Q3_Leccion1_2

Física y Química 3º ESO: guía interactiva para la resolución de ejercicios

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIASeparación de sustancias

I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química


Índice

Ejercicio 1 Ejercicio 2 Ejercicio 3 Ejercicio 4 Ejercicio 5 Ejercicio 6 Ejercicio 7 Ejercicio 8

Ejercicio 9 Ejercicio 10 Ejercicio 11 Ejercicio 12 Ejercicio 13 Ejercicio 14 Ejercicio 15 Ejercicio 16

Sustancias puras. Propiedades características

Métodos de separación


Ayuda

• Las sustancias puras se identifican por las propiedades características de cada una, que no dependen de la cantidad ni de la forma de la sustancia.

• Son propiedades características, entre otras, la densidad, las temperaturas de fusión y ebullición, la solubilidad y la conductividad eléctrica.

• Desde el punto de vista microscópico, una sustancia pura es aquella que tiene idénticas todas las partículas que la componen, independientemente de la cantidad de sustancia.


EJERCICIO 1Imagina que dispones de una paellera de hierro, una plancha de hierro, un clavo de hierro y un alambre de hierro.(a) De entre las citadas a continuación, ¿qué propiedades diferentes presentan dichos objetos? (b) ¿Cuáles de dichas propiedades utilizarías para comprobar que todos esos objetos son de hierro y no son, por ejemplo, de cobre?

1. Masa

2. Brillo

3. Densidad

4. Volumen

5. Estado (sólido, líquido, gaseoso)

6. Temperatura de fusión

7. Conductividad eléctrica

8. Temperatura de ebullición

# Contesta al apartado (a)

Dichos objetos presentan diferentes masa, brillo y volumen.

# Contesta al apartado (b)

Utilizaría las siguientes propiedades características: densidad, temperaturas de fusión y ebullición y conductividad eléctrica.


EJERCICIO 2Tenemos tres sólidos blancos en tres recipientes que han perdido sus etiquetas de identificación. Justifica cuál o cuáles de las siguientes informaciones nos ayudarían a determinar de qué sustancia se trata.(a) Uno de ellos es soluble en alcohol y los otros dos no.(b) Dos de ellos se encuentran en forma de bloques y el otro pulverizado.(c) La relación entre la masa y el volumen que ocupan es diferente en los tres.(d) La temperatura de fusión es diferente para los tres sólidos.

Únicamente las informaciones sobre propiedades características nos pueden ayudar a determinar de qué sustancias se trata. Por consiguiente, serían útiles los datos de (a) sobre solubilidad, de (c) sobre densidad y de (d) sobre temperaturas de cambio de estado.


EJERCICIO 3La gráfica de la figura representa los resultados de un experimento para estudiar el enfriamiento del paradiclorobenceno (polil de los armarios).(a) ¿Durante qué intervalo de tiempo existe sólo en estado líquido, en cuál sólido y en cual líquido y sólido conjuntamente?(b) ¿Qué nos indica el tramo horizontal del gráfico? ¿A qué propiedad del paradiclorobenceno se refiere este experimento?

Temperatura (ºC)

Tiempo (min)

t1 t2 t3 t4



Existe en estado líquido desde t1 hasta t2, en estado sólido desde t3 hasta t4, y coexisten ambos estados entre t2 y t3.

El tramo horizontal nos indica que la temperatura no varía aunque se esté transfiriendo energía al entorno, lo que sucede en el cambio de estado.

La propiedad es la temperatura de solidificación, que es la misma que la de fusión.


EJERCICIO 4En un experimento se obtienen los siguientes resultados Cuerpo Masa (g) Volumen (cm 3) A 90,2 10 B 75,2 10 C 90,2 12¿Es posible que todos o algunos de estos cuerpos correspondan a la misma sustancia? ¿Por qué?

3 3

3 3

3 3

90,2 : 9,02

10

75,2 : 7,52

10

90,2 : 7,52

12

AA

A

BB

B

CC

C

md

Vm g g

A dV cm cm

m g gB d

V cm cm

m g gC d

V cm cm

La tabla proporciona datos de masa y volumen que no son propiedades características. Se pueden utilizar los datos para calcular la densidad de cada cuerpo, que sí es una propiedad característica.

# Calcula las densidades

# Da una respuesta razonada a partir de los resultados

B y C son la misma sustancia, puesto que tienen la misma densidad.


EJERCICIO 5La figura muestra la gráfica temperatura-tiempo correspondiente al calentamiento de la sustancia A y al enfriamiento de la sustancia B. La sustancia A pasa del estado sólido al estado líquido y la sustancia B pasa de líquido a sólido.(a) Compara las temperaturas de cambio de estado de A y B.(b) ¿Es posible que A y B sean la misma sustancia? Razona la respuesta.

Temperatura (ºC)

Tiempo (min)

A

B



La temperatura de cambio de estado corresponde a la ordenada del tramo horizontal de la gráfica temperatura-tiempo. Las temperaturas de cambio de estado de A y B son iguales.

A y B son la misma sustancia puesto que la temperatura de cambio de estado es una propiedad característica de las sustancias puras.


EJERCICIO 6La figura muestra la estructura de tres piezas de aluminio. Indica, en función de los datos referidos, cuál de las siguientes afirmaciones consideras correcta:(a) Las masas de las tres piezas son iguales.(b) Cuanto mayor sea el volumen de la pieza mayor será su masa.(c) Cuanto mayor sea el volumen de la pieza menor será su masa.(d) No existe relación entre el volumen y la masa de las piezas.

Varilla de 1 cm3

Lámina plana

de 6 cm3

Cubo de 20 cm3

La única afirmación correcta es la (b), puesto que al ser las tres piezas de aluminio, que es una sustancia pura, tendrán la misma densidad, que es una propiedad característica. La masa y el volumen son directamente proporcionales para una sustancia pura.

EJERCICIO 7Se pidió a dos estudiantes que tratasen de identificar experimentalmente un sólido del que únicamente se sabía que era una sal de sodio. Para ello, se entregó a cada uno una muestra de 3,0 g. A continuación se presentan las descripciones de los estudiantes sobre los experimentos realizados:ESTUDIANTE 1: Vertí directamente el sólido en un recipiente que contenía 70 cm3 de agua y comprobé que se disolvía completamente.ESTUDIANTE 2: Añadí poco a poco agua al sólido (de 0,5 en 0,5 cm3) agitando entre porción y porción. Observé que el sólido estaba completamente disuelto después de haber añadido 15,5 cm3 de agua.A partir de esta información y de la tabla de solubilidades, indica razonadamente cuál es la sustancia desconocida.

SOLUBILIDAD (g sal / 100 cm3 de agua)

Bromuro de sodio 88,8

Carbonato de sodio 19,4

Clorato de sodio 97,2

Cloruro de sodio 35,9

Fluoruro de sodio 4,4

Hidróxido de sodio 107,5

Ioduro de sodio 177,9

Nitrato de sodio 86,0

Sulfato de sodio 16,8

# ¿Qué estudiante operó correctamente?

El estudiante 2, puesto que determina el volumen mínimo de agua que disuelve los 3,0 g de sal, lo que permite calcular la solubilidad de la misma.

# Calcula la solubilidad de la sal e identifica la sustancia en la tabla de solubilidades

3 3

( ) 3 g 19,4 100 100

( ) 15,5 100 cm

m soluto gs

V agua cm

La sal es el carbonato de sodio


EJERCICIO 8Se ha llevado a cabo dos experimentos de calentamiento de dos líquidos hasta que han cambiado de estado. Los resultados se recogen en las líneas del gráfico. Indica razonadamente cuál de dichas líneas corresponde a una sustancia pura.

Las sustancias puras tienen la temperatura de ebullición constante, por lo que la gráfica nos indica que la sustancia pura es la B

100ºC

Temperatura (ºC)

Tiempo (min)

Comienza la

ebullición

A

B


EJERCICIO 9

A continuación se dan varias mezclas. Explica con detalle un procedimiento para separar sus componentes.

1. Arena y serrín.

2. Sal de roca (de las minas de Remolinos).

3. Azufre en polvo y virutas de hierro.

4. Aceite y agua.

5. Yodo y sal común –el yodo sublima fácilmente-.

6. Sal común y azufre.

1. Agitar la mezcla en agua y separar el serrín manualmente.

2. Disolver la sal en agua, filtrar y evaporar la disolución. Las impurezas quedan en el filtro y la sal en el fondo del recipiente.

3. Atraer la virutas de hierro con un imán (conviene envolver el imán con una tela).

4. Introducir la mezcla en un embudo de decantación, esperar y separar.

5. Calentar suavemente la mezcla y recoger los vapores mediante una tapadera fría.

6. Disolver en agua, filtrar y evaporar la disolución. El azufre queda en el filtro y la sal en el fondo del recipiente.


EJERCICIO 10

Se tiene un vaso de precipitados que contiene una mezcla de arena, sal común y ácido cítrico. La tabla siguiente indica si estas sustancias son o no solubles en agua o alcohol. Razona qué método de separación emplearías para tener al final los tres sólidos y aislados.

arena sal común ácido cítrico

agua INSOLUBLE SOLUBLE SOLUBLE

etanol INSOLUBLE INSOLUBLE SOLUBLE

Arena, sal común y ácido cítrico

Añadir alcohol, agitar y filtrar

Añadir agua, agitar y filtrar

Arena y sal común Disolución de ácido cítrico en alcohol

Evaporación del alcohol

Ácido cítrico sólido

Arena húmedaDisolución acuosa de sal común

Evaporación del aguaEvaporación del agua

ArenaSal común sólida


EJERCICIO 11El mineral denominado gaylusita parece una roca sólida, pero en realidad es una mezcla de carbonato de calcio (caliza), carbonato de sodio (sosa) y agua. ¿Cómo podrías separar los dos carbonatos de la roca? En la tabla siguiente se muestran algunas propiedades del carbonato de calcio y del carbonato de sodio.

PROPIEDADCARBONATO DE CALCIO

CARBONATO DE SODIO

Punto de fusión825ºC 851ºC

Solubilidad en alcohol Insoluble Insoluble

Solubilidad en ácido clorhídrico Soluble Soluble

Solubilidad en agua Insoluble

A 0ºC: 7g/100 cm3

A 100ºC: 45g/100 cm3

Se añade a la mezcla agua caliente en cantidad suficiente para disolver todo el carbonato de sodio. La cantidad de agua necesaria será mucho menor si es caliente, por la variación de la solubilidad con la temperatura del carbonato de sodio.

Se filtra, y en el papel de filtro quedará retenido el carbonato de calcio, que no es soluble, mientras que la disolución de carbonato de sodio pasará al matraz de filtración.

Evaporando a sequedad el papel y la disolución tendremos separados ambos carbonatos.


Evaporación del agua

EJERCICIO 12

Explica, mediante un esquema, cómo separarías cada una de las mezclas siguientes:(a) Arena, yodo y sal común.(b) Hierro, sal común y carbonato de calcio. (El carbonato de calcio es insoluble en agua)

Calentar

Yodo sublimadoArena y sal común


ArenaSal común sólida

Añadir agua, agitar y filtrar o decantar

Arena, yodo y sal común

Arena húmeda Disolución acuosa de sal común

# Contesta al apartado (a) # Contesta al apartado (b)


Mediante un imán

Sal común y carbonato de calcioHierro

Sal común sólida


Hierro, sal común y carbonato de calcio

Carbonato de calcio Disolución acuosa de sal común


EJERCICIO 13Indica qué procedimiento seguirías para separar los componentes del siguiente sistema: benceno, yodo, sal común y arena.(Ayuda: El yodo es soluble en benceno, pero la sal común y la arena no lo son).

# Dibuja a la derecha un esquema en el que se muestre la situación del sistema en un recipiente, por ejemplo un vaso de precipitados

Disolución de yodo en benceno

Sal común y arena

# Haz un diagrama de flujo que muestre los pasos de la separación

Filtración

Benceno, yodo, sal común y arena

Disolución de yodo en benceno Sal común y arena

Destilación

BencenoYodo


Arena


Sal común sólida

Disolución acuosa de sal común


EJERCICIO 14Indica qué procedimiento seguirías para separar y recuperar los componentes de la siguiente mezcla: benceno, hierro, agua, azúcar y arena.(Ayuda: el azúcar es insoluble en benceno, y éste y el agua son inmiscibles).


Disolución de azúcar

en agua

Hierro y arena


Filtración

Benceno, hierro, agua, azúcar y arena

Benceno y disolución de azúcar en agua Hierro y arena

Decantación

BencenoDisolución de azúcar en agua

Mediante un imán

Benceno

Hierro ArenaDestilación

Azúcar Agua


EJERCICIO 15

Indica qué procedimiento seguirías para separar los componentes del sistema formado por A, B, C, D y E, que tienen las características que se indican a continuación:(a) A es sólido, soluble en B e insoluble en C.(b) B y C son líquidos inmiscibles, siendo C más denso que B.(c) D y E son sólidos, insolubles tanto en B como en C; E presenta propiedades magnéticas


A disuelto en B

D+E


Decantación

A+B+C+D+E

D+E A+B+C

Mediante un imán

DE

Decantación

C A disuelto en B

Destilación

A B

C


EJERCICIO 16Se ha realizado una cromatografía sobre papel de dos disoluciones 1 y 2, y de cinco sustancias puras A, B, C, D y F. El resultado se muestra en la figura siguiente.(a) ¿Qué sustancias contiene cada disolución?(b) ¿Hay alguna sustancia que no esté en ninguna de las disoluciones?

1 2 A B C D E


La disolución 1 contiene las sustancias puras A, C y D. La disolución 2 contiene las sustancias puras C y B.


La sustancia E no está en ninguna de las disoluciones, mientras que la sustancia A está en las dos disoluciones.

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