CEDID CIUDAD BOLIVAR JORNADA MAÑANA

TALLER DE ACTIVIDADES CURSOS 1001 A 1005

ÁREA: Ciencias Naturales ASIGNATURA: Química

GRADO: Décimo PERIODO: Segundo

DOCENTE: Ricardo Bonilla Tema: Disoluciones Químicas

HILO CONDUCTOR: ¿Qué caracteriza a una solución?

TÓPICOS GENERATIVOS:

Clases de mezclas

Mezclas homogéneas

Componentes de una disolución

Clases de soluciones

Formas de expresar la concentración de soluciones

Unidades físicas de concentración: % en masa, % en volumen, % en masa-

volumen, g/L, ppm

Unidades químicas de concentración: Molaridad, Normalidad, Molalidad,

Fracción molar

Solubilidad

Gráficas de solubilidad vs temperatura

METAS:

o El estudiante comprende los cálculos teóricos de concentraciones de

soluciones, su preparación e interpretación.

o El estudiante comprende cómo usar los números reales para la

resolución de problemas en diversas representaciones y contextos.

o El estudiante comprende cómo utilizar las fuentes de información

para la interpretación y producción de textos.

ACTIVIDAD1: Leer el siguiente texto y elaborar a partir de él un mapa conceptual.

INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA

La química, como tal, es una ciencia relativamente reciente. En épocas muy

antiguas se desarrollaban ciertos procesos químicos sin tener plena

conciencia de lo que se hacía. Para citar solo algunos casos, podemos citar

al fuego que fue utilizado por primera vez por el hombre prehistórico para

cocinar sus alimentos y para desinfectar heridas. Aunque seguramente el

hombre prehistórico no tenía idea de los procesos químicos envueltos en

esas actividades, sí pudo apreciar sus efectos. En un principio, fue

necesario utilizar armas para cazar sus alimentos. Pero, las armas estaban

elaboradas con materiales, tal como el hierro, que son poco resistentes a

ciertas reacciones químicas (como la oxidación), por lo que se dañaban con

mucha rapidez. La química logró mejorar enormemente este material gracias

a otro proceso químico en el cual se utilizó una mezcla que incluían al hierro

y al carbón para conformar una aleación mucho más resistente: el acero.

Más adelante, se aprovecharon los procesos y las reacciones químicas para

producir materiales como vidrio, jabón, medicamentos, perfumes,

cosméticos tintes, vinos, y muchos otros. La elaboración de cada uno de

estos materiales siempre traía implícita la ejecución de algún proceso de

naturaleza química. Entre los pensadores que dieron algún aporte que

permitieron el surgimiento de la química como una ciencia podemos contar a

Aristóteles, Tales de Mileto, Heráclito, Leucipo, Demócrito, y muchos otros.

Lo importante es que por pequeños que hayan podido ser sus aportes, estos

lograron que la química diera un paso adelante hacia su consolidación como

ciencia. Un fenómeno en la historia que fue fundamental para llegar a lo que

hoy conocemos como ciencia química, fue el surgimiento de la alquimia. Se

piensa que la alquimia probablemente surgió en el siglo I, estando

geográficamente ubicado en China, Grecia y la India, y alcanzando su

máximo desarrollo en la edad media. Los alquimistas desarrollaron cientos

de experimentos químicos en la búsqueda de la conversión del plomo en

oro. Crear una sustancia capaz de lograr esta conversión involucró solo

fracasos para los alquimistas, pero se consiguieron muchas sustancias

químicas útiles que son de uso común aún hoy día. Algunos de los

procedimientos químicos desarrollados por los alquimistas fueron las

técnicas de destilación, la cristalización, la sublimación, la metalurgia y la

calcinación. Los alquimistas se vieron limitados por la poca cantidad de

procedimientos químicos existente, por lo que se vieron forzados a inventar

dispositivos químicos como el alambique (muy útil para la destilación), el

"baño de maría" (que permite calentar un material sin sobrepasar los

100ºcentígrados) y el agua regia (que consistía en una mezcla de ácidos). Al

observar la utilización de todos estos elementos por los alquimistas se hace

razonable aceptar que ellos fueron los verdaderos predecesores de la

ciencia química. Actualmente, se considera como padre de la química

moderna a Antoine Lavoisier, quien sostuvo la rigurosidad del método

cuantitativo, destruyó la antigua teoría del flogisto (la cual trataba de explicar

porque ardían los materiales) y propuso la Ley de Conservación de la

Materia. La edad de oro de la química se presentó en el siglo veinte. La

química se amplió en ese siglo de tal manera que fue preciso dividirla en

varias ramas. A pesar de esto, se hace necesario entender la química desde

varios puntos de vista, ya que está íntimamente relacionada con otras

ciencias como la física, la medicina, la ingeniería y otras. La química es

indispensable en las industrias de alimentos, en la industria de medicinas,

en las industrias textiles, en las industrias de cosméticos, en las industrias

de detergentes, en las industrias de insecticidas, etc. Hoy en día se

conceptualiza la química como una ciencia experimental que estudia la

estructura de la materia, sus propiedades y sus transformaciones, así como

que investiga y enuncia las leyes que rigen sus cambios.

ACTIVIDAD2: realizar la lectura del siguiente texto y a partir de él,

1. Definir los siguientes conceptos: propiedades intensivas, propiedades

extensivas, mezcla, mezcla homogénea, mezcla heterogénea.

2. Realice un cuadro explicativo acerca de las técnicas de separación de

mezclas.

LOS MATERIALES QUÍMICOS

Vivimos en un ambiente que nos rodea de elementos que poseen

naturalezas diferentes. Todos estos elementos tienen masa y ocupan un

espacio, es decir, tienen materia. La materia se presenta con diferentes

características y, a cada una de estas variaciones que presenta, se le

denomina material. Los materiales químicos se presentan en tres estados

físicos fundamentales: sólidos, líquidos y gaseosos. Un material químico es

sólido cuando tiene una forma y un volumen constante. Por otro lado, se

considera que un material químico es líquido cuando su forma se ve definida

por el recipiente o envase que lo contiene, presentando un volumen

constante. Mientras tanto, los materiales químicos gaseosos no tienen forma

ni volumen propio, la forma de estos materiales químicos dependen del

recipiente que los contiene y su volumen de la presión que reciben. Cada

material químico presenta ciertos atributos que permiten describirlo. A estas

cualidades se le denominan propiedades. Estas propiedades se clasifican en

"propiedades características" (intensivas) y en "propiedades no

características"(extensivas). Las propiedades no características de los

materiales son la masa, el volumen y la temperatura. Por otro lado, las

propiedades características de los materiales son el punto de fusión, el

punto de ebullición, la curva de calentamiento, la densidad y la solubilidad.

Cuando unimos dos o más materiales químicos obtenemos una mezcla. Las

mezclas suelen presentar características propias diferentes a la de los

materiales que las componen. En la naturaleza podemos conseguir

sustancias puras y mezclas desustancias. En ocasiones puede ser necesario

aislar uno de los componentes químicos de una mezcla. Las técnicas más

utilizadas para lograr este proceso son las de la destilación, la cristalización

y la cromatografía. Si en el proceso no es posible eliminar de la mezcla toda

la sustancia que se desea filtrar entonces la mezcla quedara "impura". De

forma parecida si la mezcla está conformada solo por dos sustancias y solo

se logra separar parcialmente una de las sustancias, entonces, nos quedará

una sustancia impura (con partículas de la sustancia que se deseaba

separar). Existen dos tipos de mezclas: a) Las mezclas heterogéneas, donde

es posible distinguir las partículas de cada sustancia a simple vista o

utilizando alguna herramienta como una lupa o un microscopio. Existen dos

tipos de mezclas heterogéneas: las mezclas groseras y las suspensiones.

Las mezclas heterogéneas pueden ser separadas por filtración, decantación,

tamización, imantación y centrifugación b) Las mezclas homogéneas, las

cuales presentan partículas de diferentes sustancias que no pueden ser

diferenciadas. Existen dos tipos de mezclas homogéneas: las disoluciones y

los coloides. Las mezclas homogéneas pueden ser separadas a través de la

destilación, la evaporación, la cristalización, la cromatografía y la extracción.

La concentración de una disolución se expresa en términos cuantitativos a

través de porcentajes. Se trata de expresar la cantidad de soluto disuelto en

cien partes de disolución. La concentración porcentual puede expresarse en

términos masa-masa. En este caso, se expresaría la masa de gramos de

soluto disueltos en 100 gramos de solución. Otra forma de expresar la

concentración se hace a través del porcentaje volumen-volumen. En este

caso se expresa el volumen en centímetros cúbicos de soluto disuelto en

100 centímetros cúbico de solución. El último caso que podemos medir la

concentración es a través del porcentaje masa-volumen. Aquí se considera

la masa en gramos de soluto disuelto en cien centímetros cúbicos de

disolución. Las sustancias se clasifican en sustancias simples y en

sustancias compuestas. Las sustancias simples son mejor conocidas como

elementos (particularmente, los elementos están conformadas por un mismo

tipo de partículas conocidas como átomos), mientras que las sustancias

compuestas son llamadas compuestos. Los elementos se clasifican en

elementos metálicos, elementos no metálicos y en elementos metaloides.

CONCENTRACIÓN DE DISOLUCIONES QUIMICAS

A) A TRAVES DE MAGNITUDES FÍSICAS (MASA Y VOLUMEN) 1) PORCENTAJE MASA-MASA (%m/m) (o peso-peso %p/p) % m/m = m soluto x 100 Donde m corresponde a

la masa m solución

Por ejemplo: Calcule el %m/m de una solución formada por 30g de soluto y 170g de solvente

% m/m = 30 x 100 = 15% m/m

(30+170)

OBSERVE que la relación anterior equivale a una regla de tres simple: 30 g de soluto

→ contenidos en 200 g de solución x g de soluto → contenidos en 100

g de solución 15%m/m

2) PORCENTAJE MASA/VOLUMEN (%m/v) % m/v = m soluto x 100 Donde: m: corresponde a la masa del soluto

Vsolución V: corresponde al volumen de solución

Por ejemplo: Calcule el %m/v del soluto en una solución formada por 60g disueltos en 300mL de solución

% m/m = 60 x 100 = 20% m/v

300

NUEVAMENTE la relación anterior equivale a una regla de tres simple:

60 g de soluto → contenidos en 300 mL de solución

x g de soluto → contenidos en 100 mL de solución

3) PORCENTAJE VOLUMEN / VOLUMEN (%v/v) % v/v = V soluto x 100 Donde: V: corresponde al volumen

Vsolución Por ejemplo: 300 [mL] de una cierta solución acuosa contienen 60 [mL] de CH3CH2OH. Calcule el

%v/v del soluto. Si los volúmenes son aditivos, calcula el %v/v de solvente.

a) % v/vsoluto = 60 x 100 = 20% m/v

300

20%m/v

Ejercicio: a) Calcule el %m/v de soluto de una solución formada por 80 [g] de soluto disueltos en 500 [mL] de solución. % m/vsoluto = 80 x 100 = 16% m/v 500 b) Si la densidad de la solución anterior es 1,1 [g/mL], calcule el %m/v del solvente. masa de la solución m solución = 500 (mL) × 1,1 (g/mL) = 550 [ g ] masa del solvente m solvente = 550 (g) - 80 (g) = 470 [ g ] % m/vsolvente = 470 x 100 = 94% m/v 500

Volumen del solvente V solvente = 300 (mL) - 60 (mL) = 240 [mL] b) %

v/vsolvente = 240 x 100 = 80% m/v

300

En los tres casos anteriores, si se consideran volúmenes son aditivos, se cumple que: la suma del porcentaje del soluto más el porcentaje del solvente es igual a 100.

% m/m soluto +% m/m solvente = 100 % m/v soluto +% m/v solvente = 100

% v/v soluto +% v/v solvente = 100

B) A TRAVÉS DE MAGNITUDES QUÍMICAS 1) MOLARIDAD (M) M = n M: Molaridad de la solución en M (se lee molar o concentración

molar)

V n: moles de soluto en [mol]

V: volumen de la solución expresado en litros L Ejemplo: Una solución contiene 8,5g de NaNO3 por cada 500mL. Calcule su molaridad. PM

NaNO3=85 [g/mol]

n = 8,5 (mol) = 0,1 (mol) moles presentes en la solución 85 (g/mol)

M = 0,1 (mol) = 0,2 mol/L

0, 5 (L)

2) MOLALIDAD (m) m = n x 1000 Donde: m : molalidad de la solución medida en m

(molal) m solvente n: número de moles de

En algunos textos, se habla de concentración molar CB se utiliza el subíndice B para referirse a que es la concentración molar en función del soluto. También se usa el término “molar” como unidad de medida y puede usar la letra M. Para el ejemplo citado seria 0,2M

soluto medido en [mol] m solvente : masa de solvente medida en [g]

Por ejemplo: Se disuelven 17 [g] de NaNO3 en 400 [mL] de H2O.

Calcule la molalidad de la solución formada sabiendo que la densidad del solvente es

Dsolvente = 1 [g/mL] ; PM NaNO3= 85 [g/mol]

msolvente = 400 (mL) × 1 (g/mL) = 400 [g]

n = 17 (g) = 0,2 [mol]

85 (g/mol)

m = 0,2 (mol) x 1000 (g) = 0,5 m 400 (g)

3) FRACCION MOLAR (χ) Se expresa en función del soluto y del solvente. Relaciona los moles de cada uno, en función de los

moles totales de la solución:

χsoluto = n soluto

nsoluto + nsolvente

χsolvente = n solvente

nsoluto + nsolvente

ACTIVIDAD3: Teniendo en cuenta la información anterior,

RESOLVER LA SIGUIENTE PRUEBA

Se formula la pregunta y se le da cuatro opciones de respuesta, usted como

estudiante debe marcar es la correcta y justificar la respuesta por escrito. Las

siguientes preguntas son de selección múltiple, con única respuesta.

1. . La siguiente tabla muestra los valores de densidad de tres sustancias.

En cuatro recipientes se colocan volúmenes diferentes de cada líquido como se

muestra en el dibujo.

De acuerdo con lo ilustrado es válido afirmar que

A. El recipiente IV es el que contiene menor masa.

B. Los recipientes II y IV contienen igual masa.

C. El recipiente III es el que contiene mayor masa.

D. El recipiente III contiene mayor masa que el recipiente I.

2. En la etiqueta de un frasco de vinagre aparece la información: «solución de ácido

acético al 4% en peso». El 4% en peso indica que el frasco contiene

A. 4 g de ácido acético en 96 g de solución.

B. 100 g de soluto y 4 g de ácido acético.

C. 100 g de solvente y 4 g de ácido acético.

D. 4 g de ácido acético en 100 g de solución.

3. En la gráfica se muestra la dependencia de la solubilidad de dos compuestos

iónicos en agua, en función de la temperatura.

Se preparó una mezcla de sales, utilizando 90 g de KNO3 y 10 g de NaCl. Esta

mezcla se disolvió en 100 g de H2 O y se calentó hasta 60ºC, luego se dejó enfriar

gradualmente hasta 0ºC. Es probable que al final del proceso

A.se obtenga un precipitado de NaCl y KNO3

B.se obtenga un precipitado de NaCl

C. los componentes de la mezcla permanezcan disueltos

D.se obtenga un precipitado de KNO3

Las pinturas Las pinturas se definen como una familia de compuestos de productos

empleados para la protección y fijación de color a un objeto o superficie

determinada. Tienen innumerables aplicaciones en la industria, el hogar y los

automóviles, entre otros. Las pinturas se aplican a casi la totalidad de los materiales

y permiten que estos sean más duraderos, no se corroan y mejoren su aspecto

estético. Los componentes son variados y la cantidad en la que se encuentran

depende de su uso y aplicación. En su mayoría se presentan como un sólido

fundido, un líquido disuelto o un spray. Los componentes más comunes son el

barniz, el esmalte, la laca, los vinilos, los pigmentos y muchos de los solventes

orgánicos.

4. La pintura blanca se emplea como base para preparar pinturas de diferentes

colores mediante la incorporación de un aditivo conocido como pigmento. Si estos

pigmentos son el 1% p/v de la mezcla sin diluir, la cantidad de aditivo presente en 1

L de pintura que ha sido diluida 10 veces es:

A. 10 g B. 1 ml C. 10 ml D. 1 g

CONTESTE LAS PREGUNTAS 5 Y 6 DEACUERDO CON LA SIGUIENTE

INFORMACIÓN

A cuatro vasos que contienen volúmenes diferentes de agua se agrega una

cantidad distinta de soluto X de acuerdo con la siguiente tabla.

Vaso Volumen de agua(ml)

Masa de X agua adicionada (g)

1 20 5

2 60 15

3 80 20

4 40 10

En cada vaso se forman mezclas homogéneas

5. De acuerdo con la situación anterior, es válido afirmar que la concentración es:

A. mayor en el vaso 3

B. igual en los cuatro vasos

C. menor en el vaso 1

D. mayor en el vaso 2

6. Si se evapora la mitad del solvente en cada uno de los vasos es muy probable

que al final de la evaporación:

A. los cuatro vasos contengan igual masa de la sustancia X

B. la concentración de las cuatro soluciones sea igual

C. disminuya la concentración de la solución del vaso dos

D. aumente la masa de la sustancia X en los cuatro vasos

CONTESTE LAS PREGUNTAS 7 A 9 TENIENDO EN CUENTA LA SIGUIENTE

INFORMACIÓN

Las soluciones insaturadas se pueden transformar en saturadas siguiendo varios procedimientos:

• Disminuyendo la temperatura. • Agregándole el soluto que le falta. • Evaporando solvente.

Se tiene una solución que contiene 200 gramos de H2O con 60 gramos de X a 30°C.

7. Se desea saturar la solución a la temperatura inicial agregándole soluto, la cantidad necesaria será

A. 20 gramos. B. 10 gramos. C. 30 gramos. D. 40 gramos.

8. Para saturar la solución inicial conservando la temperatura, pero evaporando solvente será necesario eliminar

A. 30 gramos de agua. B. 25 gramos de agua. C. 40 gramos de agua.

D. 50 gramos de agua. De las soluciones representadas es válido afirmar que las soluciones

A. 1 y 2 son sobresaturada e insaturada respectivamente. B. 2 y 3 son saturada y sobresaturada respectivamente. C. 1 y 3 son saturada y sobresaturada respectivamente. D. 1 y 2 son saturada y sobresaturada respectivamente.

10. Dos recipientes K y U contienen ácido clorhídrico de diferente concentración. La concentración del recipiente K es 3 N y la del U es 1.5 N. Si se mezclan iguales volúmenes de las dos soluciones, la concentración de la solución final será

A. 3.20 N B. 1.80 N C. 3.00 N D. 2.25 N

11. Una solución contiene 14 gramos de cloruro de sodio (NaCl) disueltos en 79,33 gramos de agua (H2O). La concentración de esta solución equivale a A. 15 % peso a peso B. 18 % volumen a volumen C. 15 % volumen a volumen D. 18 % peso a peso Se vierten en el embudo de decantación 4 ml de Tolueno, 3 ml de Formamida, 2 ml de Diclorometano y 1 ml de Cloroformo. Las densidades de estos líquidos se muestran en la siguiente tabla:

Líquido Densidad g/ml

Cloroformo 1,486

Diclorometano 1,325

Formamida 1,134

Tolueno 0,867

12. Si luego de un tiempo de reposo se abre la llave del embudo se obtiene primero: A. tolueno B. formamida C. diclorometano D. cloroformo La siguiente tabla muestra información sobre las soluciones I y II

Soluciones Masa molar del soluto (g/mol)

Masa de soluto (g)

Volumen de solución (cm3)

I 200 200 1000

II 200 400 500

M = moles soluto Litros de solución 13. De acuerdo con la situación anterior, es válido afirmar que A. la solución I tiene mayor número de moles de soluto y su concentración es mayor que la solución II B. la solución II tiene menor número de moles de soluto y su concentración es mayor que la solución I C. la solución I tiene menor número de moles de soluto y su concentración es mayor que la solución II D. la solución II tiene mayor número de moles de soluto y su concentración es mayor que la solución I La siguiente gráfica ilustra la solubilidad de una sustancia X en 100g de agua, con

respecto a la temperatura

14. Si una solución al 10% (p/p) de la sustancia X se prepara a 30ºC y después se

enfría hasta alcanzar una temperatura de 0ºC es válido afirmar que

A. se precipitarán 10g de X, porque el solvente está sobresaturado a 0ºC

B. no se presentará ningún precipitado, porque la solución está saturada a 0ºC

C. se precipitarán 10g de X, porque el solvente solo puede disolver 10g a 0ºC

D. se precipitarán 5g de X, porque el solvente solo puede disolver 5g a 0ºC En la tabla se describen algunas propiedades de dos compuestos químicos a una atmósfera de presión

Sustancia Fórmula Estructural Pto ebullición ºC

ácido butanoico CH3-CH2-CH2-COOH

164

Agua H2O 100

Tres mezclas preparadas con ácido butanoíco y agua, se representan en una recta donde los puntos intermedios indican el valor en porcentaje peso a peso (% P/P) de cada componente en la mezcla.

15. Al cambiar la concentración de la solución de ácido butanoíco del punto 1 al 2 es válido afirmar que A. permanece constante el porcentaje de agua en la solución B. disminuye la concentración de la solución C. disminuye la masa de agua en la solución D. permanece constante la concentración de la solución