Ejercicios: Disoluciones y preparación

En el laboratorio se desea preparar una disolución acuosa disolviendo exactamente $4,00\,\text{g}$ de hidróxido de sodio puro, $\mathrm{NaOH}$, en agua desionizada hasta alcanzar un volumen total de $250,0\,\text{mL}$ a $20\,^{\circ}\text{C}$. Datos de masas atómicas: $M(\mathrm{Na}) = 22,99\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{O}) = 16,00\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{H}) = 1,01\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

1. a) Calcule la concentración molar (molaridad) de la disolución resultante.
2. b) Indique razonadamente qué material de vidrio aforado de precisión debe emplearse obligatoriamente para fijar dicho volumen final.

Se dispone en el laboratorio de una disolución concentrada de ácido clorhídrico, $\mathrm{HCl}$, de concentración $2,00\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$. Se requiere preparar exactamente $500,0\,\text{mL}$ de una disolución diluida de $\mathrm{HCl}$ cuya concentración sea $0,050\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$.

1. a) Calcule el volumen de disolución concentrada que debe medirse para llevar a cabo dicha dilución.
2. b) Desde el punto de vista de las buenas prácticas y la seguridad en el laboratorio, explique qué instrumento auxiliar debe acoplarse indispensablemente a la pipeta para tomar la alícuota y qué práctica de riesgo queda terminantemente prohibida.

Una botella comercial de ácido nítrico concentrado, $\mathrm{HNO}_3$, indica en su etiqueta una riqueza en masa del $65,0\,\%$ y una densidad de $1,40\,\text{g}\cdot\text{cm}^{-3}$ a $20\,^{\circ}\text{C}$. Datos de masas atómicas: $M(\mathrm{H}) = 1,01\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{N}) = 14,01\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{O}) = 16,00\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

1. a) Calcule la masa de ácido nítrico puro presente en $1,00\,\text{L}$ de este reactivo comercial.
2. b) Determine la concentración molar de dicha disolución comercial.

En el laboratorio se procede a realizar la dilución controlada de una disolución madre de sulfato de cobre(II), $\mathrm{CuSO}_4$, cuya concentración inicial es $0,800\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$. Con una pipeta aforada se transfiere una alícuota de $20,0\,\text{mL}$ a un matraz aforado de $250,0\,\text{mL}$, enrasando posteriormente con agua desionizada a $20\,^{\circ}\text{C}$. El instrumental utilizado y el detalle del enrase final se ilustran a continuación:

1. a) Calcule la concentración molar final de la disolución diluida obtenida en el matraz aforado.
2. b) Una alumna añade agua hasta que el fondo del menisco queda por encima del aforo al observarlo a la altura de la marca. Explique si la concentración real será mayor o menor que la calculada, y por qué retirar parte de esa disolución hasta el aforo no corrige su concentración.

Se mezclan en el laboratorio dos disoluciones acuosas de cloruro de potasio, $\mathrm{KCl}$, sin que tenga lugar reacción química alguna. La disolución A tiene un volumen de $150,0\,\text{mL}$ y una concentración de $0,500\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$. La disolución B tiene un volumen de $350,0\,\text{mL}$ y una concentración de $1,200\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$. Asuma comportamiento ideal con volúmenes estrictamente aditivos a $20\,^{\circ}\text{C}$.

1. a) Calcule la concentración molar final de iones cloruro, $\mathrm{Cl}^-$, en la mezcla resultante.
2. b) Calcule el volumen de agua pura que habría que evaporar de la mezcla resultante para que la concentración final de $\mathrm{KCl}$ alcance exactamente $1,500\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$. En b), compare los volúmenes a $20\,^{\circ}\text{C}$ y suponga que solo se pierde agua, sin precipitación ni cambio de la aditividad de volúmenes.

Se desea preparar $500,0\,\text{mL}$ de una disolución acuosa de ácido sulfúrico, $\mathrm{H}_2\mathrm{SO}_4$, $0,250\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$ a partir de un ácido comercial del $96,0\,\%$ de riqueza en masa y densidad $1,84\,\text{g}\cdot\text{cm}^{-3}$. Masas atómicas: $M(\mathrm{H}) = 1,01\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{S}) = 32,06\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{O}) = 16,00\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

1. a) Calcule el volumen de ácido comercial concentrado que se debe tomar.
2. b) Exponga la secuencia experimental de adición de los reactivos justificando detalladamente la norma de seguridad específica para evitar accidentes térmicos graves.

En un laboratorio de control de calidad se normaliza la preparación de $100,0\,\text{mL}$ de una disolución patrón de carbonato de sodio anhidro primario, $\mathrm{Na}_2\mathrm{CO}_3$, a concentración nominal de $0,0500\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$ a $20\,^{\circ}\text{C}$. Se dispone de una balanza analítica cuya incertidumbre es $\pm 0,001\,\text{g}$ y un matraz aforado de clase A de $100,0\,\text{mL}$ cuya tolerancia de calibración es $\pm 0,10\,\text{mL}$. Masas atómicas: $M(\mathrm{Na}) = 22,99\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{C}) = 12,01\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{O}) = 16,00\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

1. a) Calcule la masa teórica de soluto que debe pesarse para obtener exactamente la concentración fijada.
2. b) Determine la incertidumbre relativa total en la molaridad propagando las incertidumbres máximas absolutas de pesada y volumen, y exprese el resultado final con su intervalo de incertidumbre: $M \pm \Delta M$. Para esta estimación use la aproximación conservadora $\Delta M/M=\Delta m/m+\Delta V/V$ y considere exacta la masa molar.

Se precisa preparar exactamente $1,000\,\text{L}$ de una disolución acuosa de cloruro de sodio, $\mathrm{NaCl}$, con una concentración final de $0,750\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$ a $20\,^{\circ}\text{C}$. En el laboratorio se dispone de tres fuentes del reactivo: disolución 1 ($200,0\,\text{mL}$ de $\mathrm{NaCl}$ $0,400\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$), disolución 2 ($300,0\,\text{mL}$ de $\mathrm{NaCl}$ al $4,50\,\%$ en masa con densidad $1,03\,\text{g}\cdot\text{cm}^{-3}$) y un bote de $\mathrm{NaCl}$ sólido anhidro del $98,0\,\%$ de pureza en masa. Masas atómicas: $M(\mathrm{Na}) = 22,99\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{Cl}) = 35,45\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

1. a) Calcule la cantidad de sustancia (moles) de $\mathrm{NaCl}$ aportada conjuntamente por las disoluciones 1 y 2.
2. b) Calcule la masa de reactivo sólido impuro que debe pesarse para completar los moles necesarios, introduciéndola en el matraz aforado de $1,000\,\text{L}$ antes de enrasar finalmente con agua desionizada.

Un técnico intenta preparar $500,0\,\text{mL}$ de disolución patrón de $\mathrm{NaOH}$ $0,1000\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$ pesando $2,000\,\text{g}$ de lentejas comerciales y enrasando con agua desionizada en matraz aforado. Al valorar posteriormente dicha disolución frente a hidrogenoftalato de potasio (patrón primario), se determina que la molaridad real obtenida es únicamente $0,0885\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$. Masas atómicas: $M(\mathrm{Na}) = 22,99\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{O}) = 16,00\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M(\mathrm{H}) = 1,01\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

1. a) Asumiendo que el aforo se realizó exactamente a $500,0\,\text{mL}$, suponga que las impurezas presentes en este lote son agua y sustancias que no reaccionan en la valoración; determine el porcentaje de pureza real en $\mathrm{NaOH}$ de las lentejas comerciales utilizadas.
2. b) Explique razonadamente dos causas químicas y experimentales por las cuales el $\mathrm{NaOH}$ sólido nunca puede considerarse un patrón primario directo y justifique por qué es preceptivo llevar a cabo una volumetría de estandarización.