Práctica 18

Concentración de una solución

18.1 Objetivos

• Con base en una reacción química, calcular estequiométricamente la masa de soluto presente en una solución ácida.

• Determinar la concentración analítica molar de una solución ácida.

• Preparar una solución sobresaturada y discutir sus características.

18.2 Teoría

18.2.1 Soluciones sobresaturadas o supersaturadas

Bajo ciertas condiciones apropiadas es posible preparar una solución que contenga más soluto que la solución saturada (figura 18.1).




Figura 18.1
Sobresaturación

Un buen ejemplo de sobresaturación lo suministra el Na2S2O3 cuya solubilidad a 20 °C es del 50% (50 g/100 g H2O). Si se disuelven 70 g de cristales de Na2S2O3 en 100 g de agua caliente y la solución se deja enfriar a 20 °C, los 20 g extra no precipitan

La solución, sobresaturada al 70%, también es inestable. Basta con añadir un pequeño cristal de soluto para que el exceso precipite con desprendimiento de calor. Despúes de que los cristales han precipitado y la temperatura se estabiliza en 20 °C, la solución es de nuevo 50% en Na2S2O3.

18.2.2 Reacciones con ácidos

Cuando un sólido insoluble (CaCO3, Zn) se hace reaccionar con un volumen exacto de una solución ácida, se puede medir la masa de material disuelto después de la reacción y determinar la cantidad química de ácido y su concentración.

En la reacción con CaCO3 hay desprendimiento de CO2(g) el cual escapa hacia la atmósfera. La masa de CaCO3 que aún queda sin reaccionar puede determinarse después de la reacción. De aquí es posible determinar estequiométricamente la cantidad química de ácido.

CaCO3 + 2 HCl ---> CaCl2 + CO2(g) + H2O


18.3 Materiales y equipo

• CH3COONa.3H2O,     CaCO3,    HCl(ac)  <=  3.0 M
• Cápsula de porcelana
• Tubo de ensayo
• Vidrio de reloj
• Embudo
• Soporte
• Triángulo de porcelana
• Balanza
• Mechero

18.4 Procedimiento

18.4.1 Cálculo de la concentración de una solución ácida

Pesar una cápsula de porcelana, limpia y seca, en una balanza. Añadir 4 ó 5 pedazos pequeños de mármol (o 2.50 g de CaCO3) a la cápsula y determinar la masa de todo el conjunto. Adicionar 15.00 mL de solución de HCl y calentar suavemente a 50 °C hasta que la reacción haya finalizado (figura 18.2).



Figura 18.2
Reacción del CaCO3 con HCl

Si se ha utilizado CaCO3 en lugar de mármol, debe filtrarse todo el contenido de la cápsula utilizando un papel de filtro previamente pesado, el sólido se lava varias veces con agua destilada y se seca en una estufa hasta peso constante.

Si se usaron pedazos de mármol, decantar y descartar la solución remanente en la cápsula. Lavar el residuo de mármol con agua destilada y secarlo en una estufa hasta peso constante.

18.4.2 Sobresaturación

A un tubo de ensayo limpio y seco añadir 3.0 g de CH3COONa.3H2O y 1.0 mL de agua. ¿Qué se observa?

Colocar el conjunto al baño María hasta que todo el sólido se haya disuelto. Retirar el tubo del baño y dejarlo enfriar a la temperatura ambiente. Anotar sus observaciones.

Añadir un cristalito pequeño de CH3COONa.3H2O a la solución sobresaturada. ¿Qué sucede ahora?

18.5 Datos y resultados

• Masa de la cápsula + mármol ................................. _______ g
• Masa de la cápsula + residuo seco ......................... _______ g
• Masa de CaCO3 que reacciona ................................ _______ g
• Cantidad química de ácido ..................................... _______ mol
• Concentración del HCl(ac) ...................................... _______ mol/L

18.6 Discusión y análisis de resultados

Procedimiento 18.4.1 - Cálculo de la concentración de una solución ácida

• ¿A cuál solución de ácido se le puede determinar la concentración: a la inicial, a la que queda después de la reacción, o a ambas? Sustente su respuesta con cálculos estequiométricos.

• ¿Cambiarían los resultados del experimento si el CaCO3 utilizado no es puro?. Explicar.

• Determinar el volumen de CO2(g) que se produce a condiciones normales. ¿Por qué este gas no se debe recoger sobre agua?

• ¿Qué relación tiene este experimento con el problema de la lluvia ácida?

Procedimiento 18.4.2 - Preparación de una solución sobresaturada

• ¿Todo soluto es apropiado para preparar una solución sobresaturada? ¿Qué otros solutos funcionan como el CH3COONa?

• ¿Qué sucede cuando se añade un pequeño cristal de CH3COONa a la solución sobresaturada? ¿Un cristal de otra sal tendría el mismo efecto?

• ¿La cristalización del CH3COONa.3H2O es un proceso exotérmico o endotérmico?. Consulte cómo se aprovecha esta propiedad del CH3COONa.3H2O para preparar una bolsa plástica con una solución de este hidrato, la cual se vende con el nombre de calentador químico.

18.7 Problemas sugeridos

Trata de resolver los siguientes ejercicios


Los problemas señalados con (*) presentan un mayor nivel de dificultad. Solicite la asesoría de su Profesor.

• ¿Cómo se preparan 250 g de solución de Na2CO3 al 10.0% p/p partiendo de Na2CO3.10H2O y agua pura?
R/. 67.5 g del hidrato + 182.5 g de agua

* Calcular la masa de MgSO4.7H2O que debe añadirse a 1000 g de agua para obtener una solución de MgSO4 al 15% p/p.
R/. 443 g

* Una muestra de roca que contenía 56.88% en peso de piedra caliza (CaCO3) se calentó convirtiendo el CaCO3 en CaO. Este último se trató con agua para producir Ca(OH)2 el cual se neutraliza con HCl. Si una muestra de 0.200 g, tomada después de que el CaCO3 se convirtiera en CaO, se neutralizó con 30.30 mL de HCl, ¿cuál es la concentración del ácido?
R/. 0.100 M [Petrucci, R. H. Química General. Principios y Aplicaciones Modernas. Prentice Hall. México, 1998.]

18.8 Lecturas recomendadas

Wolke, Robert L. La física del champán. En: Lo que Einstein no sabía. Robin BooK. Bogotá, 2002. pp. 43.

Wolke, Robert L Me paso la vida cocinando burbujas. En: Lo que Einstein no sabía. Robin BooK. Bogotá, 2002. pp. 74.

18.9 Glosario

Discutir y anotar el significado de los siguientes términos: concentración, solución sobresaturada, proceso endotérmico, proceso exotérmico.


18.10 Referencias Internet

• http://www.dancingbearakitas.com/School/Chemistry/
Unit8%20Solutions.htm
• http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch15/
solutionframe.html
• http://www.chem.uidaho.edu/~honors/concunit.html
• http://dwb.unl.edu/Chemistry/MicroScale/MScale25.html
• http://www.princeton.edu/teacher/tsm/scienceaction/mixtures.htm