Exercicis: Dissolucions i les seves propietats

Al laboratori es dissolen $0,5\ \text{mol}$ de clorur de sodi en aigua fins a completar $2\ \text{L}$ de dissolució.

1. a) Escriu la fórmula de la molaritat.
2. b) Calcula la molaritat de la dissolució.

Per rehidratar un esportista es prepara una beguda dissolent $20\ \text{g}$ de glucosa en $180\ \text{g}$ d'aigua.

1. a) Quina és la massa total de la dissolució?
2. b) Calcula el seu percentatge en massa de glucosa.

Una dissolució d'hidròxid de sodi, $\text{NaOH}$, és $0,4\ \text{M}$. Dada: massa molar del $\text{NaOH}$, $40\ \text{g/mol}$.

1. a) Quants mols de $\text{NaOH}$ hi ha en $250\ \text{mL}$ d'aquesta dissolució?
2. b) Quants grams de $\text{NaOH}$ són?

El límit legal de nitrats a l'aigua potable és de $50\ \text{ppm}$, és a dir, $50\ \text{mg}$ de nitrat per cada quilogram d'aigua.

1. a) Quants mil·ligrams de nitrat pot contenir com a màxim una garrafa amb $5\ \text{kg}$ d'aigua?
2. b) Al laboratori se sol prendre $50\ \text{ppm}$ com a $50\ \text{mg/L}$: raona què se suposa sobre la densitat de l'aigua perquè ambdues formes d'expressar-ho coincideixin.

El sèrum fisiològic que s'utilitza als hospitals és una dissolució de clorur de sodi al $0,9\ \%$ en massa.

1. a) Quants grams de sal conté una bossa de $500\ \text{g}$ de sèrum?
2. b) Quants grams d'aigua?

Indica si cada afirmació és vertadera o falsa i justifica la teva resposta:

1. a) Si es traspassa la meitat d'una dissolució a un altre vas, la molaritat a cada vas és la meitat que al principi.
2. b) Si el volum d'una dissolució es redueix a la meitat evaporant aigua, la seva molaritat es duplica.
3. c) Dues dissolucions de soluts diferents poden tenir la mateixa molaritat i, alhora, diferent massa de solut per litre.

Per preparar $100\ \text{mL}$ d'una dissolució $0,5\ \text{M}$ de carbonat de sodi cal pesar $5,3\ \text{g}$ de solut. Ordena els passos següents del procediment de laboratori, que estan desordenats, i explica què es fa a cadascun:

1. a) Enrasar amb aigua destil·lada fins a la marca del coll del matràs.
2. b) Pesar el solut amb la balança.
3. c) Dissoldre el solut en un vas amb una petita quantitat d'aigua.
4. d) Transvasar al matràs aforat de $100\ \text{mL}$ i completar amb aigua gairebé fins a la marca.

A més, explica què significa «enrasar» i per què el matràs aforat és el material adequat. La figura mostra el matràs aforat i, ampliat, el detall de l'enrasament a la marca del coll.

L'anàlisi d'una font troba $30\ \text{mg}$ de fluorur dissolt per cada $2\ \text{kg}$ d'aigua. El límit recomanat per a l'aigua de consum és de $1,5\ \text{ppm}$.

1. a) Expressa la concentració de fluorur de la font en ppm.
2. b) Supera el límit? Quants cops el supera?

Es dissolen $20\ \text{g}$ d'hidròxid de sodi, $\text{NaOH}$, en aigua fins a completar $500\ \text{mL}$ de dissolució. Dada: massa molar del $\text{NaOH}$, $40\ \text{g/mol}$.

1. a) Quants mols són els $20\ \text{g}$ de $\text{NaOH}$?
2. b) Expressa el volum en litres i calcula la molaritat de la dissolució.

T'encarreguen preparar $200\ \text{mL}$ d'una dissolució $1\ \text{M}$ de clorur de potassi, $\text{KCl}$. Dada: massa molar del $\text{KCl}$, $74,5\ \text{g/mol}$.

1. a) Quants mols de $\text{KCl}$ necessites?
2. b) Quina massa has de pesar?
3. c) Descriu el procediment complet al laboratori, anomenant el material (balança, vas de precipitats, matràs aforat…) i el moment en què s'enrasa.

Es prenen $10\ \text{mL}$ d'una dissolució d'àcid clorhídric, $\text{HCl}$, $2\ \text{M}$ i s'afegeix aigua fins a completar $100\ \text{mL}$ de dissolució. Observa l'esquema de la dilució.

1. a) Quants mols de $\text{HCl}$ contenien els $10\ \text{mL}$ inicials?
2. b) Calcula la molaritat de la dissolució diluïda.
3. c) Comprova que es compleix la relació $M_1\cdot V_1=M_2\cdot V_2$ i explica quina magnitud es conserva en una dilució.

Una farmàcia rebaixa $50\ \text{g}$ d'una dissolució concentrada de sal al $20\ \%$ en massa amb $150\ \text{g}$ d'aigua per preparar esbandits bucals.

1. a) Quants grams de sal aporta la dissolució concentrada?
2. b) Quina és la massa total de la mescla?
3. c) Calcula el nou percentatge en massa.

Un malalt necessita rebre $0,05\ \text{mol}$ de glucosa per via intravenosa i es disposa d'una dissolució glucosada $0,5\ \text{M}$. Dada: massa molar de la glucosa, $180\ \text{g/mol}$.

1. a) Quin volum de dissolució, en litres, conté aquesta quantitat de glucosa? Expressa'l també en mil·lilitres.
2. b) Quants grams de glucosa rep el malalt?

Un laboratori disposa d'àcid nítric, $\text{HNO}_3$, $4\ \text{M}$ i necessita preparar $500\ \text{mL}$ de dissolució $0,8\ \text{M}$.

1. a) Aplica la relació $M_1\cdot V_1=M_2\cdot V_2$ per calcular el volum d'àcid concentrat que cal mesurar.
2. b) Descriu com es prepara la dilució amb seguretat: quin material s'utilitza i per què s'afegeix l'àcid sobre l'aigua i no a l'inrevés.

Les propietats col·ligatives de les dissolucions depenen del nombre de partícules de solut dissolt i no de la seva naturalesa.

1. a) Ordena de menor a major temperatura de congelació: aigua pura, dissolució de sal $0,5\ \text{M}$ i dissolució de sal $1\ \text{M}$. Raona la resposta.
2. b) Ordena aquestes mateixes tres mostres de menor a major temperatura d'ebullició.
3. c) Influeix en aquestes ordenacions que el solut sigui sal o sucre? Explica què significa que siguin propietats col·ligatives.

Una dissolució de glucosa té una densitat de $1,08\ \text{g/mL}$ i una concentració del $5\ \%$ en massa. Dada: massa molar de la glucosa, $180\ \text{g/mol}$.

1. a) Calcula la massa de $1\ \text{L}$ de dissolució.
2. b) Quants grams de glucosa conté aquest litre?
3. c) Calcula la molaritat de la dissolució.

L'àcid clorhídric comercial que s'utilitza al laboratori té una concentració del $37\ \%$ en massa i una densitat de $1,19\ \text{g/mL}$. Dada: massa molar del $\text{HCl}$, $36,5\ \text{g/mol}$.

1. a) Calcula la massa de $1\ \text{L}$ d'àcid comercial.
2. b) Quants grams de $\text{HCl}$ pur conté aquest litre?
3. c) Calcula la molaritat de l'àcid comercial, amb un decimal.
4. d) Calcula, amb un decimal, quin volum d'aquest àcid cal mesurar per preparar $500\ \text{mL}$ de dissolució $1\ \text{M}$, i descriu el procediment de dilució amb seguretat.

En un laboratori d'anàlisi es barregen $100\ \text{mL}$ de dissolució de $\text{NaCl}$ $0,5\ \text{M}$ amb $300\ \text{mL}$ de dissolució de $\text{NaCl}$ $1,5\ \text{M}$. Suposa que els volums són additius. L'esquema mostra la mescla.

1. a) Calcula els mols de sal que aporta cada dissolució.
2. b) Calcula la molaritat de la mescla resultant.
3. c) Explica per què el resultat no és $1\ \text{M}$, la mitjana de les dues concentracions inicials.

Una olla conté $2\ \text{kg}$ de brou amb un $1\ \%$ en massa de sal.

1. a) Quants grams de sal porta el brou?
2. b) En coure'l, s'evapora aigua fins que el brou pesa $500\ \text{g}$: quin és ara el percentatge en massa de sal?
3. c) Un cuiner vol deixar el brou en un $2\ \%$ de sal: fins a quina massa total l'ha de reduir?
4. d) Explica per què puja la concentració encara que no s'hagi afegit ni un gram de sal: quina magnitud es conserva?

A l'hivern, els serveis de carreteres escampen sal sobre el gel i la neu.

1. a) Què li passa a la temperatura de congelació de l'aigua quan es dissol una sal?
2. b) Explica per què la mescla d'aigua amb sal pot romandre líquida a $-5\ \celsius$ encara que l'aigua pura estaria congelada.
3. c) Raona per què aquest mètode perd eficàcia quan fa molt de fred, per exemple a $-20\ \celsius$: què creus que passa quan la temperatura baixa massa, per molta sal que es tiri?
4. d) Relaciona el mètode amb l'anticongelant dels cotxes: quina propietat col·ligativa aprofiten tots dos?

Dos compartiments estan separats per una membrana semipermeable, que deixa passar l'aigua però no la glucosa. En un hi ha una dissolució de glucosa $0,1\ \text{M}$ i en l'altre una $1\ \text{M}$. L'esquema representa la situació inicial.

1. a) Explica què és l'osmosi.
2. b) Prediu cap a quin costat passarà l'aigua a través de la membrana i justifica-ho.
3. c) Quina diferència s'observarà entre els dos compartiments quan passi el temps?
4. d) Què és la pressió osmòtica? Indica què caldria fer per impedir aquest pas d'aigua.

Una planta dessalinitzadora obté aigua potable del mar per osmosi inversa. L'esquema mostra el procés.

1. a) Explica en què consisteix l'osmosi inversa i què s'aconsegueix aplicant a l'aigua de mar una pressió més gran que la seva pressió osmòtica.
2. b) Quina característica ha de tenir la membrana perquè el procés funcioni?
3. c) L'aigua salabrosa, menys concentrada en sals que l'aigua de mar, necessita menys pressió per dessalinitzar-se: relaciona-ho amb la dependència de la pressió osmòtica respecte de la concentració.
4. d) Assenyala un avantatge i un inconvenient del procés pensant en l'energia necessària.

Els glòbuls vermells estan envoltats per una membrana semipermeable i contenen un medi aquós amb sals i proteïnes dissoltes.

1. a) Explica per què el sèrum que s'injecta en vena ha de ser isotònic, és a dir, tenir una concentració de soluts semblant a la de la sang. Quin fenomen col·ligatiu està en joc?
2. b) Prediu què els passaria als glòbuls vermells si el sèrum fos molt més diluït que la sang: cap a on passaria l'aigua i quin risc hi hauria?
3. c) I si fos molt més concentrat? Justifica-ho de la mateixa manera.

L'anticongelant dels cotxes és una dissolució d'etilenglicol en aigua.

1. a) Quina propietat col·ligativa aprofita per protegir el motor a l'hivern? Explica com actua a $-15\ \celsius$.
2. b) La mateixa dissolució també eleva la temperatura d'ebullició de l'aigua de refrigeració: explica per què això resulta útil a l'estiu.
3. c) Un taller prepara la mescla al $30\ \%$ en massa d'etilenglicol: calcula quants quilograms d'etilenglicol i d'aigua es necessiten per obtenir $10\ \text{kg}$ d'anticongelant.
4. d) Si el circuit de refrigeració d'un cotxe porta $6\ \text{kg}$ d'aquesta mescla, quina massa d'etilenglicol conté?

Repte del tema. Quant de gas conté un refresc i com afecta les propietats de la dissolució? Determina la concentració de $CO_2$ dissolt i el seu comportament com a gas ideal a la teva pròpia cuina.

1. Condicions locals: Consulta al web d'AEMET la pressió atmosfèrica ($P \pm 1\text{ hPa}$) i la temperatura ambient ($T \pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) al teu municipi.

2. Experimentació casolana: Pesa una ampolla petita d'aigua amb gas amb una bàscula de cuina (sensibilitat $\pm 0,1\text{ g}$). Desgasifica-la progressivament agitant-la i obrint-la amb cura en $4$ intervals successius, anotant la massa del sistema després de cada pèrdua de gas. Al final, desgasifica-la del tot (agitant fins que la massa no variï) per obtenir la massa final $m_f$ i anota el volum de líquid $V_{\text{dis}}$ que indica l'etiqueta.

3. Tractament i càlcul: Elabora una taula amb la massa de $CO_2$ perduda i propaga la seva incertesa. Fent servir l'equació dels gasos ideals ($PV = nRT$), dedueix el volum de gas alliberat i calcula la concentració molar del gas que romania dissolt a cada etapa.

4. Informe final: Representa la gràfica del volum de gas enfront de la massa perduda (incloent-hi barres d'error) i explica com influeixen la pressió i la temperatura en la solubilitat del gas.

Es valorarà:

• Determinació rigorosa de les mesures casolanes amb les seves incerteses associades.

• Aplicació correcta de la llei dels gasos ideals i de les unitats de concentració.

• Qualitat analítica de la taula, gràfica i interpretació fisicoquímica dels resultats.