punto de ebullicin

DTb = i Kb m

Disminucin del punto de congelacin

DTf = i Kf m

Presin osmtica (p)

p = iMRT

12.7

Un coloide es una dispersin de partculas de una sustancia a travs de un medio de dispersin de otra sustancia.

Coloide contra solucin Las partculas coloidales son mucho ms grandes que las molculas del solutoLa suspensin coloidal no es tan homognea como una solucin

12.8

La accin de limpieza del jabn

12.8

La Qumica en accin: Desalinizacin