Ejercicios de química resueltos. Propiedades de las disoluciones. Solubilidad en función de la temperatura del sólido

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Estos ejercicios abordan de manera sistemática el concepto de solubilidad, el nivel de saturación y la masa máxima de soluto que un solvente puede admitir bajo condiciones específicas de temperatura. A través de ejemplos tomados de distintos textos clásicos de química general, se estudia cómo expresar la solubilidad en diversas unidades —g de soluto por 100 g o 100 mL de solvente, molaridad, o masa disuelta— y cómo interpretar su significado físico. Asimismo, se analizan situaciones de disoluciones insaturadas, saturadas y sobresaturadas, así como los procesos de cristalización, precipitación y enfriamiento controlado. Algunos problemas introducen escenarios analíticos más sutiles, como mezclas de solutos con solubilidades distintas o cambios de temperatura sin formación inmediata de precipitado, lo que permite discutir la estabilidad metastable de las disoluciones. Todos los ejercicios se resolverán mediante dos técnicas equivalentes y complementarias: el factor de conversión y los teoremas de álgebra simbólica de Viète, entendidos aquí como métodos homólogos que conducen a los mismos resultados físicos desde enfoques formales distintos.

Calculando solubilidades

Química de García

Ejemplo 11.1. Para disolver 6 g de sulfato de cobre obteniendo una solución a 20 °C, se necesitaron exactamente 29.7 cm³ de agua. Calcule la solubilidad de la sal. [garcia.solubilidad.1]

Química de Chang 10ed

Problema 12.27. Una muestra de 3.20 g de una sal se disuelve en 9.10 g de agua para dar una solución saturada a 25°C. ¿Cuál es la solubilidad (en g de sal/100 g de H₂O) de la sal?; 

Química de Blei & Odian, 2006

Problema 7.38 La solubilidad del sulfato de aluminio en agua a 20 °C es 26.7 g/100 mL. Calcula su molaridad.

Problema 7.39 La solubilidad del cloruro de calcio en agua a 20 °C es 74.5 g/100 mL. Calcula su molaridad.

Nivel de saturación y masa máxima

Química de García

Ejemplo 1. La solubilidad del nitrato de potasio a 40°C es de 63.9 g / 100 cm³. ¿Qué volumen de agua se requiere para disolver 32 g de esta sal a la temperatura señalada? https://youtu.be/MJP3UcqKCZo

Ejemplo 2. Se utilizó el mismo volumen de solvente para preparar dos soluciones saturadas a 25°C. Sabemois que la solución A contiene 100 g de soluto con solubilidad de 32.3 g / 100 mL. Si la solubilidad del soluto B es 1.02 g/100mL ¿Qué cantidad de soluto contiene la solución B? https://youtu.be/jSSbto7RJt0

Ejemplo 3. Refiriéndose a la figura 13.15, determine si la adición de 40.0 g de cada uno de los siguientes sólidos iónicos a 100 g de agua a 40 °C conducirá a una solución saturada: (a) NaNO₃, (b) KCl, (c) K₂Cr₂O₇, (d) Pb(NO₃)₂.  

 Química de Brown 15ed.

Problema 13.57. La solubilidad del alumbre, KAl(SO₄)₂ • 12 H₂O, en agua es de 44 g por 100 g de agua a 50 °C. Se forma una solución de alumbre en agua a 80 °C disolviendo 130 g en 100 g de agua. Cuando esta solución se enfría lentamente a 50 °C, no se forma precipitado. (a) ¿Está la solución enfriada a 50 °C insaturada, saturada o sobresaturada? (b) Tomas una espátula metálica y rascas el lado del recipiente de vidrio que contiene esta solución enfriada, y comienzan a aparecer cristales. ¿Qué acaba de ocurrir? (c) En equilibrio, ¿qué masa de cristales esperas que se forme?

Problema 13.58. Al referirse a la Figura 13.14, determine si la adición de 50,0 g de cada uno de los siguientes sólidos iónicos a 100 g de agua a 20 °C conducirá a una solución saturada: (a) NaCl, (b) CaCl₂, (c) KNO₃, (d) NaNO₃.

Química de Chang 10ed

Problema 12.28. La solubilidad del KNO₃ es 155 g por 100 g de agua a 75°C y 38.0 g a 25°C. ¿Qué masa (en gramos) de KNO₃ cristalizará fuera de la solución si exactamente 100 g de su solución saturada a 75°C se enfría a 25°C?; Aparece en (Burdge & Overby, 2018) Problema 13.33.

Problema 12.29. Una muestra de 50 g de KClO₃ impuro (solubilidad = 7.1 g por 100 g de H₂O a 20°C) está contaminada con un 10% de KCl (solubilidad = 25.5 g por 100 g de H₂O a 20°C). Calcula la cantidad mínima de agua a 20°C necesaria para disolver todo el KCl de la muestra. ¿Cuánto KClO₃ quedará después de este tratamiento? (Asume que las solubilidades no se ven afectadas por la presencia del otro compuesto). Aparece en (Burdge & Overby, 2018) Problema 13.34.

Libretexts, 2020

Ejemplo 7.11.1. Se prepara una solución mezclando 129 gramos de yoduro de amonio y 75.0 gramos de agua a 20 grados Celsius. Si la solubilidad del yoduro de amonio es de 172 g/100 g H2O determinar si la solución resultante está saturada o insaturada, y calcule la cantidad de exceso de soluto que permanece sin problemas en esta solución.

Ejercicio 7.11.1. Se prepara una solución mezclando 34.45 gramos de cianuro de mercurio (II) y 310. gramos de agua a 20 grados Celsius. Con la solubilidad estándar a 20 °C del compuesto (9.30 g/100 g de agua), determina si la solución resultante está saturada o insaturada y calcula la cantidad de exceso de soluto que queda sin disolver en esta solución. https://youtu.be/atgRHCbr3mQ

Ejercicio 7.11.2. Se prepara una solución mezclando 22 gramos de cloruro de sodio y 100. gramos de agua a 80 grados Celsius. Usa de la figura para determinar si la solución resultante está saturada o insaturada, y estima la cantidad de exceso de soluto que queda sin disolver en esta solución.

Especiales o analíticos

Química de Blei & Odian, 2006

Problema 7.36 Se añadió una cantidad desconocida de KCl a 250 mL de agua a 35 °C y se formó una solución clara. La temperatura se bajó a 25 °C, y la solución permaneció clara. ¿Estaba la solución a 35 °C saturada? (Ver Figura 7.5.)

Problema 7.37 La solubilidad del acetato de estroncio es 43 g/100 mL a 10 °C y 37.4 g/100 mL a 50 °C. Una solución clara de acetato de estroncio a 10 °C se calentó a 50 °C y permaneció clara. ¿Estaba la solución a 10 °C saturada? Como la solubilidad disminuye pero la disolución no muestra precipitados, podemos concluir que no estaba saturada.

Química de McMurry, 2012

Problema 11.68 Mira el gráfico de solubilidad en la Figura 11.6 en la página 404, y estima cuál miembro de cada uno de los siguientes pares tiene más solubilidad: (a) NaCl o NH₄Cl a 40 °C (b) K₂SO₄ o CuSO₄ a 20 °C 

Referencias

Baeza Baeza, J. J., & García Álvarez-Coque, M. C. (2014). Extent of reaction balances. A convenient tool to study chemical equilibria.

Blei, I., & Odian, G. (2006). General, Organic , and biochemistry (2nd ed.). W. H. Freeman and Company.

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