Question

Hola amigos buen dia me ayudan por favor a resolver el siguiente problema: las Unidades de concentración física y química.

El ácido nítrico es uno de los compuestos que se utiliza para la producción de sustancias explosivas, utilizadas en la minería. Si disponemos de 10 mL de HNO3 al 68 %P/P (d=1,32 g /mL), los cuales se disolvieron hasta alcanzar un volumen de solución de 200 mL, con una densidad de 1,02 g/mL. (La densidad del soluto es corresponde a 1,51 g/cm³)
respondiendo lo siguiente:

- % peso / volumen (%p/v)
- Partes por millón (ppm)
- % volumen/ volumen (%v/v)
- Unidades de concentración físicas
- Unidades de concentración química
- Molalidad (m)
- Fracción Molar (Xa/Xb)
- Normalidad (N)

Answer 1

Dada una disolución de HNO₃ , se pide determinar la concentración de la disolución, expresada en unidades físicas ( % p/v, % v/v y ppm) y unidades quimicas (Molalidad (m), Fracción molar, Normalidad (N) ). Se obtienen los resultados siguientes:

Concentración :

4,5 % p/v

44880 ppm

2,97 % v/v

0,73 m

Fracción molar = 0,0129

0,71 N

10 ml de HNO₃ 68% p/p (densidad = 1,32 g/ml) ...... Se disuelven hasta 200 ml

Solución resultante:  densidad = 1,02 g/ml (densidad del soluto = 1,51 g/ml)

Solución inicial:

68% p/p significa que  hay 68 g HNO₃ en 100 g de solución. Podemos calcular cuántos gramos de HNO₃ tenemos en 10 ml:

10 ml solución × 1,32 g/ml = 13,2 g de solución

( 68 g HNO₃ / 100 g solución ) × 13,2 g solución = 8,976 g HNO₃

En 200 ml de la segunda solución tendremos 8,976 g HNO₃. La solución tiene una densidad de 1,02 g/ml.

% peso / volumen significa gramos de soluto / 100 ml de solución

% p/v = ( 8,976 g HNO₃ / 200 ml solución ) × 100 ml solución

% p/v = 4,5 %

Partes por millón (ppm ) = mg soluto / litro de solución

ppm = ( 8,976 g HNO₃ × 1000 mg/g ) / ( 200 ml × 1 L / 1000 ml )

ppm = 44880

% volumen / volumen  = ml de soluto / 100 ml de solución

Tenemos que calcular el volumen de soluto (ml de HNO₃), usando el valor de densidad:

d= m/v

v = m/d = 8,976 g HNO₃ / (1,51 g/ml) = 5,94 ml HNO₃

% v/v = ( 5,94 ml HNO₃ / 200 ml solución ) × 100

% v/v = 2,97 %

Molalidad = moles de soluto / kg de solvente

Conociendo la densidad de la solución ( 1,02 g/ml ) podemos calcular gramos de solución:

gramos de solución = ( 200 ml × 1,02 g/ml ) = 204 g

Podemos calcular gramos de solvente:

gramos de solución = gramos HNO₃  + gramos de solvente

gramos de solvente = gramos de solución - gramos de HNO₃  

gramos de solvente = 204 - 8,976 = 195,024 g

195,024 g × 1 kg / 1000 g = 195,024 × 10⁻³ kg

Necesitamos convertir  8,976 g HNO₃ a moles:

Peso molecular HNO₃ = 1 + 14 + 48 = 63 g/mol

moles HNO₃ = 8,976 g / 63 g/mol = 0,142

molalidad = 0,142 / 195,024 × 10⁻³ = 0,73

Fracción molar = moles de soluto / moles de solución

moles de solución = moles de soluto + moles de solvente

Conocemos los moles de soluto (0,142). Necesitamos los moles de solvente. Si asumimos agua como solvente podemos calcular el número de moles, ya que sabemos que tenemos 195,024 g de solvente:

Peso molecular de agua = 18 g/mol

moles agua = 195,024 g/ (18 g/mol) = 10,83

Moles de solución = 10,83 + 0,142 = 10,972

Fracción molar HNO₃ = 0,142 / 10,972 = 0,0129

Normalidad = equivalentes / L de solución

equivalentes = gramos HNO₃ / Peso equivalente HNO₃

En este caso, equivalentes HNO₃ = número de moles porque el peso equivalente es igual al peso molecular.

Normalidad = 0,142 / (200 ml × 1 L /1000 ml)

Normalidad = 0,71