Ejercicios Resueltos de Concentraciones y Disoluciones Químicas

Ejercicios de Concentraciones y Disoluciones

1. Cálculo de Concentración en % en Masa

Calcula la concentración, expresada en % en masa, de una disolución de NaOH (Masa Molar = 40 g/mol) 6.25 M cuya densidad es 1.25 kg/L. (Asumiendo un volumen de 1 L para los cálculos).

Cálculos:

• Molaridad (M) = moles de soluto / volumen de disolución (L)
• A partir de la molaridad: 6.25 mol NaOH/L * 40 g NaOH/1 mol NaOH = 250 g NaOH/L (masa de soluto por litro de disolución).
• Densidad de la disolución: 1.25 kg/L = 1250 g/L (masa de la disolución por litro).
• % en masa = (g soluto / g disolución) * 100
• % en masa = (250 g NaOH / 1250 g disolución) * 100 = 20%

2. Determinación de la Densidad de una Disolución

Hallar la densidad de una disolución de NH₃ (Masa Molar = 17 g/mol) que contiene 20.3% en masa de amoniaco y es 11 M.

Cálculos:

• Molaridad (M) = moles de soluto / L de disolución
• 11 M = moles de soluto / 1 L => 11 moles de soluto (NH₃) en 1 L de disolución.
• Masa de NH₃ = 11 moles NH₃ * 17 g NH₃/1 mol NH₃ = 187 g NH₃.
• % en masa = (g NH₃ / g disolución) * 100
• 20.3 = (187 g / g disolución) * 100 => g disolución = (187 * 100) / 20.3 = 921.18 g.
• Densidad = masa / volumen
• Densidad = 921.18 g / 1 L = 921.18 g/L

3. Cálculo de la Molaridad a partir de % en Masa y Densidad

¿Cuál es la Molaridad (M) de una disolución de H₂SO₄ (Masa Molar = 98 g/mol) del 63% en masa y 1700 g/L de densidad?

Cálculos:

• Asumimos 1 L de disolución.
• Masa de la disolución = 1700 g/L * 1 L = 1700 g.
• Masa de soluto (H₂SO₄) = 63% de 1700 g = (63 / 100) * 1700 g = 1071 g de soluto.
• Moles de soluto = masa de soluto / Masa Molar = 1071 g / 98 g/mol = 10.93 moles de H₂SO₄.
• Molaridad (M) = moles de soluto / volumen de disolución (L)
• M = 10.93 moles / 1 L = 10.93 M

4. Cálculo de Molaridad en una Dilución

Se diluyen 100 mL de disolución acuosa de NH₄Br, 2 M, vertiéndolos en un matraz aforado de 250 mL y enrasando este con agua destilada. ¿Cuál es la molaridad de la disolución obtenida?

Cálculos:

• Molaridad (M) = moles de soluto / volumen de disolución (L)
• Moles de soluto iniciales: 2 M = n soluto / 0.100 L (100 mL = 0.100 L) => n soluto = 0.2 moles de NH₄Br.
• Volumen final de la disolución = 250 mL = 0.25 L.
• Molaridad final = n soluto / L disolución = 0.2 moles NH₄Br / 0.25 L = 0.8 M

5. Concentración de una Mezcla de Disoluciones

En un matraz aforado de 250 mL se mezclan 150 mL de disolución de NaOH (Masa Molar = 40 g/mol) de concentración 80 g/L con 100 mL de disolución de NaOH 6 M, enrasando el matraz, a continuación, con agua destilada. Halla la concentración expresada en g/L y en M de la disolución obtenida.

Cálculos:

• Para la primera disolución (150 mL de 80 g/L):
  • Volumen = 150 mL = 0.15 L.
  • Masa de NaOH = Concentración * Volumen = 80 g/L * 0.15 L = 12 g NaOH.
  • Moles de NaOH = Masa / Masa Molar = 12 g / 40 g/mol = 0.3 moles NaOH.
• Para la segunda disolución (100 mL de 6 M):
  • Volumen = 100 mL = 0.10 L.
  • Moles de NaOH = Molaridad * Volumen = 6 M * 0.10 L = 0.6 moles NaOH.
  • Masa de NaOH = Moles * Masa Molar = 0.6 moles * 40 g/mol = 24 g NaOH.
• Para la disolución final (volumen total 250 mL = 0.25 L):
  • Masa total de NaOH = 12 g + 24 g = 36 g.
  • Moles totales de NaOH = 0.3 moles + 0.6 moles = 0.9 moles.
  • Concentración en g/L = Masa total de NaOH / Volumen total (L) = 36 g / 0.25 L = 144 g/L.
  • Molaridad (M) = Moles totales de NaOH / Volumen total (L) = 0.9 moles / 0.25 L = 3.6 M.

6. Masa de Soluto para Preparar una Disolución

¿Cuántos gramos de HNO₃ (Masa Molar = 63 g/mol) son necesarios para preparar 1.5 L de disolución acuosa de dicho ácido 0.6 M?

Cálculos:

• Molaridad (M) = moles de soluto / L de disolución
• 0.6 M = moles / 1.5 L => moles = 0.6 * 1.5 = 0.9 moles de HNO₃.
• Masa de HNO₃ = moles * Masa Molar = 0.9 mol * 63 g/1 mol = 56.7 g.

7. Molaridad de una Disolución Diluida

Disponemos de 25 mL de HNO₃ 16 M. Si se diluyen hasta que ocupen 0.4 L, ¿qué molaridad tendrá la nueva disolución?

Cálculos:

• Moles de soluto iniciales: Molaridad (M) = moles de soluto / L de disolución
• 16 M = moles HNO₃ / 0.025 L (25 mL = 0.025 L) => moles = 16 * 0.025 = 0.4 moles de HNO₃.
• Volumen final de la disolución = 0.4 L.
• Molaridad final = moles de soluto / L de disolución = 0.4 moles / 0.4 L = 1 M.

8. Cálculos con Concentración en g/L

Se ha preparado una disolución de KI de concentración 60 g/L.

a. ¿Cuánto KI hay disuelto en 150 mL?

Cálculos:

• Concentración = g KI / Volumen (L)
• 60 g/L = g KI / 0.15 L (150 mL = 0.15 L) => g KI = 60 g/L * 0.15 L = 9 g KI.

b. ¿Qué volumen de disolución hay que tomar si se precisan 24 g de KI?

Cálculos:

• Concentración = g KI / Volumen (L)
• 60 g/L = 24 g KI / Volumen (L) => Volumen (L) = 24 g KI / (60 g/L) = 0.4 L.

9. Concentración en % en Masa y Molaridad

Una disolución se ha preparado disolviendo 20 g de H₂SO₄ puro en 80 g de agua. Si su densidad es de 1.143 g/mL.

a. ¿Qué concentración en % en masa hay?

Cálculos:

• Masa de soluto = 20 g de H₂SO₄.
• Masa de disolvente = 80 g de agua.
• Masa de disolución = Masa de soluto + Masa de disolvente = 20 g + 80 g = 100 g.
• % en masa = (g soluto / g disolución) * 100
• % en masa = (20 g de H₂SO₄ / 100 g de disolución) * 100 = 20%.

b. ¿Cuál es su Molaridad (M)?

Cálculos:

• Masa Molar de H₂SO₄ = 2*1 + 32 + 4*16 = 98 g/mol.
• Moles de H₂SO₄ = 20 g / 98 g/mol = 0.2041 moles de H₂SO₄.
• Volumen de disolución = Masa de disolución / Densidad = 100 g / 1.143 g/mL = 87.489 mL = 0.087489 L.
• Molaridad (M) = moles de soluto / volumen de disolución (L)
• M = 0.2041 moles / 0.087489 L = 2.33 M.

10. Masa de Sustancia para una Disolución de Concentración Dada

Calcula los gramos de una sustancia que hay que pesar para preparar una disolución de 100 mL y composición 20 g/L.

Cálculos:

• Concentración = masa / volumen
• 20 g/L = masa / 0.1 L (100 mL = 0.1 L)
• Masa = 20 g/L * 0.1 L = 2 g.

11. Cálculo de % en Masa

Disolvemos 45 g de NH₃ en 500 g de agua. Calcula el % en masa de la disolución.

Cálculos:

• Masa de soluto = 45 g de NH₃.
• Masa de disolvente = 500 g de agua.
• Masa de disolución = Masa de soluto + Masa de disolvente = 45 g + 500 g = 545 g.
• % en masa = (masa soluto / masa disolución) * 100
• % en masa = (45 g / 545 g) * 100 = 8.26%.

12. Cantidad de Sal para una Disolución

Queremos preparar 250 cm³ de disolución de sal en agua, con una concentración de 5 g/L. ¿Qué cantidad de sal debemos disolver en agua?

Cálculos:

• Volumen de disolución = 250 cm³ = 250 mL = 0.25 L.
• Concentración = masa de sal / volumen de disolución
• 5 g/L = masa de sal / 0.25 L
• Masa de sal = 5 g/L * 0.25 L = 1.25 g.

13. Concentración de Proteínas en Leche

La leche tiene una densidad de 1.03 g/cm³ y 2.9 g de proteínas en 100 mL. Expresa la concentración de proteínas en g/L y en % en masa.

Cálculos:

• Concentración en g/L:
  • En 100 mL hay 2.9 g de proteínas.
  • En 1 L (1000 mL) habrá (2.9 g / 100 mL) * 1000 mL = 29 g/L.
• Concentración en % en masa:
  • Masa de 100 mL de leche = Densidad * Volumen = 1.03 g/cm³ * 100 cm³ = 103 g.
  • % en masa = (g soluto / g disolución) * 100
  • % en masa = (2.9 g proteínas / 103 g leche) * 100 = 2.82%.

14. Masa de Soluto en una Disolución de KOH

Una disolución acuosa de KOH tiene una riqueza del 30% en masa. Sabiendo que la densidad de la disolución es 1.3 g/mL. Calcula la masa de soluto que hay en 100 mL de disolución.

Cálculos:

• Masa de 100 mL de disolución = Densidad * Volumen = 1.3 g/mL * 100 mL = 130 g.
• Masa de soluto (KOH) = % en masa * Masa de disolución = (30 / 100) * 130 g = 39 g KOH.

15. Molaridad de H₂SO₄ al 95%

Calcula la molaridad de H₂SO₄ del 95% en masa y densidad de 1.83 g/cm³. (Masas atómicas: H=1, O=16, S=32).

Cálculos:

• Masa Molar de H₂SO₄ = 2*(1) + 32 + 4*(16) = 98 g/mol.
• Asumimos 1 L (1000 mL) de disolución.
• Masa de 1 L de disolución = Densidad * Volumen = 1.83 g/cm³ * 1000 cm³ = 1830 g.
• Masa de H₂SO₄ (soluto) = 95% de 1830 g = (95 / 100) * 1830 g = 1738.5 g H₂SO₄.
• Moles de H₂SO₄ = Masa / Masa Molar = 1738.5 g / 98 g/mol = 17.74 moles H₂SO₄.
• Molaridad (M) = moles de soluto / volumen de disolución (L)
• M = 17.74 moles / 1 L = 17.74 M.

16. Concentración y Molalidad de NaOH

Se disuelven 20 g de NaOH en 560 g de agua. Calcula:

a. La concentración de la disolución en % en masa.

Cálculos:

• Masa de soluto = 20 g de NaOH.
• Masa de disolvente = 560 g de agua.
• Masa de disolución = 20 g + 560 g = 580 g.
• % en masa = (g soluto / g disolución) * 100
• % en masa = (20 g / 580 g) * 100 = 3.45%.

b. Molalidad.

Cálculos:

• Masa Molar de NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 g/mol.
• Moles de soluto (NaOH) = Masa / Masa Molar = 20 g / 40 g/mol = 0.5 moles.
• Masa de disolvente en kg = 560 g = 0.56 kg.
• Molalidad (m) = moles de soluto / kg de disolvente
• m = 0.5 mol / 0.56 kg = 0.89 m.

17. Concentración en Gramos por Litro

Calcula la concentración en gramos por litro de la disolución obtenida al mezclar 319 g de CuSO₄ con agua hasta completar dos litros.

Cálculos:

• Masa de soluto = 319 g de CuSO₄.
• Volumen de disolución = 2 L.
• Concentración = masa / volumen
• Concentración = 319 g / 2 L = 159.5 g/L.

18. Masa de Azúcar en una Disolución

Una botella contiene 750 g de agua azucarada que contiene un 60% de azúcar. Calcula cuántos gramos de azúcar contiene.

Cálculos:

• Masa de azúcar = 60% de 750 g = (60 / 100) * 750 g = 450 g de azúcar.

19. Concentración en g/L a partir de Masa y Densidad

Una disolución está formada por 8 g de soluto y 250 g de agua. Sabiendo que la densidad de la disolución es de 1.08 g/cm³. Calcula la concentración de la disolución en g/L.

Cálculos:

• Masa de soluto = 8 g.
• Masa de disolvente = 250 g.
• Masa total de disolución = 8 g + 250 g = 258 g.
• Volumen de disolución = Masa total / Densidad = 258 g / 1.08 g/cm³ = 238.89 cm³ (mL).
• Volumen en litros = 238.89 mL = 0.23889 L.
• Concentración = masa de soluto / volumen de disolución (L)
• Concentración = 8 g / 0.23889 L = 33.49 g/L.

20. Molaridad de NaCl

Calcula la molaridad de una disolución que se obtiene disolviendo 175.35 g de NaCl en agua hasta completar 6 litros de disolución. Datos: Masas atómicas: Na=23; Cl=35.4.

Cálculos:

• Masa Molar de NaCl = 23 + 35.4 = 58.4 g/mol.
• Moles de soluto (NaCl) = Masa / Masa Molar = 175.35 g / 58.4 g/mol = 3 moles.
• Volumen de disolución = 6 L.
• Molaridad (M) = moles de soluto / L de disolución
• M = 3 moles / 6 L = 0.5 M.

21. Molaridad de KCl con Densidad

Calcula la molaridad de una disolución que se obtiene disolviendo 25 g de KCl en 225 g de agua, sabiendo que la densidad de la disolución es de 2.1 g/mL. Datos: Masas atómicas: K=39.1; Cl=35.4.

Cálculos:

• Masa Molar de KCl = 39.1 + 35.4 = 74.5 g/mol.
• Moles de soluto (KCl) = Masa / Masa Molar = 25 g / 74.5 g/mol = 0.3356 moles (aproximadamente 0.34 moles).
• Masa total de disolución = 25 g (soluto) + 225 g (agua) = 250 g.
• Volumen de disolución = Masa total / Densidad = 250 g / 2.1 g/mL = 119.05 mL = 0.11905 L.
• Molaridad (M) = moles de soluto / L de disolución
• M = 0.3356 moles / 0.11905 L = 2.82 M (aproximadamente 2.86 M con redondeo previo).

22. Molaridad de HCl Comercial

El HCl comercial contiene un 35% en masa de ácido y su densidad es 1.18 g/mL. ¿Cuál es su molaridad? Datos: Masas atómicas: Cl=35.4; H=1.

Cálculos:

• Masa Molar de HCl = 1 + 35.4 = 36.4 g/mol.
• Densidad = 1.18 g/mL = 1180 g/L.
• Asumimos 1 L de disolución.
• Masa de 1 L de disolución = 1180 g.
• Masa de soluto (HCl) = 35% de 1180 g = (35 / 100) * 1180 g = 413 g de soluto.
• Moles de soluto (HCl) = Masa / Masa Molar = 413 g / 36.4 g/mol = 11.35 moles.
• Molaridad (M) = moles de soluto / L de disolución
• M = 11.35 moles / 1 L = 11.35 M.

23. Moles de Soluto en Diferentes Disoluciones

Calcula el número de moles de soluto que están presentes en cada una de las disoluciones siguientes:

a. 400 mL de MgBr₂ 0.240 M

Cálculos:

• M = moles soluto / L disolución => moles soluto = M * L disolución
• Moles soluto = 0.240 M * 0.4 L (400 mL = 0.4 L) = 0.096 moles.

b. 80 microlitros de glucosa (C₆H₁₂O₆) 0.460 M

Cálculos:

• M = moles soluto / L disolución => moles soluto = M * L disolución
• Moles soluto = 0.460 M * (80 * 10⁻⁶ L) (80 microlitros = 80 * 10⁻⁶ L) = 3.68 * 10⁻⁵ moles.

c. 3 L de Na₂CrO₄ 0.040 M

Cálculos:

• M = moles soluto / L disolución => moles soluto = M * L disolución
• Moles soluto = 0.040 M * 3 L = 0.12 moles.

24. Concentración, Molaridad y Molalidad de NH₄Cl

Se disuelven en agua 30.5 g de NH₄Cl hasta obtener 0.5 L de disolución. Sabiendo que la densidad de la misma es 1027 kg/m³, calcula:

a. La concentración de la misma en % en masa.

Cálculos:

• Densidad = 1027 kg/m³ = 1027 g/L (1 kg = 1000 g, 1 m³ = 1000 L).
• Masa de disolución = Densidad * Volumen = 1027 g/L * 0.5 L = 513.5 g.
• Masa de soluto = 30.5 g de NH₄Cl.
• % en masa = (g soluto / g disolución) * 100
• % en masa = (30.5 g / 513.5 g) * 100 = 5.94%.

b. Molaridad

Cálculos:

• Masa Molar de NH₄Cl = 14 + 4*(1) + 35.45 = 53.45 g/mol.
• Moles de soluto (NH₄Cl) = Masa / Masa Molar = 30.5 g / 53.45 g/mol = 0.5706 moles (aproximadamente 0.57 mol).
• Volumen de disolución = 0.5 L.
• Molaridad (M) = moles de soluto / L de disolución
• M = 0.5706 mol / 0.5 L = 1.14 M.

c. Molalidad

Cálculos:

• Masa de disolvente = Masa de disolución - Masa de soluto = 513.5 g - 30.5 g = 483 g.
• Masa de disolvente en kg = 483 g = 0.483 kg.
• Molalidad (m) = moles de soluto / kg de disolvente
• m = 0.5706 mol / 0.483 kg = 1.18 m.

25. Molalidad de H₂SO₄

Calcula la molalidad de una disolución de H₂SO₄ siendo la masa del disolvente de 600 g y la cantidad de ácido de 60 g. Datos: Masa Molar H₂SO₄ = 98 g/mol.

Cálculos:

• Masa de soluto = 60 g de H₂SO₄.
• Moles de soluto (H₂SO₄) = Masa / Masa Molar = 60 g / 98 g/mol = 0.6122 moles (aproximadamente 0.61 moles).
• Masa de disolvente en kg = 600 g = 0.6 kg.
• Molalidad (m) = moles de soluto / kg de disolvente
• m = 0.6122 mol / 0.6 kg = 1.02 m.

26. Molalidad y Molaridad de Ca(OH)₂

Determinar la molalidad y la molaridad de una disolución formada al disolver 12 g de Ca(OH)₂, en 200 g de H₂O, si la densidad de esta disolución es 1050 kg/m³. Masas atómicas: Ca=40, O=16, H=1.

Cálculos:

• Masa Molar de Ca(OH)₂ = 40 + 2*(16 + 1) = 40 + 2*(17) = 40 + 34 = 74 g/mol.
• Moles de soluto (Ca(OH)₂) = Masa / Masa Molar = 12 g / 74 g/mol = 0.1622 moles (aproximadamente 0.162 moles).
• Masa de disolvente = 200 g = 0.2 kg.
• Masa total de disolución = 12 g + 200 g = 212 g.
• Densidad de la disolución = 1050 kg/m³ = 1050 g/L.
• Volumen de disolución = Masa total / Densidad = 212 g / 1050 g/L = 0.2019 L (aproximadamente 0.20 L).

Molalidad (m):

• m = moles de soluto / kg de disolvente
• m = 0.1622 mol / 0.2 kg = 0.81 m (aproximadamente 0.80 m).

Molaridad (M):

• M = moles de soluto / L de disolución
• M = 0.1622 mol / 0.2019 L = 0.80 M.

Unidades de Volumen Comunes:

• dm³ = L
• cm³ = mL