ecuaciones quimicas al equilibrio

Dr. José Franco Pérez Arévalo

• Ingeniero Químico (Facultad de Química, UNAM)

• Maestro en Fisicoquímica (FESC, UNAM). Mención Honorífica

• Dr. En Ciencias (UAM). Medalla al Mérito Universitario

• Profesor de Carrera Titular “A” Definitivo (tiempo completo) (FESC-UNAM) en el área de “Química de Materiales: Materiales Nanoestructurados”

• Profesor Definitivo de las Asignaturas de: Química Analítica I (Q.), Química Analítica II (Q.), Química Analítica I (I.Q.) y Química Analítica II (I.Q.)

Dr. José Franco Pérez Arévalo

QUÍMICA

Ciencia que estudia la composición,

estructura, propiedades físicas y

reactividad de la materia.

J. Franco Pérez-Arévalo 5

QUÍMICA ANALÍTICA

Aplicación del conocimiento químico

para conocer qué especies químicas

forman una muestra de interés y en

qué cantidades se encuentran.


QUÍMICA ANALÍTICA I (Q) “Que el estudiante desarrolle un razonamiento

sistemático que le permita aplicar los conceptos de

equilibrio químico de intercambio de una partícula en

solución acuosa, esto es, equilibrios: ácido-base, de

formación de complejos, de solubilidad y precipitación,

y de óxidorreduccion, en la comprensión de los

métodos experimentales de determinación cualitativa y

cuantitativa de la composición química de una muestra

de interés”. J. Franco Pérez-Arévalo 7

Tipos de reacción en Solución Acuosa

Ácido-Base

Formación de Complejos

Precipitación (solubilidad)

Oxidorreducción J. Franco Pérez-Arévalo 8

Propuesta de trabajo y evaluación La asignatura es teórico-práctica por lo que hay dos cursos en la misma asignatura. El curso

teórico y el curso del laboratorio. Para evaluar la asignatura se considera que el curso teórico

contribuye con el 50% de la calificación y, el curso de laboratorio, con el otro 50% (en el caso

de no aprobar el curso de laboratorio ya no se podrá aprobar la asignatura). Durante el

curso teórico se realizarán 4 exámenes parciales, el promedio aritmético de los exámenes

calificados señalará la calificación de la asignatura. Este promedio deberá de ser mayor o

igual a 6.0 para exentar el examen ordinario y aprobar el curso, es requisito que no se

reprueben 2 exámenes. En forma adicional y no obligatoria, el estudiante podrá entregar las

resoluciones de las series de problemas (por cada unidad del curso), obteniendo 2 puntos

adicionales (en el caso de que la serie esté correcta y completamente resuelta) o valores

proporcionales (si está parcialmente correcta) sobre la calificación del examen parcial, para

ello, es requisito que la calificación obtenida en el examen sea mayor o igual a 4.0. En el caso

de que no se haya alcanzado la exención, el estudiante tendrá derecho a presentar el examen

ordinario (primera y segunda vueltas) en donde el contenido temático por evaluar será por

partes o global según la situación específica de cada estudiante


Material de la Asignatura

La asignatura cuenta con material escrito (libros y/o

folletos), hojas de cálculo y presentaciones (por cada

clase de teoría). Este material se encuentra a disposición

de los alumnos inscritos en la Asignatura a través de la

página web.

http://qa1-q-iq-y2-q-fesc-jfpa.webnode.es/


Material de la Asignatura


Reacción química

Cambio de composición, estructura y energía al mezclar especies químicas.

Ejemplo: al mezclar cloro

gaseoso con sodio metálico

hay una gran liberación de

energía debido a la

formación de cloruro de

sodio (ver animación).


Ecuación química

Es la representación de una reacción química por

medio de una ecuación en donde se cumple el

balance de materia y el balance de carga, para

ello, se utilizan coeficientes estequiométricos y

fórmulas químicas.


Es la representación de una reacción química por

medio de una ecuación en donde se cumple el

balance de materia y el balance de carga, para

ello, se utilizan coeficientes estequiométricos y

fórmulas químicas.

)s( NaCl2 )s( Na2)g( Cl2


Ecuación química


Ecuación química

dD cC bB aA

Coeficientes estequiométricos


dD cC bB aA

Ecuación química


dD cC bB aA

Ecuación química

Especies químicas (fórmulas)


dD cC bB aA

Ecuación química


dD cC bB aA

Ecuación química

Reactivos


dD cC bB aA

Ecuación química

Productos


dD cC bB aA

Ecuación química

dD cC bB aA % 100

Ecuación química (conversión al 100 %)

Reacción química completa


D C B A % 100

Ecuación química: balance estequiométrico


Reacción química de estequiometría uno a uno

.fin

.in

D C B A % 100




.fin

mol 2 mol 2 .in

D C B A % 100




mol 2 mol 2 0 0 .fin

mol 2 mol 2 .in

D C B A % 100




mol 2 mol 2 0 0 .fin

mol 2 mol 2 .in

D C B A % 100


Ecuación química: condición estequiométrica


.fin

mol 3 mol 2 .in

D C B A % 100




mol 2 mol 2 mol 1 0 .fin

mol 3 mol 2 .in

D C B A % 100




mol 2 mol 2 mol 1 0 .fin

mol 3 mol 2 .in

D C B A % 100


Ecuación química: la especie A es el reactivo limitante


.fin

mol 1 mol 2 .in

D C B A % 100




mol 1 mol 1 0 mol 1 .fin

mol 1 mol 2 .in

D C B A % 100




mol 1 mol 1 0 mol 1 .fin

mol 1 mol 2 .in

D C B A % 100


Ecuación química: la especie B es el reactivo limitante


A

0

A

0

A

0

B

0

A

0

B

0

A

0

A

0

A

0

B

0

B

0

B

0

B

0

A

0

A

0

B

0

B

0

A

0

% 100

n n nn 0 lim. es A

nn Si

n n 0 0 esteq. cond.

nn Si

n n 0 nn lim. es B

nn Si

-------------------------------------------

n n .in

D C B A

Tabla en moles (reacción química de estequiometría uno a uno)


V

n

V

n

V

nn 0 lim. es A

nn Si

V

n

V

n 0 0 esteq. cond.

nn Si

V

n

V

n 0

V

nn lim. es B

nn Si

-------------------------------------------

V

n

V

n .in

D C B A

A

0

A

0

A

0

B

0

A

0

B

0

A

0

A

0

A

0

B

0

B

0

B

0

B

0

A

0

A

0

B

0

B

0

A

0

% 100


Tabla en molaridad (reacción química de estequiometría uno a uno)

A

0

A

0

A

0

B

0

A

0

B

0

A

0

A

0

A

0

B

0

B

0

B

0

B

0

A

0

A

0

B

0

B

0

A

0

% 100

C C CC 0 lim. es A

CC Si

C C 0 0 esteq. cond.

CC Si

C C 0 CC lim. es B

CC Si

-------------------------------------------

C C .in

D C B A


Tabla en molaridad (reacción química de estequiometría uno a uno)

Ejemplo


Cuando se calienta y se hace pasar una mezcla de los gases metano

(CH4), amoniaco (NH3) y oxígeno (O2) sobre un catalizador de platino, se

forman cianuro de hidrógeno (HCN) gaseoso y vapor de agua (H2O). Si

una mezcla contiene 22.5 g de CH4, 30.0 g de NH3 y 45.0 g de O2

(Considerar que la reacción ocurre al 100 %).

Escribir la ecuación química de la reacción

¿Cuál de las especies químicas es el reactivo limitante?

¿Cuántos gramos quedan de los reactivos después de ocurrida la

reacción?

¿Cuántos gramos de HCN se forman?

¿Cuánta de la masa total de los reactivos se transforma en agua?










reacción?



(Leer documento “Guía para la resolución del primer problema)


O(g)6H 2HCN(g) (g)3O (g)2NH (g)CH2 2

Pt

234









reacción?



Respuestas del Ejemplo


limitante reactivo el es oxígeno el

1.406 1.762 1.403 (inic) mol

O6H 2HCN 3O 2NH CH2 2234

g 64.50O Hg

g 32.25 HCNg

g; 00.0O g g; 07.14NH g g; 46.7CH g

2.811 0.937 0.000 0.826 0.465 mol(fin)

1.406 0.937 0.937 reacc

1.406 1.763 1.402 (inic) mol

O6H 2HCN 3O 2NH CH2

2

234

2234

O(g)6H 2HCN(g) (g)3O (g)2NH (g)CH2 2

Pt,

234


Ejercicio: Resolver la serie de problemas “Cálculos estequiométricos y preparación de soluciones”


Reacción química y equilibrio químico

Ecuación química:



Ecuación química:

dD cC bB aA



Ecuación química:

dD cC bB aA % X



Ecuación química y ley de “Acción de Masas”

dD cC bB aA % X




actividad ;BA

DCK

dD cC bB aA

ba

dc

% X




)reportado valor(BA

DCK

dD cC bB aA

ba

dc

% X




iónconcentrac ;BA

DCK

dD cC bB aA

ba

dc

% X





Reacción química (uno a uno) y equilibrio químico


cte. valorB A

D CK

D C B A % X



M1.0 M 1.0 :in

5K D C B A % X


Cálculo de las concentraciones al equilibrio y del porcentaje de conversión


)1.01.01.0(A

1.0 1.0 :in

5K D C B A % X




)1.01.01.0(B

)1.01.01.0(A

1.0 1.0 :in

5K D C B A % X




)1.01.00(C

)1.01.01.0(B

)1.01.01.0(A

1.0 1.0 :in

5K D C B A % X




)1.01.00(D

)1.01.00(C

)1.01.01.0(B

)1.01.01.0(A

1.0 1.0 :in

5K D C B A % X




11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A % X




5B A

D CK

11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A % X




51.0 1.0

11.0 11.0

11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A % X




5

1 1

11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A % X




5

1

11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A

2

2

% X




51

11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A

2

% X




51

11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A % X




15

1

11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A % X




30902.0

11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A % X




% 69.098

10030902.011001X%

11.0 11.0 1.0 1.0

1.0 1.0

5K D C B A % X




.06910 .06910 .03090 .03090 :eq

1.0 1.0 :in

D C B A % 9.16




1

11

105.005.0

105.0105.05

105.0 105.0 105.0 05.0 :eq

1.0 05.0 :in

5K D C B A % X



El reactivo limitante es A


22

2

2

% X

5521 1

1

115

105.0 105.0 105.0 05.0 :eq

1.0 05.0 :in

5K D C B A





% 72.861001328.011001

1328.0 0174

105.0 105.0 105.0 05.0 :eq

1.0 05.0 :in

5K D C B A

2

% X





10.655 10.655 10.655 10.546 :eq

1.0 05.0 :in

D C B A

2-2-2-3-

% 6.938





M1.0 M 1.0 :in

100 ;50 ;10K D C B A % X

a) Calcular el porcentaje de reacción (X %) y las concentraciones de

equilibrio de las especies A, B, C y D para cada valor de la constante de

equilibrio.

b) Graficar en función de K

c) Concluir sobre lo que la sucede al grado de conversión conforme

aumenta el valor de K


Considerar las siguientes condiciones iniciales, en donde, además, la

constante de equilibrio puede tomar tres valores diferentes: 10, 50, 100

Problema 1. (Serie 1, Bloque 1): Reacción química (uno a uno) y equilibrio químico

(M) C )M( 1.0 :in

50K D C B A

B

0

% X

a) Calcular el porcentaje de reacción (X %) y las concentraciones de

equilibrio de las especies A, B, C y D para cada valor de C0B.

b) Graficar en función de C0B.

c) Concluir sobre el grado de conversión conforme aumenta el valor de C0B

(esto es, en cada caso hay más exceso de la especie B).


Problema 2. (Serie 1 Bloque 2: Reacción química (uno a uno) y equilibrio químico

Considerar las siguientes condiciones, en donde C0B (concentración inicial

de B) puede tomar los siguientes valores: 0.1, 0.2, 0.4, 0.6 M

ecuaciones quimicas al equilibrio

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