Ejercicios de química resueltos. Propiedades de las disoluciones. Ley de Henry.

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En esta sección abordamos ejercicios cualitativos y cuantitativos sobre la solubilidad de gases, organizados alrededor de la ley de Henry y de los efectos de la presión parcial y la temperatura. Los problemas han sido clasificados por categorías conceptuales, lo que permite reconocer patrones físicos comunes antes de realizar cualquier cálculo: variación de presión a temperatura constante, cambios de temperatura en sistemas saturados, intercambio de gases disueltos y liberación de gas por descompresión. Esta clasificación no es arbitraria; su objetivo es facilitar la identificación del principio dominante en cada situación y evitar errores de interpretación frecuentes en los libros de texto.

Todos los ejercicios se resolverán mediante dos técnicas equivalentes y homologables. La primera es el factor de conversión, útil para el análisis dimensional explícito y el control de unidades. La segunda es el tratamiento algebraico simbólico, que permite razonar directamente en términos de proporciones, constantes y dependencias funcionales. A lo largo de la sección se enfatiza la traducción entre ambas técnicas, ya que muchos enunciados presentan los datos en una forma y exigen resolverlos en la otra. Esta doble aproximación refuerza la comprensión conceptual y mejora la coherencia entre el razonamiento físico y el cálculo matemático.

Ejercicios cualitativos

Química de Brown.15 ed.

Práctica 13.2 Duplicas la presión parcial de un gas sobre un líquido a temperatura constante. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera? (a) La constante de la ley de Henry se duplica. (b) La constante de la ley de Henry se reduce a la mitad. (c) Hay la mitad de moléculas de gas disueltas en el líquido. (d) Hay el doble de moléculas de gas disueltas en el líquido. (e) No hay cambio en el número de moléculas de gas en el líquido. [brown.15ed.p.13.2]

13.15 Indica si cada afirmación es verdadera o falsa: (a) Si comparas la solubilidad de un gas en agua a dos temperaturas distintas, el gas es más soluble a la temperatura más baja. (b) La solubilidad de la mayoría de los sólidos iónicos en agua disminuye cuando aumenta la temperatura de la disolución. (c) La solubilidad de la mayoría de los gases en agua disminuye cuando aumenta la temperatura porque el agua rompe sus enlaces de hidrógeno con las moléculas de gas al elevarse la temperatura. (d) Algunos sólidos iónicos se vuelven menos solubles en agua cuando aumenta la temperatura. [brown.15ed.13.15]

13.63 Indica si cada afirmación es verdadera o falsa: (a) A mayor temperatura, más solubles son la mayoría de los gases en agua. (b) A mayor temperatura, más solubles son la mayoría de los sólidos iónicos en agua. (c) Al enfriar una disolución saturada desde alta temperatura hasta baja temperatura, los sólidos comienzan a cristalizar si se alcanza una disolución supersaturada. (d) Si tomas una disolución saturada y aumentas su temperatura, normalmente puedes añadir más soluto y hacer la disolución aún más concentrada. [brown.15ed.13.63]

Química de Chang. 10ed.

12.35 Un vaso de agua está inicialmente saturado con aire disuelto. Explica qué sucede cuando se hace burbujear gas He a 1 atm a través de la disolución durante mucho tiempo. [chang.10ed.12.35]

12.36 Un minero que trabajaba a 260 m por debajo del nivel del mar abrió una bebida gaseosa durante el almuerzo. Para su sorpresa, la bebida le supo “desgasificada” (sin gas). Poco después, el minero tomó un ascensor hacia la superficie. Durante el ascenso, no podía dejar de eructar. ¿Por qué? [chang.10ed.12.36]

Ley de Henry con unidades molares

Química de Brown.15 ed.

Muestra 13.2 Calcula la concentración de CO₂ en una bebida gaseosa que se embotella con una presión parcial de CO₂ de 0.41 MPa sobre el líquido a 25 °C. La constante de la ley de Henry para el CO₂ en agua a esta temperatura es 3.4 × 10⁻⁴ mol·m⁻³·Pa⁻¹.

13.16 La constante de la ley de Henry para el hidrógeno (H₂) en agua a 25 °C es 7.7 × 10⁻⁶ M·kPa⁻¹ y la constante para el argón (Ar) a 25 °C es 1.4 × 10⁻⁵ M·kPa⁻¹. Si ambos gases están presentes cada uno a una presión de 253 kPa, calcula la solubilidad de cada gas.

Química de Chang. 10ed.

Ejemplo 12.6 La solubilidad del nitrógeno (N₂) a 25 °C y 1 atm es 6.8 × 10⁻⁴ mol/L. ¿Cuál es la concentración (en molaridad) de nitrógeno disuelto en agua bajo condiciones atmosféricas? La presión parcial de N₂ en la atmósfera es 0.78 atm.

Ejemplo 12.7 Calcula la concentración molar de oxígeno (O₂) en agua a 25 °C para una presión parcial de 0.22 atm. La constante de la ley de Henry para el oxígeno es 1.3 × 10⁻³ mol·L⁻¹·atm⁻¹.

12.37 La solubilidad del CO₂ en agua a 25 °C y 1 atm es 0.034 mol/L. ¿Cuál es su solubilidad bajo condiciones atmosféricas? (La presión parcial de CO₂ en el aire es 0.0003 atm.) Supón que el CO₂ obedece la ley de Henry.

12.38 La solubilidad del N₂ en sangre a 37 °C y a una presión parcial de 0.80 atm es 5.6 × 10⁻⁴ mol/L. Un buzo de profundidad respira aire comprimido con una presión parcial de N₂ igual a 4.0 atm. Supón que el volumen total de sangre en el cuerpo es 5.0 L. Calcula la cantidad de gas N₂ liberado (en litros a 37 °C y 1 atm) cuando el buzo regresa a la superficie, donde la presión parcial de N₂ es 0.80 atm.

Ley de Henry con unidades no molares

Química de Brown.15 ed.

13.64 La fracción molar de N₂ en el aire al nivel del mar es 0.78. Usando los datos de la Tabla 13.1, junto con la ley de Henry, calcula la concentración molar de N₂ en el agua superficial de un lago de montaña saturado con aire a 20 °C y con una presión atmosférica de 86.6 kPa.

Química de Chang. 10ed.

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