ejercicios disoluciones chang

546 CAPTULO 12 Propiedades fsicas de las disoluciones

Preguntas y problemas

5JQPTEFEJTPMVDJPOFTPreguntas de repaso

12.1 Distinga entre una disolucin no saturada, una disolu-cin saturada y una disolucin sobresaturada.

12.2 A partir de qu tipo de disolucin, de las mencionadas en la pregunta 12.1, puede ocurrir cristalizacin o preci-pitacin? Cul es la diferencia entre un cristal y un pre-cipitado?

&OGPRVFNPMFDVMBSEFMQSPDFTPEFEJTPMVDJOPreguntas de repaso

12.3 Describa brevemente el proceso de disolucin a nivel molecular. Utilice como ejemplo la disolucin de un s-lido en un lquido.

12.4 A partir de las fuerzas intermoleculares, explique el sig-nificado de lo semejante disuelve a lo semejante.

12.5 Qu es la solvatacin? Cules son los factores que in-fluyen en el grado de solvatacin? Proporcione dos ejemplos de solvatacin; incluya uno relacionado con la interaccin ion-dipolo, y otro en el que intervengan fuer-zas de dispersin.

12.6 Segn se sabe, algunos procesos de disolucin son endo-trmicos y otros son exotrmicos. Proponga una inter-pretacin molecular de esta diferencia.

12.7 Explique por qu el proceso de disolucin invariable-mente conduce a un aumento en el desorden.

12.8 Describa los factores que afectan la solubilidad de un slido en un lquido. Qu significa decir que dos lqui-dos son miscibles?

Problemas

12.9 Por qu el naftaleno (C10H8) es ms soluble en benceno que el CsF?

Explique por qu el etanol (C2H5OH) no es soluble en ciclohexano (C6H12).

12.11 Acomode los siguientes compuestos en orden creciente de solubilidad en agua: O2, LiCl, Br2, metanol (CH3OH).

12.12 Explique las variaciones de la solubilidad en agua de los alcoholes que se presentan a continuacin:

4PMVCJMJEBEFOBHVB$PNQVFTUP HHB$

CH3OH CH3CH2OH CH3CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2OH 9 CH3CH2CH2CH2CH2OH 2.7

(Nota: significa que el alcohol y el agua son completamente miscibles en todas las proporciones).

6OJEBEFTEFDPODFOUSBDJO

Preguntas de repaso

12.13 Defina los siguientes trminos de concentracin y espe-cifique sus unidades: porcentaje en masa, fraccin mo-lar, molaridad, molalidad. Compare sus ventajas y sus desventajas.

12.14 Describa brevemente los pasos que se requieren para la conversin entre molaridad, molalidad y porcentaje en masa.

Problemas

12.15 Calcule el porcentaje en masa de soluto en cada una de las siguientes disoluciones acuosas: a) 5.50 g de NaBr en 78.2 g de disolucin, b) 31.0 g de KCl en 152 g de agua, c) 4.5 g de tolueno en 29 g de benceno.

12.16 Calcule la cantidad de agua (en gramos) que se debe agregar a: a) 5.00 g de urea (NH2)2CO para preparar una disolucin a 16.2% en masa y b) 26.2 g de MgCl2 para preparar una disolucin a 1.5% en masa.

12.17 Calcule la molalidad de cada una de las siguientes diso-luciones: a) 14.3 g de sacarosa (C12H22O11) en 676 g de agua, b) 7.20 moles de etilenglicol (C2H6O2) en 3 546 g de agua.

12.18 Calcule la molalidad de cada una de las siguientes diso-luciones acuosas: a) disolucin de NaCl 2.50 M (densi-dad de la disolucin = 1.08 g/mL), b) disolucin de KBr a 48.2% en masa.

12.19 Calcule la molalidad de cada una de las siguientes diso-luciones acuosas: a) disolucin de azcar (C12H22O11) 1.22 M (densidad de la disolucin = 1.12 g/mL), b) diso-lucin de NaOH 0.87 M (densidad de la disolucin = 1.04 g/mL), c) disolucin de NaHCO3 5.24 M (densidad de la disolucin = 1.19 g/mL).

Para disoluciones diluidas, en las que la densidad de la disolucin es aproximadamente igual a la del disolvente puro, la molaridad de la disolucin es igual a su molali-dad. Demuestre que este enunciado es vlido para una disolucin acuosa de urea, (NH2)2CO, 0.010 M.

12.21 El contenido de alcohol de un licor se expresa en trmi-nos de la prueba, que se define como el doble del por-centaje en volumen de etanol (C2H5OH) presente. Calcule el nmero de gramos de alcohol presente en 1.00 L de ginebra prueba 75. La densidad del etanol es de 0.798 g/mL.

12.22 El cido sulfrico concentrado que se utiliza en el labo-ratorio es H2SO4 a 98.0% en masa. Calcule la molalidad y la molaridad de la disolucin cida. La densidad de la disolucin es de 1.83 g/mL.

12.23 Calcule la molaridad y la molalidad de una disolucin de NH3 preparada con 30.0 g de NH3 en 70.0 g de agua. La densidad de la disolucin es de 0.982 g/mL.

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547Preguntas y problemas

12.24 La densidad de una disolucin acuosa que contiene 10.0% en masa de etanol (C2H5OH) es de 0.984 g/mL. a) Calcule la molalidad de esta disolucin. b) Calcule su molaridad. c) Qu volumen de la disolucin contendr 0.125 moles de etanol?

&GFDUPEFMBUFNQFSBUVSBFOMBTPMVCJMJEBEPreguntas de repaso

12.25 Cmo cambia la solubilidad de la mayora de los com-puestos inicos en agua con la temperatura? Con la pre-sin?

12.26 Describa el proceso de cristalizacin fraccionada y su aplicacin.

Problemas

12.27 Una muestra de 3.20 g de una sal se disuelve en 9.10 g de agua para formar una disolucin saturada a 25C. Cul es la solubilidad (en g de sal/100 g de H2O) de la sal?

12.28 La solubilidad del KNO3 es de 155 g por 100 g de agua a 75C, y de 38.0 g a 25C. Cul es la masa (en gramos) de KNO3 que cristalizar al enfriar exactamente 100 g de esta disolucin saturada de 75C a 25C?

12.29 Una muestra de 50 g de KClO3 impuro (solubilidad = 7.1 g por 100 g de H2O a 20C) est contaminada con 10% de KCl (solubilidad = 25.5 g por 100 g de H2O a 20C). Calcule la cantidad mnima de agua a 20C necesaria para disolver todo el KCl de la muestra. Qu cantidad de KClO3 quedar despus de este tratamiento? (Su-ponga que las solubilidades no cambian por la presencia de otro compuesto.)

4PMVCJMJEBEEFHBTFTPreguntas de repaso

12.30 Analice los factores que influyen en la solubilidad de un gas en un lquido.

12.31 Qu es la contaminacin trmica? Por qu representa un peligro para la vida acutica?

12.32 Cul es la ley de Henry? Defina cada trmino de la ecuacin y especifique sus unidades. Cmo se explica-ra la ley en trminos de la teora cintica molecular de los gases? Proporcione dos excepciones a la ley de Henry.

12.33 Un estudiante observa dos recipientes con agua. Uno de los recipientes se calienta a 30C y el otro a 100C. En cada caso, se forman burbujas en el agua. Tienen el mismo origen estas burbujas? Justifique su respuesta.

12.34 Un hombre compr un pez dorado en una tienda de mas-cotas. Cuando regres a casa, puso el pez dorado en una pecera con agua recin hervida, que fue enfriada rpida-

mente. Pocos minutos despus encontr muerto al pez. Explique qu le sucedi al pez.

Problemas

12.35 Un recipiente con agua se satura inicialmente con aire disuelto. Explique lo que ocurre cuando se burbujea He gaseoso a 1 atm en la disolucin durante mucho tiempo.

12.36 Un minero que trabajaba a 260 m por debajo del nivel del mar destap una bebida carbonatada durante su al-muerzo. Para su sorpresa, la bebida saba bastante ins-pida. Un poco despus, el minero tom un elevador hacia la superficie. Durante el ascenso no pudo dejar de eruc-tar. Por qu?

12.37 La solubilidad del CO2 en agua a 25C y 1 atm es de 0.034 mol/L. Cul ser su solubilidad en condiciones atmosfricas? (La presin parcial del CO2 en el aire es de 0.0003 atm.) Suponga que el CO2 obedece la ley de Henry.

12.38 La solubilidad del N2 en la sangre a 37C y a una presin parcial de 0.80 atm es de 5.6 104 mol/L. Un buzo marino respira aire comprimido con una presin parcial de N2 igual a 4.0 atm. Suponga que el volumen total de sangre en el cuerpo es de 5.0 L. Calcule la cantidad de N2 gaseoso desprendido (en litros, a 37C y 1 atm) cuando el buzo regresa a la superficie del agua, en donde la pre-sin parcial del N2 es de 0.80 atm.

1SPQJFEBEFTDPMJHBUJWBTEFMBTEJTPMVDJPOFTEFOPFMFDUSMJUPTPreguntas de repaso

12.39 Qu son las propiedades coligativas? Cul es el signi-ficado de la palabra coligativa en este contexto?

12.40 Escriba la ecuacin que representa la ley de Raoult y explquela con palabras.

12.41 Utilice una disolucin de benceno en tolueno para expli-car el significado de una disolucin ideal.

12.42 Escriba las ecuaciones que relacionan el aumento del punto de ebullicin y la disminucin del punto de conge-lacin con la concentracin de la disolucin. Defina to-dos los trminos y especifique sus unidades.

12.43 Cmo se relaciona la disminucin de la presin de va-por con el aumento del punto de ebullicin de una diso-lucin?

12.44 Utilice un diagrama de fases para mostrar la diferencia en los puntos de congelacin y de ebullicin entre una disolucin acuosa de urea y el agua pura.

12.45 Qu es la smosis? Qu es una membrana semiper-meable?

12.46 Escriba la ecuacin que relaciona la presin osmtica con la concentracin de una disolucin. Defina todos los trminos y especifique sus unidades.

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12.47 Explique por qu se utiliza la molalidad para los clculos de aumento del punto de ebullicin y disminucin del punto de congelacin, y por qu la molaridad se utiliza para los clculos de presin osmtica.

12.48 Describa cmo se utilizaran las mediciones de la dismi-nucin del punto de congelacin y de presin osmtica para determinar la masa molar de un compuesto. Por qu no se utilizan para este propsito el aumento del punto de ebullicin y la disminucin de la presin de vapor?

Problemas

12.49 Se prepara una disolucin disolviendo 396 g de sacarosa (C12H22O11) en 624 g de agua. Cul es la presin de vapor de esta disolucin a 30C? (La presin de vapor del agua es de 31.8 mmHg a 30C.)

Cuntos gramos de sacarosa (C12H22O11) se deben agre-gar a 552 g de agua para obtener una disolucin cuya presin de vapor sea 2.0 mmHg menor que la del agua pura a 20C? (La presin de vapor del agua a 20C es de 17.5 mmHg.)

12.51 La presin de vapor del benceno es de 100.0 mmHg a 26.1C. Calcule la presin de vapor de una disolucin que contiene 24.6 g de alcanfor (C10H16O) disueltos en 98.5 g de benceno. (El alcanfor es un slido poco vol-til.)

12.52 Las presiones de vapor del etanol (C2H5OH) y del 1-pro-panol (C3H7OH) a 35C son de 100 mmHg y 37.6 mmHg, respectivamente. Suponga un comportamiento ideal y calcule las presiones parciales de etanol y 1-pro-panol a 35C, sobre una disolucin de etanol en 1-propa-nol, en la que la fraccin molar del etanol es de 0.300.

12.53 La presin de vapor del etanol (C2H5OH) a 20C es de 44 mmHg, y la presin de vapor del metanol (CH3OH) a la misma temperatura es de 94 mmHg. Se prepara una mezcla de 30.0 g de metanol y 45.0 g de etanol (se su-pone un comportamiento ideal). a) Calcule la presin de vapor del metanol y del etanol en esta disolucin a 20C. b) Calcule la fraccin molar del metanol y del etanol en el vapor de la disolucin a 20C. c) Sugiera un mtodo para separar los dos componentes de la disolucin.

12.54 Cuntos gramos de urea [(NH2)2CO] se deben agregar a 450 g de agua para obtener una disolucin con una pre-sin de vapor 2.50 mmHg menor que la del agua pura, a 30C? (La presin de vapor del agua a 30C es de 31.8 mmHg).

12.55 Cules son el punto de ebullicin y el punto de conge-lacin de una disolucin de naftaleno 2.47 m en ben-ceno? (El punto de ebullicin y el punto de congelacin del benceno son 80.1C y 5.5C, respectivamente.)

12.56 Una disolucin acuosa contiene el aminocido glicina (NH2CH2COOH). Suponiendo que el cido no se ioniza en el agua, calcule la molalidad de la disolucin si se congela a 1.1C.

12.57 Las feromonas son compuestos que secretan las hembras de muchas especies de insectos para atraer a los machos. Uno de estos compuestos contiene 80.78% de C, 13.56% de H y 5.66% de O. Una disolucin de 1.00 g de esta feromona en 8.50 g de benceno se congela a 3.37C. Cul es la frmula molecular y la masa molar del com-puesto? (El punto de congelacin normal del benceno puro es 5.50C).

12.58 El anlisis elemental de un slido orgnico extrado de la goma arbiga (una sustancia chiclosa que se utiliza en pegamentos, tintas y productos farmacuticos) mostr que contena 40.0% de C, 6.7% de H y 53.3% de O. Una disolucin de 0.650 g del slido en 27.8 g del disolvente bifenilo tuvo una disminucin del punto de congelacin de 1.56C. Calcule la masa molar y la frmula molecular del slido. (Kf para el bifenilo es de 8.00C/m.)

12.59 Cuntos litros del anticongelante etilenglicol [CH2(OH)CH2(OH)] se deben agregar al radiador de un automvil que contiene 6.50 L de agua, si la temperatura invernal ms baja en la regin es de 20C? Calcule el punto de ebullicin de esta mezcla agua-etilenglicol. (La densidad del etilenglicol es de 1.11 g/mL.)

Se prepara una disolucin condensando 4.00 L de un gas, medido a 27C y 748 mmHg de presin, en 58.0 g de benceno. Calcule el punto de congelacin de esta di-solucin.

12.61 La masa molar del cido benzoico (C6H5COOH), deter-minada midiendo la disminucin del punto de congela-cin del benceno, es el doble de la que se espera para la frmula molecular C7H6O2. Sugiera una explicacin para esta aparente anomala.

12.62 Una disolucin de 2.50 g de un compuesto, cuya frmula emprica es C6H5P, en 25.0 g de benceno se congela a 4.3C. Calcule la masa molar del soluto y su frmula molecular.

12.63 Cul es la presin osmtica (en atm) de una disolucin acuosa de urea [(NH2)2CO] 1.36 M a 22.0C?

12.64 Una disolucin que contiene 0.8330 g de un polmero de estructura desconocida en 170.0 mL de un disolvente orgnico mostr una presin osmtica de 5.20 mmHg a 25C. Determine la masa molar del polmero.

12.65 Se disuelve en agua una muestra de 7.480 g de un com-puesto orgnico para obtener 300.0 mL de disolucin. La disolucin tiene una presin osmtica de 1.43 atm a 27C. El anlisis de este compuesto muestra que con-tiene 41.8% de C, 4.7% de H, 37.3% de O y 16.3% de N. Calcule la frmula molecular del compuesto.

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12.66 Una disolucin de 6.85 g de un carbohidrato en 100.0 g de agua tiene una densidad de 1.024 g/mL y una presin osmtica de 4.61 atm a 20.0C. Calcule la masa molar del carbohidrato.

1SPQJFEBEFTDPMJHBUJWBTEFEJTPMVDJPOFTEFFMFDUSMJUPTPreguntas de repaso

12.67 Qu son los pares inicos? Qu efecto tiene la forma-cin de pares inicos en las propiedades coligativas de una disolucin? Cmo se relaciona la facilidad de for-macin de pares inicos con: a) las cargas de los iones, b) el tamao de los iones, c) la naturaleza del disolvente (polar contra no polar), d) la concentracin?

12.68 Qu es el factor de vant Hoff? Qu informacin pro-porciona?

Problemas

12.69 Cul de las siguientes disoluciones acuosas tiene: a) mayor punto de ebullicin, b) mayor punto de congela-cin y c) menor presin de vapor: CaCl2 0.35 m o urea 0.90 m? Justifique su respuesta. Suponga disociacin completa.

Considere dos disoluciones acuosas, una de sacarosa (C12H22O11) y otra de cido ntrico (HNO3). Ambas diso-luciones se congelan a 1.5C. Qu otras propiedades tienen en comn estas disoluciones?

12.71 Acomode las siguientes disoluciones en orden decreciente de punto de congelacin: Na3PO4 0.10 m; NaCl 0.35 m; MgCl2 0.20 m; C6H12O6 0.15 m; CH3COOH 0.15 m.

12.72 Acomode las siguientes disoluciones acuosas en orden decreciente de punto de congelacin y explique el razo-namiento seguido: HCl 0.50 m, glucosa 0.50 m, cido actico 0.50 m.

12.73 Cules son los puntos normales de congelacin y de ebullicin de las siguientes disoluciones? a) 21.2 g de NaCl en 135 mL de agua, b) 15.4 g de urea en 66.7 mL de agua.

12.74 La presin de vapor del agua pura a 25C es de 23.76 mmHg y la del agua de mar es de 22.98 mmHg. Supo-niendo que el agua de mar slo contiene NaCl, calcule su concentracin molal.

12.75 Tanto el NaCl como el CaCl2 se utilizan para derretir el hielo de las carreteras y banquetas durante el invierno. Qu ventajas tienen estas sustancias sobre la sacarosa o la urea en la disminucin del punto de congelacin del agua?

12.76 Una disolucin de NaCl a 0.86% en masa se denomina suero fisiolgico porque su presin osmtica es igual a la de la disolucin de las clulas sanguneas. Calcule la presin osmtica de esta disolucin a la temperatura nor-mal del cuerpo (37C). Observe que la densidad de la disolucin salina es de 1.005 g/mL.

12.77 Las presiones osmticas de las disoluciones de CaCl2 y de urea 0.010 M, a 25C son de 0.605 atm y 0.245 atm, respectivamente. Calcule el factor de vant Hoff para la disolucin de CaCl2.

12.78 Calcule la presin osmtica de una disolucin de MgSO4 0.0500 M a 25C. (Sugerencia: Vea la tabla 12.3.)

$PMPJEFTPreguntas de repaso

12.79 Qu son los coloides? Consulte la tabla 12.4. Por qu no hay coloides en los que tanto la fase dispersa como el medio dispersor sean gases?

12.80 Describa cmo se estabilizan en agua los coloides hidro-flicos y los hidrofbicos.

1SPCMFNBTBEJDJPOBMFT12.81 La lisozima es una enzima que rompe la pared de las

clulas bacterianas. Una muestra de lisozima extrada de la clara de huevo tiene una masa molar de 13 930 g. Se disuelve una muestra de 0.100 g de esta enzima en 150 g de agua a 25C. Calcule la disminucin de la presin de vapor, la disminucin del punto de congelacin, el au-mento del punto de ebullicin y la presin osmtica de esta disolucin. (La presin de vapor del agua a 25C es de 23.76 mmHg.)

12.82 Las presiones osmticas de las disoluciones A y B son de 2.4 atm y 4.6 atm, respectivamente, a cierta temperatura. Cul es la presin osmtica de una disolucin prepa-rada mezclando volmenes iguales de A y B a la misma temperatura?

12.83 Un pepino colocado en salmuera (agua salada) concen-trada, se arruga, convirtindose en encurtido. Explique este hecho.

12.84 Dos lquidos A y B tienen presiones de vapor de 76 mmHg y 132 mmHg, respectivamente, a 25C. Cul es la presin de vapor total de la disolucin ideal formada por: a) 1.00 mol de A y 1.00 mol de B y b) 2.00 moles de A y 5.00 moles de B?

12.85 Calcule el factor de vant Hoff del Na3PO4 en una diso-lucin 0.40 m cuyo punto de congelacin es de 2.6C.

12.86 Una muestra de 262 mL de una disolucin que contiene 1.22 g de un azcar tiene una presin osmtica de 30.3 mmHg a 35C. Cul es la masa molar del azcar?

12.87 Considere los tres manmetros de mercurio que se mues-tran en el siguiente diagrama. Uno de ellos tiene 1 mL de agua colocado en la parte superior del mercurio, otro tiene 1 mL de una disolucin de urea 1 m sobre el mer-curio y el tercero tiene 1 mL de una disolucin de NaCl 1 m en la parte superior del mercurio. Cul de estas di-soluciones est en el tubo marcado como X, cul en el tubo Y y cul en el tubo Z?

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12.88 Una qumica forense recibe para anlisis un polvo blanco. Disuelve 0.50 g de la sustancia en 8.0 g de ben-ceno. La disolucin se congela a 3.9C. Puede concluir la qumica si el compuesto es cocana (C17H21NO4)? Qu suposiciones se hacen durante el anlisis?

12.89 Los medicamentos de liberacin prolongada tienen la ventaja de liberar el frmaco en el organismo a una velo-cidad constante, de forma que la concentracin del fr-maco en ningn momento es muy elevada, como para producir efectos secundarios perjudiciales, ni demasiado baja como para no ser eficaz. A continuacin se muestra un diagrama esquemtico de una pldora que funciona de esta forma. Proponga una explicacin de su funciona-miento.

12.93 Se ha aislado una protena en forma de sal, cuya frmula es Na20P (esta notacin significa que hay 20 iones Na

+ asociados a una protena cargada negativamente P20). La presin osmtica de 10.0 mL de una disolucin que contiene 0.225 g de la protena es de 0.257 atm a 25.0C. a) A partir de estos datos, calcule la masa molar de la protena. b) Calcule la masa molar real de la protena.

Se utiliz un compuesto orgnico no voltil Z para pre-parar dos disoluciones. La disolucin A contiene 5.00 g de Z disueltos en 100 g de agua y la disolucin B con-tiene 2.31 g de Z disueltos en 100 g de benceno. La diso-lucin A tiene una presin de vapor de 754.5 mmHg en el punto de ebullicin normal del agua y la disolucin B tiene la misma presin de vapor en el punto de ebullicin normal del benceno. Calcule la masa molar de Z en las disoluciones A y B y explique la diferencia.

12.95 El perxido de hidrgeno con una concentracin de 3.0% (3.0 g de H2O2 en 100 mL de disolucin) se vende en las farmacias para utilizarse como antisptico. Para 10.0 mL de una disolucin de H2O2 a 3.0%, calcule: a) la cantidad de oxgeno gaseoso producido (en litros) a TPE cuando todo el compuesto se descompone y b) la rela-cin entre el volumen de O2 recolectado y el volumen inicial de la disolucin de H2O2.

Indique cul de los alcoholes del problema 12.12 sera el mejor disolvente para cada una de las siguientes sustan-cias y explique por qu: a) I2, b) KBr, c) CH3CH2CH2 CH2CH3.

12.97 Antes de que sea sellada la botella de una bebida carbo-natada se somete a presin con una mezcla de aire y dixido de carbono. a) Explique la efervescencia que ocurre cuando se quita el tapn de la botella. b) Qu causa la formacin de una nubosidad cerca de la boca de la botella justo en el momento de destaparla?

El yodo (I2) es slo parcialmente soluble en agua (foto-grafa de la izquierda). Con la adicin de iones yoduro (por ejemplo, con KI), el yodo se convierte en el ion tri-yoduro que rpidamente se disuelve (fotografa de la de-recha):

I I I2 3( ) ( ) ( ) s ac ac Y WYX YY

Describa el cambio en la solubilidad del I2, en trminos del cambio de las fuerzas intermoleculares.

X Y Z

Una disolucin de 1.00 g de cloruro de aluminio anhi-dro, AlCl3, en 50.0 g de agua se congela a 1.11C. La masa molar determinada a partir del punto de congela-cin concuerda con la masa calculada a partir de la fr-mula? Por qu?

12.91 Explique por qu la smosis inversa (tericamente) es mejor mtodo de desalinizacin que la destilacin o la congelacin. Cul es la presin mnima que debe apli-carse al agua de mar a 25C para llevar a cabo la smosis inversa? (Considere el agua de mar como una disolucin de NaCl 0.70 M.)

Qu masas de cloruro de sodio, cloruro de magnesio, sulfato de sodio, cloruro de calcio, cloruro de potasio y bicarbonato de sodio se necesitan para producir 1 L de agua de mar artificial para un acuario? Las concentracio-nes que se requieren son: [Na+] = 2.56 M, [K+] = 0.0090 M, [Mg2+] = 0.054 M, [Ca2+] = 0.010 M, [HCO3] = 0.0020 M, [Cl] = 2.60 M, [SO24 ] = 0.051 M.

12.99 En una campana sellada, a temperatura ambiente, se co-locan dos recipientes, uno que contiene 50 mL de una

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disolucin acuosa de glucosa 1.0 M, y el otro, 50 mL de una disolucin acuosa de glucosa 2.0 M. Cules sern los volmenes de los dos recipientes cuando se alcance el equilibrio?

En el aparato que se muestra a continuacin, qu ocu-rrir si la membrana es: a) permeable tanto al agua como a los iones Na+ y Cl b) permeable al agua y a los iones Na+ pero no a los iones Cl, c) permeable al agua pero no a los iones Na+ ni Cl?

12.101 Explique por qu es esencial que los fluidos que se utili-zan en las inyecciones intravenosas tengan aproximada-mente la misma presin osmtica de la sangre.

El cido clorhdrico concentrado comercial tiene una concentracin de 37.7% en masa. Cul es su concentra-cin molar? (La densidad de la disolucin es de 1.19 g/mL.)

12.103 Explique cada uno de los siguientes enunciados: a) El punto de ebullicin del agua de mar es mayor que el del agua pura. b) El dixido de carbono sale de la disolucin cuando se destapa una botella de bebida gaseosa. c) Para las disoluciones acuosas diluidas, la concentracin molal y la concentracin molar son aproximadamente iguales. d) En el estudio de las propiedades coligativas de una disolucin (excepto la presin osmtica), es preferible expresar la concentracin en unidades de molalidad en vez de molaridad. e) El metanol (p.e. 65C) es til como anticongelante, pero debe ser eliminado del radiador de los automviles durante el verano.

Una mezcla de NaCl y sacarosa (C12H22O11) con una masa total de 10.2 g se disuelve en suficiente cantidad de agua para obtener 250 mL de disolucin. La presin os-mtica de la disolucin es de 7.32 atm a 23C. Calcule el porcentaje en masa de NaCl en la mezcla.

12.105 Una muestra de 1.32 g de una mezcla de ciclohexano (C6H12) y naftaleno (C10H8) se disolvi en 18.9 g de ben-ceno (C6H6). El punto de congelacin de la disolucin es de 2.2C. Calcule el porcentaje en masa de la mezcla. (Vea las constantes en la tabla 12.2.)

Cmo se ve afectada la solubilidad de un compuesto inico con: a) la energa reticular, b) el disolvente (polar contra no polar), c) la entalpa de hidratacin del catin y del anin?

12.107 Una disolucin contiene dos lquidos voltiles, A y B. Complete la siguiente tabla, en la cual el smbolo indica fuerzas intermoleculares de atraccin.

'VFS[BTEFBUSBDDJO

%FTWJBDJOEFMBMFZEF3BPVMU HEJTPM

AA, BB > AB

Negativa

Cero

La concentracin del cido sulfrico concentrado co-mercial es 98.0% en masa, o 18 M. Calcule la densidad y la molalidad de la disolucin.

12.109 La concentracin del cido ntrico concentrado comer-cial es 70.0% en masa, o 15.9 M. Calcule la densidad y la molalidad de la disolucin.

Una mezcla de etanol y de 1-propanol se comporta de manera ideal a 36C y est en equilibrio con su vapor. Si la fraccin molar de etanol en la disolucin es de 0.62, calcule su fraccin molar en la fase de vapor a esta tem-peratura. (Las presiones de vapor del etanol y del 1-pro-panol puros, a 36C, son de 108 mmHg y 40.0 mmHg, respectivamente.)

12.111 Para las disoluciones ideales, los volmenes son aditi-vos. Esto significa que si 5 mL de A y 5 mL de B forman una disolucin ideal, el volumen de la misma ser de 10 mL. Proporcione una interpretacin molecular para esta observacin. Cuando se mezclan 500 mL de etanol (C2H5OH) con 500 mL de agua, el volumen final es me-nor de 1 000 mL. Por qu?

12.112 El amoniaco (NH3) es muy soluble en agua, pero el tri-cloruro de nitrgeno (NCl3) no lo es. Explique por qu.

12.113 Algunas veces se utiliza sulfato de aluminio [Al2(SO4)3] en las plantas municipales de tratamiento de aguas para eliminar algunas partculas. Explique cmo funciona este proceso.

12.114 El cido actico es un cido dbil que en disolucin se ioniza como sigue:

CH COOH CH COO3 3( ) ( ) ( )

ac ac H acY WYX YY

Si el punto de congelacin de una disolucin de CH3COOH 0.106 m es de 0.203C, calcule el porcen-taje de cido que est ionizado.

12.115 Para hacer mayonesa se tienen que incorporar pequeas gotas de aceite en agua, en presencia de yema de huevo. Cul es la funcin de la yema de huevo? (Sugerencia: La yema de huevo contiene lecitinas, que son molculas con un extremo polar y un largo cuerpo hidrocarbonado no polar.)

12.116 El cido actico es una molcula polar capaz de formar puentes de hidrgeno con las molculas de agua. Por tanto, tiene gran solubilidad en agua. El cido actico tambin es soluble en benceno (C6H6), un disolvente no

0.01 MNaCl

0.1 MNaCl

Membrana

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polar que no puede formar puentes de hidrgeno. Una disolucin de 3.8 g de CH3COOH en 80 g de benceno tiene un punto de congelacin de 3.5C. Calcule la masa molar del soluto y sugiera cmo podra ser su estructura. (Sugerencia: Las molculas del cido actico pueden formar puentes de hidrgeno consigo mismas.)

12.117 Una muestra de 2.6 L de agua contiene 192 g de plomo. Esta concentracin de plomo excede el lmite de segu-ridad de 0.050 ppm de plomo por litro de agua potable? [Sugerencia: 1 g = 1 106 g. Partes por milln (ppm) se define como (masa del componente/masa de la disolu-cin) 106.]

12.118 Los peces del ocano Antrtico viven en agua a 2C. a) Cul debe ser la concentracin de su sangre (en molali-dad) para evitar que se congele? Desde el punto de vista fisiolgico, es razonable esa concentracin? b) En aos recientes, los cientficos han descubierto en la sangre de estos peces un tipo especial de protena que, aun encon-trndose a bajas concentraciones ( 0.001 m), tiene la capacidad de evitar el congelamiento de la sangre. Su-giera un mecanismo para la accin de esta protena.

12.119 Como sabemos, si se agita una lata de bebida gaseosa y a continuacin se abre, la bebida escapa en forma vio-lenta. Sin embargo, si despus de agitar la lata se golpea suavemente varias veces con una cuchara metlica, no ocurre la explosin. Por qu?

Por qu los cubos de hielo (por ejemplo los que hay en las bandejas del congelador de un refrigerador) son tur-bios por dentro?

12.121 En un contenedor se colocan dos matraces. El matraz A inicialmente contiene 0.15 moles de naftaleno (C10H8) en 100 g de benceno (C6H6) y el matraz B inicialmente contiene 31 g de un compuesto desconocido disuelto en 100 g de benceno. Cuando se alcanza el equilibrio, se encuentra que el matraz A ha perdido 7.0 g de benceno. Si se supone un comportamiento ideal, calcule la masa molar del compuesto desconocido. Explique cualquier suposicin que realice.

12.122 A 27C, la presin de vapor del agua pura es de 23.76 mmHg y el de una disolucin de urea es de 22.98 mmHg. Calcule la molalidad de la disolucin.

12.123 Un ejemplo de desviacin positiva, que se muestra en la figura 12.8a), es una disolucin de acetona (CH3COCH3) y disulfuro de carbono (CS2). a) Dibuje las estructuras de Lewis para estas molculas. Explique la desviacin del comportamiento ideal en trminos de fuerzas inter-moleculares. b) Una disolucin formada por 0.60 moles de acetona y 0.40 moles de disulfuro de carbono tiene una presin de vapor de 615 mmHg a 35.2C. Cul se-ra la presin de vapor si la disolucin se comportara de manera ideal? La presin de vapor de los disolventes puros a la misma temperatura son: acetona, 349 mmHg; disulfuro de carbono, 501 mmHg. c) Prediga el signo de Hdisol.

12.124 Los lquidos A (masa molar de 100 g/mol) y B (masa molar de 110 g/mol) forman una disolucin ideal. A 55C, A tiene una presin de vapor de 95 mmHg y B tiene una presin de vapor de 42 mmHg. Se prepara una disolucin mezclando masas iguales de A y B. a) Cal-cule la fraccin molar de cada componente en la disolu-cin. b) Calcule las presiones parciales de A y B sobre la disolucin a 55C. c) Suponga que una parte del vapor descrito en b) se condens hasta lquido. Calcule la frac-cin molar de cada componente en este lquido y la pre-sin de vapor de cada componente sobre este lquido a 55C.

Problemas especiales

12.125 Se cubre uno de los extremos de un tubo muy largo con una membrana semipermeable. A qu profundidad (en metros) debe sumergirse el tubo en el mar para que el agua pura comience a atravesar la membrana? Suponga que el agua est a 20C y trabjela como si fuera una disolucin de NaCl 0.70 M. La densidad del agua de mar es de 1.03 g/cm3 y la aceleracin debida a la gravedad es de 9.81 m/s2.

12.126 Dos matraces, 1 y 2, que contienen 50 mL de urea 0.10 M y 50 mL de urea 0.20 M, respectivamente, se colocan en un contenedor que est hermticamente sellado (vea la figura 12.12) a 298 K. Calcule la fraccin molar de urea en las disoluciones en equilibrio. Suponga un com-portamiento ideal.

12.127 Una mezcla de los lquidos A y B exhibe un comporta-miento ideal. A 84C, la presin total de vapor de una disolucin que contiene 1.2 moles de A y 2.3 moles de B es de 331 mmHg. Debido a la adicin de otro mol de B a la disolucin, la presin de vapor se incrementa a 347 mmHg. Calcule las presiones de vapor de A y B puros a 84C.

12.128 Mediante la ley de Henry y la ecuacin del gas ideal de-muestre que la afirmacin de que el volumen de un gas que se disuelve en una cantidad dada de disolvente es independiente de la presin del gas. (Sugerencia: La ley de Henry se puede modificar como n = kP, donde n es el nmero de moles del gas disuelto en el disolvente.)

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12.129 a) Derive la ecuacin que relaciona a la molalidad (m) de una disolucin con su molaridad (M)

mM

dM

K

1000

donde d es la densidad de la disolucin (g/mL) y K es la masa molar del soluto (g/mol). (Sugerencia: Comience por expresar el disolvente en kilogramos en trminos de la diferencia entre la masa de la disolucin y la masa del soluto.) b) Muestre que, para disoluciones acuosas dilui-das, m es aproximadamente igual a M.

A 298 K, la presin osmtica de una disolucin de glu-cosa es de 10.50 atm. Calcule el punto de congelacin de la disolucin. La densidad de la disolucin es de 1.16 g/mL.

12.131 Una estudiante realiz el siguiente procedimiento para medir la presin del dixido de carbono en una botella de refresco. Primero, pes la botella (853.5 g). Despus, quit cuidadosamente la tapa para dejar escapar el CO2. Despus, volvi a pesar la botella con la tapa (851.3 g). Por ltimo, midi el volumen del refresco (452.4 mL). Dado que la constante la ley de Henry para el CO2 en el agua a 25C es de 3.4 102 mol/L atm, calcule la pre-sin de CO2 en la botella original. Por qu esta presin es tan slo una estimacin del valor real?

12.132 La valinomicina es un antibitico que se une a los iones K+ y los difunde a travs de las membranas y al interior de las clulas, para contrarrestar el equilibrio inico. A continuacin se presenta el esqueleto de la estructura de la molcula en la cual, los extremos de cada lnea recta corresponden a un tomo de carbono (a menos que un tomo N u O est presente al final de la recta). Hay tan-tos tomos H unidos a cada tomo C como sea necesario para dar a cada tomo C un total de cuatro enlaces. Uti-lice las directrices de lo semejante disuelve a lo seme-jante para explicar su funcin. (Sugerencia: Los grupos CH3 en los dos extremos de la figura Y son no pola-res).

NHNH

HN

O

O

O

O

O

O

OO

O

OO

O

O

O

O

OO

O

NH

NH

HN

Respuestas a los ejercicios de prctica

12.1 Disulfuro de carbono. 12.2 7.44%. 12.3 0.638 m. 12.4 8.92 m. 12.5 13.8 m. 12.6 2.9 104 M. 12.7 37.8 mmHg; 4.4 mmHg. 12.8 Tb: 101.3C; Tf : 4.48C. 21.0 atm. 0.066 m y 1.3 102 g/mol. 12.11 2.60 104 g. 12.12 1.21.

553Respuestas a los ejercicios de prctica

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