introducciÓn - soy de ciencias · escasos, estudiantes de 2° de bachillerato que eligen las...
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INTRODUCCIÓNElaprendizajedelaQuímicaconstituyeunretoalqueseenfrentancadaañolos,cadavezmás
escasos,estudiantesde2°debachilleratoqueeligen lasopcionesde“Ciencias”,“Cienciasde la
Salud”e“IngenieríayArquitectura”.Estotambiénconstituyeunretoparalosprofesoresque,no
solodebensercapacesdebuscarlaformamáseficazparaexplicarestadisciplina,sinoademás,
inculcarelinterésquenacedelreconocimientodelpapelquejuegalaQuímicaenlavidayenel
desarrollodelassociedadeshumanas.
Enestecontexto, lasOlimpiadasdeQuímicasuponenunaherramientamuy importanteyaque
ofrecen un estímulo, al fomentar la competición entre estudiantes procedentes de diferentes
centrosycondistintosprofesoresyestilosoestrategiasdidácticas.
Estacoleccióndecuestionesyproblemassurgiódelinterésporpartedelosautoresderealizar
unarecopilacióndelaspruebaspropuestasendiferentespruebasdeOlimpiadasdeQuímica,con
elfindeutilizarloscomomaterialdeapoyoensusclasesdeQuímica.Unavezinmersosenesta
labor,yalavistadelvolumendecuestionesyproblemasreunidos,laComisióndeOlimpiadasde
QuímicadelaAsociacióndeQuímicosdelaComunidadValencianaconsideróquepodíaresultar
interesante supublicaciónparaponerloadisposiciónde todos losprofesoresyestudiantesde
Química a los que les pudiera resultar de utilidad. De esta manera, el presente trabajo se
propusocomounposiblematerialdeapoyopara laenseñanzade laQuímicaen loscursosde
bachillerato, así como en los primeros cursos de grados del área de Ciencia e Ingeniería.
Desgraciadamente,nohasidoposible ‐porcuestionesquenovienenalcaso‐ lapublicacióndel
material.Noobstante, lapuestaencomúnde lacoleccióndecuestionesyproblemasresueltos
puede servirdegermenparaeldesarrollodeunproyectomásamplio,enelqueeldiálogo,el
intercambio de ideas y la compartición dematerial entre profesores deQuímica con distinta
formación,origenymetodología,peroconobjetivoseinteresescomunes,contribuyaaimpulsar
elestudiodelaQuímica.
En elmaterial original se presentan las pruebas correspondientes a las últimas Olimpiadas
NacionalesdeQuímica(1996‐2012)asícomootraspruebascorrespondientesafaseslocalesde
diferentesComunidadesAutónomas.Enesteúltimo caso, sehan incluido sólo las cuestionesy
problemasquerespondieronalmismoformatoquelaspruebasdelaFaseNacional.Sepretende
ampliarelmaterialcon lascontribucionesquerealicen losprofesores interesadosen impulsar
este proyecto, en cuyo caso se harámención explícita de la persona que haya realizado la
aportación.
Lascuestionesquesonderespuestasmúltiplesylosproblemassehanclasificadopormaterias,
sepresentancompletamenteresueltosyentodosellossehaindicadolaprocedenciayelaño.Los
problemas,enlamayorpartedeloscasosconstandevariosapartados,queenmuchasocasiones
se podrían considerar como problemas independientes. Es por ello que en el caso de las
OlimpiadasNacionales sehaoptadoporpresentar la resoluciónde losmismosplanteando el
enunciadodecadaapartadoy,acontinuación,laresolucióndelmismo,enlugardepresentarel
enunciadocompletoydespuéslaresolucióndetodoelproblema.
Losproblemasycuestionesrecogidosenestetrabajohansidoenviadospor:
Juan A. Domínguez (Canarias), Juan Rubio (Murcia), Luis F. R. Vázquez y Cristina Pastoriza
(Galicia), JoséA.Cruz,NievesGonzález,Gonzalo Isabel (CastillayLeón),AnaTejero (Castilla‐
LaMancha),PedroMárquez(Extremadura),PilarGonzález(Cádiz),ÁngelF.Sáenzde laTorre
(La Rioja), José Luis Rodríguez (Asturias),Matilde Fernández (Baleares), Fernando Nogales
(Málaga).
Finalmente,losautoresagradecenaHumbertoBuenosuayudaenlarealizacióndealgunasde
lasfigurasincluidasenestetrabajo.
Losautores
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 1
1.CUESTIONESdeTERMOQUÍMICAYTERMODINÁMICA
1.1.¿Cuálesdelassiguientescondicionesdaránlugaraunareacciónespontáneaacualquiertemperatura?a)ΔH<0,ΔS<0b)ΔH>0,ΔS=0c)ΔH>0,ΔS>0d)ΔH>0,ΔS<0e)ΔH<0,ΔS>0f)ΔH=0,ΔS=0
(O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.Murcia1996)(O.Q.L.CastillayLeón2001‐2002‐2003‐2008‐2009)(O.Q.L.Canarias2003)(O.Q.L.Almería2005)(O.Q.L.Cádiz2008)(O.Q.N.ElEscorial2012)
Paraqueunareacciónseaespontáneadebecumplirseque:
ΔG=ΔH–TΔS<0
a) Falso. Si ΔH < 0 y ΔS < 0, entonces el valor de ΔG depende de cuál de los términos|TΔS|o|ΔH|seamayor,esdecirdependedecuálseaelvalordeT.
Atemperaturasbajas:|ΔH|>|TΔS|yentoncesΔG<0ylareacciónesespontánea.
Atemperaturasaltas:|ΔH|<|TΔS|yentoncesΔG>0ylareacciónesnoespontánea.
b)Falso.SiΔH>0yΔS=0,entoncesΔG>0y lareacciónesnoespontáneaacualquiertemperatura.
c) Falso. Si ΔH > 0 y ΔS > 0, entonces el valor de ΔG depende de cuál de los términos|ΔH|o|TΔS|seamayor,esdecirdependedecuálseaelvalordeT.
Atemperaturasbajas:|ΔH|>|TΔS|yentoncesΔG>0ylareacciónesnoespontánea.
Atemperaturasaltas:|ΔH|<|TΔS|yentoncesΔG<0ylareacciónesespontánea.
d)Falso.SiΔH>0yΔS<0,secumpleque|ΔH|>|TΔS|yentonceselvalordeΔG>0ylareacciónesnoespontáneaacualquiertemperatura.
e)Verdadero.SiΔH<0yΔS>0,secumpleque|ΔH|<|TΔS|yentonceselvalordeΔG<0ylareacciónesespontáneaacualquiertemperatura.
Larespuestacorrectaeslae.
(En la cuestión propuesta en Murcia 1996 y Castilla y León 2008, se cambia en elenunciadoendotérmicoporΔH>0,exotérmicoporΔH<0,disminucióndeldesordenporΔS<0yaumentodeldesordenporΔS>0yenElEscorial2012seañadeΔH=ΔS=0).
1.2.¿Cuáldelassiguientesproposicionesescierta?a)LasreaccionesespontáneassiempretienenΔH°>0.b)LasreaccionesconvalorespositivosdeΔS°siempresonespontáneasaaltatemperatura.c)LasreaccionesespontáneassiempretienenΔG°>0.d)LasreaccionesespontáneassiempretienenΔH°<0.e)Todasestasproposicionessonfalsas.
(O.Q.N.Navacerrada1996)
UnareacciónesespontáneasiΔG°=ΔH°–TΔS°<0.
a)Falso.SiΔH°<0yΔS°>0secumpleque|ΔH°|>|TΔS°|yentoncesΔG°<0ylareacciónesespontánea.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 2
b)Falso.SiΔS°>0,silatemperaturaessuficientementealtaesposiblequesecumplaque|ΔH°|<|TΔS°|yentoncesΔG°<0ylareacciónseaespontánea.
c)Falso.UnareacciónesnoespontáneasiΔG°=ΔH°–TΔS°>0.
d) Falso. Si ΔH° > 0 y ΔS° > 0, a altas temperaturas se cumple que |ΔH°|<|TΔS°|yentoncesΔG°<0ylareacciónesespontánea.
e)Verdadero.
Larespuestacorrectaeslae.
1.3.Paralasiguientereacción:
(s) (aq)+ (aq); K=2,8·10 a25°C.CalculeΔG°aestatemperatura.a)‐48,7kJ· b)48,7kJ· c)69,9kJ· d)‐21,2kJ· e)21,2kJ·
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.Madrid2011)
LaexpresiónquerelacionaΔG°ylaconstantedeequilibrioK es:
ΔG°=‐RTlnK
Sustituyendo:
ΔG°=‐ 8,314·10 kJ·mol ·K 25+273 Kln 2,8·10 =48,7kJ·
Larespuestacorrectaeslab.
1.4. Si la entalpíade vaporizacióndelaguaa100°C es40,7 kJ , calcule ΔSpara lavaporizaciónde1,00molde (l)aestatemperatura.a)109J· b)‐109J· c)136J· d)‐40600J· e)40600J·
(O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004)
LaecuacióntermoquímicacorrespondientealavaporizacióndelH Oes:
H O(l)H O(g); ΔH=40,7kJ·mol−1
LaexpresiónquerelacionaΔSconΔHaciertatemperaturaes:
ΔS=ΔHT
Sustituyendo:
ΔS=ΔHT=
40,7kJ100+273 K
10 J1kJ
=109J·
Setratadeunprocesoenelqueaumentaeldesordenenelsistema.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 3
Larespuestacorrectaeslaa.
(En la cuestión propuesta en Ciudad Real 1997 se pregunta el cálculo de ΔS para lacondensación con lo que el resultado tiene signo contrario al obtenido en la cuestiónresuelta).
1.5.Laentropíadeluniverso:a)Essiemprecero.b)Siempreaumenta.c)Permanececonstante.d)Siempredisminuye.e)Notieneningunarelaciónconeluniverso.
(O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.CastillayLeón2001)(O.Q.L.Madrid2010)
De acuerdo con el 2º principio de la termodinámica, la entropía de un sistema aisladoaumentacuandoserealizaunprocesoespontáneo:
ΔtotalS=ΔsistemaS+ΔentornoS
Laprogresiónnaturaldeluniversoesdelordenaldesorden.
Larespuestacorrectaeslab.
1.6.Parauna reacción, ΔH°= ‐92 kJ y ΔS°= ‐65 J· .Calcule el valorde ΔG°para estareaccióna25°C.a)+19300kJb)‐85kJc)‐111kJd)‐157kJe)‐73kJ
(O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.Madrid2011)
LaexpresiónquepermitecalcularΔG°apartirdeΔH°yΔS°es:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
Sustituyendo:
ΔG°=‐92kJ 25+273 K‐65JK
1kJ10 J
=‐72,6kJ
Larespuestacorrectaeslae.
1.7.Paraunareacciónentregasesidealesdeltipo:
2AB+C; ΔG°=+20kcal,a25°C.SisepartesolodeA,a25°Cy1atm,enausenciadeByC:a)LareacciónseproducehastaqueΔG°=0,encuyocasoKp=1.b)Lareacciónnoseproduceespontáneamente.c)Lareaccióndirectaessiempreespontáneaentodaslascondiciones.d)Porsergasesideales,elequilibrionodependedelatemperatura.e)Laconstantedeequilibrionodependedelatemperatura.
(O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.CastillayLeón2002)(O.Q.L.CastillayLeón2012)
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012)
a) Falso. Teniendo en cuenta que ΔG° = +20 kcal > 0, de acuerdo con el criterio deespontaneidad, la reacciónno tiene lugarde formaespontánea.Noobstante,deacuerdoconlarelaciónexistenteentreΔG°yK :
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 4
ΔG°=‐RTlnK
síqueesciertoquecuandoΔG°=0elvalordeK =1.
b)Verdadero.TeniendoencuentaqueΔG°=+20kcal>0,deacuerdoconelcriteriodeespontaneidad,lareacciónnotienelugardeformaespontánea.
c)Falso.Lapropuestaesabsurda.
d‐e)Falso.Deacuerdoconlaleydelequilibrioquímico,laconstantedeequilibriodeunareacciónsolocambiaconlatemperatura.Elhechodequeseangasesidealesquieredecirqueselespuedeaplicarlaecuacióndeestadodelosgasesideales.
Larespuestacorrectaeslab.
1.8.Paralasiguientereacción:
(g) (g)+ (g)¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescierta?a)ΔG=ΔH+TΔSb)ΔS=0c)ΔS>0d)ΔS°=0para (g)e)ΔS<0
(O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.CastillayLeón2001)(O.Q.L.CastillayLeón2012)
a)Falso.Laexpresiónesincorrecta,elvalordeΔGsecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
b‐e)Falso.ElvalordeΔSparaelprocesonopuedeserceronipuededisminuir.Debedeaumentaryaquesepasade1moldegasa2molesdegas.Eldesordenaumenta.
c)Verdadero.ElvalordeΔSparaelprocesoaumentayaquesepasade1moldegasa2molesdegas.Eldesordenaumenta.
d)Falso.NotienesentidohablardeΔS°paraelCl (g),entodocasodeberíahablarsedeS°,no obstante, ese valor no puede ser cero. El valor cero de entropía se asigna al cristalperfectoenelceroabsolutodetemperatura.
Larespuestacorrectaeslac.
1.9. La variación de entalpía estándar para la combustión del monóxido de carbono es‐68kcal/mol,y lavariacióndeentalpíaestándarparasu formaciónes ‐29kcal/mol.¿Cuántovalelavariacióndelaentalpíaestándardeformacióndeldióxidodecarbono?a)+39kcal· b)‐97kcal· c)‐39kcal· d)+97kcal·
(O.Q.L.Murcia1997)(O.Q.L.CastillayLeón2003)
LaecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndeCO es:
C(s)+O (g)CO (g)
Lasecuacionestermoquímicascorrespondientesalosdatosdelproblemason:
CO(g)+12O (g)CO (g)ΔH°=‐68kcal·mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 5
C(s)+12O (g)CO(g)ΔH°=‐29kcal·mol
Sumandoambasecuacionesseobtiene:
C(s)+O (g)CO (g) Δ H°=‐97kcal·mol
Larespuestacorrectaeslab.
(LacuestiónpropuestaenlaO.Q.L.CastillayLeón2003eslamismasoloquelasentalpíasestánmedidasenkJ·mol ).
1.10.ElgasX es soluble enagua. SiunadisoluciónacuosadeX se calienta, seobserva eldesprendimientodeburbujasdelgasX.Deestehecho,sededuceque:a)ElprocesodedisolucióndeXenaguaesexotérmico.b)ElprocesodedisolucióndeXenaguaesendotérmico.c)ΔG°espositivoparaelprocesodedisolucióndeXenagua.d)ΔG°esnegativoparaelprocesodedisolucióndeXenagua.
(O.Q.L.Murcia1997)(O.Q.L.Asturias2011)(O.Q.L.CastillayLeón2012)
Laecuacióntermoquímicacorrespondientealprocesoes:
X(aq)X(g) ΔH°>0
Portanto,elprocesoopuestotendráunavariacióndeentalpíaconsignocontrario:
X(g)X(aq) ΔH°<0
Larespuestacorrectaeslaa.
1.11.Enelceroabsoluto,¿cuáldelassiguientesafirmacionesescierta?a)Elvolumendeungasidealescero.b)Cesatodomovimientomolecular.c)Laenergíacinéticadetraslacióndelasmoléculasescero.d)Todolodicho.e)Nadadelodicho.
(O.Q.L.CastillayLeón1997)
Elceroabsolutoeslatemperaturateóricamásbajaposible.
Aesta temperaturaelniveldeenergíadelsistemaeselmásbajoposible,por loque laspartículas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento; no obstante, según lamecánica cuántica, el cero absoluto debe tener una energía residual o energíadepuntocero,parapoderasícumplirelprincipiodeindeterminacióndeHeisenberg.
Larespuestacorrectaeslae.
1.12.Latemperaturadeebulliciónnormaldeldisulfurodecarbonoes319K.Sabiendoqueelcalordevaporizacióndeestecompuestoes26,8kJ· ,calculelapresióndevapora298K.a)0,270kPab)49,7kPac)372kPad)19,7kPae)101kPa
(Datos.R=8,314J· · ;1atm=1,01325·10 Pa)(O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.N.Almería1999)(O.Q.N.Tarazona2003)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 6
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
lnpp=ΔvapH
R1T
1T
Teniendoencuentaqueunlíquidohierve(T =T )cuandosupresióndevaporseigualaalapresiónatmosférica(p =1atm),laexpresiónanteriorquedacomo:
lnp =ΔvapH
R1T
1T
+lnp
Sustituyendo:
lnp =26,8
8,314·10
1319
1298
p =0,49atm
Cambiandounidades:
0,49atm1,01325·10 Pa
1atm1kPa10 Pa
=49,7kPa
Larespuestacorrectaeslab.
1.13. Sabiendo que las energíasmedias de los enlaces C−H, C−C yH−H, son 99; 83 y 104kcal ,respectivamente,elvalordeΔH°delareacción:
3 +2 seráiguala:a)22kcalb)‐22kcalc)77kcald)‐77kcale)44kcal
(O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.CastillayLeón2002)(O.Q.L.Asturias2008)(O.Q.L.Madrid2011)(O.Q.L.Córdoba2011)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
En la reacción propuesta se forman 8moles de enlaces C–H, 2moles de enlaces C–C y2molesdeenlacesH–H;mientrasqueserompen12molesdeenlacesC–H.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareacciónes:
ΔH°=[8E +2E +2E ]–[12E ]
ΔH°=[8 ‐99kcal +2 ‐83kcal +2 ‐104kcal ][12 ‐99kcal ]=22kcal
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 7
1.14.Lapendientedeunarepresentacióndeln(presióndevapor)frentea paradióxidodecarbonolíquidoes‐0,77·10 K.Elcalordevaporizaciónes:a)14,7kJ· b)1,8kJ· c)30kJ· d)6,4kJ· e)10kJ·
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.Burgos1998)
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
lnpp=ΔvapH
R1T
1T
Estaecuacióntienelaformadelaecuacióndeunarecta:
lnp =ΔvapH
R1T
1T
+lnp
Laexperimentaciónpermiteobtenerlasiguientegráfica:
Como se observa en la gráfica, lapendiente de la recta,m = ‐ΔvapH /R esnegativa.
Sustituyendo se obtiene el valor deΔvapH:
ΔvapH=8,314·103 kJmol·K
0,77·103K =
= 6,4kJ·mol 1
Larespuestacorrectaeslad.
1.15.Lasreaccionesexotérmicas:a)Seproducensiempreavelocidadesdereacciónaltas.b)Handetenerconstantesdeequilibriomenoresde1.c)Tienenunavariacióndeentalpíanegativa.d)Seproducenentrereactivosinestables.
(O.Q.L.Murcia1998)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012)
a)Falso.Lavelocidaddeunareacciónnotienequeverconelvalordesuentalpía.
b)Falso.Elvalordelaconstantedeequilibriodeunareacciónnotienequeverconelvalordesuentalpía.
c)Verdadero.Unareacciónexotérmicasecaracterizapor:
Σ ΔH° productos<Σ ΔH° reactivos
y,portanto,ΔH°r<0.
d)Falso.Laestabilidaddelosreactivosqueintervienenenunareacciónnotienequeverconelvalordesuentalpía.
2,50E‐03 3,00E‐03 3,50E‐03 4,00E‐03
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1/T (K)
ln p°
lnp vs 1/T
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Larespuestacorrectaeslac.
1.16.¿Cuáldelossiguientesprocesosnoconduceaunaumentoenlaentropía?a)Lafusióndehieloa298K.b)LadisolucióndeNaCl(s)enagua.c)Elmovimientodeloselectronesensusorbitalesalrededordelnúcleo.d)Laevaporacióndelagua.e)Lacombustióndegasolina.
(O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Asturias2002)
a)Falso.Laecuacióncorrespondientealafusióndelhieloes:
H O(s)H O(l)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=S°H2O(l)S°H2O(s)
donde, SH2O(l)o >SH2O(s)
o , por tanto, ΔS° > 0. Se produce un aumento de entropía en elsistema.
b)Falso.LaecuacióncorrespondientealadisolucióndeNaCles:
NaCl(s)NaCl(aq)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=S°NaCl(aq)S°NaCl(s)
donde, SNaCl(aq)o >SNaCl(s)
o , por tanto, ΔS° > 0. Se produce un aumento de entropía en elsistema.
c)Verdadero.Elmovimientodeloselectronesenunátomoatemperaturaconstantenoconduce a ningún aumento del grado de desorden y, por tanto, no conduce a ningúnaumentodeentropía.
d)Falso.LaecuacióncorrespondientealaevaporacióndelH Oes:
H O(l)H O(g)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=S°H2O(g)S°H2O(l)
donde, SH2O(g)o >SH2O(l)
o , por tanto, ΔS° > 0. Se produce un aumento de entropía en elsistema.
e) Falso. Suponiendo que la gasolina es octano, la ecuación química ajustadacorrespondienteasucombustiónes:
2C H (l)+25O (g)16CO (g)+18H O(g)
ComoexistenmásmolesdegasenproductosqueenreactivossetienequeΔS°>0.
Larespuestacorrectaeslac.
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1.17.Paralasiguientereacción:
HCOOH(l)HCOOH(g)Silasvariacionesdeentalpía,entropíayenergíalibreestándara298Kson46,60kJ· ,122J· · y10,3kJ· ,respectivamente,calculeelpuntodeebulliciónnormaldelHCOOH(l).a)84,4Kb)84,4°Cc)262°Cd)109°Ce)382°C
(O.Q.N.Almería1999)(O.Q.N.Sevilla2010)
LaespontaneidaddeunprocesosevienedeterminadaporsuvalordeΔG°,queasuvezsecalculapormediodelaexpresión:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
CuandosealcanzaelequilibriosecumplequeΔG=0,lopermitecalcularlatemperaturadelequilibriolíquido‐vapor:
ΔH°–TΔS°=0
T=46,6kJ·mol122J·mol ·K
10 J1kJ
=382K109°C
Larespuestacorrectaeslad.
1.18.Laentalpíadesublimacióndeliodoa25°Cy101,3kPaesiguala:a)Laentalpíadevaporizaciónmenoslaentalpíadefusióndeliodo.b)Laentalpíadevaporizacióndeliodo.c)Laentalpíadeformacióndel (g).d)LaenergíadeenlaceI−I.e)Laentalpíadeatomizacióndeliodo.
(O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Asturias2004)(O.Q.L.Madrid2009)
LaecuacióncorrespondientealasublimacióndelI es:
I (s)I (g)
a)Falso.LaecuacióntermoquímicacorrespondientealavaporizacióndelI es:
I (l)I (g); Δ H°
LaecuacióntermoquímicacorrespondientealafusióndelI2es:
I (s)I (l); Δ H°
DeacuerdoconlaleydeHess,restandoambasecuacionesseobtiene:
2I (l)I (g)+I (s); ΔH°=Δ H°–Δ H°
Ecuacióntermoquímicaquenocoincideconlapropuesta.
b)Falso.LaecuacióntermoquímicacorrespondientealavaporizacióndelI es:
I (l)I (g); Δ H°
Ecuacióntermoquímicaquenocoincideconlapropuesta.
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c)Verdadero.Deacuerdoconelconceptodeentalpíadeformación:
“elcalor intercambiadoapresiónconstanteen la formaciónde1moldesustanciaapartir de los elementos que la integran en su forma más estable en condicionesestándar”
LaformamásestabledeliodoencondicionesestándaresI (s),portanto,laentalpíadeformacióndelI (g)estáasociadaalasiguienteecuacióntermoquímica:
I (s)I (g); Δ H°
Ecuación termoquímica que coincide con la propuesta.No obstante, hay que considerarqueeliodoesunasustanciaque25°Cy101,3kPa,condicionesestándar,nisefundenisevaporiza,directamentesublima.
d)Falso.LaecuacióntermoquímicacorrespondientealaenergíadeenlacedelI es:
2I(g)I (g); Δ H°
Ecuacióntermoquímicaquenocoincideconlapropuesta.
e)Falso.Laecuacióntermoquímicacorrespondientealaatomización(disociación)delI es:
I (g)2I(g); Δ ó H°
Ecuacióntermoquímicaquenocoincideconlapropuesta.
Larespuestacorrectaeslac.
1.19. La presión de vapor del refrigerante freón‐12 ( ) es 3,27 atm a 298 K. Si lapresióndevapores0,526atma229K,elcalordevaporizacióndelfreón‐12es:a)13,7kJ· b)9,0kJ· c)15,0kJ· d)‐15kJ· e)0,274kJ·
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Madrid2011)
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
lnpp=ΔvapH
R1T
1T
Sustituyendo:
ln0,5263,27
=ΔvapH
8,314·10 3
1298
1229
ΔvapH=15,0kJ·mol1
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 11
1.20.Siunprocesoesa lavezexotérmicoyespontáneoacualquier temperatura,sepuedeafirmarque:a)ΔU=0b)ΔG>0c)ΔH<0d)ΔS>0e)ΔS<0
(O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.CastillayLeón2011)
LaespontaneidaddeunprocesosevienedeterminadaporsuvalordeΔG,queasuvezsecalculapormediodelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
EnunprocesoespontáneoΔG<0
EnunprocesoexotérmicoΔH<0
Para que esas dos condiciones se cumplan, es preciso que a cualquier temperatura secumplaqueTΔS>0,loqueimplicaqueΔS>0.
Larespuestacorrectaeslad.
1.21.Lasrespectivasentalpíasdeformación,encondicionesestándar,deletino(g)ydelbenceno(l)son227kJ· y49kJ· .Lavariacióndeentalpía,enlascitadascondiciones,paraelproceso:
3 (g) (l) será:a)‐178kJb)‐632kJc)276kJd)730kJ
(O.Q.L.Murcia1999)(O.Q.L.Murcia2000)
Lasecuacionestermoquímicascorrespondientesalosdatosdelproblemason:
2C(s)+H (g)C H (g) Δ H°=227kJ·mol
6C(s)+3H (g)C H (l) Δ H°=49kJ·mol
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma:
3C H (g)6C(s)+3H (g) Δ H°=3(‐227)kJ
6C(s)+3H (g)C H (l) Δ H°=49kJ
Sumandolasecuacionesseobtiene:
3C H (g)C H (l) Δ H°=‐632kJ
Larespuestacorrectaeslab.
(LacuestiónpropuestaenMurcia2000eslamismacondiferenciadequeelC H esgas).
1.22.Señalelaafirmacióncorrecta:a)Entodoslosprocesosespontáneoslaentropíadelsistemaaumenta.b)Laentalpíadeformacióndel escero.c)TodaslasreaccionesquímicasdondeΔG<0sonmuyrápidas.d)Algunasreaccionesexotérmicasnosonespontáneas.
(O.Q.L.Murcia1999)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 12
a)Falso.Deacuerdoconla2ªleydetermodinámica,entodoprocesoespontáneo:
Δ S=Δ S+Δ S>0
b)Falso.Porconvenio,solosonnulas lasentalpíasde formaciónde loselementosensuformamásestableencondicionesestándar.
c)LaenergíalibredeGibbs,ΔG,midelaespontaneidaddeunproceso,nolavelocidadconlaquetranscurrequedependedesuconstantecinética.
d)Verdadero. El criterio de espontaneidad de un proceso se discute de acuerdo con elvalordeΔG.Estesecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS>0 procesonoespontáneo
Si ΔH < 0 y ΔS < 0, entonces el valor de ΔG depende de cuál de los términos|ΔH|o|TΔS|seamayor,esdecirdependedecuál seaelvalordeT.Si la temperaturaeselevada,|ΔH|<|TΔS|yentoncesΔG>0ylareacciónesnoespontánea.
Larespuestacorrectaeslad.
1.23.Laentropíaesunamagnitudtermodinámicaque:a)Indicaelgradodeordendeunsistema.b)SemideenK· .c)Determinalaespontaneidaddeunareacciónquímica.d)SecalculaapartirdelvalorabsolutodelasfuerzasdevanderWaals.
(O.Q.L.Murcia1999)
a)Verdadero.Laentropíaesunamagnitudtermodinámicaquemideelgradodedesordendeunsistema.
b)Falso.Deacuerdoconelconceptodeentropía,S:
ΔS=ΔQTlasunidadesenelS. I. sonJ mol K
c)Falso.LaespontaneidaddeunprocesoseclasificadeacuerdoconelsignodelaenergíalibredeGibbs,Δ G.
d)Falso.Carecedesentido.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.24.¿Cuáldelassiguientesespeciesposee °=0?a)Hb) c) d) e)
(O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.CastillayLeón2006)
Por convenio, la entalpía de formación de un elemento en su forma más estable encondicionesestándarescero.
De las especies propuestas, la única que es un elemento en su forma más estable encondicionesestándares .
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 13
1.25.Silasentalpíasdecombustiónestándardelcarbono,hidrógenoyetanoson‐394,‐286y‐1560kJ· ,respectivamente,¿cuáleslaentalpíadeformacióndeletano,enkJ·mol–1?a)‐3206b)‐2240c)‐1454d)‐880e)‐86
(O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Asturias2004)(O.Q.L.Baleares2008)(O.Q.L.Asturias2009)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndeletanoes:
C H (g)+72O (g)2CO (g)+3H O(g)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔH°= 3∆fH Oo +2∆fH
o ∆fHo
1molC H‐1560kJmolC H
=3molH O‐286kJmolH O
+2molCO‐394kJmolCO
∆fHo
No se tiene en cuenta la entalpíade formacióndelO yaque,por convenio, su valor escero.
Seobtiene,∆fHo =‐86kJ· .
Larespuestacorrectaeslae.
1.26.Asumiendoun comportamiento idealpara todos losgases, ¿en cuálde las siguientesreaccionessecumplequelavariacióndeentalpíaesigualalavariacióndeenergíainterna?a)3 (g)+ (g)2 (g)b)Fe(s)+2HCl(aq) (aq)+ (g)c)2 (g)+ (g)2 (g)d) (g)+ (g)2HCl(g)e) (s)+6 (g)6 (g)+6 (g)
(O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.CastillayLeón2002)
LarelaciónentreΔEyΔHvienedadaporlaexpresión:
ΔE=ΔH+Δn(RT)
dondeΔneslavariaciónentreelnúmerodemolesgaseososenproductosyreactivos.
a)Falso.Paralareacción:
3H (g)+N (g)2NH (g)
Δn=2–(3+1)=‐2,portanto,ΔEΔH.
b)Falso.Paralareacción:
Fe(s)+2HCl(aq)FeCl (aq)+H (g)
Δn=1–0=1,portanto,ΔEΔH.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 14
c)Falso.Paralareacción:
2SO (g)+O (g)2SO (g)
Δn=2–(2+1)=‐1,portanto,ΔEΔH.
d)Verdadero.Paralareacción:
H (g)+Cl (g)2HCl(g)
Δn=2–(1+1)=0,portanto,ΔE=ΔH.
e)Falso.Paralareacción:
C H O (s)+6O (g)6CO (g)+6H O(g)
Δn=(6+6)–6=6,portanto,ΔEΔH.
Larespuestacorrectaeslad.
1.27.Suponiendoqueseestáexaminandounpolímeroqueexperimentaunareacción:
polímeroproductoy se es capaz de determinar que a una temperatura dada, la reacción es espontánea yendotérmica. ¿Qué consecuencia se deduce de esta información sobre la estructura delproducto?a)Elproductotieneunaestructuramenosordenadaqueelpolímero.b)Elproductotieneunaestructuramásordenadaqueelpolímero.c)Elcalordeformacióndelpolímeroesmáspositivoqueeldelproducto.d)Puestoqueelprocesoesendotérmico,lareacciónnopuedetenerlugarynoesespontánea.e)Noesposiblelareacción.f)Elpolímerotieneunaestructuramásdesordenadaqueelproducto.
(O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Madrid2010)
LaespontaneidaddeunprocesosevienedeterminadaporsuvalordeΔG,queasuvezsecalculapormediodelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
EnunprocesoespontáneoΔG<0
EnunprocesoendotérmicoΔH>0
Paraqueesasdoscondicionessecumplan,esprecisoquesecumplaque |TΔS|>|ΔH| loqueimplicaqueΔS>0,esdecirqueelproductotieneunaestructuramenosordenadaqueelpolímero.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.28.Dadas lassiguientesentalpíasdeenlace (kJ/mol),a25°Cde temperaturay1atmdepresión:C−H(400),C−C(348),O−H(460),O=O(500)yC=O(800).¿Cuálserálaentalpíadecombustión,enlasmismascondicionesyenkJ· ,deletano?a)+60b)‐60c)‐731d)‐1462
(O.Q.L.Murcia2000)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndeletanoes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 15
C H (g)+72O (g)2CO (g)+3H O(g)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
En la reacción propuesta se forman 4 moles de enlaces C=O, 6 moles de enlaces O–H,mientras que se rompen 1mol de enlaces C–C, 6moles de enlaces C–H y 3,5moles deenlacesO=O.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalacombustióndeletanoes:
ΔH°=[6·E +4E ]–[E +6E +3,5E ]
ΔH°=[6 ‐460kJ +4 ‐800kJ ]–[ ‐348kJ +6 ‐400kJ +3,5 ‐500kJ ]=‐1462kJ
Larespuestacorrectaeslad.
1.29. Al quemar 25,6 g demetanol, en condiciones estándar, se desprenden 190,4 kJ. Laentalpíadecombustióndelmetanolencondicionesestándaresde:a)‐190,4kJb)‐238kJ· c)+238kJ· d)+380,8kJ· (Masasatómicas:C=12;H=1;O=16)
(O.Q.L.Murcia2000)
LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndelCH OHes:
CH OH(l)+32O (g)CO (g)+2H O(l)
Relacionandocantidaddesustanciaconcalor:
‐190,4kJ25,6gCH OH
32gCH OH1molCH OH
=‐238kJ·
Larespuestacorrectaeslab.
1.30.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesincorrecta?a)Lasublimacióndeliodoesunprocesoqueimplicaunaumentodeentropía.b)Lacombustióndelmetanoesunprocesoexotérmico.c)LaformacióndelenlaceCl−Cl,apartirdesusátomos,esunprocesoexotérmico.d)Todoslosprocesosexotérmicossonespontáneos.
(O.Q.L.Murcia2000)
a)Verdadero.Laecuacióncorrespondientealasublimacióndeliodoes:
I (s)I (g)
Enesteproceso,Δ S°>0,yaque,S (g)o >S (s)
o .
b)Verdadero.Enlacombustióndecualquierhidrocarburosedesprendeenergía.
c)Verdadero.Laformacióndeunenlaceesunprocesoenelquesedesprendeenergía.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 16
d)Falso.ElcriteriodeespontaneidaddeunprocesosediscutedeacuerdoconelvalordeΔG.Estesecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS>0 procesonoespontáneo
ΔG=ΔH–TΔS<0 procesoespontáneo
Si ΔH < 0 y ΔS < 0, entonces el valor de ΔG depende de cuál de los términos|ΔH|o|TΔS|seamayor,esdecirdependedecuál seaelvalordeT.Si la temperaturaeselevada,|ΔH|<|TΔS|yentoncesΔG>0yelprocesoesnoespontáneo.
Larespuestacorrectaeslad.
1.31.LareacciónC(s)+ (g) (g)a)Debetenerunavariacióndeentalpíanegativa.b)DebeexperimentarseparaconocerelsignodeΔH,nopuederazonarse.c)Debetenerunavariacióndeentropíamuyalta,envalorabsoluto.d)Nodebeproducirseenpresenciadenitrógeno.
(O.Q.L.Murcia2000)
a)Verdadero. Se tratadeuna combustión, unproceso en el que siempre sedesprendeenergía.
b) Falso. De acuerdo con la ley deHess, la entalpía de esta reacción puede calcularse apartirdeladeotrasreacciones.
c)Falso.Lavariacióndeentropíadelproceso,Δ S°,es:
Δ S°=S S +S
siendo la entropíamolardel CO solo ligeramentemayor que la delO , ya que sondosgasesdemasasmuy cercanas,mientrasque la entropíamolardelC tieneunvalormuypequeño ya que se trata de un elemento de baja masa. Por tanto, el valor de Δ S° esbastantepequeño.Consultandolabibliografía:
Δ S°= 213,7J·K – 5,7J·K +205J·K =3J·K
d)Falso.LapresenciadelN noimpidelacombustióndelcarbono.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.32.Indiquesicadaunodelossiguientesprocesosseproducenconaumentoodisminucióndeentropía:
1)4Fe(s)+3 (g)2 (s)
2) (aq)+ (aq)AgCl(s)a)ΔS1negativoyΔS2negativob)ΔS1negativoyΔS2positivoc)ΔS1positivoyΔS2negativod)ΔS1positivoyΔS2positivo
(O.Q.L.CastillayLeón2000)
Lavariacióndeentropíadelproceso1es:
ΔS =2S – 2S +2S <0
yaquesepasadeunestadomásdesordenadoO (g)aunestadoconmásordencomoeslaestructuracristalinadelFe O (s).
Lavariacióndeentropíadelproceso2es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 17
ΔS =S – S +S <0
yaquesepasadeunestadomásdesordenadocorrespondientea los ionesendisoluciónacuosaaunestadoconmásordencomoeslaestructuracristalinadelAgCl(s).
Larespuestacorrectaeslaa.
1.33. Cuando los óxidos y se reducen por aluminio según las reaccionessiguientes:
1)3 (s)+8Al(s)4 (s)+9Fe(s) ΔH1=‐800,1kcal
2) (s)+2Al(s) (s)+2Fe(s) ΔH2=‐203,5kcal¿CuáleslacantidaddecalorliberadopormoldeFeformado?a)Mayoren1queen2b)Mayoren2queen1c)Igualen1queen2d)Nula
(O.Q.L.CastillayLeón2000)
ElcalorliberadopormoldeFeencadaprocesoes:
ΔH1=‐800,1kJ9molFe
=‐88,9kcal·mol 1ΔH2=‐203,5kJ2molFe
=‐101,8kcal·mol 1
Comoseobserva,ΔH2>ΔH1.
Larespuestacorrectaeslab.
1.34.Decidaquéessiempreciertoparadosprocesos1y2quetienenencomún losestadosinicialyfinal:a) = b)ΔS=Δ /Tc)Δ =Δ –TΔ d)Δ =Δ
(O.Q.L.CastillayLeón2000)
a)Falso.Elcalornoesunafuncióndeestado.
b‐c)Falso.Soloseríaciertoenprocesosatemperaturaconstante.
d)Verdadero.Laentalpíaesunafuncióndeestado.
Larespuestacorrectaeslad.
1.35.Silacombustióndelácidobenzoicoserealizaenunabombacalorimétricaa25°C,¿quéseverifica?a)Q<0,W=0,ΔU<0b)Q=0,W=0,ΔU=0c)Q<0,W<0,ΔU>0d)Q<0,W>0,ΔU<0
(O.Q.L.CastillayLeón2000)(O.Q.L.Asturias2010)
Deacuerdoconla1ªleydetermodinámica:
ΔU=Q+W
siendo:ΔU=Q =calormedidoavolumenconstanteQ=calorintercambiado
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 18
W=‐p·ΔV=trabajodeexpansión
Laexpresióndela1ªleyquedacomo:
ΔU=Q–p·ΔV
Enunabombacalorimétricasemideelcalor,medidoavolumenconstante,desprendidoenlacombustióndeunasustancia.
Enunacombustiónsedesprendecalor,portanto,Q<0
SielprocesoserealizaaVconstante,entoncesΔV=0,portanto,W=‐p·ΔV=0
Sustituyendoenlaexpresióndela1ªleyqueda:
ΔU=Qv<0
Larespuestacorrectaeslaa.
1.36.¿Cuálocuálesdelassiguientesafirmacionessonciertas?a)ElcalordeformacióndelFe(l)escero.b)Lacondensaciónesunprocesoendotérmico.c)EnalgunasreaccionesΔH=ΔU.d)Paraunmismoproceso,lavariacióndeentalpíadependedequeelprocesotengalugarapresiónoavolumenconstante.
(O.Q.L.CastillayLeón2000)(O.Q.L.Asturias2005)
a)Falso.Porconvenio,elcalordeformacióndeunelementoensuformamásestableencondicionesestándarescero.Elhierroensuformamásestableencondicionesestándaressólido.
b)Falso.Lacondensacióneselprocesocorrespondientealcambiodeestado:
VaporLíquido
Para ese cambio de estado de agregación es preciso que se formen enlacesintermolecularesointeratómicosysiemprequeseformaunenlacesedesprendeenergía.Setratadeunprocesoexotérmico.
c)Verdadero.La1ªleydetermodinámicatambiénsepuedeescribircomo:
ΔU=ΔH–ΔnRT
donde,Δneslavariaciónentreelnúmerodemolesgaseososenproductosyreactivos.
EnreaccionesenlasqueΔn=0,secumpleque,ΔU=ΔH.
d)Verdadero.Lavariacióndeentalpía,ΔH,sedefinecomoelcalorintercambiadoenunproceso,medidoapresiónconstante.
El calor intercambiado en un proceso medido a volumen constante es la variación deenergíainterna,ΔU.
Soncorrectaslasrespuestascyd.
1.37.Laespeciequímicaconmayorentropíamolaratemperaturaambientees:a) (g)b) (g)c) (g)d) (l)e) (l)
(O.Q.N.Barcelona2001)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 19
Las especies con mayor entropía molar a temperatura ambiente son aquellas quepresentenestadogaseosoadichatemperatura.DelaspropuestaslasquepresentandichoestadosonCH ,CCl yCH Cl.
Las tres especies gaseosas están constituidas por cinco átomos uno de los cuales es elcarbonoyelrestohidrógenoycloro.Teniendoencuentaquelaentropíaesunamagnitudextensiva,dependedelacantidaddesustancia,presentarámayorentropíalaespeciequetengamenormasamolar, .
Larespuestacorrectaeslaa.
1.38.Dadoslosvaloresdelasentalpíasestándardeformación, H°[CO(g)]=‐110,5kJ/moly H°[ (g)]=‐219,1kJ/mol,¿cuáleslaentalpíadeformacióndelfosgeno( )apartirdeCO(g)y (g)?a)+110,5kJ/molb)‐110,5kJ/molc)+329,6kJ/mold)‐108,6kJ/mole)‐219,1kJ/mol
(O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Asturias2009)(O.Q.L.Baleares2010)(O.Q.L.Madrid2011)
LaecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndelfosgenoapartirdeCOyCl es:
CO(g)+Cl (g)COCl (g)
LaecuacióntermoquímicacorrespondientealaformacióndeCOCl (g)es:
C(s)+12O (g)+Cl (g)COCl (g)Δ H°=‐219,1kJ/mol
LaecuacióntermoquímicacorrespondientealaformacióndeCO(g)es:
C(s)+12O (g)CO(g)Δ H°=‐110,5kJ/mol
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuaciones:
C(s)+12O (g)+Cl (g)COCl (g)Δ H°=‐219,1kJ/mol
CO(g)C(s)+12O (g)Δ H°=110,5kJ/mol
Sumandoambasecuaciones:
CO(s)+Cl (g)COCl (g) Δ H°=‐108,6kJ/mol
Larespuestacorrectaeslad.
(En Baleares 2010 se añade la opción “falta información para dar una respuestanumérica”).
1.39.Lareacción:
(g)+ 2(g)CO(g)+ 2 (g)noesespontáneaa25°Cperosíloesatemperaturassuperiores.Setienequecumplirque:a)ΔH=>0yΔS>0b)ΔH=>0yΔS<0c)ΔH=<0yΔS<0d)ΔH=<0yΔS>0
(O.Q.L.Murcia2001)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 20
ElcriteriodeespontaneidaddeunprocesosediscutedeacuerdoconelvalordeΔG.Éstesecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS>0 procesonoespontáneo
SetratadeunprocesoenelqueaumentaeldesordenΔS>0,yaaunquetodaslasespeciessongaseosas,enlosreactivosexisteunelementomientrasqueenlosproductossolohaycompuestos.Elhechodequeel signodeΔGcambieal subir la temperatura implicaqueΔH > 0, ya que en estas circunstancias |ΔH|<|TΔS|y entonces ΔG < 0 y la reacción sevuelveespontánea.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.40. De entre las reacciones químicasmás estudiadas en termoquímica se encuentra lacombustióndelbutano:
2 4 10(g)+13 2(g)8 2(g)+10 2 (l) ΔH=‐5308,6kJ¿Quécantidaddeenergíaseliberarásisequeman200gdeestegas?a)770kJb)1539,5kJc)4577,1kJd)9154,2kJ(Masasatómicas:C=12;H=1)
(O.Q.L.Murcia2001)(O.Q.L.Baleares2007)(O.Q.L.Baleares2008)
Relacionandocantidaddesustanciayentalpía:
200gC H1molC H58gC H
‐5308,6kJ2molC H
=‐9152,8kJ
Larespuestacorrectaeslad.
1.41.Por reacción del propeno y el cloro se obtiene 1,2‐dicloropropano. Considerando lasenergíasdeenlacede latablaadjunta,medidastodasen lascondicionesdereacción,¿cuáldebeserlavariacióndeentalpíadelareacciónindicada?
Enlace C−CC−ClC=CCl−Cl
Energía(kJ· ) 348338612242a)+612+242+(2·338)+348kJ· b)‐612–242–(2·338)–348kJ· c)‐612+242+(2·338)+348kJ· d)+612+242–(2·338)–348kJ·
(O.Q.L.Murcia2001)
Laecuaciónquímicacorrespondientealahalogenacióndelpropenoes:
CH =CH−CH (g)+Cl (g)CH Cl−CHCl−CH (g)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformados‐Σ νi·Ei enlacesrotos
En la reacción propuesta se forman 2 moles de enlaces C−Cl y 1 mol de enlaces C−C,mientrasqueserompen1moldeenlacesC=Cy2molesdeenlacesCl−Cl.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalacombustióndeletanoes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 21
ΔH°=[2·E +E ]–[E +E ]=
ΔH°=[2 ‐338kJ + ‐348kJ ]–[ ‐612kJ + ‐242kJ ]=
= ‐612kJ + 242kJ –2 338kJ – 348kJ
Larespuestacorrectaeslad.
1.42.Indiquecuáldelassiguientesproposicionesescierta:a)Enunprocesoenelqueseevapora0,1molde (l)ensupuntodeebulliciónnormal,seabsorbecalorysemantieneconstantelatemperatura.b)ElcalordeformaciónestándardelFe(l)escero.c) Para un proceso, la variación de entalpía es siempre igual al calormedido a presiónconstante.d)Lacondensaciónesunprocesoendotérmico.
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
a)Verdadero.De acuerdo con las leyesde los cambiosdeestado,mientras elN (l) seencuentraasutemperaturadeebulliciónnormal,todoelcalorqueabsorbeseempleaenromperenlacesintermolecularesmanteniéndoseconstantelatemperatura.
b)Falso.Porconvenio,elcalordeformacióndeunelementoensuformamásestableencondicionesestándarescero.Elhierroensuformamásestableencondicionesestándaressólido.
c)Verdadero.Lavariacióndeentalpía,ΔH,sedefinecomoelcalorintercambiadoenunproceso,medidoapresiónconstante.
d)Falso.Lacondensacióneselprocesocorrespondientealcambiodeestado:
VaporLíquido
Para ese cambio de estado de agregación es preciso que se formen enlacesintermolecularesointeratómicosysiemprequeseformaunenlacesedesprendeenergía.Setratadeunprocesoexotérmico.
Soncorrectaslasrespuestasayc.
1.43.Si0,200molesdeungasidealsufrenunacompresiónadiabáticareversibledesde400torry1000mLaunvolumenfinalde250mL.¿Quésepuedeafirmar?
1)Q=W2)ΔE=ΔH3)ΔE=Q4)ΔE=Wa)Solola1b)Solola2c)Solola4d)Ciertasla1yla3
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
Deacuerdoconel1 PrincipiodelaTermodinámicalavariacióndeenergíainternadeunsistema,ΔE,secalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔE=Q+W
SisetratadeunprocesoadiabáticoQ=0,portanto,secumpleΔE=W.
1‐2‐3)Falso.
4)Cierto.
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 22
1.44.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesfalsa?1)ElúnicométodoparacalcularΔHdeunareacciónespartirdelasenergíasdeenlace.2)ElcalordeformacióndelHg(s)escero.3)ElcalordeformacióndelCl(g)escero.4)ElvalordeΔHdeunareacciónpuedehallarserestandoalasenergíasdeenlacedelosproductoslasenergíasdeenlacedelosreactivos.
a)Todasb)1,2y3c)1,3y4d)3y4
(O.Q.L.CastillayLeón2001)(O.Q.L.Asturias2001)(O.Q.L.CastillayLeón2007)
a)Falso.ElvalordeΔHtambiénpuedecalcularseaplicandolaleydeHess.
b‐c)Falso. Por convenio, el valor de Δ H° de un elemento en su formamás estable encondiciones estándar es cero. Para mercurio y cloro las formas más estables encondicionesestándarson,respectivamente,Hg(l)yCl (g).
d)Verdadero.ElvalordeΔHreacciónapartirdelasenergíasdeenlacesecalculamediantelaexpresión:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
Larespuestacorrectaeslab.
(EnCastillayLeón2007sepreguntacuálescierta).
1.45.Medianteunciclo,1moldegascloro,queestabainicialmentea100°Cy1atm,realizauntrabajode125J.¿Quéseverifica?
1)ΔE>02)ΔS<03)Elentornocedecaloralsistema4)Faltandatosparaverificarlasrespuestas
a)Todasb)Solola2y4c)Solola3d)Solola1
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
Deacuerdoconel1 PrincipiodelaTermodinámicalavariacióndeenergíainternadeunsistema,ΔE,secalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔE=Q+W
PortratarsedeunciclosecumplequeΔE=0.
Comoel trabajoesrealizadoporelsistemasecumple,W<0,yaquecorrespondeaunaenergía que abandona el sistema.Por tanto, sustituyendoen la ecuación se obtienequeQ=125J.Elsignopositivodelcalorquieredecirqueelentornocedecaloralsistema.
1‐2‐4)Falso.
3)Cierto.
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 23
1.46.Apresiónconstante,lareacción:
(g)+2 (g)2 (g)absorbe66,4kJpormolde quereacciona.1)Setratadeunareacciónexotérmica2)EnlareacciónΔS>03)Lareacciónestermodinámicamenteespontánea4)EnelprocesoΔU>Osi(RT)<66,4kJ/mol
Lapropuestacorrectaes:a)Solola2b)Solola1y3c)Ningunad)Solola4
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
1)Falso.Setratadeunprocesoendotérmico,ΔH>0.
2)Falso.Setratadeunprocesoenelqueseproduceundescensodeldesorden,ΔS<0,yaquehay,menosmolesdegasenlosproductosqueenlosreactivos.
3)Falso.ParaqueunprocesoseaespontáneosedebecumplirqueΔG<0.Aquíseabsorbecalor,ΔH> 0, y seproduceundescensodel desorden,ΔS < 0. Por tanto, se tratade unprocesoqueesnoespontáneoacualquiertemperatura.
4) Falso. De acuerdo con el 1 Principio de la Termodinámica la variación de energíainternadeunsistema,ΔU,secalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔU=ΔH−ΔnRT
ComoenlareacciónsecumplequeΔn=‐1:
ΔU=ΔH+RT
aunqueRT>66,4kJ/molΔU>0
Larespuestacorrectaeslac.
1.47.Dadalasiguientereacción:
nA+mBxC+Qkcal.dondeA,ByCrepresentansustanciaspurasgaseosas,seproponecomobalanceenergéticoparalacantidaddeenergíaliberadapormoldeA:1)nQkcal2)(n+m)Qkcal3)Q/nkcal4)(x/n+m)Qkcal
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
RelacionandoAconlaentalpíadelareacción:
1molAQkcalnmolA
=Qnkcal
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 24
1.48.Apartirdelasiguienteinformación:
C(s)+2 (g) (g) ΔH°=x
C(s)+ (g) (g) ΔH°=y
(g)+½ (g) (l) ΔH°=z¿CuálesΔH°delasiguientereacción?
(g)+2 (g) (g)+2 (l)a)x+y+zb)x+y‐zc)z+y‐2xd)2z+y‐xe)2z+y‐2x
(O.Q.N.Oviedo2002)
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma:
CH (g)C(s)+2H (g) ΔH°=‐x
C(s)+O (g)CO (g) ΔH°=y
2H (g)+O (g)2H O(l) ΔH°=2z
Sumandolasecuacionesseobtiene:
CH (g)+2O (g)CO (g)+2H O(l) ΔH°=‐x+y+2z
Larespuestacorrectaeslad.
1.49.Unasustanciatieneuncalordecondensaciónde‐1,46kJ/gyuncalordesublimaciónde4,60kJ/g,¿cuáleselcalordesolidificaciónenkJ/g?a)4,60–1,46b)‐(4,60+1,46)c)1,46–4,60d)4,60+1,46e)Ningunadelasrespuestasanteriores.
(O.Q.N.Oviedo2002)(O.Q.N.Sevilla2010)
Se desea conocer la entalpía correspondiente al siguiente cambio de estado de unasustanciaA:
A(l)A(s) Δ H°=¿?
Laecuacióntermoquímicacorrespondientealprocesodecondensacióndelasustanciaes:
A(g)A(l) Δ H°=‐1,46kJ/g
Laecuacióntermoquímicacorrespondientealprocesodesublimacióndelasustanciaes:
A(s)A(g) Δ H°=4,60kJ/g
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma:
A(l)A(g) ‐Δ H°=1,46kJ/g
A(g)A(s) ‐Δ H°=‐4,60kJ/g
Sumandoambasecuacionesseobtiene:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 25
A(l)A(s) Δ H°=1,46+(‐4,60)=‐3,14kJ/g
Larespuestacorrectaeslac.
1.50.CalculeΔH°paralasiguientereacción:
(g)+ (g)2HCl(g)apartirdelosdatosdelatabla:
Enlace Energíamediadeenlace(kJ/mol)H−H 440
Cl−Cl 240
H−Cl 430
a)‐860kJb)‐620kJc)‐440kJd)‐180kJe)+240kJ
(O.Q.N.Oviedo2002)(O.Q.L.Asturias2004)(O.Q.L.Asturias2007)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
En la reacción propuesta se forman 2moles de enlaces Cl−H,mientras que se rompen1moldeenlacesH−Hy1moldeenlacesCl−Cl.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareaccióndeformacióndelHCles:
ΔH°=[2·E ]–[E +E ]=[2 ‐430kJ ]–[ ‐240kJ + ‐440kJ ]=‐180kJ
Larespuestacorrectaeslad.
(EnAsturias2007sepreguntalaentalpíadeformacióndelHCl).
1.51. Una taza de 137 g a 20,0°C se llena con 246 g de café caliente a 86,0°C. El calorespecíficodelcafées4,0J/g·°Cyeldelataza0,752J/g·°C.Suponiendoquenohaypérdidadecaloralosalrededores,¿cuáleslatemperaturafinaldelsistema?a)79,9°Cb)93,7°Cc)98,4°Cd)76,0°Ce)53,0°C
(O.Q.N.Oviedo2002)(O.Q.N.Sevilla2010)
Teniendoencuentaquelatazasecomportacomouncalorímetroyaceptandoqueésteesunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0:
Q =Q +Q é=0
donde:
Q =calorabsorbidoporlatazaparapasarde20°CaT °C,
Q é=calorcedidoporelcaféparapasarde86°CaT °C
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 26
m C T T m é C é T T é =0
Sustituyendo:
137g0,752Jg·°C
(T 20)°C+246g4,0Jg·°C
(T 86)°C=0T =79,7°C
Larespuestacorrectaeslaa.
1.52. Cuando una sustancia pura en fase líquida congela espontáneamente, ¿cuál de lassiguientesafirmacionesescierta?a)ΔG,ΔHyΔSsontodospositivos.b)ΔG,ΔHyΔSsontodosnegativos.c)ΔG,ΔHysonnegativos,pero ΔSespositivo.d)ΔG,ΔSysonnegativos,pero ΔHespositivo.e)ΔS,ΔHysonnegativos,pero ΔGespositivo.
(O.Q.N.Oviedo2002)(O.Q.L.Asturias2004)(O.Q.L.Murcia2010)(O.Q.L.Asturias2011)
SetratadeuncambiodeestadoespontáneodeunasustanciaA:
A(l)A(s)
Portratarsede:
UnprocesoespontáneoΔG<0
UnprocesoenelqueseformanenlacesintermolecularesΔH<0
UnprocesoenelquedisminuyeeldesordenΔS<0
Larespuestacorrectaeslab.
1.53.Lasentalpíasestándardeformacióndelvapordeaguaydelnitratodeamoniosólidoson ‐241,8 kJ/mol y ‐339,9 kJ/mol, respectivamente. ¿Cuál es la variación de entalpíaestándarparaladescomposiciónde16,0gdenitratodeamoniosólidoparaformarvapordeaguayunamezcladenitrógenoyoxígenoenfasegas?a)‐98,1kJb)‐57,5kJc)‐49,0kJd)‐28,8kJe)‐14,4kJ(Masasatómicas:N=14;O=16;H=1)
(O.Q.N.Oviedo2002)
Setratadedeterminarlavariacióndeentalpíaasociadaalproceso:
NH NO (s)N (g)+12O (g)+2H O(g)
Lasecuacionestermoquímicascorrespondientesalosdatosdelproblemason:
N (g)+32O2(g)+2H (g)NH NO (s)Δ H°=‐339,9kJ
H (g)+12O (g)H O(g)ΔfH°=‐241,8kJ
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 27
NH NO (s)N (g)+32O (g)+2H (g)‐Δ H°=339,9kJ
2H (g)+O (g)2H O(g) ‐Δ H°=2(‐241,8)kJ
Sumandolasecuacionesseobtiene:
NH NO (s)N (g)+12O (g)+2H O(g)‐Δ H°=‐143,7kJ·mol
Relacionandolaentalpíaconlacantidaddesustancia:
16gNH NO1molNH NO80gNH NO
‐143,7kJ
1molNH NO=‐28,7kJ
Larespuestacorrectaeslad.
1.54.Paraunareacciónenequilibrioapresióny temperaturaconstantessehadecumplirque:a)ΔH=0b)ΔS=0c)ΔU=0d)ΔG=0
(O.Q.L.Murcia2002)
Lacondicióndeequilibriodeunsistemaimplicaque(ΔG)p,T=0.
Larespuestacorrectaeslad.
1.55.Eloxígeno sepuedeobtenerenel laboratorioporcalentamientode sólido,deacuerdoalaecuacióntermoquímica:
2 (s)2KCl(s)+3 (g) ΔH=‐89,4kJCalcular laenergíaquese liberacuando,poresteprocedimiento,seobtienen10,1 litrosdeoxígenomedidosencondicionesnormalesdepresiónytemperatura.a)26,8kJb)37,2kJc)64,0kJd)13,4kJ
(O.Q.L.Murcia2002)
Relacionandocantidaddesustanciayentalpía:
10,1LO1molO22,4LO
‐89,4kJ3molO
=‐13,4kJ
Larespuestacorrectaeslad.
1.56.Entodoprocesoespontáneosetienequecumplirque:a)dS=dT/Hb)Δ >0c)Δ +Δ >0d)ΔG>0
(O.Q.L.Murcia2002)
Deacuerdoconla2ªleydetermodinámica,entodoprocesoespontáneo:
ΔStotal=ΔS +ΔS >0
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 28
Larespuestacorrectaeslac.
1.57.Sabiendoque:
(g)+ (g)2HI(g) ΔH=3,34kJ
(s)+ (g)2HI(g) ΔH=50,16kJ¿Cuálserálaentalpíadesublimacióndelyodo?
a)+46,82kJ· b)+26,75kJ· c)‐53,50kJ· d)‐46,82kJ·
(O.Q.L.Murcia2002)
LaecuacióncorrespondientealasublimacióndelI es:
I (s)I (g)
De acuerdo con la ley de Hess las ecuaciones termoquímicas de los datos se puedenreescribirdelasiguienteforma:
2HI(g)I (g)+H (g) ΔH=‐3,34kJ
I (s)+H (g)2HI(g) ΔH=50,16kJ
Sumandolasecuacionesseobtiene:
I (s)I (g) ΔH=46,82kJ·
Larespuestacorrectaeslaa.
1.58.Laafinidadelectrónicadeliodoes‐295kJ/mol.Calcularlaenergíaliberadaalionizar152,4gdeátomosdeiodogasqueseencuentranenestadofundamental.a)127kJb)354kJc)708kJd)12,7kJ(Masaatómica:I=127)
(O.Q.L.Murcia2002)
Laafinidadelectrónicadelyodoeslaenergíaasociadaalproceso:
I(g)+e I (g) ΔH=‐295kJ·mol
Relacionandocantidaddesustanciayenergía:
152,4gI1molI127gI
‐295kJ1molI
=‐354kJ
Larespuestacorrectaeslab.
1.59.PorelhechodequeelprocesodetransformacióndediamanteengrafitotengaΔG<0,¿quésepuedeafirmar?a)Quelosdiamantesnosonunainversiónsegura.b)Queelprocesonoesespontáneo.c)Queelprocesoesespontáneoaunquemuylento.d)Queaunqueseaumentemucholatemperatura,losdiamantesseguiránsiendodiamantes.
(O.Q.L.Murcia2002)
a)Falso.Carecedesentido.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 29
b)Falso.Deacuerdoconelcriteriodeespontaneidaddeunproceso,siΔG<0setratadeunprocesoespontáneo.
c)Verdadero.De acuerdo con el criteriode espontaneidaddeunproceso, siΔG<0 setrata de un proceso espontáneo, sin embargo al desconocer el valor de la constantecinéticanosedisponedeinformaciónacercadelarapidezconquetranscurreelproceso.
d) Falso. Si se aumenta mucho la temperatura la red se rompe y el diamante sublimaquedandolosátomosdecarbonolibres.
Larespuestacorrectaeslac.
1.60.Cuandoreacciona1litrodenitrógeno,medidoencondicionesnormales,conelhidrógenonecesario para formar amoníaco, se liberan 4138,2 J. ¿Cuál es la entalpía de formación delamoníaco?a)‐92,67kJ· b)‐46,34kJ· c)‐185,34kJ· d)‐307,9kJ·
(O.Q.L.Murcia2002)
LaecuacióncorrespondientealaformacióndeNH es:
12N (g)+
32H (g)NH (g)
Relacionandocantidaddesustanciayenergía:
‐4138,2J1LN
22,4LN1molN
1molNH2molN
1kJ10 J
=‐46,34kJ·
Larespuestacorrectaeslab.
1.61.ConlaleydeHesssepuede:a)Calcularentalpíasdereacción.b)Calcularentalpíasdeformación.c)Calcularcantidadesdecalorenunareacciónmedidasapresiónconstante.d)Todassoncorrectas.
(O.Q.L.Baleares2002)
LaleydeHessoleydeaditividaddelasentalpíasdiceque:
“la variación de entalpía asociada a un proceso es lamisma tanto si el proceso serealizaenunsolaetapaoserealizaenvariasetapasconsecutivas”
Dadas una serie de entalpías correspondientes a procesos que puedan formar un ciclo,conocidas todas menos una, la combinación de estas entalpías en el orden adecuadopermiteobtenerlaentalpíadesconocida.
a‐b)Verdadero.Lasentalpíasdeformación,lomismoquelasdecombustión,sonuncasoparticulardelasentalpíasdereacción.
c) Verdadero. La entalpía se define como el calor intercambiado medido a presiónconstante.
Larespuestacorrectaeslad.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 30
1.62.Sobrelaentalpíasepuedeafirmarquea)Esunafuncióndeestado.b)Suvariacióndeterminaelcalordereacciónapresiónconstante.c)Midelairreversibilidaddeunproceso.d)Sidisminuyeelprocesoesespontáneo.
(O.Q.L.Asturias2002)
a)Verdadero.Laentalpíacomoelrestodelasfuncionestermodinámicasesunafuncióndeestado.
b)Verdadero.Laentalpíamideelcalorintercambiadoenunprocesoapresiónconstante.
c)Falso.Laentalpíanotienenadaqueverconlairreversibilidaddeunproceso.
d)Falso.LaespontaneidaddeunprocesosedeterminaconelvalordeΔGdelmismo.EnunprocesoespontáneoΔG<0.Estevalorsecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
Unprocesoquesecaractericeportener:
▪ΔH>0,esdecir,seabsorbecalor(endotérmico)
▪ΔS>0aumentaeldesorden
es un proceso que es espontáneo solo a temperatura altas, a las que se cumple queΔH–TΔS<0.
Soncorrectaslasrespuestasayb.
1.63.Señalelaafirmacióncorrecta:a)Eltrabajoesunafuncióndeestado.b)A25°Celvapordeaguaeselestadoestándardeestasustancia.c)UnareacciónenlaqueΔHesnegativoesespontánea.d)Elcalorestándardeformacióndel (g)escero.e)Latermodinámicapuedepredecirlavelocidadalaqueel (g)yel (g)reaccionanencondicionesnormales.
(O.Q.N.Tarazona2003)(O.Q.L.Cádiz2008)
a)Falso.Deacuerdoconla1ªleydelaTermodinámica,ΔE=Q+W,tantoelcalorcomoeltrabajonosonfuncionesdeestado.
b)Falso.Alatemperaturade25°Celestadodeagregacióndelaguaeslíquido.
c)Falso.LaespontaneidaddeunprocesosedeterminaconelvalordeΔGdelmismo.EnunprocesoespontáneoΔG<0.Estevalorsecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
Comoseobserva,elvalordeΔHnoessuficienteparadeterminarelsignodeΔG,precisoconocerelvalordeΔSylatemperatura.
d)Verdadero.Porconvenio,lasentalpíasdeformacióndeloselementosensuformamásestableencondicionesestándarsonnulas.
e) Falso. Una limitación de la termodinámica es que la variable tiempo no aparece enningunadesusecuaciones.Eslacinéticaquímicalaqueseocupadeestudiarlavelocidadconlaquetranscurreunareacción.
Larespuestacorrectaeslad.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 31
1.64.¿ParacuáldelossiguientesprocesosΔHyΔGdebensermássemejantes?a)2Al(s)+ (s)2Fe(s)+ (s)b)2Na(s)+2 (l)2NaOH(aq)+ (g)c)2 (g) (g)d)2 (g)+ (g)2 (g)e) (s)CaO(s)+ (g)
(O.Q.N.Tarazona2003)(O.Q.L.Murcia2002)(O.Q.L.Murcia2005)
LarelaciónentrelosvaloresdeΔGyΔHdeunprocesovienedadaporlaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
ParaquesecumplalacondicióndequeΔGΔHesprecisoqueelvalordeltérminoTΔSsealomáspequeñoposible.Paraqueesoocurraesnecesarioqueexistaelmenorcambioposibledentrodelgradodedesordendeunsistema,ΔS.
Elprocesodealuminotermiarepresentadopor laecuaciónquímicadelapartadoa)eselquemás se ajusta a la condiciónpropuesta, ya que todas las sustancias, tanto reactivoscomo productos, son sólidas. Además, existe elmismo número demoles en reactivos yproductoslocualllevaaqueesadiferenciadeentropíaseaaúnmenor.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.65.ElcalordedisolucióndelKCles17kJ· ylasumadeloscaloresdehidratacióndeunmolde iones cloro yunmolde ionespotasio,ambos en estadogaseoso es ‐698 kJ. LaenergíadereddelKCldelretículocristalinoes:a)‐715kJb)‐681kJc)715kJd)‐332kJe)681kJ
(O.Q.N.Tarazona2003)(O.Q.L.Madrid2004)
Setratadedeterminarlavariacióndeentalpíaasociadaalproceso:
Cl (g)+K (g)KCl(s)
Lasecuacionestermoquímicascorrespondientesalosdatosdelproblemason:
KCl(s)Cl (aq)+K (aq) Δ H°=17kJ
Cl (g)+K (g)Cl (aq)+K (aq) Δ H°=‐698kJ
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma:
Cl (aq)+K (aq)KCl(s) ‐Δ H°=‐17kJ
Cl (g)+K (g)Cl (aq)+K (aq) Δ H°=‐698kJ
Sumandolasecuacionesseobtiene:
Cl (g)+K (g)KCl(s) Δ H°=‐715kJ
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 32
1.66.Sabiendoque:
2S(s)+3 (g)2 (g) ΔH°=‐792kJ
2 (g)+ (g)2 (g) ΔH°=‐198kJ¿Cuálseráelvalordelaentalpíaestándardeformacióndeldióxidodeazufre?a)‐594kJ· b)‐297kJ· c)‐990kJ· d)‐126kJ·
(O.Q.L.Murcia2003)
LaecuacióncorrespondientealaformacióndeSO es:
S(s)+O (g)SO (g)
De acuerdo con la ley de Hess las ecuaciones termoquímicas de los datos se puedenreescribirdelasiguienteforma:
S(s)+32O (g)SO (g)ΔH°=
‐7922
kJ
SO (g)SO (g)+12O (g)ΔH°=
1982
kJ
Sumandolasecuacionesseobtiene:
S(s)+O (g)SO (g) ΔH°=‐297kJ·
Larespuestacorrectaeslab.
1.67.Paraelprocesoendotérmico:
(g)2Cl(g)¿Cuáldelossiguientesdiagramasenergéticosseajustaalproceso?
a) b) c) d)
(O.Q.L.Murcia2003)
Setratadeunprocesoenqueserompenenlacesyparaellohayquecomunicarenergía,portantoesprocesoendotérmico.Elcontenidoenergéticodelosproductosessuperioraldelosreactivosyeldiagramaenergéticoqueloilustraeselb.
Larespuestacorrectaeslab.
Transcurso de Transcurso de la reaccila reaccióónn
EE EE EE EE
Transcurso de Transcurso de la reaccila reaccióónn
Transcurso de Transcurso de la reaccila reaccióónn
Transcurso de Transcurso de la reaccila reaccióónn
Transcurso de Transcurso de la reaccila reaccióónn
EE EE EE EE
Transcurso de Transcurso de la reaccila reaccióónn
Transcurso de Transcurso de la reaccila reaccióónn
Transcurso de Transcurso de la reaccila reaccióónn
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 33
1.68.Dadoslossiguientesdatos: (A)=‐10000J/mol, (C)=‐15000J/mol, (D)=‐2000J/moly
A+2B2C+D ΔH°=‐12000JSepuedecalcular °(B)quevale:a)5000J/molb)2500J/molc)‐5000J/mold)‐17000J/mol
(O.Q.L.Baleares2003)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔH°= 2Δ H(C)o +Δ H(D)
o 2Δ H(B)o +Δ H(A)
o
‐12000J=2molC‐15000JmolC
+1molD‐2000JmolD
2Δ H(B)o 1molA
‐10000JmolA
Seobtiene,Δ H(B)o =‐5000J/mol.
Larespuestacorrectaeslac.
1.69.Lassiguientesmagnitudessonfuncióndeestado:a)p,V,Tb)H,U,Sc)T,H,Ud)Todassoncorrectas
(O.Q.L.Baleares2003)
Funcionesdeestadosonaquellasmagnitudesen lasqueenundeterminadoprocesonointeresasolo interesasusvalores finale inicial sin interesar laevolucióndelvalorde lamagnitudalolargodelproceso.
ΔU=U2–U1 ΔH=H2–H1ΔS=S2–S1 ΔG=G2–G1
Lasfuncionestermodinámicas:U,H,SyGsonfuncionesdeestado.
Lasvariablesdeestadosonp,VyTysuvalordeterminaelestadodeunsistema.
Larespuestacorrectaeslab.
1.70.Delassiguientesafirmaciones:1)Enunprocesoespontáneolaentalpíapuededisminuir.2)Enunprocesoespontáneolaentropíapuedeaumentar.3)EntodoslosprocesosespontáneoslaenergíalibredeGibbsaumenta.
a)Soloesverdaderalaprimera.b)Laprimeraylasegundasonverdaderas.c)Laprimeraylatercerasonverdaderas.d)Lasegundaylatercerasonverdaderas.
(O.Q.L.Baleares2003)
La espontaneidad de un proceso viene determinada por el valor de ΔG que a su vezdependedelosvaloresdeΔHyΔSdeacuerdoconlaexpresión:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 34
ΔG=ΔH–TΔS
1)Verdadero.Enunprocesoespontáneo,ΔG<0,portanto,esposiblequeΔH<0.
2)Verdadero.Enunprocesoespontáneo,ΔG<0,portanto,esposiblequeΔS>0siemprequeΔH<0.
3)Falso.Enunprocesoespontáneo,ΔG<0.
Larespuestacorrectaeslab.
1.71.Unprocesoque seproducecondesprendimientodecalorydisminucióndeldesordentermodinámicoes:a)Espontáneosiempre.b)Nuncaespontáneo.c)Espontáneoabajastemperaturas.d)Espontáneoaaltastemperaturas.
(O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004)(O.Q.L.CastillayLeón2012)
ElcriteriodeespontaneidaddeunprocesosediscutedeacuerdoconelvalordeΔG.Éstesecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS<0 procesoespontáneo
ΔG=ΔH–TΔS>0 procesonoespontáneo
Si ΔH < 0 y ΔS < 0, entonces el valor de ΔG depende de cuál de los términos|ΔH|o|TΔS|seamayor,esdecirdependedecuálseaelvalordeT.
Atemperaturasaltas:|ΔH|<|TΔS|yentoncesΔG>0ylareacciónesnoespontánea.
Atemperaturasbajas:|ΔH|>|TΔS|yentoncesΔG<0ylareacciónesespontánea.
Larespuestacorrectaeslad.
1.72.LaentalpíaestándardecombustióndelAl(s)esde‐834,9kJpormoldeAl.SireaccionaAlcon ,¿enquécircunstanciassedesprenderán1045kJ?a)Cuandoseforman1,252molesde .b)Cuandoseforman0,626molesde .c)Cuandoreaccionan0,299molesdeAl.d)Cuandoreaccionan0,626molesdeAl.
(O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004)
LaecuacióntermoquímicacorrespondientealareacciónentreO yAles:
Al(s)+34O (g)
12Al O (s)ΔH°=‐834,9kJ·mol
Las respuestas c) y d) son falsas, ya que la cantidad de calor desprendida, 1045 kJ, esmayorquelacorrespondienteacuandoreacciona1moldeAl.
RelacionandocaloryAl O :
‐1045kJ0,5molAl O‐834,9kJ
=0,626mol
Larespuestacorrectaeslab.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 35
1.73.A291K,lasentalpíasdeformacióndelamoníacoenlosestadosgaseososylíquidosson,respectivamente: ‐46,05y ‐67,27kJ· .Apartirdeestosdatos,sepuedeafirmarque laentalpíadevaporizacióndelamoníacoes:a)‐113,3kJ· b)6,67kJ· c)‐1,25kJ· d)1,25kJ· (Masasatómicas:N=14;H=1)
(O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004)(O.Q.L.LaRioja2006)
LaecuaciónquímicacorrespondientealavaporizacióndeNH es:
NH (l)NH (g)
LasecuacionestermoquímicascorrespondientesalaformacióndeNH gasylíquidoson,respectivamente:
12N (g)+
32H (g)NH (g)Δ H°=‐46,05kJ·mol
12N (g)+
32H (g)NH (l)Δ H°=‐67,27kJ·mol
DeacuerdoconlaleydeHess,lasecuacionesanterioressepuedenreescribircomo:
12N (g)+
32H (g)NH (g)Δ H°=‐46,05kJ·mol
NH (l)12N (g)+
32H (g)‐Δ H°=67,27kJ·mol
Sumandoambasecuacionesseobtiene:
NH (l)NH (g) Δ H°=21,22kJ·mol
Cambiandolasunidades:
21,22kJ1molNH
1molNH17gNH
=1,25kJ·
Larespuestacorrectaeslad.
1.74. ¿De cuál de los siguientes hidrocarburos se obtiene más calor en la combustióncompletade1Ldelosmismosencondicionesidénticas?a)Metanob)Etanoc)Propanod)Butanoe)Todosigual
(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)
Elcalordecombustióndeunhidrocarburoaumentaamedidaqueaumentaelnúmerodecarbonos que posee. Por estemotivo, el butano, C H , es el que tienemayor calor decombustión.
Loscuatrohidrocarburospropuestossongasesencondicionesestándar,portanto,1Ldecadaunodeellosestáintegradoporelmismonúmerodemolesdesustancia.
Porambasrazones,sedesprendemáscalorcuandosequema1Ldebutano.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 36
Larespuestacorrectaeslac.
1.75.Segúnlossiguientesdatos,¿quévalortiene °delHF(g)?
[1] +2 (g) (g)+ (g) °=‐168,26kcal/mol
[2] °=‐0,35kcal/mol
[3] +4HF(g) (g)+ (g)+2 (g) °=‐24,53kcal/mol
a)+360,2kcal/molb)‐1,5kJ/molc)‐1505,6J/mold)‐3602cal/mole)‐36,02kcal/mol(Dato.1J=0,24cal)
(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)
Setratadedeterminarlavariacióndeentalpíaasociadaalproceso:
12H (g)+
12F (g)HF(g)
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma:
14SiO +
12F (g)
14SiF (g)+
14O (g)Δ H°=
‐168,284
kcal
14SiO
14SiO Δ H°=
‐0,354
kcal
14SiF (g)+
14O (g)+2H (g)
14SiO +HF(g)Δ H°=
24,534
kcal
Sumandolasecuacionesseobtiene:
12H (g)+
12F (g)HF(g)Δ H°=‐36,02kcal·
Larespuestacorrectaeslae.
1.76. ¿Cuál de los siguientes hidrocarburos es el mejor combustible de un motor decombustióninterna?a)Ciclooctanob)Octanoc)3‐Etilhexanod)2,2‐Dimetilhexanoe)2,2,4‐Trimetilpentano
(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)
Los hidrocarburos que contienen entre C ‐C son los principales componentes de lagasolina.Noobstante,todosnoardenigual,yaquealgunosalarderproducenexplosiones.
El 2,2,4‐trimetilpentano, el más ramificado, es el que mejor arde, por lo que es unexcelente combustible para motores de combustión interna (se le asigna un índice deoctanode100).Elpeordelostres,yaqueardeconmásexplosiones,eselheptano(índicedeoctano0).
Larespuestacorrectaeslae.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 37
1.77.LaenergíainternamolardeungasidealvienedadaporlaexpresiónU=(a–T)R–aln(a–T)+b
dondeaybsondosconstantesyRlaconstantedelosgases.¿Cuálesla , delgas?a)a/(a–T)b)a/(a–T)+(a–T)c)a/(a–T)–Rd)ln(a/(a–T)e)a/(a–T)–T
(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)
Paraunmoldeungasidealsecumpleque:
U=H–RT
DerivandorespectoaT:
dUdT
=dHdT
R
dondesedefinenlascapacidadescaloríficasavolumenypresiónconstantecomo:
C =dUdT
C =dHdT
larelaciónentreambases,C C =R(relacióndeMayer)
DerivandolaexpresióndeU:
C =ddT
[(aT)Raln(aT)+b]=‐R+a
aT
SustituyendoenlaexpresiónquerelacionaaC yC :
C =R ‐R+a
aT=
aaT
Larespuestacorrectaeslaa.
1.78.Dadalasiguienteecuacióntermodinámica:
2 (g)+ (g)2 (g) ΔH°=‐483,6kJseñalelarespuestaincorrecta:a)Esunareacciónexotérmica.b)Enlaformaciónde180gdeaguasedesprenden4836kJ.c)Esunprocesoacompañadodeunadisminucióndeentropía.d)Laentalpíadeformacióndelaguagas,encondicionesestándar,es‐241,8kJ/mol.(Masas.H=1;O=16)
(O.Q.L.Murcia2004)
a)Verdadero.Deacuerdoconelsignomenosdelaentalpíadelareacciónsetratadeunprocesoexotérmicoenelquesedesprendeenergía.
b)Falso.Relacionandocantidaddemateriayentalpía:
180gH O1molH O18gH O
‐483,6kJ2molH O
=‐2418kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 38
c)Verdadero.Todas lasespeciessongaseosasyademásexistenmásmolesenreactivosqueenproductos,portanto,lavariacióndeentropíadelproceso,Δ S°,es:
Δ S°=2S – 2S +S <0
Consultandolabibliografía:
Δ S°=2 188,7J·K –[2 130,6J·K +205J·K ]=‐88,8J·K
d)Verdadero.Relacionandocantidaddemateriayentalpía:
‐483,6kJ2molH O
=‐241,8kJ·mol
Larespuestacorrectaeslab.
1.79. La entalpía de combustión de la acetona (propanona) es ‐1787,2 kJ/mol ¿Cuántaenergíasehadesprendidocuandosehayanrecogido13,44litrosde ,medidoenc.n.,enlacombustióndelamisma?a)536,16kJb)1072,32kJc)357,44kJd)1787,2kJ
(O.Q.L.Murcia2004)
Laecuacióntermoquímicacorrespondientealacombustióndelaacetonaes:
CH –CO–CH (l)+4O (g)3CO (g)+3H O(g) ΔH°=‐1787,2kJ/mol
Relacionandocantidaddesustanciayentalpía:
13,44LCO1molCO22,4LCO
‐1787,2kJ3molCO
=‐357,44kJ
Larespuestacorrectaeslac.
1.80.Lavariacióndeentalpíadeunsistemasedefinecomo:a)Elcalorintercambiadoporunsistemaavolumenconstante.b)Elcalorintercambiadoporunsistemaapresiónconstante.c)Elcalorintercambiadoporunsistema.d)Laenergíainternadeunsistema.
(O.Q.L.Murcia2004)
Por definición, la variación de entalpía de un sistema es el calor intercambiado con elentorno,medidoapresiónconstante.
Larespuestacorrectaeslab.
1.81.Dadaunareacciónquímicaquesepuedeproducirtantodeformadirectacomoinversaysabiendoquelareaccióndirectaesendotérmica,sepuedeafirmarque:a)Laenergíadeactivacióndeambasserálamisma.b)Laenergíadeactivacióndelainversaserámenorqueladirecta.c)No se tiene información para afirmar nada respecto a la relación entre sus energías deactivación.d)Ningunadelasanteriores.
(O.Q.L.Murcia2004)
Eldiagramaenergéticocorrespondienteaunareacciónendotérmicaes:
Cuesti
Como
Lare
1.82.a)Lab)Elc) Sienergd) Sienerg
a)Fa
b)Fa
c) Vevolum
d)Fa
Lare
1.83.
Sepua)36b)38c)43d)39
Laen
Lare
ionesyProble
oseobserva
E
espuestacor
Enunsistemavariacióndcalordesprela reaccióngíainterna.i la reaccióngíainterna.
also.Enunp
also.Lavaria
erdadero. Lmenconstan
also.Deacue
espuestacor
Apartirde
(g)(g)
NH(g)uedededucir60kJ81kJ35kJ92kJ
nergíamedia
H°=‐43
espuestacor
masdelasOlim
aenlafigura
>E
rrectaeslab
maquereaccdeentalpíaeendidosiempn es a volum
n es a presi
procesoexot
acióndeent
La variaciónnte.
erdoconlop
rrectaeslac
lossiguiente
(g)
NH(g)+
N(g)+Hrquelaenerg
adeunenla
35kJ·mol
rrectaeslad
mpiadasdeQu
a:
b.
cionaexotérespositiva.precoincidemen constan
ión constan
térmicosed
talpía,ΔH,es
n de energí
propuestoe
c.
esdatos:
+H(g)
+H(g)
H(g)rgíamediad
acesedefine
+ ‐381kJ·3
d.
uímica.Volume
rmicamente:
econlavariante, el calor
te, el calor
desprendeca
selcalorde
ía interna,
enelapartad
H°=H°=H°=
deenlacepar
ecomoelva
·mol + ‐3
en2.(S.Menar
:
acióndeentr desprendid
desprendido
aloryΔH<0
esprendidom
ΔU, es el c
doanterior.
=435kJ
=381kJ
=360kJraelenlaceN
(O.Q.L.M
alorpromed
‐360kJ·mol
rgues&F.Latre
alpía.do es igual a
o es igual a
(
0.
medidoapr
alor despre
N−Hes:
Madrid2004)(
iodelasene
=‐392k
e)
a la variaci
a la variaci
(O.Q.L.Baleares
resiónconst
endido med
(O.Q.L.LaRioja
ergíasdadas
kJ·
39
ón de
ón de
s2004)
ante.
dido a
a2006)
s:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 40
1.84.Paralassiguientesreacciones:
C(s)+ (g) (g) ΔH°=‐aJ
2CO(g)+ (g)2 (g) ΔH°=‐bJ¿Cuál de las siguientes respuestas representa la entalpía de formación delmonóxido decarbono?a)2a−bb)(b−2a)/2c)b−2ad)(2a−b)/2
(O.Q.L.Madrid2004)
LaecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndeCOes:
C(s)+12O (g)CO(g)
De acuerdo con la ley deHess, las ecuaciones correspondientes a los datos se puedenreescribircomo:
C(s)+O (g)CO (g) ΔH°=‐aJ
CO (g)CO(g)+12O (g)ΔH°=
b2J
Sumandoambasecuacionesseobtiene:
C(s)+12O (g)CO(g)ΔfH°=‐a+
b2=b–2a2
J
Larespuestacorrectaeslab.
1.85.Alhacerreaccionaramoníacoyoxígenoseobtienenmonóxidodenitrógenoyagua.Sesabequeloscaloresdeformaciónestándardelamoníaco,monóxidodenitrógenoyaguason,respectivamente: ‐46; 90 y ‐242 kJ/mol. Con estos datos, el calor de reacción estándarreferidoaunmoldeamoníacosegúnesteproceso,será:a)‐454kJ/molb)+454kJ/molc)‐227kJ/mold)+227kJ/mol
(O.Q.L.Madrid2004)(O.Q.L.Madrid2007)
LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreNH yO es:
4NH (g)+5O (g)4NO(g)+6H O(g)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
ΔH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔH°= 4ΔfH(NO)o +6ΔfH( )
o 4ΔfH( )o +5ΔfH( )
o
ΔH°=4molNO90kJmolNO
+6molH O‐242kJmolH O
4molNH‐46kJmolNH
=‐908kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 41
No se tiene en cuenta la entalpía de formación del O (g), ya que por convenio, lasentalpíasdeformacióndeloselementosensuformamásestableencondicionesestándarsonnulas.
Elcalorreferidoa1moldeNH es:
ΔH°=‐908kJ
4molNH=‐227kJ/mol
Larespuestacorrectaeslac.
1.86.Indiquecuáldelassiguientesreaccionesseproduceconuncambiodeentropíapositivo:a)Zn(s)+2HCl(aq) (aq)+ (g)b)O(g)+O(g) (g)c) (aq)+ (aq) (s)d)CaO(s)+ (g) (s)e) (g)+O(g) (g)f) (g)+3 (g)2 (g)
(O.Q.L.Madrid2004)(O.Q.L.CastillayLeón2012)
Elvalordelaentropíamolardelassustanciases:
S°(gas)>S°(líquido)>S°(sólido)
Lavariacióndeentropíacorrespondienteaunprocesosecalculamediantelaexpresión:
ΔrS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
a)Verdadero.Yaque,alexistirgasesenproductosysólidosreactivossecumpleque:
ΔrS°>0Σ νi·Sioproductos>Σ νi·Si
oreactivos
b‐e‐f) Falso. Ya que, aunque todas las especies son gaseosas, hay menos moles enproductosqueenreactivos.Secumpleque:
ΔrS°<0Σ νi·Sioproductos<Σ νi·Si
oreactivos
c)Falso.Yaque,haymenosmolesenproductosqueenreactivosyademáshaysólidosenproductosynoreactivos.Secumpleque:
ΔrS°<0Σ νi·Sioproductos<Σ νi·Si
oreactivos
d)Falso.Yaque,haymenosmolesenproductosqueenreactivosyademáshaysólidosenproductosygasesenreactivos.Secumpleque:
ΔrS°<0Σ νi·Sioproductos<Σ νi·Si
oreactivos
Larespuestacorrectaeslaa.
(EnCastillayLeón2012sereemplazanbycporeyf).
1.87.¿Cuáldeestasafirmacionesnoescorrecta?a)Laevaporacióndeunlíquidoaumentaconlatemperaturab)Laevaporacióndeunlíquidoaumentaaldisminuirlasfuerzasintermolecularesc)Laconversióndeungasalíquidosedenominacondensaciónd)Laevaporacióndeunlíquidodisminuyealaumentareláreasuperficial
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 42
a)Verdadero.Elaumentodelatemperaturasedebeaqueaumentaelaportedeenergíaconloquetambiénaumentalacantidaddelíquidoqueseevapora.
b) Verdadero. Las fuerzas intermoleculares son las responsables de que una sustancianque posee enlace covalente se mantenga en estado líquido, si la intensidad de éstasdisminuyeaumentalacantidaddelíquidoqueseevapora.
c)Verdadero.Lacondensacióneselcambiodeestadodegasalíquido.
d) Falso. Si aumenta el área de transferencia de energía líquido‐vapor, aumenta lacantidaddelíquidoqueseevapora.
Larespuestacorrectaeslad.
1.88. Razona en qué situaciones podrían ser espontáneos los procesos cuyas variacionescorrespondientesasustérminosentálpicosoentrópicossonlassiguientes:
i)ΔH>0;ΔS>0ii)ΔH<0,ΔS<0iii)ΔH<O;ΔS>0iv)ΔH>0;ΔS<0
a)i)aTaltas;ii)aTbajas;iii)siempreespontánea;iv)nunca.b)i)aTbajas;ii)aTaltas;iii)siempreespontánea;iv)nunca.c)i)aTaltas;ii)aTbajas;iii)nunca;iv)siempreespontánea.d)i)aTbajas;ii)aTbajas;iii)siempreespontánea;iv)nunca.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004)
LaespontaneidaddeunprocesoladeterminaelvalordelaenergíalibredeGibbs,quesecalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
queenunprocesoespontáneoΔG<0.
i)Unprocesoquesecaracterizaportener:
▪ΔH>0seabsorbecalor(endotérmico)
▪ΔS>0aumentaeldesorden
Setratadeunprocesoqueesespontáneosoloatemperaturaaltas,alasquesecumpleque|ΔH|<|TΔS|.
ii)Unprocesoquesecaracterizaportener:
▪ΔH<0sedesprendecalor(exotérmico)
▪ΔS<0disminuyeeldesorden
Setratadeunprocesoqueesespontáneosoloatemperaturabajas,alasquesecumpleque|ΔH|<|TΔS|.
iii)Unprocesoquesecaracterizaportener:
▪ΔH<0sedesprendecalor(exotérmico)
▪ΔS>0aumentaeldesorden
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 43
Setratadeunprocesoqueesespontáneoacualquiertemperatura,yaquesiempresecumpleque(ΔH−TΔS)<0
iv)Unprocesoquesecaracterizaportener:
▪ΔH>0seabsorbecalor(endotérmico)
▪ΔS<0disminuyeeldesorden
Se trata de un proceso que nunca es espontáneo, ya que siempre se cumple que(ΔH−TΔS)>0
Larespuestacorrectaeslaa.
1.89.Apartirdelossiguientesvaloresdeentalpíasestándardereacción:
2NOCl(g)2NO(g)+ (g) ΔH°=+75,56kJ
2NO(g)+ (g)2 (g) ΔH°=‐113,05kJ
2 (g) (g) ΔH°=‐58,03kJCalculeΔH°delareacción:
(g)+ (g)2NOCl(g)+ (g), expresadaenkJ.a)+246,65b)‐95,52c)‐246,65d)+95,52e)Ningunodeestosvalores.
(O.Q.N.Luarca2005)
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma:
2NO(g)+Cl (g)2NOCl(g) ΔH°=‐75,56kJ
2NO (g)2NO(g)+O (g) ΔH°=‐113,05kJ
N O (g)2NO (g) ΔH°=58,03kJ
Sumandolasecuacionesseobtiene:
N O (g)+Cl (g)2NOCl(g)+O (g), ΔH°=95,52kJ
Larespuestacorrectaeslad.
1.90.Unlíquidotieneuncalordevaporizaciónmolarde22,7kJ/molysupuntodeebulliciónnormales459K.¿Cuáleslapresióndevapor,enmmHg,a70°C?a)102b)7,48c)56,8d)742e)580
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.Luarca2005)
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
lnpp=ΔvapH
R1T
1T
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 44
Teniendoencuentaqueunlíquidohierve(T =T )cuandosupresióndevaporseigualaalapresiónatmosférica(p =1atm),laexpresiónanteriorquedacomo:
lnp =ΔvapH
R1T
1T
+lnp1
Sustituyendo:
lnp =22,7
8,314·10 3
1459
1
273 70p =0,134atm
Cambiandounidades:
0,134atm760mmHg1atm
=102mmHg
Larespuestacorrectaeslaa.
1.91.Lacombustiónde90,0gdeácidooxálico (s),enunabombacalorimétricacuyacapacidad calorífica es 4,60 kJ/°C, produce un aumento de la temperatura desde 25,0°Chasta79,6°C.Elcalordecombustióndelácidooxálicoes:a)‐21,2kJ/molb)‐54,6kJ/molc)‐126kJ/mold)‐211kJ/mole)‐251kJ/mol
(O.Q.N.Luarca2005)
Suponiendoque labombacalorimétricaesunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0:
Q =Q +Q =0
donde:
Q =calorabsorbidoporlabombaparaaumentarlatemperatura,
Q =calorcedidoporenlacombustióndelC H O =‐k·ΔT
Sustituyendo:
Q =‐4,60kJ°C(79,625)°C=‐251,2kJ
En una bomba calorimétrica semide el calor intercambiado a volumen constante, ΔE yaquí se pide la entalpía, el calor medido a presión constante. La relación entre ambasfuncionestermodinámicasvienedadaporlaexpresión:
ΔH=ΔE+ΔnRT
No obstante, hay que hacer constar que el término ΔnRT (trabajo) es muy pequeñocomparadoconeltérminoΔH(calor)motivoporelcualsesueleconsiderarqueΔHΔE.
Relacionandolamasadesustanciaconlaentalpíasetiene:
90gC H O1molC H O90gC H O
‐251,2kJ
1molC H O=‐251,2kJ
Larespuestacorrectaeslae.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 45
1.92.Calcule la temperaturaa la que parauna reacción es 1,04·10 y los valoresdeΔH°=‐83,2kJ/molyΔS°=‐246J/mol·K.a)0,274Kb)307Kc)0,307Kd)274Ke)NopuededeterminarsesinΔG°.
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.Luarca2005)
LarelaciónentrelosvaloresdeΔGyΔHdeunprocesovienedadaporlaexpresión:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
Porotraparteenelequilibriosecumpleque:
ΔG°=‐RTlnK
Deambasexpresionesseobtieneque:
T=ΔH°
ΔS°RlnK
Sustituyendo:
T=‐83,2kJ
10 J1kJ
‐246J
mol·K 8,314J
mol·K ln 1,04·10 =273,9K
Larespuestacorrectaeslad.
1.93.Apartirde lasenergíasdeenlace,C=O (707),O=O (498),H−O (464)yC−H (414)enkJ/mol,calculeΔH°(kJ/mol)paralasiguientereacción:
(g)+2 (g) (g)+2 (g)a)+618b)+259c)‐519d)‐618e)‐259
(O.Q.N.Luarca2005)(O.Q.L.Baleares2009)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
En la reacción propuesta se forman2moles de enlaces C=O y 4moles de enlacesO−H,mientrasqueserompen2molesdeenlacesO=Oy4molesdeenlacesC−H.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmolde enlaces (negativa), la variaciónde entalpía asociada a la reacciónde combustióndelmetanoes:
ΔH°=[4·E +2E ]–[2E +4E ]
ΔH°=[4 ‐464kJ +2 ‐707kJ ]–[2 ‐498kJ +4 ‐414kJ ]=‐618kJ.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 46
Larespuestacorrectaeslad.
1.94.Laentalpíaestándardeformacióndelagualíquidaes‐285,8kJ/mol.¿Cuáleslaenergíanecesariaexpresadacomocambiodeentalpíaestándar,paraproducir3,5Ldeoxígenogas,medidosa22,5°Cy0,60atm,porelectrólisisdelagua?a)24,8kJb)49,5kJc)58,0kJd)89,3kJe)138kJ
(Dato.R=0,082atmL· )(O.Q.N.Luarca2005)
Laecuaciónquímicacorrespondientealaelectrólisisdelaguaes:
2H O(l)2H (g)+O (g)
AplicandolaecuacióndeestadodelosgasesidealessecalculaelnúmerodemolesdeO :
n=0,60atm·3,5L
0,082atmL·mol ·K 22,5+273 K=0,087molO
Relacionandomolesyentalpía:
0,087molO2molH O1molO
285,8kJ1molH O
=49,5kJ
Larespuestacorrectaeslab.
1.95.Paraunareacciónquímicadada,sesabeque,a25°Cy1atmdepresión,ΔH°=20kJyΔS°=80J· .Bajoestascondiciones,lareacciónes:a)Exotérmicayespontánea.b)Endotérmicaynoespontánea.c)Exotérmicaynoespontánea.d)Endotérmicayespontánea.
(O.Q.L.Murcia2005)
ElsignopositivodeΔH°indicaquesetratadeunprocesoendotérmico.
ElsignopositivodeΔS°indicaquesetratadeunprocesoenelqueaumentaeldesorden.
Elvalordelasmagnitudesanterioreshacequeelvalordelatemperaturaseaelquedecidala espontaneidad del proceso. Ésta se determina con el valor de ΔG y éste se calculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS>0procesonoespontáneo
ΔG=ΔH–TΔS<0procesoespontáneo
Sustituyendo:
ΔG°=20kJ 25+273 K80JK1kJ10 J
=‐3,84kJ
ElsignonegativodeΔGsetratadeunprocesoespontáneoa25°C.
Larespuestacorrectaeslad.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 47
1.96.Puestoquelasentalpíasdeformaciónestándarde (g), (l)y (g)son‐394,‐286 y 16 kJ/mol, respectivamente, el calor de combustión de unmol de según elproceso:
(g)+6 (g)4 (g)+4 (l) será:a)‐2736kJb)‐696kJc)+2736kJd)‐2704kJ
(O.Q.L.Murcia2005)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
ΔH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔH°= 4ΔfH( )o +4ΔfH( )
o ΔfH( )o +6ΔfH(O2)
o =
=4molCO‐394kJmolCO
+4molH O‐286kJmolH O
1molC H16kJ
molC H=‐2736kJ
No se tiene en cuenta la entalpía de formación del O (g), ya que por convenio, lasentalpíasdeformacióndeloselementosensuformamásestableencondicionesestándarsonnulas.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.97.SiparaunareaccióndadaΔH°=‐38,3kJyΔS°=‐113J· ,puededecirsequesetratadeunareacción:a)Espontáneaacualquiertemperatura.b)Noespontáneaacualquiertemperatura.c)Espontáneaatemperaturasmenoresde66°C.d)Espontáneaatemperaturassuperioresa66°C.
(O.Q.L.Murcia2005)
ElvalordelasmagnitudesΔH°yΔS°hacequeelvalordelatemperaturaseaelquedecidala espontaneidad del proceso. Ésta se determina con el valor de ΔG° y éste se calculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS>0procesonoespontáneo
ΔG=ΔH–TΔS<0procesoespontáneo
EnelequilibriosecumplequeΔG=0,portanto:
T=ΔH°ΔS°
=‐38,3kJ‐113J·K
10 J1kJ
=339K66°C
Latemperaturaeslacorrespondientealequilibrio.SiT<66°C,entonces,|ΔH°|<|TΔS°|yelvalorΔG°<0ylareacciónesespontánea.
Larespuestacorrectaeslac.
Cuesti
1.98.
¿Cuála)‐25b)25c)Med)Má
Eldia
Como
Lare
1.99.entalcarboa)14b)11c)54,d)‐14
Laec
Deac
Susti
Seob
No sentalsonn
Lare
ionesyProble
Lareacción
A+2Blseráelvalo5kJ5kJenosde25kJásde25kJ
agramaener
oseobserva
E
espuestacor
La entalpíalpíade formonoydelagu48,3kcal/mo11,25kcal/m4,2kcal/mol48,3kcal/m
cuaciónquím
C H (g)+
cuerdocone
ΔH°=Σ νi
ituyendo:
ΔH°= 2Δ
1molC H
btiene,ΔfH(o
se tiene enlpíasdeformnulas.
espuestacor
masdelasOlim
n:
C+2Dordelaener
J
rgéticocorr
aenlafigura
>Δ H
rrectaeslad
ade combusmacióndelacuason‐94,1olmol
ol
micacorresp
+52O (g)
elconcepto
·Hioproductos
fH( )o +ΔfH
H‐310,7kcamolC H
)=54,2
cuenta lamacióndelo
rrectaeslac
mpiadasdeQu
tirgíadeactiva
respondiente
a:
d.
stióndelaccetilenosabkcal/moly
pondientea
2CO (g
deentalpía
sΣ νi·Hior
H( O)o Δ
al=2molC
kcal/mol.
entalpía deoselemento
c.
uímica.Volume
ieneΔH=+2ación?
eaunareac
cetileno esdbiendoque la‐68,3kcal/m
lacombusti
g)+H O(l)
dereacción
reactivos
fH( )o +2
CO‐94,1kcamolCO
e formaciónosensuform
en2.(S.Menar
25kJ
cciónendoté
de ‐310,7 kcaasentalpíasmol,respecti
ióndelaceti
n:
,5ΔfH(O2)o
al+1molH
n del O (g)mamásesta
rgues&F.Latre
érmicaes:
al/mola25sde formaciivamente.
(
ilenoes:
O‐68,3kcamolH O
), ya que pableencond
e)
(O.Q.L.Murcia
5°C.Determiióndeldióxi
(O.Q.L.Baleares
alOΔfH(
o
por convenidicionesestá
48
a2005)
ina laidode
s2005)
)
o, lasándar
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 49
1.100.Laentalpíadeformacióndelvapordeagua:a)Esmayorqueladelagualíquida.b)Esmenorqueladelagualíquida.c) Es igual a la del agua líquida ya que esta magnitud no depende del estado de lassustancias.d)Nosepuedesabersinconsultarlastablasdeentalpíasdeformación.
(O.Q.L.Baleares2005)
LaecuacióncorrespondientealavaporizacióndelH Oes:
H O(l)H O(g)
Lavariacióndeentalpíacorrespondienteaestecambiodeestadoes,ΔHvap>0,yaquesetratadeunprocesoendotérmicoenelqueserompenenlacesintermoleculares.
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
ΔrH°=ΔfH O(g)o ΔfH O(l)
o >0ΔfH O(g)o >ΔfH O(l)
o
Larespuestacorrectaeslaa.
1.101.Dadaslassiguientesecuaciones:
I. (g)+5/2 (g)2 (g)+ (l)
II. (g)+ (g)CO(g)+3 (g)La energía térmica generada a presión constante, comparada con la energía térmicageneradaavolumenconstante,es:a)MayorenIymenorenII.b)MenorenIymayorenII.c)MenorenIymenorenII.d)MayorenIymayorenII.(Dato:ΔH=ΔE+RTΔn)
(O.Q.L.CastillaLaMancha2005)(O.Q.L.CastillaLaMancha2008)
ReacciónI:
RTΔn=2– 1+2,5 =‐1,5RT
ReacciónII:
RTΔn= 1+3 – 1+1 =2RT
Teniendoencuentaqueenamboscasosse tratadereaccionesdecombustión,yqueenellasΔE<0,perosinembargoen:
‐lareacciónIeltérminoRTΔn<0,portantoeltérminoΔHsehacemenor
‐lareacciónIIeltérminoRTΔn>0,portantoeltérminoΔHsehacemayor
Larespuestacorrectaeslab.
1.102.¿CuáleselcalordeformacióndeletanosabiendoqueloscaloresdedisociacióndelosenlacesC−C(grafito),C−C,C−H,yH−H,valen,respectivamente,715;347;416y436kJ/mol?a)105kJ/molb)‐105kJ/molc)345kJ/mold)‐345kJ/mol
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 50
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
Laecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndeformacióndeletanoes:
2C(s)+3H (g)C H (g)
En la reacción propuesta se forman 6 moles de enlaces C−H y 1 mol de enlaces C−C;mientrasqueserompen2molesdeenlacesC−C(grafito)y3molesdeenlacesH−H.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareacciónes:
ΔH°=[6E +1E ]–[2E +3E ]=
ΔH°=[6 ‐416kJ +1 ‐347kJ ][2 ‐715kJ +3 ‐436kJ ]=‐105kJ/mol
Larespuestacorrectaeslab.
1.103.Enlassiguientesecuaciones:
I.C(grafito)+2 (g) (g)
II. (g)+5/2 (g)2 (g)+ (l)
III.CaO(s)+ (l) (s)
IV. (g)+ (g)CO(g)+3 (g)
V.2/3 (g) (g)
¿Cuáldelassiguientesafirmacioneseslacorrecta?a)LaecuaciónIVcorrespondealaformacióndeCO.b)LasecuacionesI,IIIyVsonecuacionesdeformación.c)Solounaecuaciónesdeformación.d)Dosecuacionessondeformaciónyunaesdecombustión.
(O.Q.L.CastillaLaMancha2005)(O.Q.L.CastillaLaMancha2008)
I.Eslaecuacióncorrespondientealareaccióndeformacióndelmetano.
II.Eslaecuacióncorrespondientealareaccióndecombustióndelacetileno.
III.Eslaecuacióncorrespondientealareaccióndeapagadodelacal.
IV. Es la ecuación correspondiente a la reacción de transformación del metano enhidrógeno.
V.Eslaecuacióncorrespondientealareaccióndetransformacióndelozonoenoxígeno.
Larespuestacorrectaeslac.
1.104.Ordenademayoramenorentropíalassiguientessustancias:(g), (l), (g)
a) (g)> (l)> (g)b) (g)> (g)> (l)c) (g)> (g)> (l)d) (g)> (l)> (g)
(O.Q.L.CastillaLaMancha2005)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 51
Las especies con mayor entropía molar a temperatura ambiente son aquellas quepresentenestadogaseosoadichatemperatura.Delaspropuestas,lasquepresentandichoestadosonO ySnCl .Sinembargo,teniendoencuentaquelaentropíaesunamagnitudextensiva,dependedelacantidaddesustancia,presentarámayorentropíalaespeciequetengamayormasamolar,SnCl .Porestemotivo,esmayorlaentropíamolardelSnCl (l),conunamasamolarbastantemayor,quedelO (g).
Consultandolabibliografía,losvaloresdeS(J·mol ·K )son:
(g)(365,8)> (l)(258,6)> (g)(205,2)
Larespuestacorrectaeslad.
1.105.Enlossiguientessistemas:I.UnadisolucióndeazúcardentrodeunvasoabiertoII.UnacantidaddeaguadentrodeunaollaapresiónIII.Unareaccióndeneutralizaciónácido‐baseenuncalorímetroIV.UnvasoabiertoconteniendoaguaalqueseañadeunmetalalcalinoV.Unamezcladehidrógenoyoxígenodentrodeunabombacalorimétrica
¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta?a)SoloIesunsistemaabierto.b)Ningunodelossistemasesadiabáticooaislado.c)Unodelossistemasescerrado.d)Tressonsistemascerradosydosabiertos.
(O.Q.L.CastillaLaMancha2005)
IyIVsonsistemasabiertosyaqueintercambianmateriayenergíaconelentorno.
IIesunsistemacerradoyaqueintercambiaenergíaperonomateriaconelentorno.
IIIyVsonsistemasaisladosyaquenointercambiannimaterianienergíaconelentorno.
Larespuestacorrectaeslac.
1.106.Aelevadatemperaturaypresiónconstanteesimposibleinvertirlasiguientereacción:
2 (s)2KCl(s)+3 (g) ΔH=‐10,6kcalPortantoΔSdebeser:a)Positivob)Negativoc)Cerod)ΔS>ΔH
(O.Q.L.Asturias2005)
Si no se puede invertir la reacción es que se trata de un proceso espontáneo a esatemperatura,portantoelvalordeΔG<0.ÉstasedeterminaconelvalordeΔG°yéstesecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS<0procesoespontáneo
SiΔG<0yΔH<0paraquesecumplaqueatemperaturaelevada|ΔH|<|TΔS|,entonceselvalordeΔS>0.Ademássetratadeunprocesoenelqueaumentaeldesordenyaquesepasaunaestructurasólidaordenadaaotramenosordenadagaseosa.
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 52
1.107.Delassiguientesafirmaciones,¿cuálescierta?a)EnunprocesoadiabáticoΔHsiempreseráigualacero.b)Elcalorestándardeformacióndeunelementoesnegativo.c)Q+Wesunafuncióndeestado.d)CualquierreacciónconΔG>0serámuylenta.
(O.Q.L.Asturias2005)
a)Falso.EnunprocesoadiabáticoQ=0.SielprocesoesapresiónconstantesetienequeΔH=Q ,perosisetratadeunprocesoavolumenconstanteentoncesΔE=Q
b)Falso.Porconvenio,elcalordeformacióndeunelementoensuformamásestableencondicionesestándarescero.
c)Verdadero.Deacuerdoconla1ªleydelaTermodinámica,ΔE=Q+W,aunquetantoelcalorcomoeltrabajonosonfuncionesdeestado,laenergíainterna,E,síloes.
d) Falso. Una reacción con ΔG > 0 es una reacción no espontánea. La magnitud ΔG noaportaningunainformaciónacercadelavelocidadconlaquetranscurredichareacción.
Larespuestacorrectaeslac.
1.108.Todareacciónquímicaquetranscurreespontáneamentelohace:a)Condisminucióndeenergíalibre.b)Conunaumentodeentropíadeluniverso.c)Hastaqueseagotanlosreactivos.d)Hastaalcanzarelceroabsoluto.
(O.Q.L.Asturias2005)
EnunprocesoespontáneoadeterminadatemperaturasecumplequeelvalordeΔG<0.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.109.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesfalsa?a)Enunprocesoespontáneolaentropíadelsistemapuededisminuir.b)Unprocesoespontáneopuedeserendotérmico.c)Enunproceso espontáneoapresión y temperatura constante la energía soloaumentacuandorealizatrabajoapresión‐volumen.d)Enunprocesoespontáneolavariacióndelaentropíadelsistemapuedesernula.
(O.Q.L.Asturias2005)
a)Verdadero. El valor de la energía libre deGibbs, que se calculamediante la siguienteexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
queenunprocesoespontáneoΔG<0.
Unprocesoquesecaracterizaportener:
▪ΔH<0,esdecir,sedesprendecalor(exotérmico)
▪ΔS<0disminuyeeldesorden
Se tratadeunprocesoqueesespontáneosoloa temperaturabajas,a lasquesecumpleque|ΔH|<|TΔS|.
b)Verdadero.Unprocesoquesecaracterizaportener:
▪ΔH>0,esdecir,seabsorbecalor(endotérmico)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 53
▪ΔS>0aumentaeldesorden
Setratadeunprocesoqueesespontáneosoloatemperaturaaltas,alasquesecumpleque|ΔH|<|TΔS|.
c)Falso.Setratadeunapropuestaabsurda.
d)Unprocesoquesecaracterizaportener:
▪ΔH<0,esdecir,sedesprendecalor(exotérmico)
▪ΔS=0
Setratadeunprocesoqueesespontáneoacualquiertemperatura,alaquesecumpleque|ΔH|<|TΔS|.
Larespuestacorrectaeslac.
1.110.Calcula la variaciónde entalpíade vaporizaciónpara el (g),apartirde lossiguientesdatos:
=40mmHg =‐50,3°C=100mmHg =‐35,6°C
a)0,518kJ· b)27,4kJ· c)4,32kJ· d)0,928kJ·
(R=8,314J· · )(O.Q.L.Madrid2005)
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
lnpp=ΔvapH
R1T
1T
Sustituyendo:
ln10040
ΔvapH
8,314·10 3
127350,3
1
27335,6ΔvapH=27,4kJ·
Larespuestacorrectaeslab.
1.111.Teniendoencuentalosenlacesqueserompenyqueseformanenlareacción:
– 2 sepuedeafirmarquelareacciónes:a)Exotérmicab)Endotérmicac)Exoentrópicad)Endoentrópicae)Espontánea
(O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005)(O.Q.N.Sevilla2010)
SetratadeunareacciónenelquehayquecomunicarenergíapararomperunenlaceN–Nporloquesetratadeunprocesoendotérmico.
Larespuestacorrectaeslab.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 54
1.112.SabiendoquelaenergíadelosdoblesenlacesC=Ctieneunvalorde~600kJ· yqueen lapolimerizacióndeletilenocadaunodeellosseconvierteendosenlacessencillosC−Cde~350kJ· ,sepuedeafirmarqueparalasiguientereacción:
n = (g)– – –(s)
a)ΔS>0yΔH>0b)ΔS>0yΔH<0c)ΔS<0yΔH>0d)ΔS<0yΔH<0
(O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
Enlareacciónpropuestaseforman2molesdeenlacesC–C,mientrasqueserompe1moldeenlacesC=C.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareaccióndepolimerizacióndeletilenoes:
ΔH=[2·E ]–[E ]=[2 ‐350kJ ]–[ ‐600kJ ]=‐150kJ
Atendiendoalsignodelaentalpíadelareacción,ΔH<0,seclasificaestacomoexotérmica.
Respectoalavariacióndeentropíadelareacción,ΔS:
ΔS=S–( ‐ )–S( = )<0yaqueS–( ‐ )–<S( = )
se pasa de una estructura gaseosa, del CH2=CH2 más desordenada, a otra sólida, del– CH –CH –,másordenada.
Larespuestacorrectaeslad.
1.113. Las energías de Gibbs estándar de formación del (g) y del (l) sonrespectivamente,209,3y124,5kJ· .SegúnestosepuededecirqueelvalordelaenergíadeGibbsdelareacción:
3 (g) (l) es:
a)‐84,8kJ· b)+84,8kJ· c)+503,1kJ· d)‐503,4kJ·
(O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005)
DeacuerdoconelconceptodeenergíadeGibbsdereacción:
ΔG°=Σ νi·GioproductosΣ νi·Gi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔG°=ΔfG( )o 3ΔfG( )
o =
=1molC H124,5kJmolC H
3molC H209,3kJmolC H
=‐503,4kJ·
Larespuestacorrectaeslad.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 55
1.114. Elija entre las siguientes reacciones, aquella en la que cabe esperar una mayordisminucióndelaentropía:a)A(g)+2B(g)AB2(g)b)A(g)+2B(g)AB2(l)c)C(s)+D(g)CD(g)d)A(g)+B(g)AB(g)e)A(s)A(g)
(O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005)(O.Q.L.Madrid2011)
La menor disminución de entropía tendrá lugar en la reacción en la que el estado deagregacióndetodaslassustanciasseaelmismo.Estacondicióndescartalasreaccionesb)yc)enlasqueaparecenunlíquidoyunsólido,respectivamente.
Enlareaccióne)existeaumentodeentropíaalpasardesólidoagas.
Deladosreaccionesrestantes,lamenordisminucióndeentropíalecorrespondealad)enlaestequiometríahacequesolohayaunmoldecadaunadelassustancias.
Larespuestacorrectaeslad.
1.115.Paraunadeterminadareacción,ΔH°=‐82,8kJyΔS°=58,5J· .ElvalordeΔG°paraestareaccióna25°Ces:a)17370kJb)‐76,5kJc)‐100,2kJd)‐141,3kJe)‐65,7kJ
(O.Q.L.Almería2005)(O.Q.L.CastillayLeón2012)
LaexpresiónquepermitecalcularΔG°apartirdeΔH°yΔS°es:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
Sustituyendo:
ΔG°=‐82,8kJ 25+273 K58,5JK
1kJ10 J
=‐100,2kJ
Larespuestacorrectaeslac.
1.116.¿Quécantidaddecalor,expresadaenJ,senecesitaparaaumentarlatemperaturade5,0gdeaguadesde25,0°Ca35,0°C?a)7075Jb)12Jc)21Jd)105Je)209J(Dato. delagua=4,184J/K·g)
(O.Q.L.Extremadura2005)
Experimentalmente, se ha determinado que la cantidad de calor intercambiada por unsistemavienedadaporlaexpresión:
Q=m·C ·ΔT
Sustituyendo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 56
Q=5,0g4,184Jg·K
35,025,0 K=209,2J
Larespuestacorrectaeslae.
1.117.Laentalpíadeformacióndelhidrógenoelementalencondicionesestándares:a)Endotérmicab)Exotérmicac)Igualacerod)Mayorquelaentalpíadeformacióndelnitrógeno.
(O.Q.L.CastillayLeón2005)
Por convenio, las entalpías de formación de los elementos en su formamás estable encondicionesestándarsonnulas.
Larespuestacorrectaeslac.
1.118.Sesabequelareacción:
CaO(s)+ (g) (s)esespontáneaabajastemperaturasynoespontáneaatemperaturasaltas.Estainformaciónpermitesaberque:a)Esteprocesoseráendotérmico.b)Esteprocesoseráexotérmico.c)Nohayinformaciónsuficienteparasabersiseráendooexotérmico.d)Ningunadelasanteriores.
(O.Q.L.CastillayLeón2005)
LaespontaneidaddeunprocesoserelacionaconelvalordedeΔG.
ΔG>0procesonoespontáneo
ΔG<0procesoespontáneo
LaexpresiónquepermitecalcularelvalordeΔG°es:
ΔG=ΔH TΔSΔG>0atemperaturaelevadaΔG<0atemperaturabaja
Comosetratadeunprocesoenelquedisminuyeeldesorden,ΔS<0,yaquenohaygasesenlosproductosysíenlosreactivos,paraquesecumplalacondicióndevariaciónconlatemperaturaelprocesodebeserendotérmico,ΔH>0.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.119.Quésedefinecomoenergíadeenlace:a)Laenergíadesprendidacuandoseionizaunmoldeátomosenestadogaseoso.b)Laenergíanecesariapararomperheterolíticamenteunmoldeenlacesenestadogaseoso.c)Laenergíanecesariapararomperhomolíticamenteunmoldeenlacesenestadogaseoso.d)Laenergíadesprendidacuandounmolde ionesmonovalentespositivos seunenconunmoldeionesmonovalentesnegativosparadaruncompuestoiónicosólido.
(O.Q.L.CastillayLeón2005)
Laenergíadeenlacesedefinecomolaenergíaquesedesprendecuandoseformaunmoldeenlacesapartirdelosátomosenestadogaseoso.
Laenergíadedisociaciónsedefinecomolaenergíaqueseabsorbecuandoserompeunmoldeenlacesapartirdelosátomosenestadogaseoso.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 57
Ambascoincidenenvalorabsolutoperodifierenenelsigno.
Ningunarespuestaescorrecta.
1.120.Indiquecuáldelassiguientesreaccionesnocorrespondeaunareaccióndeformación:a)2C(s)+3 (g) (g)b) (g)+ (g) (g)c)2C(s)+ (g) (g)d)C(s)+2 (g) (s)
(O.Q.L.CastillayLeón2005)
Laentalpíadeformacióndeunasustanciasedefinecomo:
“elcalor intercambiado,medidoenapresiónconstante,en laformacióndeunmoldesustancia a partir de los elementos que la integran en su forma más estable encondicionesestándar”
Laúnicareacciónquenocumpleesacondiciónes:
(g)+ (g) (g)
Larespuestacorrectaeslab.
1.121.Diga cuáles de los procesos indicados a continuación tiene un cambio de entropíamayordecero:a)Congelacióndelbromolíquido.b)Enfriamientodelnitrógenolíquidodesde100°Ca25°C.c)Evaporacióndeunacantidaddeetanolatemperaturaambiente.d)Licuacióndeloxígeno.
(O.Q.L.CastillayLeón2005)
a)Falso.Laecuacióncorrespondientealacongelacióndelbromolíquidoes:
Br (l)Br (s)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=S°Br2(s)S°Br2(l)
donde, SBr2(s)o <SBr2(l)
o , por tanto, ΔS° < 0. Se produce un descenso de entropía en elsistema.
b) Falso. El procesoN (g, 100°C) N (g, 25°C) tieneΔS° < 0, ya quedisminuye eldesordenalenfriarselamoléculasdelgasysermáslentoelmovimientodeloselectrones.
c)Verdadero.LaecuacióncorrespondientealaevaporacióndelC H Oes:
C H O(l)C H O(g)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=S° (g)S° (l)
donde,S (g)o >S (l)
o ,portanto,ΔS°>0.Seproduceunaumentodeentropíaenelsistema.
d)Verdadero.LaecuacióncorrespondientealalicuacióndelO es:
O (s)O (l)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 58
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=S° (l)S° (s)
donde,S (l)o >S (s)
o ,portanto,ΔS°>0.Seproduceunaumentodeentropíaenelsistema.
Lasrespuestascorrectassoncyd.
1.122. En la reacción (s) + (g) para dar (s), diga cuál de las siguientesafirmacionesescierta:a)ΔG=ΔH+TΔSb)ΔS=0c)ΔS>0d)ΔS<0
(O.Q.L.CastillayLeón2005)
a)Falso.LaexpresiónquepermitecalcularelvalordeΔGes:
ΔG=ΔH TΔS
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS=S (g) S +½S
b‐c) Falso. Se trata de unproceso en el quedisminuye el desorden,ΔS<0, ya que haymenosgasesenlosproductosqueenlosreactivos.
d)Verdadero.Segúnsehajustificadoenelapartadoanterior.
Larespuestacorrectaeslad.
1.123.SabiendoquelaenergíadelosdoblesenlacesC=Ctieneunvalorde~600kJ· yqueenlapolimerizacióndeletilenocadaunodeellosseconvierteendosenlacessencillosC‐Cde~350kJ· ,sepuedeafirmarqueestareacciónesa)Neutratérmicamenteb)Endotérmicac)Exotérmicad)Laentropíaaumentae)Laentropíapermanececonstante
(O.Q.N.Vigo2006)
Laecuaciónquímicacorrespondientealapolimerizacióndeletilenoes:
nCH =CH – CH –CH –
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
Enlareacciónpropuestaseforman2molesdeenlacesC−C,mientrasqueserompe1moldeenlacesC=C.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareaccióndepolimerizacióndeletilenoes:
ΔH=[2·E ]–[E ]=[2 ‐350kJ ]–[ ‐600kJ ]=‐150kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 59
Atendiendoalsignodelaentalpíadelareacciónseclasificaestacomoexotérmica.
Larespuestacorrectaeslac.
1.124. A partir de las siguientes ecuaciones químicas y sus valores de ΔH°, determine laentalpía de reacción a 298 K para la reacción que tiene lugar en la batería de losautomóviles:
Pb(s)+ (s)+2 (l)2 (s)+2 (l)
(g)+ (l) (l) °=‐133kJ·
Pb(s)+ (s)+2 (g)2 (s) °=‐775kJ· a)+509kJ· b)+642kJ· c)‐509kJ· d)‐254kJ· e)‐642kJ·
(O.Q.N.Vigo2006)
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma:
2H SO (l)2SO (g)+2H O(l) Δ H°=2(133kJ)
Pb(s)+PbO (s)+2SO (g)2PbSO (s) Δ H°=‐775kJ
Sumandolasecuacionesseobtiene:
Pb(s)+PbO (s)+2H SO (l)2PbSO (s)+2H O(l) Δ H°=‐509kJ·
Larespuestacorrectaeslac.
1.125. Se añade 0,0500 L de una disolución de ácido clorhídrico 0,200M a 0,0500 L deamoníaco acuoso 0,200 M en un calorímetro cuya capacidad calorífica es 480 J/K. Latemperaturaascendióen1,09K.Calcule °paralasiguientereacción:
HCl(aq)+ (aq) (aq)
a)‐58,2kJ· b)‐55,8kJ· c)‐63,4kJ· d)‐52,3kJ· e)‐61,1kJ· (Masasatómicas:H=1,008;N=14,007;Cl=35,453)
(O.Q.N.Vigo2006)(O.Q.L.Madrid2011)
Suponiendo que el calorímetro es un sistema aislado en el que no entra ni sale calor,Q =0:
Q =Q í +Q ó =0
donde:
Q í =calorabsorbidoporelcalorímetroparaaumentarlatemperatura,
Q ó =calorcedidoporenlaneutralización
Sustituyendo:
Q ó =‐k í ·ΔT=‐480JK1,09K =‐523,2J
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 60
En la reacción se hacen reaccionar volúmenes iguales de disolución de igualconcentración,además,laestequiometríadelareacciónesmolamol,portanto,setratadecantidadesestequiométricas.Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
0,05LHCl0,2M0,2molHCl1LHCl0,2M
=0,01molHCl
Relacionandomolesdesustanciaconcalorseobtienelaentalpíadelareacción:
‐523,2kJ0,01molHCl
=‐52,32kJ·
Larespuestacorrectaeslad.
(CuestiónsimilaralaspropuestasenNavacerrada1996yCiudadReal1997).
1.126.Enlacombustiónde13,2gdepropano, (g),seliberan6,6·10 kJdecalor.¿Cuáleselcambiodeentalpíaparaestareacción?a)+0,5·10 kJ· b)‐2,0·10 kJ· c)‐22,0·10 kJ· d)+22,0·10 kJ· e)‐0,5·10 kJ· (Masasatómicas:H=1,008;C=12,011)
(O.Q.N.Vigo2006)(O.Q.L.Madrid2011)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelpropanoes:
C H (g)+5O (g)3CO (g)+4H O(l)
Relacionandomasaycalor:
‐6,6·10 kJ13,2gC H
44gC H1molC H
=‐22,0· kJ·
Larespuestacorrectaeslac.
1.127. Calcule la variación de entropía de vaporización para el agua, , a 1 atm depresión,sabiendoqueelcalordevaporizaciónes40,7kJ .a)‐0,109kJ· · b)0,236kJ· · c)‐0,236kJ· · d)0,109kJ· · e)0,440kJ· ·
(O.Q.N.Vigo2006)
LaecuacióncorrespondientealavaporizacióndelH Oes:
H O(l)H O(g); Δ H=40,7kJ·mol
LaexpresiónquerelacionaΔ SconΔ Haciertatemperaturaes:
Δ S=Δ H
T
Alapresiónde1atm,latemperaturaalaqueelH Osevaporizaes100°C:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 61
Δ S=40,7kJ
100+273 K=0,109kJ·
Setratadeunprocesoenelqueaumentaeldesordenenelsistema.
Larespuestacorrectaeslad.
1.128.Apartirde lasiguiente tabladeentalpíasdereacción,calcule laenergíadereddelKF(s),definidaenelsentidodeformacióndelretículocristalino:
K(s)+½ (g)KF(s) ΔH=‐563kJ· K(s)K(g) ΔH=+89kJ K(g) (g)+ ΔH=+419kJ (g)2F(g) ΔH=+160kJ
F(g)+ (g) ΔH=‐333kJ a)818kJ b)‐818kJ c)898kJ d)‐898kJ e)‐228kJ
(O.Q.N.Vigo2006)(O.Q.N.Sevilla2010)
LaecuacióntermoquímicacorrespondientealaenergíareticulardelKFes:
K (g)+F (g)KF(s) ΔH=¿?kJmol 1
Deacuerdo con la leydeHess lasecuaciones termoquímicasdadas sepueden reescribircomo:
K(s)+½F (g)KF(s) ΔH=‐563kJ·mol
K(g)K(s) ΔH=‐89kJ·mol 1
K (g)+e K(g) ΔH=‐419kJ·mol 1
F(g)½F (g) ΔH=‐80kJ·mol
F (g)F(g)+e ΔH=333kJ·mol
SumandotodasecuacionesseobtieneelvalordelaenergíareticulardelKF(s):
K (g)+F (g)KF(s) ΔH=‐818kJ
Larespuestacorrectaeslab.
1.129. Si se pegan dos trozos de papel con pegamento de acción rápida se observa queduranteelprocesodepegadoestossecalientandeformaostensible.Puedeconcluirseque:a)Cuantomáspegamentosepongamássecalentarán.b)Elprocesoesendotérmico.c)Elprocesoimplicaunaumentodeentropía.d) Debe haber un error, puesto que el proceso de pegado no puede traer asociado unaumentodetemperatura.
(O.Q.L.Murcia2006)
Silostrozosdepapelsecalientanenelprocesodepegadoquieredecirquesetratadeunprocesoexotérmicoenelqueaumentalatemperatura.Esteaumentoconllevaasuvezunaumentoen laagitación térmicade laspartículasdelsistemaquehacenqueaumenteel
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 62
grado de desorden del mismo. Por tanto, al aumentar la temperatura se registra unaumentodelaentropíadelsistema.
Larespuestacorrectaeslac.
1.130.Paraelequilibriodevaporizacióndelmercurio:
Hg(l)Hg(g)Elvalorde a100°Cesde0,00036.ElvalordeΔG°aesatemperaturaes:
a)24,59kJ b)‐24,59kJ c)242,5kJ d)‐242,5kJ (R=8,314J· · )
(O.Q.L.Murcia2006)
LaexpresiónquerelacionaΔG°ylaconstantedeequilibrioK es:
ΔG°=‐RTlnK
Sustituyendo:
ΔG°=‐8,314·10 3 kJmol·K
100+273 K ln 0,00036 =24,59kJ·
Larespuestacorrectaeslaa.
1.131.Elprimerprincipiodelatermodinámica:a)Permitecalcularelvalordelaenergíainternadelassustancias.b)Permitecalcularlaentalpíadelassustancias.c)Esunaconsecuenciadelaleydeconservacióndelaenergía.d)Todaslasafirmacionesanterioressoncorrectas.
(O.Q.L.Baleares2006)
Laexpresiónmatemáticadelprimerprincipiodelatermodinámicaes:
ΔE=Q+W
a)Verdadero. Conocidos el calor intercambiadopor el sistema,Q, y el trabajo realizadocontraelsistema,W,puedecalcularseelvalordeΔE.
b)Verdadero.Otraformadeescribirprimerprincipiodelatermodinámicaes:
ΔE=ΔH–ΔnRT
ΔE se puedemedir con una bomba calorimétrica y ΔnRT se puede conocer sabiendo lavariaciónenelnúmerodemolesgaseososenlareacción.
c)Verdadero.Elprimerprincipiodelatermodinámicasugierequelaenergíadelsistemasemantieneconstante.
Larespuestacorrectaeslad.
1.132.¿Quénombrerecibeunatransformaciónenlacualnohayintercambiodecalor?a)Adiabáticab)Isócorac)Isotermad)Notieneningúnnombreespecífico.
(O.Q.L.Baleares2006)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 63
a)Verdadero.Unatransformaciónadiabáticaesaquellaen lanoexistetransferenciadecalor.
b)Falso.Unatransformaciónisócoraesaquellaenlanoexistevariacióndevolumen.
c)Falso.Unatransformaciónisotermaesaquellaenlanoexistevariacióndetemperatura.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.133.Dadalareacción:
2 (g)2C(s)+4 (g) ΔH°=150kJ.¿Quévalortendrálaentalpíadeformaciónestándardelmetano?a)150kJ b)‐150kJ c)75kJ d)‐75kJ
(O.Q.L.Baleares2006)(O.Q.L.CastillayLeón2012)
Laecuacióntermoquímicadelenunciadosepuedereescribircomo:
C(s)+2H (g)CH (g)ΔH°=‐150kJ2mol
=‐75kJ·
Larespuestacorrectaeslad.
1.134. La entalpía de sublimación del grafito es 724 kJ . La energía de enlace delhidrógenoes+218kJ deátomosdehidrógeno.Laentalpíadeformacióndelmetanoes‐76kJ .¿CuáleslaenergíadelenlaceC–HenkJ ?a)418b)‐418c)255d)‐255
(O.Q.L.Asturias2006)
Laecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndelmetano,CH (g)es:
C(grafito)+2H (g)CH (g)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
En la reacción propuesta se forman 4 moles de enlaces C–H, mientras que se rompen1moldeenlacesC−C(grafito)y2molesdeenlacesH–H.
Considerando que la energía de enlace es energía desprendida (E < 0), la variación deentalpíaasociadaalareacciónes:
ΔH°=[4E ]–[E +2E ]
1molCH‐76kJmolCH
= 4molC‐H·E ‐ 1molC(gr)‐724kJmolC(gr)
+2molH‐H‐218kJmolH‐H
Seobtiene,E =‐415kJ· .
Larespuestacorrectaeslab.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 64
1.135.¿Cuántaenergíaesnecesariaparaobtener10gdeNOa25°Cy1atm?
(g)+ (g)2NO(g)ΔH°=180,7kJa)59,6kJb)180,7kJc)90,35kJd)29,8kJ
(O.Q.L.Asturias2006)
RelacionandolacantidaddeNOconlaentalpía:
10gNO1molNO30gNO
180,7kJ2molNO
=30,1kJ
Larespuestacorrectaeslad.
1.136.Cuandoelhidróxidodesodio(s)sedisuelveenagua,latemperaturadeladisoluciónresultanteaumentaconrespectoaladelaguainicial.¿Quécambiosdeentalpíaydeentropíasehanproducidoenesteprocesodedisolución?a)ΔS°>0yΔH°>0b)ΔS°<0yΔH°>0c)ΔS°>0yΔH°<0d)ΔS°<0yΔH°<0
(O.Q.L.Asturias2006)
LaecuaciónquímicacorrespondientealprocesodedisolucióndelNaOH(s)es:
NaOH(s)Na (aq)+OH (aq)
Se trata de un proceso exotérmico (ΔH < 0) ya que aumenta la temperatura de ladisolución.
Setratadeunprocesoenelqueaumentaeldesorden(ΔS>0),yaquesepasadeunestadosólidomásordenadoaunadisoluciónacuosaenelqueexistemásdesorden.
Larespuestacorrectaeslac.
1.137.¿Cuáldelossiguientesenunciadosesincorrecto?a)SegúnlaleydeHess,laentalpíadeunareaccióneslamismatantosilareacciónseefectúadirectamenteenunsolopaso,comosiseefectúa indirectamentepormediodevariospasosconsecutivos.b)Parausar la leydeHess,sedebenconocer lospasos intermediospor losque transcurreunareaccióndesdelosreactivosalosproductos.c) Según la ley deHess, las ecuaciones termoquímicas se pueden tratar como ecuacionesmatemáticas.d)LaleydeHessesunaconsecuenciadelprincipiodeconservacióndelaenergía.
(O.Q.L.Asturias2006)
a)Correcto.LapropuestacoincideconlaleydeHess.
b)Correcto.ParaaplicarlaleydeHesssedebenconocerlasentalpíascorrespondientesalospasosintermediosdelatransformacióndereactivosenproductos.
c)Correcto.LaleydeHesseslaleydeaditividaddelasentalpías.
d) Incorrecto. La ley de Hess no es consecuencia del principio de conservación de laenergía.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 65
Larespuestacorrectaeslad.
1.138.¿Cuáldelossiguientesenunciadosesincorrecto?a)Laenergíadeenlaceeslaenergíaquesenecesitapararomperunmoldedichosenlaces.b)Enlastablasseencuentranenergíasmediasdeenlace,pueslaenergíadeundeterminadoenlacedependeligeramentedelosotrosátomosnoimplicadosdirectamenteendichoenlace.c)Cuantomásfuerteyestableseaunenlacemenorserásuenergíadeenlace.d) Para romper un enlace se debe adicionar energía, mientras que la formación vaacompañadadedesprendimientodeenergía.
(O.Q.L.Asturias2006)
a)Incorrecto.Lapropuestacoincideconlaenergíadedisociación.
b)Correcto.Losvaloresdelastablasonvaloresmedios.
c)Incorrecto.Cuantomásfuerteseaunenlacemayordebeserelvalordelaenergíadeenlace.
d). Correcto. Romper enlaces se corresponde con la energía de disociación y formarenlacessecorrespondeconlaenergíadeenlace.
Lasrespuestascorrectassonayc.
1.139.Señalalareacciónen laqueelsignodeΔG°essiemprepositivo,independientementedelvalordelatemperatura.a) (g)2H(g) ΔH°=+436kJb)2 (g)+ (g)2 (g) ΔH°=‐197,8kJc) (g) (g)+2 (g) ΔH°=‐95,4kJd) (g)+2 (g) (g) ΔH°=+9,1kJ
(O.Q.L.Asturias2006)
LaexpresiónquepermitecalcularelvalordeΔG°es:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
Paraquesuvalorseasiemprepositivoesprecisoquesecumplaque:
ΔH°>0(procesoendotérmico)
ΔS°<0(disminuyeeldesorden)
Lasreaccionesdelosapartadosaydcorrespondenaprocesosendotérmicos,perosoloenladdisminuyeeldesorden.
Larespuestacorrectaeslad.
1.140.Indicacuálesdelossiguientesprocesosimplicanunaumentodeentropíadelsistema:1)DisolucióndelNaClenagua.2)Congelacióndelagua.3)Evaporacióndeletanol.4)Disolucióndel enagua.5)Sublimacióndel
a)1,2y3b)1,3y4c)1,3y5d)3,4y5e)2,3y4
(O.Q.L.Asturias2006)(O.Q.N.Castellón2008)(O.Q.L.CastillayLeón2010)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 66
1)LaecuacióncorrespondientealadisolucióndeNaCles:
NaCl(s)NaCl(aq)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=SNaCl(aq)o SNaCl(s)
o
donde,ΔS°=SNaCl(aq)o >SNaCl(s)
o ,portanto,ΔS°>0.Seproduceunaumentodeentropíaenelsistema.
2)Laecuacióncorrespondientealacongelacióndelaguaes:
H O(l)H O(s)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=S (s)o S (l)
o
donde, S (s)o <S (l)
o , por tanto, ΔS° < 0. Se produce un descenso de entropía en elsistema.
3)LaecuacióncorrespondientealaevaporacióndelCH CH OHes:
CH CH OH(l)CH CH OH(g)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=S (g)o S (l)
o
donde, S (g)o >S (l)
o , ΔS° > 0. Se produce un aumento de entropía en elsistema.
4)ElN esungascuyasolubilidadenaguaesprácticamentenula,portanto,seproducepuedeconsiderar,singranerror,quenoexistevariacióndeentropíaenelsistema.
5)LaecuacióncorrespondientealasublimacióndelI es:
I (s)I (g)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔS°=S (g)o S (g)
o
donde,S (g)o >S (s)
o ,portanto,ΔS°>0.Seproduceunaumentodeentropíaenelsistema.
Larespuestacorrectaeslac.
(EnAsturias2006sepreguntaencuáldisminuyelaentropía).
1.141. Sean para un proceso químico, = energía de activación, = energía de losreactivosy =energíadelosproductos.Sepuededecirque:a)Lareacciónesexotérmicasi < b) tieneunvalorintermedioentre y c) – eslaenergíadesprendida
(O.Q.L.LaRioja2006)
Comosededucedeldiagramaentálpicopropuestoparaunprocesoexotérmico:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 67
a)Verdadero.E <E
b)Falso.E eselmáximodeenergíadelproceso.
c)Falso.E −E eslaenergíaabsorbida.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.142.Elcloroformoesuncompuestoorgánicocuyapresióndevapores197mmHga23°Cy448mmHga45°C.Sucalordevaporizaciónes:a)3,51kJ· b)‐3,51kJ·
c)‐29,2kJ·
d)29,2kJ·
(R=8,314J· · )(O.Q.L.Madrid2006)
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
lnpp=ΔvapH
R1T
1T
Sustituyendo:
ln448197
=ΔvapH
8,314·10 3
123+273
1
45+273ΔvapH=29,2kJ·mol
–1
Larespuestacorrectaeslad.
1.143.Elsilicioutilizadoen lossemiconductoresseobtieneapartirde medianteunareacciónquesepuededividirentresetapas:
(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g) ΔrH=+689,9kJ·
Si(s)+2 (g) (g) ΔrH=‐657,0kJ·
(g)+2Mg(s)Si(s)+2 (s) ΔrH=‐625,6kJ·
SabiendoqueCOy sonsubproductos,laentalpíadeformaciónde100gdesiliciopormediodeestareacciónes:a)‐2117kJb)2117kJc)‐592,7kJd)592,7kJe)658,5kJ
(O.Q.L.Madrid2006)(O.Q.N.Sevilla2010)
DeacuerdoconlaleydeHesslaentalpíaasociadaalareacciónglobales:
SiO (s)+2C(s)+2Mg(s)+2Cl (s)Si(s)+2CO(g)+2MgCl (s)ΔrH=‐592,7kJ·
RelacionandolacantidaddeSiconlaentalpía:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 68
100gSi1molSi28gSi
‐592,7kJ1molSi
=‐2117kJ
Larespuestacorrectaeslaa.
1.144.Delareacciónenfasegaseosa:2A+BC+Dseconocequeesespontáneahastalos1200°C,yque ΔH°= ‐12,8kJ.Suponiendoque ΔH°y ΔS°novaríancon la temperatura,¿cuáleselcambiodeenergíalibredelareacción,ΔG°,a298K?a)‐8,69J· b)0c)15,38kJd)‐10,21kJe)‐15,38kJ
(O.Q.N.Córdoba2007)
EnprimerlugaresprecisocalcularelvalordeΔS:
ΔS°=ΔH°T
=‐12,8,7kJ
1200+273 K=8,7·10 3kJ·K
Setratadeunprocesoenelquedisminuyeeldesorden,sepasade3a2molesdegas.
LaexpresiónquepermitecalcularelvalordeΔGes:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
Sustituyendo:
ΔG°=‐12,8kJ·298K 8,7·10 3kJ·K =‐10,21kJ
Larespuestacorrectaeslad.
1.145.Cuandoelcincesatacadoporelácidosulfúricodiluidosedesprenden143kJporcadamoldecinca20°Cyapresiónconstante.¿Quéenergíasedesprenderáavolumenconstante?a)Lamismaqueapresiónconstante.b)0kJc)14,3kJd)140,5kJe)145,4kJ
(Dato:R=8,314J· · )(O.Q.N.Córdoba2007)
LaecuacióntermoquímicacorrespondientealareacciónentreH SO yZnes:
H SO (aq)+Zn(s)ZnSO (aq)+H (g); ΔH=‐143kJ·mol
La expresión que relaciona el calor a volumen constante, ΔE, con el calor a presiónconstante,ΔH,es:
ΔE=ΔH–RTΔn
dondeΔneslavariaciónenelnúmerodemolesgaseososentreproductosyreactivos:
Δn=1–0=1
Sustituyendo:
ΔE=‐143kJ1mol8,7·10 3kJmol·K
20+273 K=‐145,4kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 69
Larespuestacorrectaeslae.
1.146.LoscaloresdecombustióndelasdosformasalotrópicasdelC,elgrafitoyeldiamantesona298,16K:
C(grafito)+ (g) (g) ΔH°=‐393,13kJ·
C(diamante)+ (g) (g) ΔH°=‐395,03kJ· y lasentropíasmolaresestándar son:S°C (grafito)=5,73 J· yS°C (diamante)=2,37J· .¿CuáleslaΔG°paralatransiciónC(grafito)C(diamante),aesatemperatura?a)1,9kJb)2,9kJc)‐788,16kJd)0,9kJe)‐5kJ
(O.Q.N.Córdoba2007)
LaexpresiónquepermitecalcularelvalordeΔG°es:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
De acuerdo con la ley deHess, las ecuaciones termoquímicas del enunciado se puedenreescribircomo:
C(grafito)+O (g)CO (g) ΔH°=‐393,13kJ
CO (g)C(diamante)+O (g) ΔH°=395,03kJ
Sumandoambasecuacionesseobtiene:
C(grafito)C(diamante) ΔH°=1,9kJ
Aplicandoelconceptodeentropíadereacción:
ΔS°=S S =2,37J·K –5,73J·K =‐3,36J·K
SustituyendoenlaexpresióndeΔG°:
ΔG°=1,9kJ298,16K‐3,36JK
1kJ10 J
=2,9kJ
Larespuestacorrectaeslab.
1.147.ParalareacciónA+B2C,laconstantedeequilibrioaunatemperaturavale1000.EstosignificaqueΔG°:a)Esnegativaaesatemperatura.b)Tieneunvalorpositivoyelevado,aesatemperatura.c)Esnegativasilatemperaturaesbaja,peropositivaatemperaturaselevadas.d)Escero.e)Espositiva,comoΔH°yΔS°.
(O.Q.N.Córdoba2007)
LaexpresiónquepermitecalcularΔG°es:
ΔG°=‐RTlnK
SustituyendoseobtieneelvalordeΔG°enfuncióndelatemperatura:
ΔG°=‐8,314·T·ln 1000 =‐54,7T
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 70
Comolatemperaturaessiemprepositiva,elvalordeΔG°siempreseránegativo.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.148.Paralareacción:
(g)+ (g) (g)+ (g)lavariacióndeenergíainterna(ΔE)cumple:a)ΔE<ΔHb)ΔE>ΔHc)ΔE=0d)ΔE=ΔH
(O.Q.L.Murcia2007)
DeacuerdoconelPrimerPrincipiodelaTermodinámica,larelaciónentreΔEyΔHvienedadaporlaexpresión:
ΔE=ΔH–ΔnRT
dondeΔneslavariaciónenelnúmerodemolesgaseososentreproductosyreactivos:
Δn=2–2=0
portanto,enestecasosecumplequeΔE=ΔH.
Larespuestacorrectaeslad.
1.149.LareaccióndeN,N‐dimetilhidracinaconeltetróxidodedinitrógenosehautilizadoenalgunosviajesespacialescomocombustible.Laecuacióndeestareacciónes:
(l)+2 (l)3 (g)+2 (g)+4 (g)deacuerdoconloanteriorsepuedeafirmar:a)Laentalpíadelosproductosesmayorqueladelosreactivos.b)Laentropíadelosproductosesmayorqueladelosreactivos.c)Lavariacióndeenergíalibredelprocesodebeserpositiva.d)Unaatmósferadeoxígenoesfundamentalparaqueseproduzcalareacción.
(O.Q.L.Murcia2007)
a) Falso. Si se trata de un combustible el proceso debe ser exotérmico, por tanto, laentalpíadelosproductosesmenorqueladelosreactivos.
b) Verdadero. Si se trata de un proceso en el que todos los productos son gaseososmientrasquelosreactivossonlíquidos,portanto,seregistraunaumentodeldesordenenelproceso.
c)Falso.Setratadeunprocesoenelqueseproduceunaumentodeldesorden(ΔS>0)yundesprendimientodecalor(ΔH<0).Deacuerdoconlaecuación:
ΔG=ΔH–TΔS
d) Falso. El comburente en esteproceso es elN O por loqueno seprecisaO para elmismo.
Larespuestacorrectaeslac.
Cuesti
1.150a)Nob)Loc)Lad)La
Enunprod
Lare
1.151espona)Elb)Lac)Lad)No
Elva
Enuntampasíqu
Debe
Lare
1.152
a)‐76b)‐10c)‐45d)‐13
De areesc
Suma
ionesyProble
0.¿Cuáldelaoesnecesariosproductosreaccióntraaenergíade
nprocesoeuctosesme
espuestacor
1. En un sisntáneodeundesordenseaenergíalibrvariacióndohayningún
lordeΔGde
ΔG=ΔH–
nsistemaaipocoserealiuedeacuerd
Δ S=Δ
eaumentare
espuestacor
2.Dadosloss
(s)+6
(l)+6kcal08,8cal54,8kcal37,1kcal
cuerdo concribircomo:
14P (s)+
PCl (l)+C
andoambas
masdelasOlim
assiguientesioaportarcadelareaccianscurresinactivacióne
xotérmicolenorquelad
rrectaeslab
stema totalnatransformehagamáximredeGibbssdeentalpíasencriteriosen
eterminala
TΔS<0
isladonientizatrabajo.Edoconla2ª
S+Δ
eldesorden
rrectaeslaa
siguientesd
(g)
(g)
la ley deH:
6Cl (g)
Cl (g)
secuaciones
mpiadasdeQu
safirmacionalorparainiiónposeenmnnecesidaddesnegativa.
aenergíadedelosreactiv
b.
mente aislamaciónesqumo.sehagamíniehaganegancilloparap
espontaneid
procesoe
tranisaleenEnestecasoleydelater
S>0
enelsistem
a.
atosindicac
4 (l)
(s)
Hess, las ecu
4PCl (l)
PCl (s)
sseobtiene:
uímica.Volume
nesessiempriciarlareacmenosenergídeuncataliz
elosvos.
ado y a volue:
ima.ativa.podersabers
daddeunpr
espontáneo
nergía,poro,elúnicovarmodinámic
ma.
cuálsería
ΔH°=
ΔH°=
uaciones te
) Δ
Δ
:
en2.(S.Menar
recorrectaeción.íaquelosrezador.
umen const
sielproceso
roceso
tanto,ΔH=alordetermca:
°del
=‐304,0kca
=‐32,8kcal
rmoquímica
ΔH°=14‐30
ΔH°=‐32,8k
rgues&F.Latre
enunareacc
activos.
tante, el cri
esespontán(
0,siademáinantedels
(s):
l
(O.Q.L.
as del enun
04,0kcal
kcal
e)
ciónexotérm
(O.Q.L.Murcia
iterio del se
neo.(O.Q.L.Asturias
ás,VesconssignodeΔG
CastillayLeón
nciado se pu
71
mica?
a2007)
entido
s2007)
tante,esΔS,
n2007)
ueden
Cuesti
Lare
1.153losrea)Lab)Lac)Lad)Se
Segúcorreprodsetraquep
Lare
1.154
Elvaes:a)11b)28c)‐11d)‐18
Lare
De areesc
ionesyProble
14P (s)+
52
espuestacor
3.Sienunareactivos,separeacciónabareacciónesreacciónesenecesitaun
n se obseespondienteuctos tienenatadeunarproduceuna
espuestacor
4.Considera
(g)(g)(g)(g)
alordeΔH°
141kJ·807kJ·141kJ·827kJ·
eaccióndela
PH (g)+2
cuerdo concribircomo:
PH3(g)
2O (g)
3H(g)+32
P(g)+52O
masdelasOlim
52Cl (g)
rrectaeslab
reacciónRpuedeafirmabsorbeenergsexotérmicaespontáneacatalizador
erva en ele a una renmayor enreacciónendaabsorción
rrectaeslaa
lassiguient
P(g)+3
2O(g)
2H(g)+
2P(g)+
paralacom
aquesequie
2O (g)
la ley deH:
P(g)+3
4O(g)
32O(g)
O(g)12
mpiadasdeQu
PCl (s)
b.
P,sesabarque:gía.a.a.rparaquese
l diagramaeacción ennergía que ldotérmica,andeenergía
a.
tesreaccione
H(g)
+O(g)
+5O(g)
mbustiónde
ereconocer
12P2O5(g)
Hess, las ecu
H(g)
32H O(g)
12P O (g)
uímica.Volume
Δ
bequelaene
everifiquela
a energéticla que lo
los reactivoaquellaenla.
esysuscorre
ΔH°=
ΔH°=
ΔH°=
ΔH°=
1molde
ΔH°es:
)+32H2O(g
uaciones te
en2.(S.Menar
ΔH°=‐108,8
ergíadelos
areacción.
ossa
espondientes
=965kJ·
=490kJ·
=930kJ·
=3382kJ·
(g)para
g)
rmoquímica
ΔH°=
ΔH°=
ΔH°=
ΔH°=
rgues&F.Latre
8kcal
productoses
svariacione
producir
(
as del enun
=1mol965mo
=2mol490mo
=32mol
‐93m
=12mol
‐33m
e)
esmayorque
(O.Q.L.Madrid
esdeentalpí
(g)y
(O.Q.L.LaRioja
nciado se pu
kJol
kJol
30kJmol
382kJmol
72
elade
d2007)
ía:
(g)
a2007)
ueden
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 73
Sumandolasecuacionesseobtiene:
PH3(g)+2O2(g)12P O (g)+
32H O(g)ΔH°=‐1141kJ·
Larespuestacorrectaeslac.
1.155.¿CuáldelassiguientesafirmacionesesCORRECTA?a)Elcalorestándardeformación( °)deunelementoesnegativo.b)LaΔHdecombustióndeunasustanciaesnegativa.c)EnunprocesoendotérmicoΔHesnegativad)SiΔHesnegativa,entonceselprocesoesespontáneo.
(O.Q.L.LaRioja2007)
a)Falso.Porconvenio,elcalordeformacióndeunelementoensuformamásestableencondicionesestándarescero.
b)Verdadero.Enunacombustiónsedesprendeenergíaenformadecalor,portanto,ΔH<0.
c)Falso.UnprocesoendotérmicoesaquelenelsistemaabsorbecalordelentornoytieneunvalordeΔH>0.
d)Falso.LaespontaneidaddeunprocesovienedadaporelvalordeΔG.Esta funciónsecalculapormediodelaexpresiónΔG=ΔH–TΔS.ParaqueunprocesoseaespontáneosedebecumplirqueΔG<0.
Enestecaso,siΔH<0peroΔS<0,atemperaturaselevadasΔG>0,yentonces,elprocesoesnoespontáneo.
Larespuestacorrectaeslab.
1.156.Paraelproceso:
C(s)+ (g) (g)aunaciertatemperatura,laenergíalibreofuncióndeGibbs(ΔG)esnegativa.Estosignificaque:a)Elsistemaseencuentraenequilibrio.b)Elprocesoesimposible.c)Seforma espontáneamente.d)El sedescomponeespontáneamente.
(O.Q.L.LaRioja2007)
LaespontaneidaddeunprocesovienedadaporelvalordeΔG.SisecumplequeΔG<0,elprocesoesespontáneo.
Larespuestacorrectaeslac.
1.157.Determina la temperaturadeebullicióndelaguaaunapresiónde100mmHg si sesupone que la variación estándar de entalpía se mantiene constante al variar latemperatura.a)13°Cb)83°Cc)34°Cd)52°Ce)135°C
(Datos. °(298K)enkJ· : (l)=‐284,3; (v)=‐241,8)(O.Q.N.Castellón2008)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 74
Sedeseaconocerlatemperaturaasociadaalproceso:
H O(l)H O(v)
Lavariacióndeentalpíadelprocesoes:
ΔH°=1molH O(v)‐241,8kJ
1molH O(v)1molH O(l)
‐284,3kJ1molH O(l)
=42,5kJ
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
lnpp=ΔvapH
R1T
1T
Teniendoencuentaqueunlíquidohierve(T =T )cuandosupresióndevaporseigualaalapresiónatmosférica(p =760mmHg):
ln760100
=42,5
8,314·10 3
1Teb
1
100 273Teb=325K=52°C
Larespuestacorrectaeslad.
1.158.Elhierroseobtieneporreduccióndelóxidodehierro(III)mineralconcarbón,queesoxidadoadióxidodecarbono.Determina,haciendousodelosdatostermodinámicos,apartirdequetemperaturapuedeproducirseelproceso,silapresiónparcialdeldióxidodecarbonoes1atm.a)NopuededeterminarsesinconocerlaentalpíadelCydelFe.b)1200Kc)2400Kd)818Ke)298K
(Datos. °( )=‐821kJ ; °( )=‐393kJ ;S°( )=88,8J ;S°( )=217,4J ;S°(C)=5,72J ;S°(Fe)=27,12J )
(O.Q.N.Castellón2008)
LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealaobtencióndeFeapartirdeFe O es:
2Fe O (s)+3C(s)4Fe(s)+3CO (g)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔH°=3molCO‐393kJ
1molCO2molFe O
‐821kJ1molFe O
=463kJ
Lavariacióndeentropíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
Sustituyendo:
ΔS°= 3molCO217,4J
K·molCO+4molFe
27,12JK·molFe
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 75
2molFe O88,8J
K·molFe O+3molC
5,72JK·molC
=565,92JK
Relacionando las ecuaciones que permiten calcular la temperatura de equilibrio seobtiene:
ΔG°=ΔH°‐TΔS°
ΔG°=‐RTlnKT=
ΔH°ΔS°‐RlnK
Paraestareacción:
K =p K =1
T=463kJ
565,92J·K–110 J1kJ
=818K
Larespuestacorrectaeslad.
1.159. La termodinámica nos describe la posibilidad de que tenga lugar un determinadoproceso segúnel signode ∆Hyde ∆S.Siestamosestudiandounosprocesosque tienen lossignosde∆Hyde∆Squeseindicanenlatabla:
Proceso ∆H ∆S
(I) +
(II) + (III) (IV) + +
¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta?a)Elproceso(I)esespontáneoyelproceso(II)tienelaposibilidaddeserlo.b)Losprocesos(II)y(III)sonespontáneosyelproceso(IV)tienelaposibilidaddeserlo.c)Elproceso(III)esespontáneoylosprocesos(I)y(II)tienenlaposibilidaddeserlo.d)Elproceso(IV)esespontáneoyelproceso(I)tienelaposibilidaddeserlo.e)Elproceso(I)esespontáneoylosprocesos(III)y(IV)tienenlaposibilidaddeserlo.
(O.Q.N.Castellón2008)
ElvalordelaenergíalibredeGibbs,quesecalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
queproporcionaelcriterioparadecidirsiunprocesoesonoespontáneo.Asípues:
ΔG>0 procesonoespontáneo
ΔG<0 procesoespontáneo.
Proceso(I)secaracterizaportener:
▪ΔH<0,esdecir,sedesprendecalor(exotérmico)
▪ΔS>0aumentaeldesorden
Setratadeunprocesoespontáneoacualquiertemperatura,yaque,|ΔH||TΔS| 0.
Proceso(II)secaracterizaportener:
▪ΔH>0,esdecir,seabsorbecalor(endotérmico)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 76
▪ΔS<0disminuyeeldesorden
Setratadeunprocesonoespontáneoacualquiertemperatura,yaque,|ΔH||TΔS| 0.
Proceso(III)secaracterizaportener:
▪ΔH<0,esdecir,sedesprendecalor(exotérmico)
▪ΔS<0disminuyeeldesorden
Se tratadeunprocesoqueesespontáneosoloa temperaturabajas,a lasquesecumpleque|ΔH||TΔS| 0.
Proceso(IV)secaracterizaportener:
▪ΔH>0,esdecir,seabsorbecalor(endotérmico)
▪ΔS>0aumentaeldesorden
Se trata de un proceso espontáneo solo a temperatura altas, a las que se cumple que|ΔH||TΔS| 0.
Larespuestacorrectaeslae.
1.160. A una cierta temperatura la entalpía de combustión de la glucosa ( ) es ‐2816,8kJ/moly ladeletanol,( ),es ‐1366,9kJ/mol.Aesatemperatura, laentalpíacorrespondientealaformacióndeunmoldeetanolsegúnlareacción:
(s)2 (l)+2 (g)a)83,0kJb)‐83,0kJc)‐166,0kJd)‐41,5kJe)41,5kJ
(O.Q.N.Castellón2008)
Lasecuacionestermoquímicascorrespondientesalosdatosproporcionadosson:
C H O (s)+6O (g)6CO (g)+6H O(l) ΔH°=‐2816,8kJ
C H OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l) ΔH°=‐1366,9kJ
DeacuerdoconlaleydeHessestasecuacionessepuedenreescribircomo:
C H O (s)+6O (g)6CO (g)+6H O(l) ΔH°=‐2816,8kJ
2[2CO (g)+3H O(l)C H OH(l)+3O (g)] ΔH°=2(1366,9kJ)
Sumandoambasecuacionesseobtiene:
C H O (s)2C H OH(l)+2CO (g) ΔH°=‐83,0kJ
Lacantidaddecalorquesedesprendeenlaproduccióndeunmoldeetanoles:
‐83,0kJ2molC H OH
‐41,5kJ
mol
Larespuestacorrectaeslad.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 77
1.161.Setienelareacción:
(g) (g)+½ (g) conΔH°=‐81,6kJyΔS°=75,3J/K.Conestosdatos,puedeafirmarseque:a)Alformarse32gde encondicionesestándarsedesprenden81,6kJ.b)Lareacciónsoloseráespontáneaparatemperaturasmayoresque298K.c)Lareacciónsoloseráespontáneaparatemperaturasmenoresque298K.d)Lareacciónseráespontáneaacualquiertemperatura.e)Lareacciónseguiráunacinéticadeordenuno.
(O.Q.N.Castellón2008)
a)Falso.Lacantidaddecalorquesedesprendealformarse32gdeO es:
32gO 1molO32gO
‐81,6kJ
0,5molO=‐40,8kJ
b‐c) Falso. El valor de la energía libre de Gibbs, que se calcula mediante la siguienteexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
proporcionaelcriterioparadecidirsiunprocesoesonoespontáneo.Asípues:
Lareacciónpropuestasecaracterizaportener:
ΔH<0,esdecir,sedesprendecalor(exotérmico)
ΔS>0aumentaeldesorden
Setratadeunareacciónqueesespontáneaacualquiertemperatura,yaque,
ΔHTΔS<0.
d)Verdadero.Deacuerdoconloexpuestoenelapartadoanterior.
e)Falso.Losdatosaportadosnoproporcionaninformaciónparapredecirlacinéticadelareacción.
Larespuestacorrectaeslad.
1.162.Unsistemarecibeunacantidaddecalorde3000calyelsistemarealizauntrabajode5kJ.¿Cuáleslavariaciónqueexperimentasuenergíainterna?(1cal=4,18J).a)Aumentaen8000Jb)Disminuyeen2000Jc)Disminuyeen7540Jd)Aumentaen17540Je)Aumentaen7540J
(O.Q.N.Castellón2008)(O.Q.L.CastillayLeón2010)
Deacuerdoconel1erPrincipiodelaTermodinámicalavariacióndeenergíainternadeunsistema,ΔE,secalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔE=Q+W
Sielsistemamodificasuenergíainternaesqueentraosaleenergíadeélenformadecalorotrabajo.
CuandoelsistemaganaenergíaΔE>0
CuandoelsistemapierdeenergíaΔE<0
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 78
Qrepresentaelcalorintercambiadoporelsistemaconelentorno.
SielcaloresabsorbidoporelsistemaQ>0
SielcaloresdesprendidoporelsistemaQ<0
Wrepresentaeltrabajorealizadosobreelsistema.
SieltrabajoesrealizadoporelsistemaW<0,yaquecorrespondeaunaenergíaqueabandonaelsistema.
Si el trabajo es realizado contra el sistema W > 0, ya que corresponde a unaenergíaqueentraelsistema.
Sustituyendolosvaloresdados:
ΔE=3000cal4,18J1cal
+(‐5000J)=7540J
Larespuestacorrectaeslae.
1.163.Lavariacióndeentalpíaparaunareacciónquímicaes‐94,6kJ/molylavariacióndeentropía‐181,1J/molK.Supuestasconstanteslasmagnitudesanterioresconlatemperatura,señalalatemperaturaapartirdelacualdichareacciónesespontánea:a)T>500Kb)T<500Kc)T<200Kd)Nosepuedecalcular
(O.Q.L.Murcia2008)
Se trata una reacción en la que se desprende calor (ΔH < 0) y disminuye el desorden(ΔS<0).Laespontaneidadenestetipodereaccionesdependedelvalordelatemperatura.
UnareacciónesespontáneasiΔG<0ynoespontáneasiΔG>0.
LarelaciónentreΔSyΔHvinedadaporlaecuación:
ΔG=ΔH–TΔS
LatemperaturadeequilibriosecalculateniendoencuentaqueΔG=0:
T=ΔHΔS
=‐94600J·mol‐181J·mol ·K
=522,7K
SiT<522,7K,secumpleque:
|ΔH|<|TΔS|entoncesΔG<0reacciónespontánea
Larespuestacorrectaeslab.
1.164. Si eres aficionado a la leche chocolateada y has observado el proceso que suponeañadiralalecheelpolvo,quizástehayasdadocuentadequeduranteelmismoseproduceunaumentodetemperatura.Sepodríaafirmar:a) Que ese aumento de temperatura se dará en mayor medida cuanto más polvochocolateadoañadas.b)Estoesconsecuenciadequeelprocesoesendotérmico.c)Estoesconsecuenciadequeelprocesoimplicaunaumentodeentropía.d)Debehaberun error,puestoque esteprocesonopuede traerasociadounaumentodetemperatura.
(O.Q.L.Murcia2008)
Cuesti
Si sechoco
Lare
1.165conlaa)Noyenlb)Sí,c)Sí,deacd)Sí,
Comoentalmismdifer
La enpartienerginver
Lare
1.166
a)+4b)‐59c)+4d)‐79
De areesc
Suma
Lare
ionesyProble
e trata deolateadose
espuestacor
5.¿Puededaamismaeneo,lasreacciolasendotérmsiemprequeporqueelcctivación.siempreque
o se obserlpías ambasma energíaenteenergía
ntalpía de lr de la dgías de arsa.
Δ H=E
espuestacor
6.¿Cuálesel
S(rómbico)
S(monoclíni
(g)+½
401J/mol94,21kJ/mo44,27kcal/m90,53kJ/mo
cuerdo concribircomo:
S(rómbico)
SO (g)
SO (g)+12
andolasecu
S(rómbico)
espuestacor
masdelasOlim
un procesoañada,elau
rrectaeslaa
arseelcasodergíadeactionesexotérmmicaséstasieeunareaccicarácterexo
esetratede
va en el ds reaccionede activacióadeactivac
a reacción siferencia eactivación,
E
rrectaeslac
lΔH°delatr
+ (g)
ico)+3/2
½ (g)
olmolol
la ley deH:
+O (g)
S(monoclı
12O (g)
uacionesseo
S(mon
rrectaeslaa
mpiadasdeQu
o exotérmicumentodete
a.
dedosreaccivación?micassecaraempreesnegiónsealarea‐oendotérm
ereacciones
diagrama dees tienen laón directa yióninversa.
se obtiene antre ambasdirecta e
c.
ransformaci
(g)
(g)
(g)
Hess, las ecu
SO (g)
ınico)+32O
SO (g)
obtiene:
noclínico)
a.
uímica.Volume
co (aumentemperatura
cionesquími
acterizanpogativa.accióninvermicodeuna
catalizadas
eay.
ase
ión:S(rómbic
ΔH
(g) ΔH
ΔH
uaciones te
ΔH°
(g)ΔH°
ΔH°=
ΔH°
en2.(S.Menar
ta la tempeaserámayor
icas,unaexo
orposeerene
rsadelaotrareacciónes
endisolució
co)S(mo
H°=‐296,9k
H°=‐395,47k
H°=‐98,16kJ
rmoquímica
°=‐296,9kJ
=395,47kJ/
=‐98,16kJ/
=0,401kJ/
rgues&F.Latre
eratura), cur.
otérmicayo
ergíasdeac
a.sindependie
ón.
onoclínico)?
kJ/mol
kJ/mol
J/mol
(O.Q.L.
as del enun
/mol
/mol
/mol
/mol
e)
uanto más
otraendotér
ctivaciónpos
entedesuen
(O.Q.L.Murcia
CastillayLeón
nciado se pu
79
polvo
rmica,
sitivas
nergía
a2008)
n2008)
ueden
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 80
1.167.Sabiendoquea40°Clapresióndevapordelaguaes55,3mmHg,lapresióndevapora35°Ces:a)40,0mmHgb)202mmHgc)50mmHgd)42,0mmHg(Datos. ( ) = 44,0 kJ· y se considera constante para este intervalo detemperatura;R=8,314J· · )
(O.Q.L.Madrid2008)
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
lnp2p1=ΔvapH
R1T1
1T2
Teniendoencuentaqueunlíquidohierve(T1=Teb)cuandosupresióndevaporseigualaalapresiónatmosférica(p1=1atm),laexpresiónanteriorquedacomo:
lnp2=ΔvapH
R1Teb
1T2
+lnp1
Sustituyendo:
lnp2=44,0
8,314·10 3
140+273
1
35+273+ln 55,3 p2=42,0mmHg
Larespuestacorrectaeslad.
1.168.Lacantidaddeenergíanecesariaparacalentarunamasadehielode2,0kgdesde0°Chasta25°Ces:a)209Jb)889kJc)680kJd)209kJ
(Datosdel 2 : =4,18J· 1·° 1; =3,4·10 J· 1(O.Q.L.Madrid2008)
Suponiendounsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q :
Q =Q ó +Q
donde:
Q ó =calorabsorbidoporelhieloparafundirse
Q =calorabsorbidoporalaguaaumentarlatemperatura
quedacomo:
Q = m Δ H + m C ΔT
Sustituyendo:
Q = 2 103g3,4 102J
g2 103g
4,18Jg K
250 K1kJ103J
=889kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 81
Larespuestacorrectaeslab.
1.169.En el siguientediagrama, la entalpíade reacción se puede calcular mediante lasiguienteexpresión:a)ΔH= – b)ΔH= c)ΔH= + d)ΔH=
(O.Q.L.Madrid2008)
Como se deduce del diagrama entálpico propuesto, la variación de entalpía de de lareacciónpuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔH=EA(directa)–EA(inversa)
Larespuestacorrectaeslaa.
1.170. Sabiendo que la entalpía de formación estándar del HCl (g) a 298 K es ‐92,31kJ· ,calculalaentalpíaestándardelasiguientereacción:
2HCl(g) (g)+ (g)a)‐92,31kJb)184,62kJc)92,31kJd)Nosepuedecalcularsoloconestedato.
(O.Q.L.Madrid2008)
LaecuacióncorrespondientealaformacióndeHCl(g)es:
12Cl (g)+
12H (g)HCl(g)ΔH°=‐92,31kJ·mol
portanto,laentalpíaasociadaalareacción:
2HCl(g)Cl (g)+H (g) ΔH°=184,62kJ.
Larespuestacorrectaeslab.
1.171.¿Cuáldelassiguientesreaccionesseproduceconunaumentodeentropía?a)2CO(g)+ (g)2 (g)b) (l) (s)c) (aq)+ (aq)AgCl(s)d)2CaO(s) (g)+2Ca(s)
(O.Q.L.Madrid2008)
Elvalordelaentropíamolardelassustanciases:
S°gas>S°líquido>S°sólido
Lavariacióndeentropíacorrespondienteaunprocesosecalculamediantelaexpresión:
ΔS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 82
a)Falso.EnlaecuacióncorrespondientealacombustióndelCO,alfinalhaymenosmolesdegasquealprincipio,portantosecumpleque:
ΔrS<0 yaque Σ(νi·Si(productos))<Σ(νi·Si(reactivos))
b)Falso.Laecuacióncorrespondientealacongelacióndelaguaes:
H O(l)H O(s)
Lavariacióndeentropíacorrespondientealprocesoes:
ΔrS=S (s)o S (l)
o
donde, S (s)o <S (l)
o , por tanto, ΔS° < 0. Se produce un descenso de entropía en elsistema.
c)Falso.En laecuacióncorrespondientea la formacióndeprecipitadodeAgCl,se formaunsólidocristalinoapartirdedisolucionesacuosas,portantosecumpleque:
ΔrS<0 yaque Σ νi·Sioproductos<Σ νi·Si
oreactivos
d)Verdadero.Enlaecuacióncorrespondientea ladescomposicióndelCaO(s)seformaotrosólidoysedesprendeungas,portantosecumpleque:
ΔrS>0 yaque Σ νi·Sioproductos>Σ νi·Si
oreactivos
Larespuestacorrectaeslad.
1.172.Paraunareacciónespontánea,indicacuáldelassiguientesproposicionesescierta:a)Essiempreunareacciónexotérmica.b)Serealizasiempreconaumentodeentropía.c)Puedeserendotérmicaoexotérmica.d)Provocasiempreunadisminucióndelaentropíadeluniverso.
(O.Q.L.CastillayLeón2008)
La espontaneidad de una reacción viene determinada por el valor de ΔG que a su vezdependedelosvaloresdeΔHyΔSdeacuerdoconlaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
a)Falso.Enunareacciónexotérmica,ΔH<0,locualnoimplicaqueΔG<0yaquesiΔS<0atemperaturasuficientementeelevadasecumplequeΔG>0yentonceslareacciónesnoespontánea.
b)Falso.Enunareacciónenlaqueaumentaeldesorden,ΔS>0,siΔH>0atemperaturasuficientementebajasecumplequeΔG>0yentonceslareacciónesnoespontánea.
c)Verdadero.
Una reacción que se caracteriza por tener ΔH < 0 (exotérmica) y ΔS > 0 (aumenta eldesorden)esespontáneaacualquiertemperatura,yaque,ΔG<0.
Unareacciónquesecaracterizapor tenerΔH<0 (exotérmica)yΔS<0 (disminuyeeldesorden)esespontáneaatemperaturasbajas,yaque,ΔG<0.
Unareacciónquesecaracterizapor tenerΔH>0 (endotérmica)yΔS>0 (aumentaeldesorden)esespontáneaatemperaturasaltas,yaque,ΔG<0.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 83
d)Falso.Deacuerdoconel2ºPrincipiodelaTermodinámica“enunareacciónespontáneaaumentalaentropíadeluniverso”:
Δ S=Δ S+Δ S>0
Larespuestacorrectaeslac.
1.173.Dadoelsiguienteprocesodedisolucióndelhidróxidodesodioenagua:
NaOH(s) (aq)+ (aq) ΔH=‐35kJsepuedeafirmarque:a)Esunprocesoendotérmicoyespontáneo.b)Esunprocesoexotérmicoyespontáneo.c)Esunprocesoexotérmico,peronopodeosasegurarqueseaespontáneo.d)Esunprocesoexotérmico,yesespontáneoelprocesoinverso.
(O.Q.L.Asturias2008)
Se trata de un proceso exotérmico (ΔH < 0) en el que además aumenta el desorden(ΔS>0),yaquesepasadeunestadosólidomásordenadoaunadisoluciónacuosaenelqueexistemásdesorden.
La espontaneidad de un proceso viene determinada por el valor de ΔG que a su vezdependedelosvaloresdeΔHyΔSdeacuerdoconlaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
EnestecasosecumplequeΔG<0acualquiertemperatura.
Larespuestacorrectaeslab.
1.174.Sealasiguientereacciónllevadaacaboa298K:
2 (g)+5/2 (g)2NO(g)+3 (g)Si lasentalpíasestándarde formacióndelNO,del ydel son,respectivamente90,‐242y‐46kJ/mol;elcalordereacciónapresiónconstantecuandoreacciona250gde es:a)0kJb)‐454kJc)454kJd)‐3338kJ
(O.Q.L.Asturias2008)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔH°=3molH O‐242kJmolH O
+2molNO90kJmolNO
2molNH‐46kJmolNH
=‐454kJ
No se tiene en cuenta la entalpía de formación del O (g), ya que por convenio, lasentalpíasdeformacióndeloselementosensuformamásestableencondicionesestándarsonnulas.
Elcalorreferidoa250gdeNH es:
250gNH1molNH17gNH
‐454kJ
2molNH=‐3338kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 84
Larespuestacorrectaeslad.
1.175.Indicasilassiguientesafirmacionessonverdaderasofalsas:i)Todareacciónexotérmicaesespontánea.ii)Cuandounsistemagaseososeexpansionadisminuyesuenergíainterna.
a)Lasdossoncorrectas.b)Lasdossonnocorrectas.c)Laprimeraescorrectaylasegundano.d)Lasegundaescorrectaylaprimerano.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008)
i) Falso. El valor de la energía libre de Gibbs, que se calcula mediante la siguienteexpresión:
ΔG=ΔH−TΔS
paraunprocesoespontáneoΔG<0.
Unprocesoquesecaracterizaportener:
ΔH<0,esdecir,sedesprendecalor(exotérmico)
Si ΔS < 0 (disminuye el desorden) cuando la temperatura es lo suficientementebaja,entoncessepuedecumplirque:
|ΔH|>|TΔS|entoncesΔG<0reacciónespontánea
ii)Verdadero.DeacuerdoconelPrimerPrincipiodelaTermodinámica,larelaciónentreΔEyΔHvienedadaporlaexpresión:
ΔE=ΔH−ΔnRT
dondeΔneslavariaciónenelnúmerodemolesgaseososentreproductosyreactivos.Sielsistema se expansiona, entonces Δn > 0, por lo que pierde energía interna en formadetrabajo.
Larespuestacorrectaeslad.
1.176.Enlareacción:
(s)+2C(s)+2 (g) (g)+2CO(g)se sabe que ΔH° = 33 kJ y ΔS° = 226 J· . Calcula a partir de qué temperatura seráespontánealareacción.a)Apartirde100K.b)Apartirde250K.c)Apartirde146K.d)Apartirde300K.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008)
LaecuaciónquerelacionaΔH°yΔS°ypermitecalcularlatemperaturadeequilibrioes:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
EnelequilibriosecumplequeΔG=0:
T=ΔH°ΔS°
=33kJ
226J·K10 J1kJ
=146K
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 85
1.177.Calcula el calorde combustióndel carbonoamonóxidode carbono, sabiendoque loscaloresdecombustióndelcarbonoadióxidodecarbonoyeldecombustióndelmonóxidodecarbonoson,respectivamente,‐393,5kJy‐283kJ.a)‐110,5kJb)‐221,6kJc)340,0kJd)‐123,5kJ
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008)
LaecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelC(s)aCO(g)es:
C(s)+12O (g)CO(g)
Lasecuacionestermoquímicascorrespondientesalosdatosdelproblemason:
C(s)+O (g)CO (g) ΔH=‐393,5kJ
CO(g)+12O (g)CO (g)ΔH°=‐283kJ
DeacuerdoconlaleydeHess,ambasecuacionessepuedenreescribircomo:
C(s)+O (g)CO (g) ΔH=‐393,5kJ
CO (g)CO(g)+12O2(g)ΔH°=283kJ
Sumandoambasseobtiene:
C(s)+12O (g)CO(g)ΔH°=‐110,5kJ
Larespuestacorrectaeslaa.
1.178.Solounadelassiguientesafirmacionesescorrecta.a)Paraunprocesoquetranscurreavolumenconstante,lavariacióndeenergíainterna(ΔU)esigualalcalorabsorbidoporelsistema.b) ΔU es la función quemide la energía de todas las reacciones que se realizan en unlaboratorio.c)ParatodatransformaciónquímicaseverificaqueΔH>>ΔU.d)LarelaciónentreΔHyΔUvienedadaporlaexpresión:ΔH=ΔU+ΔnRTparalareacción: (g)+2 (g) (g)+2 (l)elvalordeΔn=0.e)Paralamismareaccióndelapartadod),Δn=2.
(O.Q.L.Canarias2008)
a)Verdadero. Lavariacióndeenergía interna (ΔU)enunprocesoavolumenconstantecoincideconelcalorabsorbidoporelsistemaenesascondiciones.
b)Falso.Noporqueenunlaboratoriolosprocesossepuedenrealizarapresiónconstante(sistemaabierto)ynosiempreavolumenconstante(sistemacerrado).
c)Falso.La relaciónentreΔHyΔUvienedadapor laexpresión:ΔH=ΔU+pΔV.En losprocesos en que intervienen solo sólidos o líquidos puros (fases condensadas), comoΔV=0,eltérminopΔVseanulayentoncesΔH=ΔU,peronuncaΔH>>ΔU.
d)Falso.EltérminoΔnrepresentalavariaciónenelnúmerodemolesgaseososimplicadosenlareacciónqueenestecasoesΔn≠0.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 86
e)Falso.TeniendoencuentaqueΔn=molesgasproductos–molesgas reactivos,en lareacciónindicadasetieneque:Δn=1–2=‐1.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.179.Escogelarespuestaadecuadaparacompletarlafrase.Lareaccióndedescomposicióndelamoníacogaseoso, (g),es:
(g)12 (g)+
32 (g)ΔH=45,9kJ
Laecuaciónyelvalordelaentalpíademuestranquelaformacióndel (g):a)Desprende45,9kJporcadamolde formado.b)Desprende23kJporcadamolde empleado.c)Absorbe45,9kJporcadamolde formado.d)Absorbe23kJporcadamolde empleado.
(O.Q.L.LaRioja2008)
LaecuacióntermoquímicacorrespondientealaformacióndeNH (g),procesoopuestoalpropuesto,ladescomposicióndelNH (g),es:
12N (g)+
32H (g)NH (g)ΔH=‐45,9kJ·mol 1
Setratadeunprocesoexotérmicoenelquesedesprendecalor.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.180.Aunadeterminadatemperatura,elvalordeΔGparalareacción:
(g)C(s)+ (g)es42kJ¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescierta?a)Elsistemaestáenequilibrio.b)Elprocesoesexotérmico.c)El seformaespontáneamente.d)El sedescomponeespontáneamente.
(O.Q.L.LaRioja2008)
a)Falso.UnprocesoestáenequilibriocuandoΔG°=0.
b)Falso.ElvalordeΔG=42kJindicaqueΔH>TΔS.Comosetratadeunprocesoenelquedisminuyeeldesorden,ΔS<0,portanto,esprecisoqueΔH>0.
c) Verdadero. En un proceso espontáneo se cumple que ΔG < 0, por tanto, si en ladescomposicióndelCO ,ΔG>0,enelprocesoopuesto,laformacióndelCO ,ΔG<0,luegosetratadeunprocesoespontáneo.
d)Falso.Deacuerdoconloexpuestoenelapartadoanterior.
Larespuestacorrectaeslac.
1.181.Paraunareacciónendotérmica,queserealizaenunasolaetapa,sehadeterminadoelcalordereacción(ΔH=100kJ).Delossiguientesvaloresparalaenergíadeactivación,¿cuálsepuededescartarconseguridad?a)125kJb)150kJc)59kJd)102kJ
(O.Q.L.Baleares2008)
Cuesti
Segúcorreendoactivvalorabsu
Lare
1.182
Sepua)Nob)Esc)Espd)Ese)En
Elva
PermΔG°<
Este
Cuan
Lare
1.183
a)+4b)‐45c)+1d)‐10e)‐20
Datos
Lase
ionesyProble
nseobservespondienteotérmica, elvación direcrdeΔH,porrdo.
espuestacor
2.Paralasig
2NO(g)+uedeafirmaroesespontánspontáneaapontáneasospontáneasodoentrópica
lordelaene
ΔG°=ΔH°
mitedetermi<0ysiesno
procesosec
ΔH°<0,
SiΔS<0
ndolatempe
|ΔH|>|T
espuestacor
3.Determina
3C(grafito4544kJ544kJ04kJ04kJ08kJ
s. °(k
ecuacionest
C H (s)+
C(grafito)
masdelasOlim
aeneldiagre a ul valor decta debe serrtanto,elva
rrectaeslac
uientereacc
(g)rqueestareneaacualqucualquierteoloatemperaoloatempera.
ergíalibred
–TΔS°
inarlaespooespontane
caracterizap
esdecir,se
(disminuye
eraturaeslo
TΔS|ento
rrectaeslac
aelcalorde
o)+4 (g)
kJ· ):
termoquímic
5O (g)
+O (g)
mpiadasdeQu
ramaenergéuna reacla energíar mayor qualorde59k
c.
ciónseconoce
2 (g)eacciónes:uiertemperaemperatura.aturasbajasraturasaltas
deGibbs,que
ntaneidaddeo,ΔG°>0.
portener:
desprendec
eeldesorden
osuficientem
oncesΔG
c.
reaccióndel
)
(g)=‐22
cascorrespo
3CO (g)
CO (g)
uímica.Volume
éticoccióna deue elkJes
celaentalpía
)
atura.
s.s.
esecalcula
deunproce
calor(exoté
n)yaquese
mentebaja,
G<0rea
lsiguientep
(g)
219,9;C(gra
ondientesa
)+4H O(l)
en2.(S.Menar
adereacción
ΔH°=‐114
mediantela
so.Siéstee
rmico)
epasademá
entoncesse
cciónespon
proceso:
afito)=‐393,
losdatospr
) ΔH°=‐22
ΔH°=‐39
rgues&F.Latre
:
4,1kJ
asiguientee
sespontáne
ásamenosm
puedecum
ntánea
,5;H2(g)=‐
roporcionad
219,9kJ
93,5kJ
e)
(O.Q.N.Ávila
expresión:
eosecumpl
molesdegas
mplirque:
‐285,8.(O.Q.N.Ávila
dosson:
87
a2009)
leque
s.
a2009)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 88
H2(g)+½O (g)H O(l) ΔH°=‐285,8kJ
DeacuerdoconlaleydeHessestasecuacionessepuedenreescribircomo:
3CO (g)+4H O(l)C H (s)+5O (g) ΔH°=2219,9kJ
3[C(grafito)+O (g)CO (g)] ΔH°=3 ‐393,5kJ
4[H (g)+½O (g)H O(l)] ΔH°=4 ‐285,8kJ
Sumandoestasecuacionesseobtiene:
3C(grafito)+4H (g)C H (g) ΔH°=‐103,8kJ·
Larespuestacorrectaeslad.
1.184.¿Cuántocalor,expresadoenkJ,sedesprendeenladecombustiónde50,0Lde (g)medidosencondicionesestándar(25°Cy1atm)? °( )=‐2877kJ· .a)1,438·10 kJb)5,887·10 kJc)2,887·10 kJd)1,438·10 kJe)2,887·10 kJ
(Dato.R=0,082atm·L· · )(O.Q.N.Ávila2009)
ElnúmerodemolesdeC H es:
n=1atm·50L
0,082atm·L·mol–1·K–1 25+273 K=2,05molC H
Elcalordesprendidoes:
2,05molC H‐2877kJ
1molC H=‐5,887·103kJ
Larespuestacorrectaeslab.
1.185.Elpuntodeebulliciónnormaldelisooctano( ),uncomponentedelagasolina,es99,2°Cysuentalpíadevaporización, °es35,76kJ· .Lapresióndevapora30°Ces:a)0,002atmb)14,0atmc)0,071atmd)0,020atme)2,6atm
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.Ávila2009)
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
lnpp=ΔvapH
R1T
1T
Teniendoencuentaqueunlíquidohierve(T =T )cuandosupresióndevaporseigualaalapresiónatmosférica(p =1atm),laexpresiónanteriorquedacomo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 89
lnp2=ΔvapH
R1Teb
1T2
+lnp1
Sustituyendo:
lnp2=35,76
8,314 10 3
199,2+273
1
30+273p2=0,071atm
Larespuestacorrectaeslac.
1.186.Enuncalorímetro,sedeterminaelcalordeneutralizaciónhaciendoreaccionar10mLde 13Mcon350mLdeNaOH0,5Mproduciéndoseundesprendimientodecalorde7,54kJ.Laentalpíamolardeneutralización, ,es:a)‐7,54kJb)‐58,0kJc)‐43,1kJd)‐3,77kJe)‐1,35kJ
(O.Q.N.Ávila2009)
Laecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndeneutralizacióndadaes:
HNO (aq)+NaOH(aq)NaNO (aq)+H O(l)
Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
10mLHNO 13M13molHNO
10 mLHNO 13M=0,13molHNO
350mLNaOH0,5M0,5molNaOH
10 mLNaOH0,5M=0,175molNaOH
ComolareacciónesmolamolelHNO queseencuentraenmenorcantidadeselreactivolimitante.
Laentalpíadeneutralizaciónes:
‐7,54kJ0,13molHNO
=‐58kJ·
Larespuestacorrectaeslab.
1.187.Enlazonalevantinahasidohabitualutilizarbotijospararefrescarelaguaenverano.Esteefectosebasaenlaideadequeelrecipienteesporoso,loquepermitequeunapequeñacantidad de agua acceda a la superficie y allí se evapore. Por tanto el proceso deevaporación:a)Hadeserexotérmico.b)DebetenerunaΔG>0.c)Seproduceytienelugarunadisminucióndelaentropía.d)Lequitacaloralaguadelinterioryportantoéstaserefresca.
(O.Q.L.Murcia2009)
a)Falso.En laevaporación,elH O(l)seconvierteenH O(g)yparaellodebenromperseenlacesdeintermolecularesdehidrógenoparaloqueserequiereenergía.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 90
b)Falso.LaevaporacióndelH Oesunprocesoespontáneoquetranscurreconabsorcióndecalor (ΔH>0) y aumentodel desorden (ΔS> 0). Como el término |TΔS| esmayor que eltérmino|TΔS|,entoncesΔG=ΔH–TΔS<0yelprocesoesespontáneo.
c) Falso. En la evaporación, el H O (l) se convierte en H O (g), por lo que aumenta eldesordendelsistema(ΔS).
d)Verdadero. En la evaporación, la energía para romper los enlaces intermoleculares dehidrógenolaaportaelH O(l)loquehacequedesciendasutemperatura.
Larespuestacorrectaeslad.
1.188.Determinaelcalordereacciónparaelproceso:
FeO(s)+ (s) (s)apartirdelossiguientesdatos:
2Fe(s)+ (g)2FeO(s) ΔH°=‐544,0kJ
4Fe(s)+3 (g)2 (s) ΔH°=‐1648,4kJ
(s)3Fe(s)+2 (g) ΔH°=+1118,4kJa)‐1074,0kJb)‐22,2kJc)+249,8kJd)+2214,6kJ
(O.Q.L.LaRioja2009)
DeacuerdoconlaleydeHess,lasecuacionesdadassepuedenreescribircomo:
FeO(s)Fe(s)+12O (g)ΔH°=
12(544,0)kJ
Fe O (s)2Fe(s)+32O (g)ΔH°=
12(1648,4)kJ
3Fe(s)+2O (g)Fe O (s) ΔH°=‐1118,4kJ
Sumandotodasseobtiene:
FeO(s)+Fe O (s)Fe O (s) ΔH°=‐22,2kJ
Larespuestacorrectaeslab.
1.189.UtilizalasenergíasdeenlacedelatablaparaestimarlaΔH°delareacción:
(g)+3 (g)2 (g)Enlace H–H H–N N–N N=N N≡NE(kJ ) 436 386 193 418 941a)‐995kJb)‐590kJc)‐67kJd)815kJ
(O.Q.L.LaRioja2009)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 91
En la reacción propuesta se forman 6 moles de enlaces N–H, mientras que se rompen3moldeenlacesH–Hy1moldeenlacesN≡N.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareaccióndadaes:
ΔH°=[6·E ]–[E ≡ +3E ]
ΔH°=[6 ‐386kJ ]–[ ‐941kJ +3 ‐436kJ ]=‐67kJ
Larespuestacorrectaeslac.
1.190. Indicacuáles laentalpíaestándarde formacióndelacetilenoenkJ sabiendoque:
2 (g)+5 (g)4 (g)+2 (l) ΔH°=‐2243,6kJ
C(s)+ (g) (g) ΔH°=‐393,5kJ
(g)+½ (g) (l) ΔH°=‐285,8kJa)49,0b)98,0c)1121,8d)1564,3
(O.Q.L.LaRioja2009)
DeacuerdoconlaleydeHess,lasecuacionesdadassepuedenreescribircomo:
2CO (g)+H O(l)C H (g)+52O (g)ΔH°=
12(2243,6)kJ
2C(s)+2O (g)2CO (g) ΔH°=‐2(‐393,5)kJ
H (g)+12O (g)H O(l)ΔH°=‐285,8kJ
Sumandotodasseobtiene:
2C(s)+H (g)C H (g) ΔH°=49,0kJ·
Larespuestacorrectaeslaa.
1.191.Consideralasiguienteecuaciónquímicaysuvalordeentalpíaasociada:
2 (g)+2 (g)4HCl(g) ΔH°=‐369,2kJ¿CuáldelassiguientesafirmacionesesINCORRECTA?a)Siseconsideralareaccióninversa,elvalordeΔH°es+369,2kJ.b)ElvalordeΔH°será‐369,2kJsielHClseproduceenfaselíquida.c)LoscuatroenlacesHClsonmásfuertesqueloscuatroenlaces y .d)Sedesprenderáunaenergíade92,3kJcuandoseproduzca1moldeHCl.
(O.Q.L.LaRioja2009)
a) Correcto. Si la reacción dada es exotérmica (ΔH° < 0), la reacción inversa seráendotérmica(ΔH°>0).
b) Incorrecto. Si seproduceHCl (l) sedesprendeelcalorcorrespondientealcambiodeestado,portanto,elvalordeΔH°serátodavíamenor.
c) Correcto. Si la reacción dada es exotérmica (ΔH° < 0) quiere decir que se liberamáscaloralformarselosenlacesenelHCl(sonmásfuertes)queelqueseprecisapararomperlosenlacesenelH yCl (sonmásdébiles).
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 92
d)Correcto.LaentalpíadeformacióndelHCl(g)es:
‐369,2kJ4molHCl
=‐92,3kJ·mol
Larespuestacorrectaeslab.
1.192.¿Cuántocalorhacefaltaparaelevarlatemperaturade7,35gdeaguade21°Ca98°C?a)2360Jb)1850Jc)2150Jd)3600J(Dato. delagua=4,18J/K·g)
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010)
Experimentalmente, se ha determinado que la cantidad de calor intercambiada por unsistemavienedadaporlaexpresión:
Q=m·C ·ΔT
Sustituyendo:
Q=7,35g4,18Jg·K
9821 K=2366J
Larespuestacorrectaeslaa.
(EstacuestiónessimilaralapropuestaenExtremadura2005).
1.193.Calcularladiferenciaentre y a298Kparalareacción:
+½ a)3,7kJ/molb)6,4kJ/molc)1,4kJ/mold)5,1kJ/mol(Dato.R=8,314J/mol·K)
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009)
LarelaciónentreQ yQ vienedadaporlaexpresión:
Q =Qv+ΔnRT Q −Q =ΔnRT
Sustituyendo:
ΔnRT= 0‐ 1+½8,314·10 3kJ
mol·K298K=‐3,7kJ/mol
Larespuestacorrectaeslaa.
1.194.Señalarelenunciadocorrecto:a)Entodoslosprocesosespontáneoslossistemastiendenalmáximodeentropía.b)Entodoslosprocesosespontáneoslossistemastiendenalmáximodeenergíalibre.c)Todoslosprocesosespontáneossonexotérmicos.d)LasreaccionesconΔH°positivoyΔS°positivonuncapuedenserespontáneas.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009)
UnareacciónesespontáneasiΔG°=ΔH°−TΔS°<0.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 93
a)Falso.Deacuerdoconla2ªleydelaTermodinámica,enunprocesoespontáneoexisteunaumentodeentropíatotal.
b)Falso.UnprocesoesespontáneosiΔG°<0.
c) Falso. Si ΔH° < 0 el valor de ΔG° depende de cuál de los términos |ΔH°|o|TΔS°|seamayor,esdecirdependedecuálseaelvalordeT.
SiΔS°>0elprocesoesespontáneoacualquiertemperatura.
SiΔS°<0elproceso soloesespontáneosi la temperaturaes lo suficientementebaja para que se cumpla que |ΔH°|<|TΔS°| y entonces ΔG° < 0 y la reacción seaespontánea.
d) Falso. Si ΔH° > 0 y ΔS° > 0, a altas temperaturas se cumple que |ΔH°|<|TΔS°|yentoncesΔG°<0ylareacciónesespontánea.
Ningunarespuestaescorrecta.
1.195.EnunareacciónABsedeterminaque,apresiónytemperaturaconstantes,lareacciónesespontáneayendotérmica.Sededuceque:a)Puestoqueelprocesoesendotérmico,lareacciónnopuedeserespontánea.b)ElcalordeformacióndeAesmáspositivoqueeldeB.c)BtieneunaestructuramásordenadaqueA.d)BtieneunaestructuramenosordenadaqueA.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009)
ElcriteriodeespontaneidaddeunprocesosediscutedeacuerdoconelvalordeΔG.Éstesecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS<0 procesoespontáneo
ΔG=ΔH–TΔS>0 procesonoespontáneo
a)Falso.SiΔH>0yΔG<0,entonceselvalordeTΔSdeterminalaespontaneidad.SiΔS>0a temperaturas altas se cumple que |ΔH|<|TΔS|, entonces ΔG < 0, y la reacción esespontánea.
b)Falso.Laentalpíadelareacciónsecalculamediantelaexpresión:
ΔrH°=ΔHBo ΔHA
o SiΔrH°>0ΔHBo >ΔHA
o .
c)Falso.Laentropíadelareacciónsecalculamediantelaexpresión:
ΔrS°=SBo SA
o
Comosehavistoenelapartadoa),ΔrS°>0,loquequieredecirqueSBo >SA
o .
c)Verdadero.Segúnsehademostradoenelapartadoanterior.
Larespuestacorrectaeslad.
1.196.Laenergíareticularserepresentaporlasiguienteecuación:a)Mg(g)Mg(s) ΔH°<0b)O2(g)2O(g) ΔH°>0c)Mg(s)+½ (g)MgO(s) ΔH°<0d)Mg(s)+½ (g)MgO(s) ΔH°>0e) (g)+ (g)MgO(s) ΔH°<0
(O.Q.L.Valencia2009)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 94
a)Falso.Elprocesocorrespondealcalordedeposicióndelmagnesio.
b)Falso.Elprocesocorrespondealcalordedisociacióndeloxígeno.
c)Falso.Elprocesocorrespondealcalordeformacióndelóxidodemagnesio.
d) Falso. El proceso corresponde al calor de formación del óxido de magnesio, pero elvalordebesernegativo,yaqueseformaunsólidoatemperaturaambiente.
e)Verdadero.Pordefinición,laenergíareticulareslaquesedesprendecuandoseformaunmoldesustanciacristalinaapartirdelosionesquelaintegranenestadogaseoso.
Larespuestacorrectaeslae.
1.197. Un estudiantemezcla 100mL de disolución deNaOH 0,5mol· con 100mL dedisolución de HCl 0,5 mol· en un recipiente aislado y se observa un incremento detemperaturade .Cuandoserepiteelexperimentousando200mLdecadadisoluciónseobservauncambiodetemperatura .Sielcalornoesabsorbidoniporlosalrededoresniporelrecipientedondeocurrelareacciónlarelaciónentre y es:a) = b) =0,5 c) =2 d) =4
(O.Q.L.Valencia2009)
Se tratadeuna reaccióndeneutralización en la que en ambos experimentos seutilizancantidadesestequiométricasysecumpleque:
Qabsorbidodisolucion=Qdesprendidoneutralizacion
Llamando x al calor desprendido en la neutralización del experimento 1, el calordesprendido en el experimento 2 será 2x, ya que en éste se utiliza doble cantidad dereactivos.
Llamando C al calor específico de la disolución y considerando que V es el volumendisoluciónutilizado,elcalorabsorbidoporlamismaes:
Q=V·C·ΔTi
Lavariacióndetemperaturaencadaunodelosexperimentoses:
ΔT =xV·C
ΔT =2x2V·C
=
Larespuestacorrectaeslaa.
1.198.Larepresentacióngráficadelnp°(presióndevapordeunlíquidopuro)frentea1/Tparaunintervalopequeñodetemperaturaesunalínearecta.Sepuedeafirmarque:a)Lapendienteesproporcionalalaentalpíadevaporización.b)Lapendienteesigualalaentalpíadevaporización.c)Laordenadaenelorigenesproporcionalalaentalpíadevaporización.d)Laordenadaenelorigenesigualalaentalpíadevaporización.e)Lapendienteesigualalaentropíadevaporización.
(O.Q.N.Sevilla2010)
La ecuación de Clausius‐Clapeyron relaciona la presión de vapor de un líquido con latemperatura:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 95
lnp°=‐ΔvapH
RT+C
LarepresentacióngráficaparaelH Oes:
Como se puedeobservar en la gráfica,la pendiente de larecta es directamenteproporcionala .
Enestecaso,seobtienequeΔ Hes:
Δ H= 5057,2K 8,314·10 3kJ/K =42,0kJ
Larespuestacorrectaeslaa.
1.199. Cuando se sale de la ducha siempre se siente frío porque se evapora agua de lasuperficiedelapiel.Portantoelprocesodeevaporación:a)Esendotérmico.b)DebetenerunaΔG>0.c)Implicaunadisminucióndelaentropía.d)Soloseproducesiseestáalsol.
(O.Q.L.Murcia2010)
a) Verdadero. En la evaporación, el H O (l) se convierte en H O (g) y para ello debenromperseenlacesdeintermolecularesdehidrógenoparaloqueserequiereenergía.
b)Falso.LaevaporacióndelH Oesunprocesoespontáneoquetranscurreconabsorcióndecalor (ΔH>0) y aumentodel desorden (ΔS> 0). Como el término |TΔS| esmayor que eltérmino|TΔS|,entoncesΔG=ΔH–TΔS<0yelprocesoesespontáneo.
c) Falso. En la evaporación, el H O (l) se convierte en H O (g), por lo que aumenta eldesordendelsistema(ΔS).
d)Falso.Enlaevaporación,laenergíapararomperlosenlacesintermolecularesdehidrógenolaaportaelcuerpohumanoqueporesobajasutemperatura.
Larespuestacorrectaeslad.
1.200.¿Cuáldelassiguientesreaccionesnoesunareaccióndeformación?a)2C(grafito)+3 (g) (g)b)2C(grafito)+ (g) (g)c) (g)+ (g) (g)d) (g)+2 (g) (g)
(O.Q.L.Murcia2010)
Unareaccióndeformaciónesaquellaenlaqueseformaunmoldecompuestoapartirdeloselementosquelointegranensuformamásestableencondicionesestándar.
En la reacción del apartado c) se parte de un compuesto C H , por tanto, no se puedeclasificarcomoreaccióndeformación.
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 96
1.201.AunatemperaturaT,lareacciónA+BC+D,esespontáneayendotérmica.Portanto:a)Esunareacciónrápida.b)ΔH<0.c)Laentalpíadelosproductosesmayorqueladelosreactivos.d)Esespontáneaacualquiertemperatura.
(O.Q.L.Murcia2010)
Enunprocesoendotérmicosecumpe,que:
Σ νi·Hioproductos>Σ νi·Hi
oreactivosΔH°>0
Larespuestacorrectaeslac.
1.202.Indicacuáldelassiguientesproposicionesescierta:a)Enunsistemaexotérmico,lavariacióndeentalpíaessiemprepositiva.b)Unprocesoen elque lavariaciónde entalpía espositiva,y la variaciónde entropíaesnegativa,nuncaseráespontáneo.c)Unatransformaciónenlacualnohayintercambiodecalorsedenominaisócora.d)Elcalorque intervieneenunprocesoavolumenconstanteproporciona lavariacióndeentalpía.
(O.Q.L.Baleares2010)
a)Falso.EnunprocesoexotérmicosecumplequeΔH<0.
b)Verdadero. El criterio de espontaneidad de un proceso se discute de acuerdo con elvalordeΔG.Estesecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS>0 procesonoespontáneo
SiΔH>0yΔS<0,entonceselvalordeΔG>0paracualquiervalordeT.
c)Falso.Unatransformaciónenlaquenohayintercambiodecalorsedenominaadibática.
d)Falso.Elcalorasociadoaunprocesoavolumenconstanteproporcionalavariacióndeenergíainterna.
Larespuestacorrectaeslab.
1.203. ¿Cuálde las siguientes reacciones representa laentalpíaestándarde formacióndelpropanomedidoa25°Cy1atm?a)3C(s)+8H(g) (g)b)3C(s)+3 (g) (g)c) (g)+ (g) (g)d)3C(s)+4 (g) (g)
(O.Q.L.Madrid2010)(O.Q.L.Asturias2011)
Unareaccióndeformaciónesaquellaenlaqueseformaunmoldecompuestoapartirdeloselementosquelointegranensuformamásestableencondicionesestándar.
a) Falso. Se parte de una formano estable del hidrógeno,H (g), por tanto, no se puedeclasificarcomoreaccióndeformación.
b)Falso.Laestequiometríanoeslaadecuada..
c)Falso.SepartedeuncompuestoC H ,portanto,nosepuedeclasificarcomoreaccióndeformación.
Larespuestacorrectaeslad.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 97
1.204.Sisequema1gdefósforoenunaatmósferadecloroalapresiónconstantede1atm,seobtiene (g)yseliberan9,87kJdeenergía.Laentalpíaestándardeformacióndel (g)es:a)‐9,87kJ· b)‐31,0·9,87kJ· c)+31,0·9,87kJ· d)‐137·9,87kJ·
(O.Q.L.Asturias2010)
LaecuacióncorrespondientealaformacióndePCl es:
P(s)+32Cl2(g)PCl (g)
Relacionandocantidaddesustanciayenergía:
‐9,87kJ1gP
31,0gP1molP
1molP
1molPCl=‐31,0·9,87kJ·
Larespuestacorrectaeslab.
1.205.Cuandoelcambiodeentalpíaespositivoparaladisolucióndesolutoenaguaenunvasodeacero,¿cuáldelassiguientesafirmacionesseobservará?a)Seliberarácalorhaciaelmedioquelorodeayelvasosesentiráfrío.b)Seliberarácalorhaciaelmedioquelorodeayelvasosesentirácaliente.c)Seabsorberácalordesdeelmedioquelorodeayelvasosesentirácaliente.d)Seabsorberácalordesdeelmedioquelorodeayelvasosesentiráfrío.
(O.Q.L.Asturias2010)
SiΔH>0,setratadeunprocesoendotérmico,portantoseabsorbecalordesdemedioyporloquebajalatemperaturayelvasodeacerosesientefrío.
Eselcasodelassustanciasqueseempleanparaprepararmezclasfrigoríficas(KCl,NH Cl,NH NO ,etc)
Larespuestacorrectaeslad.
1.206.Paralareacción:
A(g)+B(g)C(g), ΔH°=‐40kJ/molyΔS°=‐40J/molKa25°C.Suponiendoquelasvariacionesdeentalpíaentropíanosemodifiquenconlatemperatura:a)Setratadeunareacciónespontáneasiempre.b)Setratadeunareacciónespontáneaa298,15Kqueseinviertea1K.c)Setratadeunareacciónespontáneaa298,15Kqueseinviertea100K.d)Setratadeunareacciónespontáneaa298,15Kqueseinviertea1000K.
(O.Q.L.Asturias2010)
Se trata una reacción en la que se desprende calor (ΔH < 0) y disminuye el desorden(ΔS<0).Laespontaneidadenestetipodereaccionesdependedelvalordelatemperatura.
UnareacciónesespontáneasiΔG°<0ynoespontáneasiΔG°>0.
LarelaciónentreΔS°yΔH°vinedadaporlaecuación:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
ΔG°=‐40000Jmol
‒298,15K‐40Jmol K
=‐28074J·mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 98
Setratadeunareacciónespontánea298,15K.
LatemperaturadeequilibriosecalculateniendoencuentaqueΔG=0:
T=ΔH°ΔS°
=‐40000J·mol‐40J·mol ·K
=1000K
SiT>1000K,secumpleque:
|ΔH°|<|TΔS°|ΔG>0reacciónnoespontánea
Larespuestacorrectaeslad.
1.207.Lareacción:
4Ag(s)+ (g)2 (s) esexotérmica.¿Cuáleslaafirmacióncorrecta?a)Esespontáneaacualquiertemperatura.b)Esespontáneasoloatemperaturasbajas.c)Esespontáneasoloatemperaturasaltas.d)Esnoespontáneaacualquiertemperatura.
(O.Q.L.LaRioja2010)
ElvalordelaenergíalibredeGibbs,quesecalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
permitedeterminarlaespontaneidaddeunproceso.SiesteesespontáneosecumplequeΔG°<0ysiesnoespontáneo,ΔG°>0.
Esteprocesosecaracterizaportener:
ΔH°<0,esdecir,sedesprendecalor(exotérmico)
SiΔS°<0(disminuyeeldesorden)yaquesepasademásamenosmolesdegas.
Cuandolatemperaturaeslosuficientementebaja,entoncessepuedecumplirque:
|ΔH°|>|TΔS°|ΔG°<0reacciónespontánea
Larespuestacorrectaeslab.
(CuestiónsimilaralapropuestaenÁvila2009).
1.208. La siguiente reacción forma parte del mecanismo de formación de la nieblafotoquímica:
(g)+ (g)2NO(g)Teniendoencuentalossiguientesdatos:
Enlace N–N N=N N≡N O–O O=O N=OE(kJ ) 193 418 941 142 498 629Sustancia (g) (g) NO(g) S°(J · ) 191,5 205,0 210,6
a)Esespontáneaacualquiertemperatura.b)5978Kc)7328kJd)Ningunadelasrespuestasanteriores.
(O.Q.L.LaRioja2010)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 99
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
En la reacciónpropuestase forman2molesdeenlacesN=O,mientrasquese rompen1moldeenlacesO=Oy1moldeenlacesN≡N.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareaccióndeformacióndelNOes:
ΔH°=[2·E ]–[E ≡ +E ]=[2 ‐629kJ ]–[ ‐941kJ + ‐498kJ ]=181kJ
Lavariacióndeentropíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
Sustituyendo:
ΔS°= 2SNOo SN2
o +SO2o =
= 2molNO210,6JK·mol
1molN191,5JK·mol
+1molO205,0JK·mol
=24,7JK
Se trata de una reacción en la que ΔH° > 0 y ΔS° > 0. En este tipo de reacciones, laespontaneidadde lamismadependedelvalorde la temperaturaa laque tenga lugar lareacción.
ElvalordelaenergíalibredeGibbs,quesecalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
permitedeterminarlaespontaneidaddeunproceso.SiésteesespontáneosecumplequeΔG°<0ysiesnoespontáneo,ΔG°>0.
EnelequilibriosecumplequeΔG=0:
T=ΔH°ΔS°
=181kJ
24,7J·K10 J1kJ
=7328K
ParaT>7328K,secumplequeΔG°<0ylareacciónesespontánea.
Larespuestacorrectaeslac.
1.209.¿Cuáleselvalorde °(enkJ)paraestareacción?
2CuO(s) (s)+½ (g)a)141,5b)14,6c)‐14,6d)‐141,5
(ΔfH°/kJ· :CuO=‐156,1; =‐170,7)(O.Q.L.LaRioja2010)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔrH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 100
ΔrH°=1molCu O‐170,7kJmolCu O
‒2molCuO‐156,1kJmolCuO
=141,5kJ
No se tiene en cuenta la entalpía de formación del O (g), ya que por convenio, lasentalpíasdeformacióndeloselementosensuformamásestableencondicionesestándarsonnulas.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.210.¿Quéafirmaciónessiemprecorrectaparaunareacciónexotérmica?a)Lavariacióndeentalpíaesnegativa.b)Lavariacióndeentropíaesnegativa.c)Lareacciónabosrbecalordelentorno.d)Lareacciónesespontánea.
(O.Q.L.LaRioja2010)
EnunprocesoexotérmicosedesprendecaloralentornoyΔH<0.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.211.Unprocesoserásiempreespontáneosies:a)Exotérmicoycondisminucióndeentropía.b)Endotérmicoyconaumentodeentropía.c)Todaslaspropuestassonfalsas.d)Exotérmicoyconaumentodeentropía.
(O.Q.L.CastillayLeón2010)(O.Q.L.CastillayLeón2011)
La espontaneidad de una reacción viene determinada por el valor de ΔG que a su vezdependedelosvaloresdeΔHyΔSdeacuerdoconlaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
a)Falso.Enunareacciónexotérmica,ΔH<0,locualnoimplicaqueΔG<0yaquesiΔS<0atemperaturasuficientementeelevadasecumplequeΔG>0yentonceslareacciónesnoespontánea.
b)Falso.Enunareacciónenlaqueaumentaeldesorden,ΔS>0yΔH>0atemperaturasuficientementebajasecumplequeΔG>0yentonceslareacciónesnoespontánea.
d)Verdadero. Una reacciónque se caracteriza por tenerΔH<0 (exotérmica) yΔS>0(aumentaeldesorden)esespontáneaacualquiertemperatura,yaque,ΔG<0.
Larespuestacorrectaeslad.
1.212.Silavariacióndeentalpíadeformacióndelagualíquidaes‐285,84kJ.ElvalordeΔH°paralareacción2 (l)2 (g)+ (g)será:a)‐285,84kJb)+285,84kJc)+571,68kJd)‐571,68kJ
(O.Q.L.CastillayLeón2010)(O.Q.L.CastillayLeón2011)
Teniendoencuentaque siuna reacciónes exotérmicaenun sentidoes endotérmicaensentidocontrario:
2molH O285,84kJ1molH O
=571,68kJ
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 101
1.213.Siunprocesotranscurreenvariasetapas,lavariacióndeentalpíadelprocesoglobal:a)Eselproductodelasentalpíasdelasetapasindividuales.b)Eslasumadelaentalpíadelaetapainicialyfinal.c)Eslasumadelasentalpíasdelasetapasindividuales.d)Esladiferenciaentrelaentalpíadelaetapainicialyfinal.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012)
DeacuerdoconlaleydeHess:
“lavariacióndeentalpíaasociadaaunprocesoeslamismatantosiésteserealizaenunasolaetapaoenvariasetapassucesivas”.
Dichoenotraspalabras,lavariaciónentalpíadelprocesoeslasumadelasvariacionesdeentalpíadetodaslasetapasquelointegran.
Larespuestacorrectaeslac.
1.214. Para la reacción de descomposición del clorato de potasio en cloruro de potasio yoxígenosesabequeΔH°=‐89,2kJa25°Cy1atm.¿CuáleselvalordeΔU°enkJ?a)‐82b)‐97c)+97d)‐89,5(Dato.R=8,314J/mol·K)
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010)
LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealadescomposicióntérmicadelKClO3es:
2KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g)
LarelaciónentreΔH°yΔU°vienedadaporlaexpresión:
ΔU°=ΔH°−ΔnRTΔn=molesdegasenproductosmolesdegasenreactivos
ΔU°=‐89,2kJ– 3–08,314·10 3kJ
mol·K298K=‐97kJ
Larespuestacorrectaeslab.
1.215.¿ParacuáldelassiguientesreaccionesΔH=ΔU?(Urepresentalaenergíainterna)a)2CO(g)+ (g)2 (g)b) (g)+ (g)2HBr(g)c)C(s)+2 (g)2 (g)+ (g)d) (g) (g)+ (g)
(O.Q.L.Valencia2010)
LarelaciónentreΔHyΔUvienedadaporlaexpresión:
ΔU=ΔH−ΔnRTΔn=molesdegasenproductosmolesdegasenreactivos
AmbosvaloresseránigualescuandoΔn=0.
a)Falso.Δn=(2−3)=‐1
b)Verdadero.Δn=(2−2)=0
c)Falso.Δn=(3−2)=1
d)Falso.Δn=(2−1)=1
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 102
Larespuestacorrectaeslab.
1.216.Laentalpíaestándardeformacióndelaurea, (s),es332,2kJ· .¿Aquéreacciónquímicahacereferenciaestedato?a)CO(g)+ (g)+2 (g) (s)b)C(s)+O(g)+2N(g)+4H(g) (s)c)C(s)+O(g)+ (g)+2 (g) (s)d)C(s)+½O2(g)+ (g)+2 (g) (s)e)Ningunadelasanteriores.
(O.Q.N.Valencia2011)
Laentalpíadeformacióndeunasustanciasedefinecomo:
“elcalor intercambiado,medidoenapresiónconstante,en laformacióndeunmoldesustancia a partir de los elementos que la integran en su forma más estable encondicionesestándar”
Lareacciónquecumpleesacondiciónes:
C(s)+½O2(g)+ (g)+2 (g) (s)
Larespuestacorrectaeslad.
1.217.¿Cuáldelassiguientesreaccionesessiempreespontáneaacualquiertemperatura?a) (s)2 (g)+4 (g)+ (g) °=‐225,5kJ· b)4Fe(s)+3 (g)2 (s) °=‐1648,4kJ· c) (g)+3 (g)2 (l) °=+230,0kJ· d)2 (g)+ (g)2 (l) °=‐571,6kJ· e)Ningunadelasanteriores.
(O.Q.N.Valencia2011)
LaexpresiónquepermitecalcularelvalordeΔG°yconéldeterminarlaespontaneidaddelareacciónes:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
Paraquesuvalorseasiemprenegativo(reacciónespontánea)esprecisoquesecumplaque:
ΔH°<0(procesoexotérmico)
ΔS°>0(aumenteeldesorden)
La única reacción que cumple esa condición es la del apartadoa ya que corresponde aprocesosexotérmicosyenelqueaumentadesorden(molesdegasenproductosyningunoenreactivos).
Larespuestacorrectaeslaa.
1.218. Un gas ideal absorbe una cantidad de calor de 1000 cal y, simultáneamente seexpanderealizandountrabajode3kJ.¿Cuáleslavariacióndeenergíainterna?a)+4000Jb)‐2000Jc)+7180Jd)‐1180Je)Ningunadelasanteriores.(Dato.1cal=4,18J).
(O.Q.N.Valencia2011)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 103
Deacuerdoconel1erPrincipiodelaTermodinámicalavariacióndeenergíainternadeunsistema,ΔU,secalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔU=Q+W
Sielsistemamodificasuenergíainternaesqueentraosaleenergíadeélenformadecalorotrabajo.
CuandoelsistemaganaenergíaΔU>0
CuandoelsistemapierdeenergíaΔU<0
Qrepresentaelcalorintercambiadoporelsistemaconelentorno.
SielcaloresabsorbidoporelsistemaQ>0
SielcaloresdesprendidoporelsistemaQ<0
Wrepresentaeltrabajorealizadosobreelsistema.
SieltrabajoesrealizadoporelsistemaW<0,yaquecorrespondeaunaenergíaqueabandonaelsistema.
Si el trabajo es realizado contra el sistema W > 0, ya que corresponde a unaenergíaqueentraelsistema.
Sustituyendolosvaloresdados:
ΔU=1000cal4,18J1cal
+ ‐3000J =1180J
Larespuestacorrectaeslad.
(CuestiónsimilaralapropuestaenCastellón2008).
1.219.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesverdadera?a)Unprocesoendotérmicoyespontáneotiene <0yΔrS<0b)EnelprocesoA(l)A(g),laentropíadisminuye.c)Encualquiersistema,losprocesossonespontáneoscuando >0.d)Unprocesoendotérmicoynoespontáneopuede llegaraserespontáneoaumentando latemperatura.e)Ningunadelasanteriores.
(O.Q.N.Valencia2011)
La espontaneidad de una reacción viene determinada por el valor de Δ G que a su vezdependedelosvaloresdeΔ HyΔ Sdeacuerdoconlaexpresión:
Δ G=Δ H−TΔ S
a)Falso.SielprocesoesespontáneosecumplequeΔrG<0,ysiesendotérmicoΔ H>0,locualimplicaquesiΔrS>0atemperaturasuficientementeelevadasecumplequeΔ G<0.
b)Falso.Siellíquidoseconvierteenvaporserompenlosenlacesquemantienenunidosalosátomosyaumentaeldesordendelsistema,Δ S>0.
c)Falso.LaespontaneidaddeunareacciónimplicaqueelvalordeΔ G<0.
d)Verdadero.UnprocesoquesecaracterizaportenerΔ H<0(endotérmica)yΔ G>0(no espontánea) solo se vuelve espontáneo temperaturas temperaturas elevadas siaumentaeldesordendelsistema,Δ S>0.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 104
Larespuestacorrectaeslad.
1.220. Para la reacción exotérmica 2NO (g) + (g) 2 (g) que tiene lugar apresiónytemperaturasconstantes,¿quéexpresióndelassiguientesescorrecta?a) >0b) < c) = d) > e)Ningunadelasanteriores.
(O.Q.N.Valencia2011)
Deacuerdoconel1 PrincipiodelaTermodinámicalavariacióndeenergíainternadeunsistema,ΔU,secalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ U=Q+W
Altratrasedeunprocesoapresiónconstante,Q=Δ H:
Wrepresentaeltrabajorealizadosobreelsistema,W=‐pΔV
Δ U=Δ H−pΔV
Como el volumen que ocupan los productos es menor que el que ocupan los reactivosW>0,yaquecorrespondeaunaenergíaqueentraenelsistema.
Enestecasosecumpleque:
<
Larespuestacorrectaeslab.
1.221.Sabiendoque lasenergíasmediasde losenlacesC−H,C−C,C=CyH−H,son414,347,623y435kJ· ,respectivamente,elvalordeΔH°delareacción:
1,3‐butadieno+2 butano será(kJ· )a)‐594b)‐297c)‐234d)+594
(O.Q.L.Asturias2011)
Laecuaciónquímicacorrespondientealahalogenacióndelpropenoes:
CH =CH−CH=CH (g)+2H (g)CH −CH −CH −CH (g)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
ΔH°=Σ νi·Ei enlacesformadosΣ νi·Ei enlacesrotos
En la reacción propuesta se forman 4moles de enlaces C−H y 2moles de enlaces C−C,mientrasqueserompen2molesdeenlacesC=Cy2molesdeenlacesH−H.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalacombustióndeletanoes:
ΔH°=[4·E +2E ]–[2E +2E ]
ΔH°=[4 ‐414kJ +2 ‐347kJ ]–[2 ‐623kJ +2 ‐435kJ ]=‐234kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 105
Larespuestacorrectaeslac.
1.222.Determineelcambiodeentalpíapara lareacciónde5,00gde conaluminiometálicodeacuerdoconlaecuación:
(s)+2Al(s) (s)+2Fe(l)a)‐25,8kJb)‐26,2kJc)‐54,2kJd)‐77,9kJ
Datos. °(kJ· ): (s)=‐825,5; (s)=‐1675,7;Fe(l)=12,4Masas(g· ):Fe=55,8;O=16;Al=27
(O.Q.L.LaRioja2011)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
ΔH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔH°= 1molAl O‐1675,7kJmolAl O
+2molFe12,4kJmolFe
1molFe O‐825,5kJmolFe O
=‐825,4kJ
Lavariacióndeentalpíacorrespondientea5,00gdeFe O es:
5,00gFe O1molFe O159,6gFe O
‐825,4kJmolFe O
=‐25,8kJ
Larespuestacorrectaeslaa.
1.223.¿Cuáldeestosprocesosesexotérmico?a)Condensaciónb)Fusiónc)Sublimaciónd)Vaporización
(O.Q.L.LaRioja2011)
Setratadecuatrocambiosdeestado.Tresdeellossonendotérmicos(ΔH>0)yaqueseabsorbecalorpararomperenlaces intermoleculares: fusión,sublimaciónyvaporización.Elcuarto,condensación,esexotérmico(ΔH<0)yaquesedesprendecaloralformarseenlacesintermoleculares.
Larespuestacorrectaeslaa.
1.224.¿CuáldelassiguientesreaccionestieneelmayorvalordeΔS°positivaencondicionesestándar?a) (g)+CO(g) (g)+ (g)b) (s) (g)+CaO(s)c) (g) (aq)d) (l) (s)
(O.Q.L.LaRioja2011)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011)
Elvalordelaentropíamolardelassustanciases:
S°gas>S°líquido>S°sólido
Lavariacióndeentropíacorrespondienteaunprocesosecalculamediantelaexpresión:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 106
ΔS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
a)Descenso.LaentropíadelH esmenorqueelresto.
b)Aumento.Elsistemasedesordenaalformarseungas.
c‐d) Descenso. Se trata de cambios de estados en los que se forman enlacesintermolecularesyelsistemaseordena.
Larespuestacorrectaeslab.
1.225. ¿Cuáles son los signosde ΔH y ΔSparauna reacción espontánea solamenteabajastemperaturas?a)ΔHesnegativa,ΔSesnegativab)ΔHespositiva,ΔSesnegativac)ΔHespositiva,ΔSespositivad)ΔHesnegativa,ΔSespositiva
(O.Q.L.LaRioja2011)
ElvalordelaenergíalibredeGibbs,quesecalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
permitedeterminarlaespontaneidaddeunproceso.SiesteesespontáneosecumplequeΔG°<0ysiesnoespontáneo,ΔG°>0.
Unprocesoqueesespontáneosoloabajastemperaturassecaracterizaportener:
|ΔH|>|TΔS|ΔH<0(exotermico)
ΔS<0(disminuyeeldesorden)ΔG<0(espontaneo)
Larespuestacorrectaeslaa.
1.226.Encondicionesestándarparalareacción:
2PbO(s)+2 (g)2PbS(s)+3 (g) ΔH°=830,8kJΔS°=168J· puedeafirmarseque:a)Noesespontáneaenlascitadascondiciones.b)Esexotérmica.c)Suecuacióndevelocidadesv= [PbO].d)Esunareacciónmuylenta.
(O.Q.L.Murcia2011)
LaexpresiónquepermitecalcularΔG°apartirdeΔH°yΔS°es:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
permitedeterminarlaespontaneidaddeunproceso.SiésteesespontáneosecumplequeΔG°<0ysiesnoespontáneo,ΔG°>0.
Encondicionesestándar:
ΔG°=830,8kJ 25+273 K168JK
1kJ10 J
=780,7kJ>0
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 107
1.227.Dadaunareacciónquímicaquecomienzaespontáneamentealsubirlatemperaturaa83°Cpuededecirseque:a)Esendotérmica.b)Laenergíadeactivaciónvaríaconlatemperatura.c)A25°CelvalordeΔGespositivo.c)A48°Clareacciónesrapidísima.
(O.Q.L.Murcia2011)
a)Falso.Nosepuededeterminar.
b)Falso.Laenergíadeactivaciónesunparamétrocinéticodelareacciónquenodependedelatemperatura.
c)Verdadero. Si a partir de una temperatura de 83°C un proceso se hace espontáneo(ΔG°<0)quieredecirquealatemperaturade25°Celprocesoesnoespontáneo(ΔG°>0)
d)Falso.Nosepuededeterminarsindatoscinéticos.
Larespuestacorrectaeslac.
1.228.Para la reacciónA+BC +D, la energíadeactivación es40 kJ/mol.Para lareacción inversa la energía de activación es 60 kJ/mol. Se puede afirmar que la reacciónescrita:a)Esendotérmica.b)Esexotérmica.c)Tieneunaentalpíadereacciónde100kJ/mol.d)Esunareacciónmuylenta.
(O.Q.L.Murcia2011)
Comosededucedeldiagramaentálpicodelareaccióndada,lavariacióndeentalpíadede lareacciónpuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔH=E –E
ΔH=40kJ/mol–60kJ/mol
ΔH=‐20kJ/mol
Como ΔH < 0 se trata de una reacciónexotérmica.
Larespuestacorrectaeslab.
1.229.Enmuchasgasolinerasseencuentranrecipientesconcafé“autocalentable”.Elsistemafunciona porque el recipiente tiene un compartimento estanco en el que se produce unareacciónquímica.Sepuedededucirqueestareacciónquímica:a)Hadeserendotérmica.b)DebetenerunaΔG<0.c)Debesermuylenta.d)mejoralascualidadesorganolépticasdelcafé.
(O.Q.L.Murcia2011)
Si se trata de un proceso en el que al mezclarse una sustancia, generalmente CaCl oMgSO se con agua se produce una reacción exotérmica de forma espontánea (ΔG < 0)desprendiéndosecaloryaumentandolatemperaturadelconjunto.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 108
Larespuestacorrectaeslab.
1.230.Enunareacciónentregasesexistiráunaumentodeentropíasi:a)Elnúmerodemolesdelosproductosesmayorqueeldelosreactivos.b)Elnúmerodemolesdelosproductosesmenorqueeldelosreactivos.c)Elnúmerodemolesdelosproductosesigualqueeldelosreactivos.d)Enlareacciónsolamenteseproducencompuestossólidos.
(O.Q.L.CastillayLeón2011)
Elvalordelaentropíamolardelassustanciases:
S°gas>S°líquido>S°sólido
Lavariacióndeentropíacorrespondienteaunprocesosecalculamediantelaexpresión:
ΔS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
Paraqueenunareacciónfasegaseosaexistaaumentodeentropíadebecumplirseque:
ΔS°>0Σ νi·Sioproductos>Σ νi·Si
oreactivos
Larespuestacorrectaeslaa.
1.231.Respondacuáldelassiguientespropuestaeslaverdadera:a)Elincrementodeentalpíadependedelnúmerodeetapasenqueseverificalareacción.b)Lavariacióndeentalpíaesigualalincrementodetemperatura.c)Enunprocesoespontáneolavariacióndeenergíalibreespositiva.d)Enlosprocesosexotérmicoslavariacióndeentalpíaesnegativa.
(O.Q.L.CastillayLeón2011)
a)Falso.DeacuerdoconlaleydeHess,
“lavariacióndeentalpíaasociadaaunprocesoeslamismatantosiésteserealizaenunsolaetapaotranscurreenvariasetapasdiferentes”
b)Falso.Lavariacióndeentalpíaesigualalcalorintercambiadoenunprocesomedidoapresiónconstante.
c)Falso.UnprocesoespontáneosecaracterizaporqueΔ G<0.
d)Verdadero.UnprocesoexotérmicosecaracterizaporqueΔ H<0.
Larespuestacorrectaeslad.
1.232.¿Quéreaccióntienelugarconmayoraumentodeentropía?a) (g)+ (g) (l)b) (l)+ (g)2BrF(g)c) (aq)+Zn(s)Cu(s)+ (aq)d)4 (g)+7 (g)4 (g)+6 (g)
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011)
Elvalordelaentropíamolardelassustanciases:
S°gas>S°líquido>S°sólido
Lavariacióndeentropíacorrespondienteaunprocesosecalculamediantelaexpresión:
ΔS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 109
a)Falso.En laecuación correspondientea la formacióndelH O (l), al finalhaymenosmolesdegasquealprincipio,portantosecumpleque:
ΔS°<0Σ νi·Sioproductos<Σ νi·Si
oreactivos
b)Verdadero. La ecuación correspondiente a la formación de BrF (g), al final haymásmolesdegasquealprincipio,portantosecumpleque:
ΔS°>0Σ νi·Sioproductos>Σ νi·Si
oreactivos
c) Falso. En la ecuación correspondiente a la reducción de Cu (aq), los estados deagregaciónalprincipioyalfinalsonlosmismos,portantosecumpleque:
ΔS°≈0Σ νi·Sioproductos≈Σ νi·Si
oreactivos
d) Falso. En la ecuación correspondiente a la oxidación del NH (g) al final haymenosmolesdegasquealprincipio,portantosecumpleque:
ΔS°<0Σ νi·Sioproductos<Σ νi·Si
oreactivos
Larespuestacorrectaeslab.
1.233. El carbón reacciona con el vapor de agua para producirmonóxido de carbono ehidrógeno. Las entalpías normales de formacióndelmonóxido de carbono ydel vapor deaguason,respectivamente, ‐110,52y ‐241,82kJ.Lasentropíasnormalesdelhidrógenogas,monóxido de carbono gas, carbono sólido y vapor de agua son, respectivamente, 130,68;197,67;5,74y188,82J/mol·K.Conestosdatos:a)LareacciónesespontáneayaqueΔG°a25°Cesmayorquecero.b)LareacciónnoesespontáneayaqueΔG°a25°Cesmayorquecero.c)LareacciónesespontáneayaqueΔG°a25°Cesmenorquecero.d)LareacciónnoesespontáneayaqueΔG°a25°Cesmenorquecero.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011)
Laecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndadaes:
C(s)+H O(g)CO(g)+H (g)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔH°=1molCO‐110,52kJ1molCO
1molH O‐241,82kJ1molH O
=131,30kJ
Lavariacióndeentropíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
Sustituyendo:
ΔS°= 1molH2130,68JK·molH2
+1molCO197,67JK·molCO
1molH2O188,82JK·molH2O
+1molC5,74JK·molC
=133,79JK
LaexpresiónquerelacionaΔG°conΔH°yΔS°es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 110
ΔG°=ΔH°–TΔS°
permitedeterminarlaespontaneidaddeunproceso.SiésteesespontáneosecumplequeΔG°<0ysiesnoespontáneo,ΔG°>0.
Encondicionesestándar:
ΔG°=131,30kJ 25+273 K133,79J
K1kJ10 J
=91,43kJ>0
Larespuestacorrectaeslab.
1.234.¿Cuálserálavariacióndeentalpíalibrealcomprimir2,5molesdegasidealdesdelapresiónde1atma1,5atmyalatemperaturade25°C?a)1,51kJb)0,21kJc)2,51kJd)1,58kJ
(R=8,314·10 kJ· · )(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011)
Laentalpíalibreserefierealtrabajoútil,queenelcasodeexpansiónisotérmicadeungasidealpuedecalcularsepormediodelaexpresión:
W=‐nRTlnV2V1
Comop V =p V ,tambiénsepuedeescribir:
W=‐nRTlnp1p2
Sustituyendo:
W=‐2,5mol·8,314·10kJ
mol·Kln
1atm1,5atm
=2,51kJ
Larespuestacorrectaeslac.
1.235.Dadalasiguienteecuacióntermodinámica:
2 (g)+ (g)2 (g) ΔH°=‐483,6kJSeñalecuálesdelassiguientesafirmacionessoncorrectas:a)Alformarse18gdeaguaencondicionesestándarsedesprenden483,6kJ.b)Dado que ΔH° < 0, la formación del agua es, casi con completa seguridad, un procesoespontáneo.c)Lareaccióndeformacióndelaguaserámuyrápida.d)Elcaloravolumenconstanteeselmismoqueapresiónconstante.e)Lareacciónnecesitacalorparaquetranscurra.f)Eldatonuméricoeselcalordeformacióndelagua.
(O.Q.L.Canarias2011)
a)Falso.Relacionandocantidaddemateriayentalpía:
18gH O1molH O18gH O
‐483,6kJ2molH O
=‐241,8kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 111
b)Verdadero.ParadeterminarsiunprocesoesespontáneoesprecisoconocerelvalordeΔG°. Si este valor es < 0 entonces se trata de un proceso espontáneo. La expresión quepermitecalcularΔG°es:
ΔG°=ΔH°–TΔS°
En este caso se cumple que ΔH° < 0 y además, ΔS° < 0, ya que todas las especies songaseosasyexistenmásmolesenreactivosqueenproductos.
c)Falso.Nosepuedeconocerlarapidezdelareacciónsindisponerdedatoscinéticos.
d)Falso.Elcaloravolumenconstanteeslavariacióndeenergíainterna,ΔE°,yelcalorapresiónconstanteeslavariacióndeentalpía,ΔH°.Larelaciónentreambosvienedadaporlaexpresión:
ΔE°=ΔH°−ΔnRT
dondeΔnRTrepresentaeltrabajorealizadosobreelsistema.
Comoenestecaso,elvolumenqueocupanlosproductosesmenorqueelqueocupanlosreactivos,Δn<0,entoncessecumpleque,W>0,yaquecorrespondeaunaenergíaqueentraenelsistemayΔE°≠ΔH°.
e)Falso.Setratadeunprocesoexotérmico,ΔH°<0,enelquesedesprendecalor.
f) Falso. El calorde formación sedefine comoel calor intercambiado,medido apresiónconstante,enlaformacióndeunmoldesustanciaapartirdeloselementosquelaintegranensuformamásestableencondicionesestándar.
Enlareaccióndadasecumplentodaslascondiciones,exceptoqueseforman2molesdesustancia.
Larespuestacorrectaeslab.
1.236.Indiquecuálesrelaciónexistenteentrelavariacióndeentalpía(ΔH)ylavariacióndeenergíainterna(ΔU)delasiguientereacción:
(s)+3C(s)SiC(s)+2CO(g)a)Sonigualesb)ΔH=ΔU−RTc)ΔH=ΔU−2RTd)ΔH=ΔU+RTe)ΔH=ΔU+2RT
(O.Q.N.ElEscorial2012)
DeacuerdoconelPrimerPrincipiodelaTermodinámica,larelaciónentreΔEyΔHvienedadaporlaexpresión:
ΔU=ΔH–ΔnRT
dondeΔneslavariaciónenelnúmerodemolesgaseososentreproductosyreactivos:
Δn=2–0=2
portanto,enestecasosecumplequeΔH=ΔU+2RT.
Larespuestacorrectaeslae.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 112
1.237.Delassiguientesreaccionesquímicas:
1)S(s)+ (g) (g)2) (s)CaO(s)+ (g)3) (g)+HCl(g) (s)4) (s)KCl(s)+ (g)
Lavariacióndeentropíaesmáspositivaymásnegativa,respectivamente,para:a)(1)y(4)b)(1)y(2)c)(4)y(3)d)(2)y(4)e)Nosepuedeconocersindatostermodinámicosdelasreacciones.
(O.Q.N.ElEscorial2012)
Elvalordelaentropíamolardelassustanciases:
S°(gas)>S°(líquido)>S°(sólido)
Lavariacióndeentropíacorrespondienteaunprocesosecalculamediantelaexpresión:
ΔrS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
1)ΔrS°>0,yaque,sepasadesólidoygasagas.
2‐4)ΔrS°>0,yaque,sepasadesólidoasólidoygas.
3)ΔrS°<0,yaque,sepasadegasasólido.
DelastresreaccionesconΔrS°>0,laquetienemayorvaloresla4,yaquesetratadelareacciónenlaqueseformamayorcantidaddegas.
Larespuestacorrectaeslac.
1.238.Unodelospasosenlasíntesisdelácidosulfúricoeslaoxidacióndeldióxidodeazufre:
2 (s)+ (g)2 (g)Silareacciónocurreatemperaturaypresiónconstantes:a)Elsistemarealizauntrabajosobreelentorno.b)Elsistemanorealizatrabajo.c)Serealizauntrabajosobreelsistema.d)Elsistemasolorealizatrabajosiabsorbecalor.e)Elsistemasolorealizatrabajosilareacciónesexotérmica.
(O.Q.N.ElEscorial2012)
Deacuerdoconel1erPrincipiodelaTermodinámicalavariacióndeenergíainternadeunsistema,ΔE,secalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔE=Q+W
Wrepresentaeltrabajorealizadosobreelsistemaysecalculamediantelaexpresión:
W=‐pΔV
ComoΔV<0(sepasade3molesdegasa2),eltrabajoesrealizadocontraelsistemaquesecomprimeyW>0,yaquecorrespondeaunaenergíaqueentraelsistema.
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 113
1.239. Un gas se calienta a volumen constante. Señale la afirmación correcta para esteproceso:a)Lavariacióndeentalpíadelprocesoesigualalcalorabsorbidoporelgas.b)Lavariacióndeenergíainternaesigualaltrabajorealizadoenelproceso.c)Laenergíainternaaumenta.d)Elgasrealizauntrabajoacostadelcalorqueabsorbe.e)Latemperaturadelprocesopermanececonstante.
(O.Q.N.ElEscorial2012)
a‐b‐d)Falso.LarelaciónentreΔHyΔUvienedadaporlaexpresión:ΔH=ΔU+pΔV.Enlosprocesos en que intervienen solo sólidos o líquidos puros (fases condensadas), comoΔV=0,eltérminopΔVseanulayentoncesΔH=ΔU.
c)Verdadero. Lavariacióndeenergía interna (ΔU)enunprocesoavolumenconstantecoincideconelcalorabsorbidoporelsistemaenesascondiciones,ycomoQ>0,entoncesΔU>0.
e)Falso.Alabsorbercalorlasmoléculasdelgasseagitandeformamásdesordenadaconloqueaumentasutemperatura.
Larespuestacorrectaeslac.
1.240.Laenergíainternadeunsistemaaumentaen500Jcuandoabsorbe700Jenformadecalor:a)Elsistemanorealizatrabajo.b)Elsistemarealiza200Jdetrabajo.c)Serealizan200Jdetrabajosobreelsistema.d)Elsistemarealiza1200Jdetrabajo.e)Serealizan1200Jdetrabajosobreelsistema.
(O.Q.N.ElEscorial2012)
Deacuerdoconel1erPrincipiodelaTermodinámicalavariacióndeenergíainternadeunsistema,ΔE,secalculamediantelasiguienteexpresión:
ΔE=Q+W
Sielsistemamodificasuenergíainternaesqueentraosaleenergíadeélenformadecalorotrabajo.
CuandoelsistemaganaenergíaΔE>0
CuandoelsistemapierdeenergíaΔE<0
Qrepresentaelcalorintercambiadoporelsistemaconelentorno.
SielcaloresabsorbidoporelsistemaQ>0
SielcaloresdesprendidoporelsistemaQ<0
Wrepresentaeltrabajorealizadosobreelsistema.
SieltrabajoesrealizadoporelsistemaW<0,yaquecorrespondeaunaenergíaqueabandonaelsistema.
Si el trabajo es realizado contra el sistema W > 0, ya que corresponde a unaenergíaqueentraelsistema.
Sustituyendolosvaloresdados:
Cuesti
El sigsobre
Lare
1.24equireaca)Elaseb) Δabsoc) Δabsod)Δe)Δ
La ectemp
Como–ΔH/
Dela
Am
Lar
Lar
Lare
1.242“volcentredetertenera)Esb)Enc)Nod)Es
a) Fdespunpr
Laec
ionesyProble
500J=70
gnonegativeelentorno
espuestacor
41. En el sigilibrio frentccionescorreEstagráficaentalpíasdeΔH° de 1 eoluto).ΔH° de 1 eoluto).ΔH°de1espH°de1esn
cuación deperatura:
lnK=‐ΔHRT
o se puede/R.
agráficadad
mbasrectast
rectacorres
rectacorres
espuestacor
2.Unexperimán”casero.e el bicarborgente lavavrmásinformsteesunprocnesteprocesosetienendastevolcánes
Falso. Se trrendiminetorocesoendo
cuaciónquím
masdelasOlim
0J+W
vodel trabajo.
rrectaeslab
guiente gráfte a 1/T. ¿Qespondientenoproporcreacción.es menor qu
es mayor qu
positivayΔHegativayΔH
van’t Hoff
HT+C
observar e
dasepueden
tienenelmis
spondientea
spondientea
rrectaeslad
mentoespecLa“lava”deonato de sovajillas, etc.)maciónque:cesoexotérmsoΔGesnegaatosparacomuyaburri
rata de unodecalor.Lotérmico.Se
micaajustad
mpiadasdeQu
jo quiere de
b.
fico se reprQué se puedes?ciona inform
ue ΔH° de
ue ΔH° de
H°de2esnegH°de2espo
relaciona la
en la gráfica
nextraerlas
smovalorde
alareacción
alareacción
d.
ctacularparaeestevolcánodio y el vi)paradar e
mico.ativo.onocerelsigndo.
na reacciónLaquelavapuedeconf
dacorrespon
uímica.Volume
W=‐
ecir quees
resenta el lode deducir
mación sobre
2 (en valo
2 (en valo
gativa.ositiva.
a constante
a, la pendie
ssiguientes
elapendien
n1tienepen
n2tienepen
aniños(ytanseconsiguinagre en pelaspectoq
nodeΔG.
n de neutrariacióndeefirmarconsu
ndienteala
en2.(S.Menar
200J
elsistema
ogaritmo nerespecto de
e
r
r
e de equilib
ente de la
conclusione
nteenvalor
ndientenega
ndienteposi
ambiénmayoueconelgapresencia dequemásnos
ralización eentalpía,ΔrHultandolase
reacciónes
rgues&F.Latre
aelquerea
eperiano dee los valore
(O.Q
brio de una
recta es dir
es:
absoluto(tg
ativa,porlo
itiva,porlo
ores)eslacosdesprendide algunos asguste. Sep
en el queH°>0,porlentalpíasen
:
e)
alizaun tra
e la constanes de ΔH° d
Q.N.ElEscoria
a reacción c
rectamente
gα).
oqueΔ1H°>
queΔ2H°<
onstruccióndode lareaaditivos (pinpuedeafirma
(O.Q.L.Murcia
no se obloquesetranlabibliogra
114
abajo
nte dede las
l2012)
con la
igual
> .
.
deunacciónntura,ar sin
a2012)
bservaatadeafía.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 115
CH COOH(l)+NaHCO (s)CO (g)+H O(l)+NaCH COO(s)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔH°=Σ νi·HioproductosΣ νi·Hi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔH°= 1molCO2‐393,5kJmolCO2
+1molH2O‐285,8kJmolH2O
+1molNaCH3COO‐708,8kJ
molNaCH3COO
1molCH COOH‐483,4kJ
molCH COOH+1molNaHCO
‐285,8kJmolNaHCO
=833,1kJ
b)Verdadero.Setratadeunprocesoespontáneo.EnestoselvalordeΔG°<0.
c)Falso.Segúnsehajustificadoenelapartadoanterior.
d) Falso. Como se observa en la ecuación química, se trata de una explosión no de unacombustión,porloquenoserequiereoxígeno.
Larespuestacorrectaeslab.
1.243. La nitroglicerina es un compuesto líquido altamente explosivo a temperaturaambiente,porloqueesmuysensibleacualquiermovimiento.Porlogeneralsetransportaencajasacolchadasabajatemperatura.
4 (l)12 (g)+6 (g)+ (g)+10 (g)Deacuerdoconloanteriorsepuedeafirmarque:a)Eltransportesehaceabajatemperatureparaahorrarenergía.b)Laentropíadelosproductosesmayorqueladelosreactivos.c)Laentalpíadelosproductosesmayorqueladelosreactivos.d)Unaatmósferadeoxígenoesfundamentalparaqueseproduzcalareacción.
(O.Q.L.Murcia2012)
a)Falso.Eldescensodelatemperaturadificultalavaporizacióndelanitroglicerinayconellosuexplosión.
b)Verdadero.Elvalordelaentropíamolardelassustanciases:
S°(gas)>S°(líquido)>S°(sólido)
Lavariacióndeentropíacorrespondienteaunprocesosecalculamediantelaexpresión:
ΔrS°=Σ νi·SioproductosΣ νi·Si
oreactivos
Todos los productos son gaseosos, y además, el númerodemolesde productos esmuysuperioraldereactivos,portanto,ΔrS°>0.
c) Falso. Se trata de un proceso exotérmico, ΔrH°<0, por tanto, la entalpía de losproductosesinferioraladelosreactivos.
d) Falso. Como se observa en la ecuación química, se trata de una explosión no de unacombustión,porloquenoserequiereoxígeno.
Larespuestacorrectaeslab.
Cuesti
1.244
234,0a)Seb)Sec)Sea)La
a)Fa
b)Fa
c)Fa
d)Veobtie
Enes
Lare
(Simi2010
1.245reaccreacca)‐10b)‐90c)+1d)+9
Deacsistem
Sielp
Sielp
Laec
Susti
ionesyProble
4.Paralarea
−08kJ/mol.Coetratadeuntratadeuntratadeunaaenergíade
also.Setrata
also.Setrata
also.Nosedi
erdadero.Ceneapartird
Δ H=E
stecaso:
75,24kJ=
espuestacor
ilara lacue0).
5. Al hacerciónserealizciónseráde:0kJ0kJ0kJ90kJ
cuerdoconma,ΔE,sec
ΔE=Q+W
procesoser
procesoser
cuaciónante
Q =Q +
ituyendolos
‐100kJ=‐
masdelasOlim
acción:
onestosdatareaccióneareaccióneareaccióndactivaciónd
adeunproc
adeunapro
isponededa
Comoseobdeladiferen
E
234,08kJ–
.=158,84k
rrectaeslad
estiónpropu
una reacciózaapresión:
el1erPrincialculamedi
W
realizaaVc
realizaapct
eriorqueda
W
svaloresdad
90kJ+W
mpiadasdeQu
= +Htos,sepuedeexotérmica.endogámica.deorden1.delareacció
esoendotér
opuestaabsu
atoscinético
servaenelnciaentream
E .
kJ
d.
uestaenMu
ón a volumenconstantes
piodelaTeantelasigui
te.ΔE>Q
te.ΔH>Q
delaforma:
dos:
uímica.Volume
HBr ΔH=decirque:
óninversaes
rmicoyaque
urda.
osparapod
diagramadmbasenerg
urcia
en constantesedesprend
ermodinámiienteexpres
Q
Q
:
W=‐
en2.(S.Menar
75,24kJ/m
s158,84kJ/m
eΔ H>0.
erdetermin
deenergía, líasdeactiva
e, se despreden90kJ.El
icalavariacsión:
10kJ
rgues&F.Latre
oly laenerg
mol.
narlaecuaci
laentalpíadación,direct
ndieron 100trabajodes
(
ióndeenerg
e)
rgíadeactiv
(O.Q.L.Murcia
ióndeveloc
de lareaccitaeinversa:
0 kJ. Si lamsarrolladoen
(O.Q.L.Asturias
gíainterna
116
vación
a2012)
idad.
iónse:
mismanesta
s2012)
deun
Cuesti
El sigsobre
Lare
1.246igual
a)3,b)3,a)3,a)1,
Porcond
De lacond
Lare
1.247cuyofigurde laafirmreacca)‐58b)‐13c)+1d)+5
Comoladif
Enes
Lare
ionesyProble
gnonegativeelentorno
espuestacor
6.Indicacuálacero:
1)2)3)C
6,85,95,6,82,5,7,9
convenio, ladicionesestá
as especiesdicionesestá
3)C(grafi
espuestacor
7. La entalpdiagrama
ra,esde ‐22a reacciónmar que lacióndirecta86kJ34kJ34kJ586kJ
oseobservaferenciaentr
Δ H=E
stecaso:
‐226kJ=E
espuestacor
masdelasOlim
vodel trabajo.
rrectaeslaa
álesde lass
(g) (g) (grafito)
a entalpíaándarescer
propuestasándarson:
ito)6)
rrectaeslaa
pía de unaentálpico
26kJy laeninversa esenergía dees:
aeneldiagrreambasen
E′
E –
rrectaeslac
mpiadasdeQu
joquiere de
a.
iguientessu
4)C(5)6)
de formacióo.
s, las únicas
.(s)8
a.
reacción qse presentanergíadeac360 kJ. See activación
ramadeenenergíasdeac
360kJ
c.
uímica.Volume
ecir quees
ustanciastie
(diamante)(g)
(s)
ón de un e
s que son e
8) .(l)
química,a en lactivacióne pueden de la
ergía,laentactivación,di
en2.(S.Menar
elsistema
nenunaent
7) 8) 9)
elemento en
elementos e
alpíadelareirectaeinve
.=13
rgues&F.Latre
aelquerea
talpíaestánd
) (g)) (l))I(g)
(
n su forma
en su forma
(
eacciónseobersa:
4kJ
e)
alizaun tra
dardeform
(O.Q.L.Asturias
más estab
a más estab
(O.Q.L.Asturias
btieneapar
117
abajo
mación
s2012)
ble en
ble en
s2012)
rtirde
Cuesti
1.248para
sesac((2
(3(4
¿Cuála)Tob)(1)c)(1)d)(2)
El vaproce
Como
37T·Δenc
323
423
Lasp
Lare
1.249kJ
sepua)Enb)Enc)Exd)Ex
La enenerg
ionesyProble
8. Estudiandelproceso:Zn(l)caronlassig(1) ΔGespos(2) Pordeba
estableq(3) A373Ks(4) ΔGesposlessonciertodas)y(3))y(4))y(3)
alorde la eneso:
ΔG<0
ΔG>0
ΔG=0
oseobserva
3K el valoΔS, por tantcuentraene
3KΔHTΔS
3KΔHTΔS
propuestas(
espuestacor
9.Apartirdytenien
(g)+uededecirqundotérmicoyndotérmicoyxotérmicoycxotérmicoyc
ntalpía de ugíasdeenla
ΔH°=Σ νi
masdelasOlim
do el siguie
Zn(g)guientesconsitivapordeajode373K,queZn(l).sealcanzaelsitivaporenas?
nergía libre
procesoes
procesono
procesoen
aenlagráfic
r deΔH coito, ΔG = 0equilibrio.
=42,5kJ=32,5kJ
=37,5kJ=50,0kJ
(1)y(3)son
rrectaeslab
de lasenergndoencuent
(g)2Huelaobtenciyconvariaciyconvariaciconvariaciónconvariació
una reacciócesdelassu
·Ei enlacesfor
mpiadasdeQu
ente diagra
clusiones:ebajode373K,Zn(g)esm
lequilibrio.cimade373
deGibbs, Δ
spontáneo
oespontáne
nequilibrio
ca:
incide con ey el sistem
ΔG=10,0
ΔG=‐12,5
nverdaderas
b.
íasdeenlactaelproceso
HI(g)ióndeliodurióndeentropióndeentropndeentropíndeentropí
ón se puedeustanciasqu
madosΣ νi·
uímica.Volume
ma
K.más
3K.
ΔG=ΔH–T
eo
el de ma se
0kJ
5kJ
s,yla(2)y(
ce I−I:151ko:
rodehidrógpíapositiva.píanegativaíapositiva.íanegativa.
e calcular (ueintervien
·Ei enlacesroto
en2.(S.Menar
TΔS, determ
(4)sonfalsa
kJ ,H−
enoes:.a.
(de forma aenenlarea
os
rgues&F.Latre
(
mina la espo
as.
−H:436kJ
(
aproximada)cción:
e)
(O.Q.L.Asturias
ontaneidadd
yH−I
(O.Q.L.Asturias
) a partir d
118
s2012)
deun
I:279
s2012)
de las
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 119
En la reacción propuesta se forman 2 moles de enlaces I–H, mientras que se rompen2molesdeenlacesI–Iy2molesdeenlacesH–H.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareacciónes:
ΔH°=[2E ]–[2E +2E ]
ΔH°=[2 ‐279kJ ][2 ‐151kJ +2 ‐436kJ ]=516kJ
ComolavariacióndeentalpíaΔH°>0setratadeprocesoendotérmico.
Respectoalavariacióndeentropíadelareacción,ΔS:
ΔS°=2SHI 2S +2S
La variación de entropíaΔS°<0 ya que existenmásmoles de gas en reactivos que enproductos.
Larespuestacorrectaeslab.
1.250.Utilizalasiguienteinformacióntermodinámica:
½ (g)+½ (g)NO(g) ΔH°=90,4kJ/mol
½ (g)+ (g) (g) ΔH°=33,8kJ/mol
2 (g) (g) ΔH°=‐58,0kJ/molparacalcular,enkJ/mol,ΔH°paralareacción:
2NO(g)+ (g) (g)a)‐171,2b)‐114,6c)114,6d)171,2
(O.Q.L.LaRioja2012)
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedenreescribirlasecuacionesdelasiguienteforma:
2NO(g)N (g)+O (g) ΔH°=2(‐90,4)kJ
N (g)+2O (g)2NO (g) ΔH°=2(33,8)kJ
2NO (g)N O (g) ΔH°=‐58,0kJ
Sumandolasecuacionesseobtiene:
2NO(g)+O (g)N O (g) ΔH°=‐171,2kJ/mol
Larespuestacorrectaeslaa.
1.251. Para la sublimación de un componente a temperatura constante, ¿cuál de lassiguientesrespuestaseslacorrecta?a)ΔS<0yΔH<0b)ΔS<0yΔH>0c)ΔS>0yΔH>0d)ΔS>0yΔH<0
(O.Q.L.LaRioja2012)
LaecuacióncorrespondientealprocesodesublimacióndelcompuestoA(s)es:
Cuesti
Seromp
Setsólid
Lare
1.252lareaa)10b)40c)14d)24
Comoladif
Enes
Lare
1.253ácidoental
a)‐83b)‐29c)+2d)+8
Lase
Deac
ionesyProble
A(s)
trata de unperlosenlac
tratadeunpo,másorde
espuestacor
2.Unareaccaccióndirec00kJ/mol0kJ/mol40kJ/mol40kJ/mol
oseobservaferenciaentr
Δ H=E
stecaso:
100kJ=14
espuestacor
3.Lasentalpofórmico(mlpíaestánda
= (g)3393293833
ecuacionest
H C=O(g)
HCOOH(l)
cuerdoconl
H C=O(g)
CO (g)+H
masdelasOlim
A(g)
n proceso ecesintermol
procesoeneenado,aung
rrectaeslac
ciónesendottaes140kJ/
aeneldiagrreambasen
E
40kJ−E
.=40kJ/mo
rrectaeslab
píasestándametanoico),Har,enkJ/mol,
)+½ (g)
termoquímic
+O (g)
)+½O (g)
laleydeHes
+O (g)
H O(l)
mpiadasdeQu
endotérmicoleculares.
elqueaumegasenelque
c.
térmicacon/mol,¿cuále
ramadeenenergíasdeac
ol
b.
ardecombuHCOOH(l),sl,paralasigu
HCOOH
cascorrespo
CO (g)+
CO (g
ssestasecua
CO (g)+
HCOOH(l)
uímica.Volume
o (ΔH > 0)
entaeldesoeexistemás
unaΔH=1eslaentalpía
ergía,laentactivación,di
ustióndel foson‐563y‐uientereacc
H(l)
ondientesa
+H O(l)
g)+H O(l)
acionessep
+H O(l)
+½O (g)
en2.(S.Menar
ya que hay
rden(ΔS>sdesorden.
00kJ/mol.Sadeactivac
alpíadelareirectaeinve
ormaldehído270kJ/mol,ción?
losdatospr
ΔH
ΔH
puedenreesc
ΔH
ΔH
rgues&F.Latre
y que comu
0),yaques
Silaentalpíaióndelarea
(
eacciónseobersa:
o (metanal),respectivam
roporcionad
H°=‐563kJ
H°=‐270kJ
cribircomo:
H°=‐563kJ
H°=270kJ/
e)
unicar calor
sepasadee
adeactivaciaccióninvers
(O.Q.L.Asturias
btieneapar
= (g)mente.¿Cuál
(O.Q.L.Galicia
dosson:
J/mol
J/mol
:
J/mol
/mol
120
r para
estado
ióndesa?
s2012)
rtirde
ydelles la
a2012)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 121
Sumandoambasecuacionesseobtiene:
H C=O(g)+½O (g)HCOOH(l) ΔH°=‐293kJ/mol
Larespuestacorrectaeslab.
1.254.Lasreaccionesespontáneassiempre:a)Soncompletasb)Sonrápidasc)Intervienencambiosdefased)Liberanenergíay/ofavorecenunaumentodelaentropíadelsistema.
(O.Q.L.Galicia2012)
La espontaneidad de una reacción viene determinada por el valor de ΔG que a su vezdependedelosvaloresdeΔHyΔSdeacuerdoconlaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS
Enunareacciónenlaqueseliberacalor, ΔH<0
Enunareacciónenlaqueaumentalaentropía, ΔS>0ΔG<0(espontánea)
Estoocurreacualquiertemperatura.
Larespuestacorrectaeslad.
1.255. Justificasisonverdaderaso falsas lassiguientesafirmacionescorrespondientesaunprocesoquetienelugarconabsorcióndeenergíayaumentodeldesordentermodinámico.a)Elprocesoessiempreespontáneob)Elprocesonuncaesespontáneoc)Elprocesoesespontáneoabajastemperaturasd)Elprocesoesespontáneoaaltastemperaturas
(O.Q.L.Valencia2012)
ElcriteriodeespontaneidaddeunprocesosediscutedeacuerdoconelvalordeΔG.Estesecalculamediantelaexpresión:
ΔG=ΔH–TΔS<0 procesoespontáneo
ΔG=ΔH–TΔS>0 procesonoespontáneo
Si ΔH > 0 y ΔS > 0, entonces el valor de ΔG depende de cuál de los términos|ΔH|o|TΔS|seamayor,esdecirdependedecuálseaelvalordeT.
Atemperaturasaltas:|ΔH|<|TΔS|yentoncesΔG<0ylareacciónesespontánea.
Atemperaturasbajas:|ΔH|>|TΔS|yentoncesΔG>0ylareacciónesnoespontánea.
Larespuestacorrectaeslad.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 123
2.PROBLEMASdeTERMOQUÍMICAYTERMODINÁMICA
2.1.Elplatino seutiliza como catalizador en losautomóvilesmodernos.En la catálisis, elmonóxidodecarbono ( °= ‐110,5kJ· y °= ‐137,3kJ· ) reaccionaconeloxígenoparadardióxidode carbono ( °= ‐393,5 kJ· y °= ‐394,4 kJ· ).Determinasi:a)Lareacciónesespontáneaa25°C.b)Lareacciónesendotérmica.c)ElvalordeΔS°paralareacciónindicandosilaentropíadelsistemaaumentaodisminuye.Lareaccióncatalíticatotalessimpleperoelmecanismodereacciónen fasehomogéneaescomplicadoyconungrannúmerodepasosdereacciónqueson:
1)AdsorcióndeCOyadsorción/disociaciónde (ΔH=259kJ/moldeCO+O)2)Energíadeactivación(105kJ/moldeCO+O)3)Formación/desorciónde (ΔH=21kJ/molde )
Esta reacciónde la oxidacióndeCO a catalizadaporPt se puede representar enundiagrama de energía. Justifica a cuál de los representados en la figura correspondería larespuestacorrecta.
(Canarias1997)
LaecuaciónquímicacorrespondientealaoxidacióncatalíticadelCOes:
CO(g)+½O (g)CO (g)
a)Paradeterminarsi la reacciónesespontáneaa25°CesnecesarioconocerelvalordeΔ G°delareacción.
ΔrG°=Σ ν G productos–Σ ν G reactivos
ΔrG°=1molCO‐394,4kJmolCO
–1molCO‐137,3kJmolCO
=‐257,1kJ
Setratadeunareacciónespontáneaa25°CyaqueelvalordeΔrG°<0.
NosetieneencuentaelvalordeΔ G°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
b)Paradeterminarsilareacciónesendotérmicaa25°CesnecesarioconocerelvalordeΔ H°delareacción.
ΔrH°=Σ νiH°i productos–Σ νiH°i reactivos
ΔrH°=1molCO‐393,5kJmolCO
–1molCO‐110,5kJmolCO
=‐283,0kJ
Setratadeunareacciónexotérmicaa25°CyaqueelvalordeΔrH°<0.
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
Ener
gEn
erg íí
a P
oten
cial
/ k
Ja
Pot
enci
al /
kJ
105105
259259
304304
22
2121
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
Ener
gEn
erg íí
a P
oten
cial
/ k
Ja
Pot
enci
al /
kJ
105105
259259
304304
22
2121
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
Ener
gEn
erg íí
a P
oten
cial
/ k
Ja
Pot
enci
al /
kJ 105105
394,4394,4
11
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
Ener
gEn
erg íí
a P
oten
cial
/ k
Ja
Pot
enci
al /
kJ 105105
394,4394,4
11
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
Ener
gEn
erg íí
a P
oten
cial
/ k
Ja
Pot
enci
al /
kJ
105105
259259
2121
33
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
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a P
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Ja
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Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
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CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 124
c)ParadeterminarelvalordeΔ S°delareaccióna25°Cseutilizalaexpresión:
ΔG°=ΔH°–T·ΔS°
ΔS°=ΔH°–ΔG°
T=
‐283,0kJ·mol – ‐257,1kJ·mol25+273K
103J1kJ
=86,9J· ·
ElsiguientediagramadeenergíamuestralastresdiferentesetapasdelprocesodeoxidacióndelCOaCO :
1)AdsorcióndeCOyadsorción/disociacióndeO
(ΔH=259kJ/moldeCO+O)
2)Energíadeactivación(105kJ/moldeCO+O)
3)Formación/desorcióndeCO (ΔH=21kJ/moldeCO )
2.2.Losalimentosquecomemossufrenunprocesodedegradaciónennuestroorganismoporelqueleproporcionanaéstelaenergíanecesariaparaelcrecimientoylasfuncionesvitales.Laecuacióndecombustióndelaglucosaeslaquemejordescribeelproceso.
(s)+ (g) (g)+ (g)Silacantidaddealimentosqueunapersonaconsumealdíaequivaleaunaingestade856gdeglucosa,calcula:a)Lamasade queseproducecomoconsecuenciade lacombustióndetalcantidaddeglucosa.b)Laenergíaquesesuministraalorganismo.c)Elvolumendeaire,medidoa17°Cy770Torr,quesenecesitaparalatotalcombustióndelacantidadindicada.
(Datos. °(kJ· ): (s)=‐1260; (g)=‐393,5; (g)=‐241,8ConstanteR=0,082atm·L· · .Elairecontieneun21%envolumendeoxígeno)
(Murcia1998)
a)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndelaglucosaes:
C H O (s)+6O (g)6CO (g)+6H O(g)
ElnúmerodemolesdeC H O es:
856gC H O1molC H O180gC H O
=4,76molC H O
RelacionandoC H O conCO :
4,76molC H O6molCO
1molC H O44gCO1molCO
=1256g
b)La entalpíade combustiónde laglucosapuedecalcularse apartirde lasentalpíasdeformacióndeproductosyreactivos:
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
ΔcH° 6molH2O‐241,8kJmolH2O
6molCO‐393,5kJmolCO
– 1molC H O‐1260kJ
molC H O
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
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Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
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Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
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Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
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CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 125
ΔcH°=2552kJ·
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Laenergíasuministrada:
4,76molC H O‐2552kJ
molC H O=‐1,21·104kJ
c)RelacionandoC H O conO :
4,76molC H O6molO
1molC H O=28,5molO
Considerandocomportamientoideal:
V=28,5mol 0,082atm·L·mol ·K 17+273 K
1atm100Laire20LO
=3,2·104Laire
2.3.Dadalasiguientereacciónenfasegaseosa(queesnecesarioajustar):
amoníaco+oxígenomonóxidodenitrógeno+aguaa)Calculeelcalordereacciónestándar.b)Calculeelcalorabsorbidoodesprendido(especifique)cuandosemezclan5gdeamoníacocon5gdeoxígeno.
(Datos.Entalpíasdeformaciónestándar(kJ· ):amoníaco=‐46;monóxidodenitrógeno=90;agua=‐242)
(Extremadura1998)
a)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónpropuestaes:
4NH (g)+5O (g)4NO(g)+6H O(g)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
ΔrH° 4molNO90kJmolNO
+6molH O‐242kJmolH O
4molNH‐46kJmolNH
‐908kJ
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
b)Alexistircantidadesdelosdosreactivos,esnecesariodeterminarpreviamentecuáldeelloseselreactivolimitante:
5gO1molO32gO
=0,16molO
5gNH1molNH17gNH
=0,29molNH
0,16molO0,29molNH
=0,55
Comoseobserva,larelaciónmolarentreO yNH esmenorque5/4,locualquieredecirque sobra NH , por lo que se gasta todo el que es el reactivo limitante y quedeterminalacantidaddecalordesprendido.
5gO1molO32gO
‐908kJ5molO
=‐28,4kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 126
2.4.¿Podríacalcularlaafinidadelectrónicadelbromoapartirdelassiguientesecuaciones?Justifiquelarespuestaqueobtengainterpretandocadaunadelasecuaciones:
½ (l)+ 580kJ (aq)
½ (l)+15kJ½ (g)
½ (g)+96kJBr(g)
(g) 351kJ (aq)(Canarias1998)
Laafinidadelectrónicadeunelementosedefinecomo“laenergíaquedesprendeunátomocuandocaptaunelectrón”.Aplicadoalbromo,eslaenergíaasociadaalsiguienteproceso:
Br(g)+e Br (g)+AE
DeacuerdoconlaleydeHesssíquesepuedecalcularlaafinidadelectrónicadelbromoapartir de las ecuaciones químicas propuestas que se pueden reescribir para obtener laecuaciónquímicaproblema.
½Br (l)+e –580kJBr (aq)
Esta ecuación corresponde a tres procesos, disociación de la molécula de bromo,disoluciónacuosadelbromo(l)yformacióndeliónbromuro(aq).
½Br (g)½Br (l)+15kJ
Laecuaciónanteriorcorrespondeauncambiodeestado,lacondensacióndelbromo(g).
Br(g)½Br (g)+96kJ
Estaúltimaecuacióncorrespondealadisolucióndelionbromuro(g).
Br (aq)Br (g)–351kJ
Sumandolasecuacionesquímicasanterioresseobtiene:
Br(g)Br (g)+341kJ
Laafinidadelectrónicadelbromoes,AE=‐341kJ· .
2.5.Las variacionesde entalpíasnormalesde formacióndelbutano,dióxidode carbono yagualíquidason:‐126,1;‐393,7y‐285,9kJ· ,respectivamente.Calculalavariacióndeentalpíaenlareaccióndecombustióntotalde3kgdebutano.
(Canarias1998)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelbutano,C H ,es:
C H (g)+132O (g)4CO (g)+5H O(l)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
ΔcH°= 5molH O‐285,9kJmolH O
+4molCO‐393,7kJmolCO
1molC H‐126,1kJmolC H
ΔcH°=‐2878,2kJ·
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 127
Deacuerdoconelsignonegativodelaentalpíasetratadeunprocesoexotérmicoenelqueseliberacalor.
RelacionandolaentalpíadecombustiónconlacantidaddeC H quesequema:
3000gC H1molC H58gC H
‐2878,2kJ1molC H
=‐1,5·105kJ
2.6.Mediantelafotosíntesislasplantastransformaneldióxidodecarbonoyelaguaenhidratosdecarbono,comolaglucosa,obteniendolaenergíanecesariadelaluzsolar.Considerandolareacción:
6 (g)+6 (l) (s)+6 (g)ysabiendoquea25°Cy1atm: (g) (l) (s) (g)
°(kJ· ) ‐393,5 ‐285,8 ‐1273,3 0S°(J· · ) 213,6 69,9 212,1 205Enestascondiciones,determinar:a)Laenergíasolarmínimanecesariaparalaformaciónde9gdeglucosaporfotosíntesis.b)¿Setratadeunprocesoespontáneo?Razoneyfundamentesurespuesta.
(Murcia1999)
a) La energía necesaria para la formación de la glucosa por medio de esa reacción secalculaapartirdelaentalpíadereacción,quepuedecalcularseapartirdelasentalpíasdeformacióndeproductosyreactivos.
6CO (g)+6H O(l)C H O (s)+6O (g)
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
ΔrH° 1molC H O‐1260kJ
molC H O– 6molH O
‐285,8kJmolH O
+6molCO‐393,5kJmolCO
ΔrH°=2802,5kJ·mol
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Laenergíanecesariaparaobtener9gdeC H O es:
9gC H O1molC H O180gC H O
2802,5kJ
1molC H O=140kJ
b)ParasabersisetrataonodeunprocesoespontáneoesnecesariocalcularΔG°:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
ComoΔH°yaesconocido,secalculaΔS°apartirdelasentropíasmolaresdeproductosyreactivos:
ΔrS°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos
ΔrS°= 1molC H O212J
K molC H O+6molO
205JK molO
–
– 6molH O69,9J
K molH O+6molCO
213,6JK molCO
=‐258,9J
K mol
LavariacióndeenergíalibredeGibbs:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 128
ΔrG°=2802,5kJmol
–298K‐258,9JK·mol
1kJ
103J=2879,7
kJmol
Setratadeunprocesonoespontáneoa25°CyaqueelvalordeΔrG°>0.
2.7.Elcalordecombustióndelaglucosa( )es2816,8kJ/molyeldeletanoles1366,9kJ/mol.¿Cuáleselcalordesprendidocuandoseformaunmoldeetanolporfermentacióndeglucosa?
(Galicia1999)
Laecuacióntermoquímicacorrespondientealacombustióndelaglucosaes:
C H O (s)+6O (g)6CO (g)+6H O(g)+2816,8kJ
ylaecuacióntermoquímicacorrespondientealacombustióndeletanoles:
C H O(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(g)+1366,9kJ
Laecuacióntermoquímicacorrespondientealafermentacióndelaglucosaes:
C H O (s)2C H O(l)+2CO (g)
Aplicando la ley deHess, la entalpía correspondiente a esta reacción se puede obtenercombinandolasreaccionesanteriores:
C H O (s)+6O (g)6CO (g)+6H O(g)+2816,8kJ
4CO (g)+6H O(g)+2733,8kJ2C H O(l)+6O (g)C H O (s)2C H O(l)+2CO (g)+83kJ
Estevalorcorrespondealacantidaddecalordesprendidoenlaformaciónde2molesdeC H Oenlafermentacióndeglucosa.Paraunmol:
‐83kJ2mol
=‐41,5kJ·
2.8.Determinalaentalpíadelareaccióncorrespondientealaobtencióndeltetraclorurodecarbonosegúnlaecuación:
(l)+3 (g) (l)+ (l)sabiendoquelasentalpíasdeformaciónde (l), (l)y (l)son,respectivamente,89,7;‐135,44y‐143,5kJ· .SilaenergíadelenlaceC‐Cles322kJ· ,ladelenlaceCl‐Cles243kJ· ,ladelenlaceC=S es 477 kJ· y la del enlace S‐Cl es 255 kJ· , estima la del enlace entre losátomosdeazufreenel .
(Valencia1999)(Castilla‐LaMancha2011)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Sustituyendo:
ΔrH°= 1molCCl‐135,44kJmolCCl
+1molS Cl‐143,5kJmolS Cl
1molCS89,7kJmolCS
=‐368,64kJ
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delCl (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 129
Lavariacióndeentalpíaasociadaaunareaccióntambiénsepuedecalcularapartirdelasenergíasdeenlacemediantelaexpresión:
ΔrH°=Σ ν H enlacesformadosΣ ν H enlacesrotos
Reescribiendolaecuaciónquímicadeformaqueseveantodoslosenlacesexistentes:
Losenlacesformadosenlosproductosylosrotosenlosreactivosson:
ΔrH°= ESS+4·ECCl+2·ESCl 2·EC=S+3·ECCl
Sustituyendoenlaecuacióndelaentalpíayteniendoencuentaquelasenergíasdeenlaceseconsiderannegativasyaquelaformacióndeunenlaceesunprocesoexotérmico:
‐368,64kJ= 1molSS·ESS+4molCCl‐322kJmolCCl
+2molSCl‐255kJmolSCl
2molC=S‐477kJmolC=S
+3molClCl‐243kJmolClCl
Seobtiene,ESS=‐253,64kJ· .
2.9.UtilizandoelciclodeBorn‐Haber,unosalumnosresuelvenelsiguienteproblema:Apartirdelosdatosdelatabla,a25°C,determinanlaenergíareticular(U)deuncompuestoAX(s).(ArepresentaunalcalinoyXunhalógeno):
Energía Valorabsoluto(kcal· )EntalpíadeformacióndeAX(s) 150,0PotencialdeionizacióndeA(g) 95,9AfinidadelectrónicadeX(g) 90,7Energíadedisociaciónde (g) 57,6EnergíadesublimacióndeA(s) 20,6
Cincoalumnosdancincorespuestas,sólounaescorrecta.Justificacuál:
a)U=150,0–20,6+95,9–57,6–90,7=77,0kcal· b)U=‐150,0–(20,6+95,9+57,6–90,7)=‐233,4kcal·
c)U=‐150,0–(20,6+95,9+28,8–90,7)=‐204,6kcal· d)U=‐150,0–(20,6+95,9+28,8+90,7)=‐385,0kcal·
e)U=‐150,0–(‐20,6+95,9+28,8–90,7)=‐163,4kcal· (Valencia1999)
Respectoalsignodelasenergíasimplicadasenelprocesocabedecirque:
‐elpotencialdeionizacióndeA(I)
‐laenergíadedisociacióndeX (E )y,
‐laenergíadesublimacióndeA(ΔsH)
tienensignopositivoyaquecorrespondenaprocesosendotérmicos.
Porotrolado:
‐laafinidadelectrónicadeX(AE)y,
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 130
‐laentalpíadeformacióndeAX(ΔfH)
tienensignonegativoyaquecorrespondenaprocesosexotérmicos.
Respectoa la energíadedisociacióndeX (E ), según laestequiometríadelproceso, elvalorautilizareslamitaddelvalordado.
El ciclodeBorn‐Haber permite calcular la energía reticulardeuna sustancia con enlaceiónicocomoAX:
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedeescribir:
ΔfH=ΔsH+ED+I+AE+U
DespejandoUysustituyendo:
U=‐150,0– 20,6+95,9+28,8–90,7
U=‐204,6kcal·
Larespuestacorrectaeslac.
2.10.Calculalavariacióndeenergíainternaparaelprocesodefusióndeunmoldehieloa0°C y1atmósferadepresión, sabiendoque en estas condiciones el sistemaabsorbe1440calorías.
(Datos.Densidaddelhieloa0°C=0,92g/ ;densidaddelagualíquida=1,00g/ .ConstanteR=0,082atm·L/mol·K=1,98cal/mol·K)
(Valencia1999)
Elprocesodelquesedeseasaberlavariacióndeenergíainternaes:
H O(s)H O(l)
Lavariacióndeenergíainternadeunprocesovienedadoporlaecuación:
ΔE=QpΔVQ=calorintercambioadoporelsistemapΔV=trabajorealizadocontraelsistema
p·ΔV=1atm 18g1cm3
1g18g
1cm3
0,92g1L
103cm3=‐1,6·10 atm·L
Cambiandounidades
‐1,6·10 atm·L1,98
calmol·K
0,082atm·Lmol·K
=‐0,03cal
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 131
SustituyendoenlaexpresióndeΔE:
ΔE=1440 ‐0,03 ≈1440cal/mol
Comoseobserva,eltrabajoesdespreciablecomparadoconelcalor,locualesdebidoalamínimavariacióndevolumenqueexperimentaelhieloalconvertirseenagualíquida.
2.11.La“reacciónde latermita”producehierroporreduccióndeltrióxidodedihierroconaluminio.Sabiendoqueelcalordeformacióndelóxidodealuminioes‐400kcal· yeldeltrióxidodedihierro‐200kcal· ,calcule:a)Elcalorliberadoenlafabricaciónde1kgdehierroporlareaccióndelatermita.b)¿Cuántosgramosdeaguapodríancalentarsede0°Ca100°Cutilizandoelcalorliberadoalformarseunmoldeóxidodealuminioporlareaccióndelatermita?
(Dato.Calorespecíficodelagua=1,00cal· ·° )(CastillayLeón2000)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndelatermitaes:
Fe O (s)+2Al(s)2Fe(s)+Al O (s)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
ΔrH° 1molAl O‐400kcalmolAl O
1molFe O‐200kcalmolFe O
‐200kcal
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delAl(s)yFe(s)yaqueporconvenioestosvaloressonnulos.
Relacionando la entalpía de reacción con la cantidad de sustancia se obtiene el calordesprendidoenelproceso:
1kgFe103gFe1kgFe
1molFe56gFe
‐200kcal2molFe
=‐1786kcal
b)Considerandoqueelcalentamientodelaguatienelugarenunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Qsistema=0,luego:
Qsistema=Q +QreaccionQH2O=calorabsorbidoporelagua
Qreaccion=calorcedidoenlareaccion
Q =m ·C ·ΔT=m ·1calg·°C
1000 °C
Qreaccion=1molAl2O3‐200kcalmolAl2O3
103cal1kcal
=‐2·105cal
mH2O·1calg·°C
1000 °C+ ‐2·105cal =0mH2O=2000g
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 132
2.12.Paraladescomposicióndelóxidodeplata,a298Ky1atm,segúnlaecuaciónquímica:
(s)2Ag(s)+½ (g)sesabequeΔH=‐30,6kJyΔS=60,2J· .Calcule:a)ElvalordeΔGparaesareacción.b)LatemperaturaalaqueΔG=0.(SupongaqueΔHyΔSnocambianconlatemperaturayquesesigueestandoa1atm).c)Latemperaturaalaqueseráespontánealareacción.
(Murcia2000)
a)LavariacióndeenergíalibredeGibbsdeunareacciónsepuedecalcularpormediodelaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
=‐30,6kJ–298K60,2JK
1kJ
103J=‐48,5kJ
b)DespejandoTenlaexpresiónanteriorcuandoΔG=0:
T=Δ H°Δ S°
=‐30,6kJ60,2J·K
103J1kJ
=‐508K
c) Como se observa en el apartado anterior, se obtieneunvalorabsurdodeT, lo cualquieredecirquelareacciónesespontáneaacualquiertemperatura.
Setratadeunprocesoenelqueenelsistema:
disminuyelaenergía aumentaeldesorden.
2.13.Un ciclista consume, durante las carreras, 40 kJ/min de energía por encima de susnecesidades normales. Calcule el volumen de una bebida energética, que contiene unafracciónmolarde sacarosa0,02 y tieneunadensidad1,35g/ ,quehade tomarparacompensarlasnecesidadesextradeenergíaaldisputarunaetapade6horas.(Datos.Fórmuladelasacarosa: ; °( )=‐393,5kJ/mol; °( )=‐285,8kJ/mol; °( )=‐2225kJ/mol)
(Extremadura2000)
Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndelasacarosaes:
C H O (s)+12O (g)12CO (g)+11H O(l)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
ΔrH°= 11molH O‐285,8kJmolH O
+12molCO‐393,5kJmolCO
1molC H O‐2225kJ
molC H O
Seobtiene,ΔrH°=‐5640,8kJ.
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Relacionandoelconsumoenergéticodelacarreraconlaentalpíadereacciónseobtienelacantidaddesacarosaquesenecesitaparalacarrera:
6h‐40kJmin
60minh
1molC H O
‐5640,8kJ=2,55molC H O
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 133
Para relacionar el número demoles de soluto con el volumen de disolución es precisosaberelvolumenqueocupaunaciertamasadedisolución.
UnadisolucióndeC H O cuyafracciónmolardesolutoes0,02:
0,02molC H O0,02molC H O +0,98molH O
contiene0,02molesdeC H O y(1–0,02)molesdeH O.
0,02molC H O342gC H O1molC H O
=6,84gC H O
0,98molH O18gH O1molH O
=17,64gH O
24,48gdisolucion
24,48gdisolucion1mLdisolución1,35gdisolución
=18,1mLdisolucion
Elvolumendebebidaenergéticaquesenecesitaparalacarreraes:
2,55molC H O18,1mLdisolucion0,02molC H O
2315mLdisolución
2.14.Calculalavariacióndeentalpíaparalasiguientereacción:
(g)+2 (g) (g)+2 (l)(Datos. Entalpías de formación (kJ· ): (g) = ‐74,8; (g) = ‐393,5; (l) =‐285,8)
(Canarias2000)
Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
ΔrH°= 2molH O‐285,8kJmolH O
+1molCO‐393,5kJmolCO
1molCH‐74,8kJmolCH
=‐890,3kJmol
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Deacuerdoconelsignonegativodelaentalpíasetratadeunprocesoexotérmicoenelqueseliberacalor.
2.15.Lagasolinaesunamezcladehidrocarburosentre y .Calcula:a)Calordesprendidoenlacombustiónde5Ldeunagasolinaquecontiene50%deoctano,30%dehexanoy20%depentano.b)Lasentalpíasdeformacióndelpentanoyhexano.c)Volumendeaire,medidoencondicionesnormales,necesarioparalacombustiónde5Ldegasolina.
(Datos. °(kJ· ): (g)=‐393; (l)=‐286;octano=‐250°(kJ· ):pentano=‐3537;hexano=‐4163
Densidaddelagasolina=0,83g/ .Elairecontiene21%envolumende )(Valencia2000)
a)Elnúmerodemolesdecadacomponentedelamezclaes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 134
5Lgasolina103cm gasolina1Lgasolina
0,83ggasolina1cm gasolina
=4150ggasolina
4150ggasolina20gC H
100ggasolina1molC H72gC H
=11,5molC H
4150ggasolina30gC H
100ggasolina1molC H86gC H
=14,5molC H
4150ggasolina50gC H
100ggasolina1molC H114gC H
=18,2molC H
Previamente,esnecesariocalcularlaentalpíadecombustióndeloctano,C H ,apartirdelasentalpíasdeformacióndeproductosyreactivos:
C H (l)+252O2(g)8CO2(g)+9H2O(l)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
Δ H°= 9molH2O‐286kJmolH2O
+8molCO2‐393kJmolCO2
1molC H‐250kJ
molC H
Seobtiene,Δ H°=‐5468kJ/mol.
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Elcalordesprendidoenlacombustióndecadaunodeloscomponentesdelagasolinayelcalortotalson:
Q1=11,5molC H‐3537kJmolC H
=‐40676kJ
Q2=14,5molC H ‐4163kJmolC H
=‐60364kJ
Q3=18,2molC8H18‐5468kJmolC8H18
=‐99518kJ
Qt=‐2,01·105kJ
b)Apartirdelaentalpíadecombustióndelpentano(l)sepuedeobtenersuentalpíadeformación:
C H (l)+8O (g)5CO (g)+6H O(l)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción,paralaecuacióncitada:
‐3537kJ= 6molH O‐286kJmolH O
+5molCO‐393kJmolCO
ΔfH°
Seobtiene,ΔfH° =‐144kJ· .
Repitiendoelprocesoconlacombustióndelhexano(l):
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 135
C H (l)+192O (g)6CO (g)+7H2O(l)
‐4163kJ= 7molH O‐286kJmolH O
+6molCO‐393kJmolCO
ΔfH°
Seobtiene,ΔfH° =‐197kJ· .
c)RelacionandoloscomponentesdelagasolinaconO :
n1=11,5molC H8molOmolC H
=92molO
n2=14,5molC H19molO2molC H
=137,8molO
n3=18,2molC8H1825molO2molC8H18
=227,5molO
nt=457,3molO
RelacionandoO conaireencondicionesnormales:
457,3molO 22,4LOmolO
100Laire21LO
=4,9·104Laire
2.16.Para la reacciónhipotéticaA+BC+D,encondiciones tambiénhipotéticas, laenergíadeactivaciónes32kJ· .Paralareaccióninversalaenergíadeactivaciónes58kJ·mol–1.Razonesilareaccióndadaesexotérmicaoendotérmica.
(Canarias2001)
A partir del diagrama de entalpíascorrespondiente al proceso sededuceque:
Δ H=E –E
= 32–58 kJ·mol =
=‐26kJ·mol
El signo negativo de la entalpíaindica que se trata de un procesoexotérmico.
2.17.Enlacombustiónde24,5Ldeunamezclade molesdeetanoy molesdepropano,a25°Cy1atm,seliberan1889kJ.a)Calculeelnúmerototaldemoles( + ).b)Escriba lasecuaciones termoquímicascorrespondientesa lacombustióndeletanoydelpropano.c)Calcule y e indique enque cuantía contribuye cadagasa la entalpía totalde lacombustión.
(Datos. ° (kJ· ): etano (g) = ‐85; propano (g) = ‐104; dióxido de carbono (g) =‐393,5;agua(l)=‐285,8.ConstanteR=0,082atm·L· · )
(CastillayLeón2001)
a)Aplicandolaecuacióndeestadodelosgasesidealesseobtieneelnúmerodemolesdegasqueintegranlamezclaquesequema:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 136
n +n =1atm·24,5L
0,082atm·L·mol ·K 25+273 K=1molmezcla
b‐c) Las ecuaciones químicas correspondientes a las combustiones del etano y propanoson,respectivamente:
(l)+72 (g)2 (g)+3H2O(l)
(l)+5 (g)3 (g)+4 (l)
De acuerdo con el concepto de entalpía de reacción se obtienen las entalpías decombustióndeamboshidrocarburos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Δ H°= 2molCO‐393,5kJmolCO
+3molH O‐285,8kJmolH2O
1molC H‐85kJ
molC H=‐1559,4kJ
Δ H°= 3molCO‐393,5kJmolCO
+4molH O‐285,8kJmolH O
1molC H‐85kJ
molC H=‐2219,7kJ
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Para calcular la composición de la mezcla combustible es preciso resolver el sistemaformadoporlassiguientesecuaciones:
n molC H +n molC H =1molmezcla
n molC H‐1559,4kJmolC H
+n molC H‐2219,7kJmolC H
=‐1889kJ
n1=0,5molC H
n2=0,5molC H
La contribución de cada gas a la entalpía de mezcla se calcula a partir del calordesprendidoalquemarselascantidadesdecadaunodelosgases:
C H 0,5molC H
‐1559,4kJmolC H
1molmezcla‐1889kJmolmezcla
100=41,3%
C H 0,5molC H
‐2219,7kJmolC H
1molmezcla‐1889kJmolmezcla
100=58,7%
2.18.Unquemador industrial,alimentado conaire como comburente, consume24 kgporhoradebutanocomocombustible.¿Cuáleslapotenciaenergéticadeestedispositivo?¿Cuáleslacomposicióndelosgasesemitidosalaatmósfera?(Datos.Entalpíadecombustióndelbutano=‐689,98kcal/mol.Composiciónaproximadadelaireatmosférico: =20%y =80%)
(Galicia2001)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelbutano(g)es:
C H (l)+132O (g)4CO (g)+5H O(l)
Lacantidaddebutanoconsumidaes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 137
24kgC Hh
103gC H1kgC H
1molC H58gC H
=413,2molC H
h
Relacionandoestacantidadconlaentalpíadecombustión:
413,2molC Hh
‐689,98kcalmolC H
=‐2,85·105kcalh
LosgasesemitidosalaatmósferasonelCO formadoenlacombustión(elH Oeslíquida)yelN queacompañaalO delaire.
Teniendoencuentaque,deacuerdocon la leydeAvogadro,en losgases lacomposiciónvolumétricacoincideconlacomposiciónmolar,elnúmerodemolesdegasesemitidoses:
413,2molC Hh
4molCOmolC H
=1653molCO
h
413,2molC Hh
6,5molOmolC H
80molN20molO
=10743molN
h
Expresandoelresultadocomoporcentajeenmoles(volumen):
1653molCO /h1653molCO /h+10743molN /h
100=13,3%CO2
10743molN /h1653molCO /h+10743molN /h
100=86,7%
2.19.Unrecipientecerradoyaisladodelexteriora25°Cypresiónde1atmcontiene1moldehidrógenomoleculary0,5molesdeoxígenomolecular.Pormediodeunachispaeléctricaseprovocalaexplosióndelamezcla.Calculalatemperaturaylapresiónmáximasconseguidasteóricamenteporelvapordeaguaformadoenelproceso.Elcalordeformacióndelvapordeaguaavolumenconstantees ‐57,5kcal/moly lacapacidadcaloríficaavolumenconstantedelvapordeaguaentre25°Cytemperaturasmuyelevadasesde0,68cal/°Cg.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Baleares2001)
Considerandoquelaformacióndelagua:
H (g)+12O (g)H O(g)
tienelugarenunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0,luego:
Qsistema=Q +Q Q =calordesprendidoenlareaccionQ =calorabsorbidoporlaaguaaVcte.
Q =n·ΔfH
Q =mH2O·CV·ΔTn·ΔcH=mH2O·CV·ΔT
1molH O‐57,5kcalmolH O
103cal1kcal
+1molH O18gH O
molH O0,68
calg·°C
T25 °C
Seobtiene,T=4722°C.
Suponiendounrecipientede1Lyaplicandolaecuacióndeestadodelosgasesidealessecalculalapresiónejercidaporelvapordeaguaaesatemperatura:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 138
p=1molH O 0,082atm·L·mol ·K 4722+273 K
1L=410atm
2.20. Determina la entalpía de formación del ácido acético a partir de las siguientesreacciones:
a)C(s)+ (g) (g) ΔH°(kJ· )=‐393,3
b) (g)+½ (g) (l) ΔH°(kJ· )=‐285,5
c) (l)+2 (g)2 (g)+2 (l) ΔH°(kJ· )=‐869,4(Valencia2001)
Laecuacióntermoquímicacorrespondientealaformacióndelácidoacéticoes:
2C(s)+2H (g)+O (g)CH COOH(l)
DeacuerdoconlaleydeHess,lasecuacionestermoquímicasdadaspuedenreescribirse:
2C(s)+2O (g)2CO (g) Δ H°=2mol ‐393,3kJ·mol
2H (g)+O (g)2H O(l) Δ H°=2mol ‐285,5kJ·mol
2CO (g)+2H2O(l)CH COOH(l)+2O (g)Δ H°=1mol 869,4kJ·mol
Sumandoestasecuacionesseobtienelaecuaciónproblema:
2C(s)+2H (g)+O (g)CH COOH(l) Δ H°=‐488,2kJ·
2.21.Eloctano( )esunhidrocarburolíquidodedensidad0,79kg/L.Calcula:a)Laentalpíadecombustióndeloctanoenestadotipo.b)Lavariacióndeenergíainterna,enestadotipo,paralareacciónanterior.c) ¿Cuál será el volumende octano,medido en condicionesnormales, quedebe quemarseparaevaporar100gdeagua,inicialmentea25°C?
(Datos. °(kJ· ): (g)=‐393,5; (l)=‐285,8; (l)=‐249,9.Entalpíadevaporizacióndel (l)=40,6kJ· Capacidadcaloríficamolardel (l)=75,2J· · ConstanteR=8,314J· · )
(Valencia2001)
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelC H :
C H (l)+252O (g)8CO (g)+9H O(l)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
Δ H°= 9molH O‐285,8kJmolH O
+8molCO‐393,5kJmolCO
1molC H‐249,9kJmolC H
Seobtiene,Δ H°=‐5470,3kJ· .
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
b)Lavariacióndeenergíainternasecalculapormediodelaexpresión:
ΔE°=ΔH°ΔnRT
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 139
siendoΔn=molesdegasenproductosmolesdegasenreactivos
Paralaecuacióncitada:
ΔnRT= 8252
mol·8,314·10kJ
mol·K25+273 K=‐11,1kJ
Sustituyendovalores
ΔE°= ‐5470,3kJ·mol ‐11,1kJ·mol =‐5459,2kJ·
c)Considerandocomoaislado,elsistemaformadoporaguayoctano,sepuedeescribir:
Qsistema=QH2O+Qvap+Qcomb=0
QH2O=calorabsorbidoporelH O
Qvap=calordevaporizacion
Qc=calordesprendidoporelC H
[n ·C ·ΔT]+[n ·Δ H°]+[n ·Δ H°]=0
Sustituyendo:
100gH O1molH O18gH O
75,2·10kJ
mol·K·75K+40,6
kJmol
+ nC8H18‐5470,3kJ
mol=0
Seobtiene,n=4,7·10 molC H .
LadensidadpermiterelacionarmolesyvolumendeC H :
4,7·10 molC H114gC H1molC H
1kgC H
103gC H=5,4·10 kgC H
5,4·10 kgC H1LC H
0,79kgC H103mLC H1LC H
=6,8mL
2.22.Secolocan0,6325gdeácidobenzoico(sólidoatemperaturaambiente)enunabombacalorimétrica (calorímetro adiabático que funciona a volumen constante). En la bomba,rodeandoal reactor,hay2Ldeaguaauna temperatura inicialde25,00°C.Lacapacidadcalorífica del calorímetro (excluyendo el agua) se ha determinado en un experimentoanterioryesde44,366calorías/grado.Tras la combustión completa de los 0,6325 g de ácido benzoico la temperatura del aguaalcanzalos26,97°C.a)Calculelaenergíainternadecombustiónpormoldeácidobenzoico.b)Calculelaentalpíadecombustiónpormoldeácidobenzoico.
(Datos.Capacidadcaloríficadelaguaa25°C=4,184J · ;densidaddelaguaa25°C=0,998g ;R=8,3143J · )
(CastillayLeón2001)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelácidobenzoicoes:
C6H5COOH(s)+152O2(g)7CO2(g)+3H2O(l)
ConsiderandoaisladoelsistemaformadoporH2OyC6H5COOH,sepuedeescribir:
Q =QH2O+Q +Q =0
QH2O=calorabsorbidoporelH O
Qcal=calorabsorbidoporelcalorímetroQc=calordesprendidoenlacombustionaVcte
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 140
mH2O·CH2O·ΔT + kcal·ΔT + n·QV =0
Sustituyendo:
QH2O=2L10 mL1L
0,998g1mL
4,184Jg K
26,97 25,00 K=16452J
Qcal=44,366calK4,184J1cal
26,97 25,00 K=366J
Q =0,6325gC6H5COOH1molC6H5COOH122gC6H5COOH
QV
16452J+366J+0,6325gC6H5COOH1molC6H5COOH122gC6H5COOH
QV=0
Seobtiene,QV=ΔE°=‐3243,88kJ·
b)La relaciónentreel calormolarapresiónconstante (ΔH)y el calormolaravolumenconstante(ΔE)vienedadaporlaexpresión:
ΔH=ΔE+ΔnRT
Siendo,Δn=molesdegasenproductosmolesdegasenreactivos
Paralacombustióndeunmoldeácidobenzoico:
ΔnRT= 7152
8,3143·103kJ
mol·K25+273 K=‐1,24
kJmol
ΔcH°= ‐3243,88kJ·mol + ‐1,24kJ·mol =‐3245,12kJ·
2.23.Elanálisiselementaldeuncompuestodeterminóqueésteestabaformadoúnicamenteporcarbono,hidrógenoynitrógeno.Porcombustióndeunamuestradelmismoserecogieron72,68litrosdeunamezcladegasesformadapor , y yoxígenosobrante,medidosaunasdeterminadascondicionesdepresión y temperatura. El análisis volumétrico de dicha mezcla arrojó los siguientesresultados:27,74%dedióxidodecarbono,48,53%deaguay6,93%denitrógeno.a)Determinarlafórmulaempíricadelcompuesto.b)Sabiendoque ladensidaddelcompuesto,enestadogaseoso,es1,80g· ,cuando lapresiónesde748Torrylatemperaturade27°C,¿cuálessufórmulamolecular?c) Se sabe que las entalpías de formación del (g) y del (l) son, en condicionesestándar,‐394,76y‐286,75kJ· ,respectivamente,yqueenlacombustiónde32,25gdelcompuesto,tambiénencondicionesestándar,sedesprenden1249,82kJ.¿Cuáleslaentalpíadeformacióndelcompuestoendichascondiciones?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2002)
a)DeacuerdoconlaleydeAvogadro,enunamezclagaseosalacomposiciónvolumétricacoincideconlacomposiciónmolar,asísepuedecalcularelnúmerodemolesdeátomosdecadaelemento:
72,68molmezcla27,74molCO100molmezcla
1molC1molCO
=20,16molC
72,68molmezcla45,83molH O100molmezcla
2molH1molH O
=70,54molH
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 141
72,68molmezcla6,93molN
100molmezcla2molN1molN
=10,07molN
Se divide el número demoles de cada elemento por lamenor de estas cantidades parasaber cuántos átomos de cada elemento se combinan con uno del que se encuentre enmenorproporción:
20,16molC10,07molN
=2molCmolN
70,54molH10,07molN
=7molHmolN
formulaempırica:
b) Considerando comportamiento ideal, la ecuación de estado permite calcular lamasamolardelasustanciaproblema:
M=1,80g 0,082atm·L·mol ·K 27+273 K
748Torr·1L760Torr1atm
=45g·
Conlamasamolarylafórmulaempíricaseobtienelafórmulamolecular:
n=45g
2molC12gC1molC +7molH
1gH1molH +1molN
14gN1molN
=1
Lafórmulamoleculardelasustanciaes .
c)Laentalpíadecombustióndelasustanciaes:
Δ H°=‐1249,82kJ
32,25gC2H7N45gC2H7N1molC2H7N
=‐1743,9kJ·
LaecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndecombustióndelC H Nes:
C H N(g)+154O (g)2CO (g)+
72H O(l)+
12N (g)
La entalpía de una reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos.
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
‐1743,9kJ 2molCO‐394,76kJmolCO
72molH O
‐286,75kJmolH O
Δ Ho
Seobtiene,Δ Ho =‐49,25kJ· .
NosetienenencuentalosvaloresdeΔ H°delO (g)yN (g)yaqueporconvenioestosvaloressonnulos.
2.24.A25°Closcaloresdeformacióndelagualíquidaydeldióxidodecarbonoson‐68,31y‐94,03kcal· ,respectivamente.Elcalordecombustióndelacetileno(etino)cuandoelaguaquedaenestado líquidoesde ‐310,61kcal· .Calcularelcalorde formacióndelacetileno.
(Baleares2002)
La entalpía de combustión del acetileno puede calcularse a partir de las entalpías deformacióndeproductosyreactivos:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 142
C H (g)+52O (g)2CO (g)+H O(l)
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
‐310,61kcal= 1molH O‐68,31kcalmolH O
+2molCO‐94,03kJmolCO
Δ Ho
Seobtiene,Δ Ho =54,24kcal· .
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
2.25.Lasentalpíasnormalesdecombustióndelhidrógenogaseoso,carbonosólido,metanogaseosoyetanogaseoso(enkJ· )son,respectivamente,‐285,8;‐393,5;‐889,5y‐1558,3;siendo (l)y (g)losproductosdeestasreacciones.Calcular:a)Laentalpíaestándardeformacióndelmetanoyetanogaseosos.b)ΔH°delareacción:
(g)+ (g)2 (g)c)ΔG°delareacciónanterior.¿Esespontáneaestareacción?(Datos.Sustancia (g) (g) (g)S°(J· · )186,3229,6130,7)
(Canarias2002)(Córdoba2005)
a)Considerandoquelaentalpíasdecombustióndecarbonoehidrógenocoincidenconlasde formacióndedióxidode carbonoyagua, respectivamente, laentalpíade combustióndel metano puede calcularse a partir de las entalpías de formación de productos yreactivos:
CH (g)+2O (g)CO (g)+2H O(l)
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
‐889,5kJ= 2molH O‐285,8kJmolH O
+1molCO‐393,5kJmolCO
∆Ho
Seobtiene,∆Ho =‐75,6kJ·mol–1.
Procediendodeigualformaqueconelmetano:
C H (g)+72O (g)2CO (g)+3H O(l)
‐1558,3kJ= 3molH O‐285,8kJmolH O
+2molCO‐393,5kJmolCO
Δ Ho
Seobtiene,Δ Ho =‐86,1kJ·
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
b)Laentalpíadelareacción:
C H (g)+H (g)2CH (g)
puedecalcularseapartirdelasentalpíasdeformacióndeproductosyreactivos:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 143
ΔrH°= 2molCH4‐75,6kJmolCH4
1molC H‐86,1kJmolC H
=‐65,1kJ
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delH (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
c) La variación de entropía de la reacción anterior puede calcularse a partir de lasentropíasmolaresdelosreactivosyproductos:
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos=
= 2molCH186,3JK mol
1molH130,7JK mol
+1molC H229,6JK mol
=12,3JK
EnelapartadoanteriorsehaobtenidoqueΔ H°=‐65,1kJ,porlotanto,comoΔ S°>0,esunareacciónenlaqueseacualseaelvalordelatemperatura,secumpleque °<0,porlotanto,setratadeunareacciónqueesespontáneaacualquiertemperatura.
LavariacióndeenergíalibredeGibbsdeunareacciónsepuedecalcularpormediodelaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
Δ G°=‐65,1kJ–298K12,3JK
1kJ
103J=‐68,7kJ
Se obtiene, Δ G° =102,5kJ. De acuerdo con el signo negativo, se trata de unprocesoespontáneoa298K.
(EnelproblemapropuestoenCanarias2002sólosepreguntanlosapartadosayb).
2.26.Tanto el etanol ( ) como la gasolina (supuestamente octanopuro, ) seusancomocombustiblesparaautomóviles.a)Establecelasreaccionesdecombustióndeamboscompuestos.b)Calculalasentalpíasdecombustióndeletanolylagasolina.c)Silagasolinaseestávendiendoa0,900€/L.¿Cuáldeberíaserelpreciodellitrodeetanolparaproporcionarlamismacantidaddeenergíaporpeso?
(Datos.Densidades(g· ):octano=0,7025;etanol=0,7894.°(kJ· ):octano=‐249,9;etanol=‐277,0; =‐393,5; =‐285,8)
(CastillayLeón2002)(CastillayLeón2009)
a) Las ecuaciones químicas ajustadas correspondientes a la combustión del etanol yoctano,respectivamente,son:
C H OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l)
C H (l)+252O (g)8CO (g)+9H O(l)
b)Laentalpíadeestareacciónpuedecalcularseapartirdelasentalpíasdeformacióndeproductosyreactivos.
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paraeletanol:
ΔcH°= 3molH O‐285,8kJmolH O
+2molCO‐393,5kJmolCO
1molC H OH‐277kJ
molC H OH
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 144
Seobtiene,Δ Ho =‐1367,4kJ· .
Paraeloctano:
ΔcH°= 9molH O‐285,8kJmolH O
+8molCO‐393,5kJmolCO
1molC H‐249,9kJmolC H
Seobtiene,Δ Ho =‐5470,3kJ· .
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
c)Relacionandoenlagasolinaelprecioconsupotenciaenergética:
0,900€LC H
1LC H
10 mLC H1mLC H
0,7025gC H114gC H1molC H
1molC H5470,3kJ
=2,7·10€kJ
Relacionandolapotenciaenergéticadelagasolinaconeletanol:
2,7·10 €kJ
1374,4kJ
1molC H OH1molC H OH46gC H OH
=8,1·10 €gC H OH
8,1·10 €gC H OH
0,7984gC H OH1mLC H OH
10 mLC H OH1LC H OH
=0,647€
L
2.27.CalculalaenergíadelenlaceO−Hapartirdelossiguientesdatos:
= + ΔH=‐11kcalEnergíasdeenlace(kcal· ):C=C:147;C−H:99;C−C:83;C−O:86
(Valencia2002)
La variación de entalpía asociada a una reacción se calcula a partir de las energías deenlacemediantelaexpresión:
Δ H°=Σ ν H enlacesformados–Σ ν H enlacesrotos
Reescribiendolaecuaciónquímicadeformaqueseveantodoslosenlacesexistentes:
Losenlacesformadosenlosproductosylosrotosenlosreactivosson:
Δ H°=(ECC+5·ECH+ECO+EOH)(EC=C+4·ECH+2·EOH)=
=(ECC+ECH+ECO)(EC=C+EOH)
Sustituyendoenlaecuacióndelaentalpíayteniendoencuentaquelasenergíasdeenlaceseconsiderannegativasyaquelaformacióndeunenlaceesunprocesoexotérmico:
‐11kcal= 1molCC‐83kcalmolCC
+1molCH‐99kcalmolCH
+1molC‐O‐86kcalmolCO
1molC=C‐147kcalmolC=C
+1molOH·EOH
Seobtiene,EO–H=‐110kcal· .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 145
2.28.Calculalaafinidadelectrónicadelcloroapartirdelossiguientesdatos:Energíadesublimacióndelcalcio:46kcal/molPrimerpotencialdeionizacióndelcalcio=6,1eVSegundopotencialdeionizacióndelcalcio=11,9eVEnergíadedisociacióndelenlaceCl−Cl=58kcal/molEnergíareticulardel =‐513kcal/molEntalpíadeformacióndel =‐179kcal/mol
(Datos.1eV=1,6·10 J;1J=0,24cal;NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(Valencia2002)
Escribiendotodaslasenergíasenlasmismasunidades,kJ·mol :
E =46kcalmol
1kJ
0,24kcal=191,7
kJmol
I =6,1eVatomo
1,6·1019J
1eV6,022·1023atomo
1mol1kJ
103J=587,7
kJmol
I =11,9eVatomo
1,6·1019J
1eV6,022·1023atomo
1mol1kJ
103J=1146,6
kJmol
E =58kcalmol
1kJ
0,24kcal=241,7
kJmol
U =‐513kcalmol
1kJ
0,24kcal=‐2137,5
kJmol
Δ Ho =‐179kcalmol
1kJ
0,24kcal=‐745,8
kJmol
El ciclo de Born‐Haber permite calcular laenergía reticular de una sustancia con enlaceiónico.Noobstante,unaaplicacióndelcicloes,conocida la energía reticular, calcular laafinidad electrónica del nometal que forma elcompuesto.
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedeescribir:
Δ Ho =E +ECl–Cl+ I +I +
+2AE +U
‐745,8kJ=191,7kJ+241,7kJ+1734,3kJ+
+2AE + ‐2137,5kJ
Seobtiene,
AE =‐388kJ· .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 146
2.29. En un recipiente cerrado se introducen 1,89 g de ácido benzoico (C6H5COOH) y unexcesodeoxígeno,colocandoposteriormenteelrecipientedentrodeotro, tambiéncerradocon18,84kgdeaguaa25°C.Elcalorquesedesprendeenlacombustióndelácidobenzoicoelevalatemperaturadelagua0,632°C.Calcula:a)Elcalormolarestándardecombustiónavolumenconstantedelácidobenzoico.b)Elcalormolarestándardecombustiónapresiónconstantedelácidobenzoico.(Datos.Elácidobenzoicoessólidoencondicionesestándar;R=1,9872cal· ·
Capacidadcaloríficaespecíficadelaguaa25°C=0,998cal· ·° )(Valencia2002)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelácidobenzoicoes:
C6H5COOH(s)+152O2(g)7CO2(g)+3H2O(l)
ConsiderandoaisladoelsistemaformadoporH2OyC6H5COOH,sepuedeescribir:
Q =QH2O+Q =0QH2O=calorabsorbidoporelH O
Qc=calordesprendidoenlacombustionaVcte
mH2O·CH2O·ΔT + n·QV =0
Sustituyendo:
18840gH2O 0,998calg °C
1kcal103cal
0,632°C +1,89gC6H5COOH1molC6H5COOH122gC6H5COOH
QV=0
Seobtiene,QV=ΔE°=‐767,1kcal·
b)La relaciónentreel calormolarapresiónconstante (ΔH)y el calormolaravolumenconstante(ΔE)vienedadaporlaexpresión:
ΔH=ΔE+ΔnRT
Siendo,Δn=molesdegasenproductosmolesdegasenreactivos
Paralacombustióndeunmoldeácidobenzoico:
ΔnRT= 7152
1,9872·103kcalmol·K
25+273 K=‐0,3kcalmol
ΔcH°= ‐767,1kcal·mol + ‐0,3kcal·mol =‐767,4kcal·
(ProblemasimilaralpropuestoenCastillayLeón2001soloqueaquíseomitelacapacidadcaloríticadelcalorímetro).
2.30. Cuando se queman 2,35 g de benceno ( ) a volumen constante y a 25°C sedesprenden98,53kJ.Calculaelcalordecombustióndelbencenoapresiónconstanteyaesamismatemperatura.
(Dato.ConstanteR=8,3·10 kJ· · )(Canarias2003)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelbencenoes:
C H (l)+152O (g)6CO (g)+3H O(l)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 147
Elcalormedidoavolumenconstanteeslavariacióndeenergíainternaasociadaalprocesoysuvalores:
ΔE=‐98,53kJ2,35gC H
78gC H1molC H
=‐3270,4kJ·mol
Larelaciónexistenteentreelcalormedidoavolumenconstante,ΔE,yelcalormedidoapresiónconstante,ΔH,vienedadaporlaexpresión:
ΔH=ΔE+ΔnRT
siendo,Δn=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteqreactivosgas=(6–7,5)=‐1,5
Sustituyendo:
ΔnRT= 6152
8,3·103kJ
mol·K25+273 K=‐3,7
kJmol
ΔcH°= ‐3270,4kJ·mol + ‐3,7kJ·mol =‐3274,1kJ·
2.31. La propulsión de vehículos teniendo como combustible hidrógeno se presentaactualmente como la alternativa, respecto al motor de explosión clásico, con mayoresposibilidadesdeéxito inmediato.Lasprincipales ventajasque seplantean son la cantidadprácticamente ilimitada de combustible que puede estar disponible y los residuos nocontaminantesdelproceso.Todoelsistemasebasaenhacerreaccionarhidrógenogaseoso( )conoxígenogaseoso( )paraobteneragua(queseríaelúnicoproductodelproceso).Imaginemos que un ingeniero industrial, que intenta diseñar el mencionado sistema depropulsión,lepideayudadadoquecarecequelosconocimientosquímicosnecesarios.¿Seríacapazderesolvertodassusinterrogantes?a)Paraempezar,ledicequehaencontradoenunatablalossiguientesdatos:
BloquededatosA BloquededatosB, =‐237,2kJ· , =‐228,6kJ·
, =‐285,8kJ· , =‐241,8kJ·
, =‐163,2J· · , =‐44,4J· ·
Élsabequeunodeestosconjuntosdedatoscorrespondealprocesoenelqueelaguaapareceen forma gaseosa y el otro al que el agua se produce en forma líquida, ¿pero cuálcorrespondeacuál?Razónelo.b)A continuación lepideque leaclareporqué es interesante esta reacciónparaobtenerenergíayque ledigacuántaenergíasepuedeobtenerdecadakgdecombustibleencadaunodelosprocesos.c)Tambiénquieresabersiseobtendrá,trabajandoa25°C,agualíquidaoenestadogaseoso.d)Porúltimo, indicaque esmuy importantepara éloptimizar el rendimiento energético.Técnicamentepuedelimitarlastemperaturasalasqueseproducelareaccióndentrodeundeterminado rango conun valormínimode0°C,pero ¿cuál sería el valormáximoque sedeberíapermitir?Nota:Asumaquelosvaloresde °y °novaríanenelrangodetemperaturasdetrabajoyquesiemprevamosapodermantenerlascondicionesestándardereactivosyproductos.
(Murcia2003)
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndecombustióndelH (g)es:
H (g)+½O (g)H O(¿?)
EnelbloqueAseregistraundescensodeentropía,Δ S°,de163,2J·mol ·K ,queesmayorqueelregistradoenelbloqueB,Δ S°,de44,4J·mol ·K .Estoquieredecirque
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 148
losdatosdelbloqueAcorrespondenalaformacióndeH2O(l),mientrasquelosdatosdelbloqueBcorrespondenaH O(g).
Si se tiene en cuenta la entalpía, en elbloqueAseregistraunvariacióndeentalpía,Δ H°,de‐285,8·kJ·mol ,queesmayorqueelregistradoenelbloqueB,Δ H°,de‐241,8kJ·mol , la diferencia entre ambos valores es 44,1 kJ·mol , valor positivo que quieredecirqueenelcambiodeestadoseabsorbecalor,por lo tanto, losdatosdelbloqueAcorrespondenalaformaciónde (l),mientrasquelosdelbloqueBcorrespondenaH O(g).
b) La combustión del produce , sustancia que no produce contaminaciónambiental, por lo que desde este punto de vista, se puede decir que el es uncombustiblelimpio.
BloqueA
1000gH1kgH
1molH2gH
‐285,8kJ1molH
=‐1,43·105kJ
kg
BloqueB
1000gH1kgH
1molH2gH
‐241,8kJ1molH
=‐1,21·105kJ
kg
c)Seformará (l)yaqueenelprocesodeformacióndeestasustanciaesenelqueseregistraunmayordescensoenlaenergíalibredeGibbs,‐237,2kJ,frentea‐228,6kJparaH O(g).
d)EnelequilibrioΔG=0,loquepermitecalcularlatemperaturadeequilibriodelproceso:
H O(l)H O(g)
Teniendoencuentaque:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
T=Δ H°Δ S°
=‐241,8kJ – ‐285,8kJ‐44,4 – ‐163,2 ]J·K
103J1kJ
=370,4K97,4°C 100°C
Por encimade esta temperatura, elH O (l) se convierte enH O (g) con el consiguienteconsumo de energía, la entalpía de vaporización, con lo que no se optimizaría elrendimientoenergético.
2.32.Paralareacción:
(g)+ (g)2HCl(g) ΔH=‐184,4kJCalcule la entalpía del enlace H−Cl, si las entalpías de los enlaces H−H y Cl−Cl sonrespectivamente435kJ· y243kJ· .
(Córdoba2003)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
Δ H°=Σ ν H enlacesformados–Σ ν H enlacesrotos
En lareacciónpropuestase forman2molesdeenlacesH−Cl,mientrasqueserompen1moldeenlacesH−HyotromoldeenlacesCl−Cl.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 149
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareacciónes:
‐184,4kJ= 2molH‐Cl ΔH‐ClH 1molH‐H‐435kJmolH‐H
+1molCl‐Cl‐243kJmolCl‐Cl
Seobtiene,ΔH‐ClH=‐431,2kJ· .
2.33.a)Con losdatosaportadosen la siguiente tabla,calculeelcalornecesarioapresiónconstanteyavolumenconstanteparadescomponer121gdecarbonatodemagnesioa298Ksegúnlareacción:
(s)MgO(s)+ (g)
Sustancia °(kJ· )S°(J· · )(s)‐1096,265,7
MgO(s)‐601,626,8(g)‐393,5213,4
b)Conlosdatosaportadosenelapartadoa),calculelavariacióndeenergíalibredeGibbsadichatemperatura.¿Esespontáneoelproceso?
(Dato.ConstanteR=8,3J· · )(Córdoba2003)
a)Laentalpíadereacciónsecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Δ H°= 1molCO‐393,5kJmolCO
+1molMgO‐601,6kJmolMgO
1molMgCO‐1096,2kJmolMgCO
=101,1kJ
Relacionandolamasadesustanciaconlaentalpíadelareacción:
121gMgCO31molMgCO84,3gMgCO
101,1kJ
1molMgCO=145kJ
Larelaciónexistenteentreelcalormedidoavolumenconstante,ΔE,yelcalormedidoapresiónconstante,ΔH,vienedadaporlaexpresión:
ΔE=ΔH–ΔnRT
siendo,Δn=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteqreactivosgas=(1–0)=1
Sustituyendo:
ΔnRT= 10 8,3·103kJ
mol·K25+273 K=2,5
kJmol
ΔE= 101,1kJ·mol 2,5kJ·mol =98,6kJ·
Relacionandolamasadesustanciaconlavariacióndeenergíainternadelareacción:
121gMgCO1molMgCO84,3gMgCO
98,6kJ
1molMgCO=141,5kJ
b)Lavariacióndeentropíadereacciónsecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 150
Δ S°= 1molCO213,4JK mol
+1molMgO26,8JK mol
1molMgCO65,7JK mol
=174,5J K
LavariacióndeenergíalibredeGibbsdeunareacciónsepuedecalcularpormediodelaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
Δ G°=101,1kJ–298K174,5JK
1kJ
103J=49,1kJ·
Setratadeunareacciónnoespontáneayaque °>0.
2.34.Supongaqueelcarbónestá formadoexclusivamenteporcarbono,elgasnaturalpormetanoylagasolinaporhexano.Cuandosequeman:a)¿Cuáldeestassustanciasproducemayorcantidaddeenergíaporkgdecombustible?b) ¿Cuál de estas sustancias producemayor contaminación (cantidad de ) por kg decombustible?c)¿Quécantidadesdeestastressustanciasserequierenparaobtenerunamismacantidaddeenergía,porejemplo1000kJ?Enestecaso,¿quécombustibleproducemayorcontaminación?
(Datos. °(kJ· ): =‐394; =‐286; =‐75; =‐225)(Valencia2003)
a)CombustióndeC(carbón):
C(s)+O (g)CO (g) ΔcH°=‐394kJ·mol
1000gC1kgC
1molC12gC
‐394kJmolC
=‐32833kJkgC
CombustióndeCH (gasnatural):
CH (g)+2O (g)CO (g)+2H O(l)
Laentalpíadereacciónsecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
ΔcH°= 2molH O‐286kJmolH O
+1molCO‐394kJmolCO
1molCH‐75kJmolCH
Seobtiene,Δ H°=‐891kJ·mol .
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
1000gCH1kgCH
1molCH16gCH
‐891kJmolCH
=‐55688kJ
kg
CombustióndeC H (gasolina):
C H (l)+192O (g)6CO (g)+7H O(l)
Procediendodeigualformaqueconelmetano:
ΔcH°= 7molH O‐286kJmolH O
+6molCO‐394kJmolCO
1molC H‐225kJ
molC H
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 151
Seobtiene,Δ H°=‐4141kJ·mol .
1000gC H1kgC H
1molC H86gC H
‐4141kJmolC H
=‐48151kJ
kg
Comoseobserva,elCH4(gasnatural)es lasustanciacuyacombustiónproducemayorcantidaddeenergíaporkgdecombustible.
b)RelacionandocadaunadelassustanciasconelCO producidoenlacombustióndelasmismas:
Carbon1000gC1kgC
1molC12gC
1molCO1molC
=83,3molkgC
Gasnatural1000gCH1kgCH
1molCH16gCH
1molCO1molCH
=62,5molkgCH4
Gasolina1000gC H1kgC H
1molC H86gC H
6molCO1molC H
=69,8molkg
Como se observa, el C (carbón) es la sustancia cuya combustión produce mayorcontaminación(CO2)porkgdecombustible.
c) Relacionando los diferentes valores de energía/kg de combustible con una mismacantidaddeenergía(‐1000kJ):
Carbon‐1000kJ1kgC
‐32833kJ103gC1kgC
=30,5gC
Gasnatural‐1000kJ1kgCH‐55688kJ
103gCH1kgCH
=18,0gCH
Gasolina‐1000kJ1kgC H‐48151kJ
103gC H1kgC H
=20,8gC H
RelacionandoestasdiferentesmasasdesustanciaconlosmolesdeCO queproducen:
Carbon30,5gC1molC12gC
1molCO1molC
44molCO1molCO
=111,8g
Gasnatural18,0gCH1molCH16gCH
1molCO1molCH
44molCO1molCO
=49,5g
Gasolina20,8gC H1molC H86gC H
6molCO1molC H
44molCO1molCO
=63,9g
Como se observa, el C (carbón) es la sustancia cuya combustión produce mayorcontaminación( )porcada1000kJ.
2.35.Calculalavariacióndeentalpíayenergíainterna,a25°Cy1atm,paraelproceso:
(g)+5 (g)3 (g)+4 (l)(Datos.Entalpíasdeformación(kcal· ): (g)=‐94; (l)=‐68,3; (g)=‐24,8.ConstanteR=8,3J· · ;1J=0,24cal)
(Valencia2003)
Laentalpíadereacciónsecalculamediantelasiguienteexpresión:
Cuesti
Susti
Seob
Camb
Nose
Lava
dond
Susti
2.36.leydereacc
(Enprdeun liginiciadela
Enel100m(aq)tiempconela) Esproceb)Demism(Dato° )
a)P
Conscalor
ionesyProble
ΔrH°=Σ ν
ituyendo:
Δ H°= 4m
btiene,Δ H°
biandounid
Δ H°=‐53
etieneencu
ariacióndee
ΔE=ΔH
de,Δn=Σmo
ituyendo:
ΔnRT= 3
ΔE= ‐221
Enuna expeeHesssellevóción:(aqconcentradrimerlugarse(aq)conce
gero excesodalmentea23,reacción,fue
segundoprocmLde (aq1,00M. La tpo, latemperal (g).scriba las doedimiento.emuestreque,ovalorenlasos.Supongaq)
Procedimien
iderandoqur,Q =
masdelasOlim
H productos
molH O‐68mo
=‐530,4kc
dades
30,4kcalmol
0,
uentaelvalo
energíainte
ΔnRT
olesgasenp
6 8,3·10
10,0kJ·mol
eriencia encamóacaboded
do)+HCl(aq)eañadieroneentradoa100deamoníaco)8°C y la temde35,8°C.
cedimiento,qqconcentradtemperaturaaturadelHC
os ecuaciones
e,dentrode lsdosexperienuetodaslasd
ntoexperim
ueelproces0,luego:
mpiadasdeQu
s–Σ ν H re
8,3kcalolH O
+3m
al·mol
1kJ24kcal
=‐2
ordeΔ H°d
rnaasociad
productos
3 kJmol·K
25
‐7,4kJ
minadaademdosmanerasd
)enuncalorím0mLdeHCl1,).Los reactivoperatura fina
quesemuestrdo)paradespldel amoníacol(aq)1,00M
s y calcule l
os límitesdencias,confirmdisolucionest
ental1
sotieneluga
uímica.Volume
eactivos
molCO‐94mol
2210,0kJ·
elO (g)ya
aaunareac
Σmolesde
5+273 K=‐
J·mol =‐
mostrar ladistintasla
(aq)metro8mL,00M(hayos estabanal,después
raparcialmenlazarel o concentradMseelevóde
los valores d
el error expermándoseconetienendensid
arenunsis
en2.(S.Menar
4kcallCO
1m
queporcon
cciónsecalc
gasenreac
‐7,4kJmol
2202,6kJ·
nteenlafigur(g).Estesehido descendió23,8°Ca42,9
de ΔH para
rimental, ΔHllolaleydeHad1g/Lyun
stemaaislad
rgues&F.Latre
molC H‐24mo
nvenioestev
culamediant
ctivos
ra,seburbujeizoburbujearde 19,3°C a9°Ccuando fi
los dos proc
para la reacHess.calorespecíf
(
doenelque
e)
4,8kcalolC H
valoresnul
telaexpresi
eóaireatravren100mLd13,2°C. Alm
finalizó larea
cesos del seg
cciónneta tie
ficode4,18
(Extremadura
enoentran
152
o.
ión:
vésdedeHClmismoacción
gundo
ene el
J
2003)
nisale
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 153
Q =QH2O+Q =0QH2O=calorabsorbidoporlasdisolucionesaq
Q =calordesprendidoenlareaccion
m ·C ·ΔT +Q =0
Sustituyendo:
100+8 mLH O1gH O1mLH O
4,18J
g·°C 35,823,8 °C+Q =0
Seobtiene,Q =‐5417J
Relacionandoel calordesprendido con el númerodemoles deHCl que se consumen seobtienelavariacióndeentalpíadelproceso:
‐5417J100mLHCl1M
10 mLHCl1M1LHCl1M
1LHCl1M1molHCl
1kJ10 J
=‐54,2kJ·
Procedimientoexperimental2
Considerandoqueelprocesotienelugarenunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0,luego:
Q =QNH3+Q +Q =0
QNH3=calorabsorbidoelNH (aq)
QHCl=calorabsorbidoelHCl(aq)Q =calordesprendidoenlareaccion
donde:
Q =m·C·ΔT=100mLH O1gH O1mLH O
4,18J
g·°C 13,219,3 °C=‐2550J
QHCl=m·C·ΔT=100mLH O1gH O1mLH O
4,18J
g·°C 42,923,8 °C=7984J
Sustituyendo:
‐2550J+7984J+Q =0Q =‐5434J
Relacionandoel calordesprendido con el númerodemoles deHCl que se consumen seobtienelavariacióndeentalpíadelproceso:
‐5434J100mLHCl1M
10 mLHCl1M1LHCl1M
1LHCl1M1molHCl
1kJ10 J
=‐54,3kJ·
b)DeacuerdoconlaleydeHesssecumpleque:
Δ1H=Δ2H
Comoseobservacon,el calor liberadoen lareaccióndeneutralización(1),es iguala lasumadelcalorliberadoporladisolucióndeNH máscalorabsorbidoporladisolucióndeHCl(2).
2.37.Laentalpíadecombustióndeln‐butanoes‐2878,6kJ· .Lasentalpíasnormalesdeformacióndel (g)ydel (l)son,respectivamente,‐393,2kJ· y‐285,6kJ· .Calculalaentalpíanormaldeformacióndeln‐butano.
(Canarias2004)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndeln‐butanoes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 154
C H (g)+132O (g)4CO (g)+5H O(l)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
‐2878,6kJ= 4molCO‐393,2kJmolCO
+5molH O‐285,6kJmolH O
ΔfH°
Seobtiene,Δ Ho =‐122,2kJ· .
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
2.38.Explica,justificandolasrespuestas,silassiguientesreaccionessonespontáneas:
a)2 (g)2 (g)+ (g) ΔH°=‐50,5kcalb)3 (g)+ (g)2 (g) ΔH°=‐22,1kcalc) (g)2 (g) ΔH°=13,9kcald) (g)+2 (g)2 (g) ΔH°=16,2kcal
(Canarias2004)
LaespontaneidaddeunareacciónsepuedejustificarapartirdesuvalordeΔ G°:
Δ G°<0procesoespontáneo
Δ G°>0procesonoespontáneo
ElvalordeΔ G°secalculamediantelaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
a)Paraelcasodeladescomposicióndelperóxidodehidrógeno:
2H O (l)2H O(l)+O (g) Δ H°=‐50,5kcal
Se trata de un proceso en el que aumenta el desorden, Δ S° > 0, y por otra parte sedesprendecalor,Δ H°<0,portanto,deacuerdoconlaexpresiónquepermitecalcularlaenergía libre de Gibbs, ° < 0 a cualquier temperatura. Se trata de un procesoespontáneo.
b)Paraelcasodelaformacióndelamoníaco:
3H (g)+N (g)2NH (g) Δ H°=‐22,1kcal
Se trata de un proceso en el que disminuye el desorden, Δ S° < 0, y por otra parte sedesprendecalor,Δ H°<0,portanto,deacuerdoconlaexpresiónquepermitecalcularlaenergíalibredeGibbs,elvalordeΔ G°dependedelvalordelatemperatura:
AbajaTsecumpleque׀Δ H°׀<׀T·Δ S°׀,portanto,Δ G°<0yesunprocesoespontáneo.
A alta T se cumple que Δ׀ H°׀ < T·Δ׀ S°׀, por tanto, Δ G° > 0 y es un proceso noespontáneo.
c)Paraelcasodeladescomposicióndeltetróxidodedinitrógeno:
N O (g)2NO (g) Δ H°=13,9kcal
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 155
Setratadeunprocesoenelqueaumentaeldesorden,Δ S°>0,yporotraparteabsorbecalor,Δ H°>0,portanto,deacuerdoconlaexpresiónquepermitecalcularlaenergíalibredeGibbs,elvalordeΔ G°dependedelvalordelatemperatura:
A baja T se cumple que Δ׀ H°׀ < T·Δ׀ S°׀, por tanto, Δ G° > 0 y es un proceso noespontáneo.
AaltaTsecumpleque׀Δ H°׀<׀T·Δ S°׀,portanto,Δ G°<0yesunprocesoespontáneo.
d)Paraelcasodelaformacióndeldióxidodenitrógeno:
N (g)+2O (g)2NO (g) Δ H°=16,2kcal
Se trata de un proceso en el que disminuye el desorden, Δ S° < 0, y por otra parte seabsorbe calor, Δ H° > 0, por tanto, de acuerdo con la expresión que permite calcular laenergía libre de Gibbs, ° > 0 a cualquier temperatura. Se trata de un proceso noespontáneo.
2.39. Sabiendoque las entalpíasde combustióna25°CdeC (s), (g) y (l) son‐393,5;‐285,8y‐1366,8kJ· respectivamente.Calcule:a)Laentalpíadeformacióndeletanol, (l).b)Lavariacióndeenergíainterna.c)ΔG°aesatemperatura.
(Datos.Entropíasmolaresestándar(J· · ):C(s)=5,7; (g)=130,6; (g)=205;(l)=160,7;constanteR=8,3J· · )
(Córdoba2004)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndeletanoles:
2C(s)+3H (g)+½O (g)C H OH(l)
Lasecuacionestermoquímicascorrespondientesalasentalpíasdadasson:
C(s)+O (g)CO (g) Δ H°=‐393,5kJ·mol
H (s)+½O (g)H O(l) Δ H°=‐285,8kJ·mol
C H OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l) Δ H°=‐1366,8kJ·mol
DeacuerdoconlaleydeHesslasecuacionesanterioressepuedenreescribirdeformaquesumadasproporcionenlaecuacióninicial:
2[C(s)+O (g)CO (g)] Δ H°=2mol ‐393,5kJ·mol
3[H (s)+½O (g)H O(l)] Δ H°=3mol ‐285,8kJ·mol
2CO (g)+3H O(l)C H OH(l)+3O (g)Δ H°=1mol ‐1366,8kJ·mol
Seobtiene,Δ Ho =‐277,6kJ· .
b)Larelaciónexistenteentrelavariacióndeenergíainterna,ΔE,ylavariacióndeentalpíaconstante,ΔH,vienedadaporlaexpresión:
ΔE=ΔH–ΔnRT
siendo,Δn=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteqreactivosgas
ΔnRT= 0528,3·103
kJmol·K
25+273 K=‐8,7kJmol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 156
ΔE= ‐277,6kJ·mol ‐8,7kJ·mol =‐268,9kJ·
c)Lavariacióndeentropíadereacciónsecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos
Δ S°= 1molC H OH160,7JK mol
2molC5,7JK mol
+3molH130,6JK mol
+12molO
205JK mol
Seobtiene,Δ S°=‐345J·mol ·K .
LavariacióndeenergíalibredeGibbsdeunareacciónsepuedecalcularpormediodelaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
Δ G°=‐277,6kJ–298K‐345JK
1kJ
103J=‐174,8kJ·
Setratadeunareacciónespontáneayaque °<0.
2.40.Elmetanolesuncombustiblefácilmentemanejablequeseobtienedelareacciónentremonóxidodecarbonoehidrógeno(obtenidosdecarbonoyagua)según:
CO(g)+2 (g) (l)a) ¿Cuantometanol puede obtenerse de 12 g de y 74 g de CO si el rendimiento de lareacciónesdel68%?Elmetanolpuedeutilizarsecomocombustiblesegún:
2 (l)+3 (g)2 (g)+4 (g) ΔH=‐1454kJ/molb)Calcule la energía liberada, en kJ, cuando1gdemetanol reacciona según la ecuaciónanterior.c) Discuta sobre el signo del cambio de entropía asociado a esta reacción. Razone larespuesta.d)¿Podríaestareacciónnoserespontánea?Razonelarespuesta.e) ¿Podemos decir que la reacción se producirá por completo (hasta la extinción de losreactivos)?Razonelarespuesta.
(Murcia2004)
a)Alexistircantidadesdelosdosreactivos,esnecesariodeterminarpreviamentecuáldeelloseselreactivolimitante:
12gH1molH2gH
=6molH
74gCO1molCO28gCO
=2,64molCO
6molH
2,64molCO=2,3
Comoseobserva,larelaciónmolaresmayorque2,locualquieredecirquesobraH ,porloque segasta todoelCO quees elreactivo limitante yquedetermina la cantidaddeCH OHobtenido.
2,64molCO1molCH OH1molCO
32gCH OH1molCH OH
=84,6gCH OH
Alserelrendimientodelprocesodel68%:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 157
84,6gCH OH(teorico)84,6gCH OH(experimental)100gCH OH(teorico)
=57,4g
b)Relacionandolamasademetanolconlaentalpíadelareacción:
1gCH OH1molCH OH32gCH OH
‐1454kJ
2molCH OH=‐22,7kJ
c)Sealareaccióndecombustióndelmetanol:
2CH OH(l)+3O (g)2CO (g)+4H O(g)
Comoseobserva,sepasade2molesdelíquidoy3molesdegasenlosreactivos,a6molesdegasenlosproductos.Seproduceunaumentodeldesordenenelsistema,portanto,laentropíaaumenta, S°>0.
d)ParaqueunprocesoseaespontáneosedebecumplirqueapyTconstantes, G°<0.LaenergíalibredeGibbs,Δ G°,estárelacionadaconΔ H°yΔ S°pormediodelaecuación:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
En este caso a cualquier T se cumple que Δ׀ H°׀ > T·Δ׀ S°׀,por tanto, Δ G° < 0 y es unprocesoespontáneo.
e)Siestareacciónesespontáneaacualquiertemperaturasellevaráacabocompletamentehastaqueseagoteunodelosreactivos.
2.41.Calculalavariacióndeentalpíayenergíainterna,a25°Cy1atm,paraelproceso:
(l)+152 (g)6 (g)+3 (l)
(Datos.Entalpíasde formación (kJ· ): (g)= ‐393,1; (l)= ‐285,6; (l)=82,9.ConstanteR=8,3J· · )
(Valencia2004)
Laentalpíadereacciónsecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Sustituyendo:
Δ H°= 3molH O‐285,6kJmolH O
+6molCO‐393,1kJmolCO
1molC H82,9kJmolC H
=‐3298,3kJ
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Lavariacióndeenergíainternaasociadaaunareacciónsecalculamediantelaexpresión:
ΔE=ΔHΔnRT
donde,Δn=ΣmolesgasenproductosΣmolesdegasenreactivos
ΔnRT= 6152
8,3·103kJ
mol·K25+273 K=‐3,7
kJmol
ΔE= ‐3298,3kJ·mol ‐3,7kJ·mol =‐3294,6kJ·
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 158
2.42.Pordiversasrazonesdeíndoleeconómico,políticoysocial,algunospaísesllevanvariosañosaplicandosustitutosparalagasolinaenelmotordeexplosióndelosvehículos.UnodelosejemplosmássignificativosesBrasil,con lautilizacióndeunamezcladealcoholetílicocon lapropiagasolina.Laventajaesqueelalcohol sepuedeobtenerpor fermentacióndeazúcares(porejemplo,glucosa)obtenidosapartirdeplantas(porejemplo,maíz).Elusodelalcohol como combustible aprovecha el hecho de que la combustión del etanol esfuertemente exotérmica,aunque ciertamenteno lo es tanto como ladel etano, yaque eletanolestáparcialmenteoxidadorespectoalhidrocarburo.Conlosdatosdelatablaqueseaportaybasándoseensusconocimientosrespondaalassiguientescuestiones.a)Escribayajustelasreaccionesquímicasalasquesehahechomención,esdecir,combustióndeetano,combustióndeetanolyoxidacióndeetanoaetanol.b)Calculelosvaloresdelaentalpíadereacción(enkJ/mol)paralareaccióndecombustióndeletanoyparalaoxidacióndeetanoaetanol.c)Calculeloscaloresdecombustiónporgramodeetanoydeetanol.d) Calcule cuanto consumiría un automóvil circulando con etanol puro respecto a lo queconsumiría si lo hiciese con gasolina sabiendo que el calor de combustión de la gasolina es‐48kJ/g.¿Ysilohicieseconetano?e) Si dentro del motor de explosión se alcanzaran 1200 K de temperatura, ¿podríatransformarseetanolenetano?Datos. Etano(g) (g) (g) (g)
°(kJ· ) ‐84,7 0 ‐393,5 ‐241,8° (J· ) 229,5 205 213,6 188,7 Combustiónetanol
, H°(kJ· ) ‐1235,0
, °(J· )217,68 (Murcia2005)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndeetanoes:
C H (g)+72O (g)2CO (g)+3H O(g)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndeetanoles:
(l)+3 (g)2 (g)+3 O(g)
Si a la ecuación química correspondiente a la combustión de etano se le resta lacorrespondientea lacombustióndeletanolseobtiene lacorrespondientea laoxidacióndeletanoaetanol:
C H (g)+½O C H O(l)
b)Laentalpíadereaccióncorrespondientea lacombustióndeletanopuedecalcularseapartirdelasentalpíasdeformacióndelosreactivosyproductos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
Δ H°= 3molH O‐241,8kJmolH O
+2molCO‐393,5kJmolCO
1molC H‐84,7kJmolC H
‐1427,7kJmol
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Laecuacióntermoquímicacorrespondientealacombustióndeletanoles:
C H O(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(g) Δ H°=‐1235,0kJ·mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 159
Restandoestaecuacióntermoquímicadelaanterior,seobtienelaecuacióntermoquímicacorrespondientealaoxidacióndeletanoaetanol:
C H (g)+½O C H O(l)
Δ H= ‐1427,7kJ ‐1235,0kJ ·=‐192,7kJ·
c)ExpresandolasentalpíasdecombustiónenkJ/g:
‐1427,7kJmolC H
1molC H30gC H
=‐47,8kJ
g
‐1235,0kJmolC2H6O
1molC2H6O
46gC2H6O=‐26,9
d)Relacionandoloscaloresdecombustióndeletanolydelagasolina:
‐48kJ
ggasolina
‐26,9kJ
gC2H6O
=1,8gC2H6ggasolina
conC2H6Oconsumecasieldoble
Relacionandoloscaloresdecombustióndeletanoydelagasolina:
‐48kJ
ggasolina
‐47,6kJ
gC H
≅1g
ggasolinaconC H consumecasilomismo
e)Paraconocersia1200Ksetienelugardeformaespontáneaesteproceso:
C H (g)+½O C H O(l)
esnecesariocalcularelvalordeΔ G°dedichareacción.Siestevalores<0elprocesoseráespontáneo.
LaexpresiónquepermitecalcularΔ G°es:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
ElvalordeΔ H°eselobtenidoenelapartadob)conelsignocontrarioyaquesetratadelareaccióninversa,Δ H°=192,7kJ·mol .
Para calcular el valor de Δ S° es necesario conocer previamente la entropía molar deletanol.EstevalorsepuedecalcularapartirdelvalorΔ S°delareaccióndecombustióndeletanolydelasentropíasmolaresdelrestodeloscomponentesdelamisma.
C H O(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(g)
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos
217,68J K = 3molH O188,7JK mol
+2molCO213,6JK mol
S +3molO205JK mol
Seobtiene,S =160,6J·mol ·K .
ConestevalorahorayasepuedecalcularΔ S°delareaccióndeconversióndeetanolenetano:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 160
Δ S°= 1molC H229,5JK mol
+12molO
205JK mol
1molC H O160,6JK mol
171,4J K
LavariacióndeenergíalibredeGibbsdeunareacciónsepuedecalcularpormediodelaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
Δ G°=192,7kJ–1200K171,4JK
1kJ
103J=‐13kJ
Como se observa, G° < 0, por tanto, a 1200 K el etanol se transformaespontáneamenteenetano.
2.43.Indica,razonandocadarespuesta,comovariarálaentropía(siaumentaodisminuye)enlossiguientesprocesos:a)Solidificacióndelagua.b)Formacióndeltetraclorurodecarbono:C(s)+2 (g) (l)c)Descomposicióndelamoníaco:2 (g) (g)+3 (g)
(Canarias2005)
a)Lacongelacióndelagua:
H O(l)H O(s)
esuncambiodeestadoqueconllevaunadisminucióndelaentropíayaquesepasadeunestadolíquidoconmayorgradodedesordenaestadosólidomásordenado.
b) La formación del tetracloruro de carbono (l) es un proceso en el que disminuye eldesordenyaquesepasadeunestadoenelqueexistengasesaunestadoenelquesólohaylíquido.Porlotantolaentropíadisminuye.
c)Ladescomposicióndelamoníacoesunprocesoenelqueaumentaeldesordenyaquesepasadeunestadoenelqueexisten2molesdegasaunestadoenelquehay4molesdegas.Porlotantolaentropíaaumenta.
2.44. Uno de los componentes del humo del tabaco es el agente cancerígeno llamadobenzo(α)pireno.a)Calcula laentalpíade formacióndelbenzo(α)pireno( )haciendousode la leydeHess y sabiendo que las entalpías de formación del dióxido de carbono y del agua son,respectivamente, ‐393y ‐242kJ· .Laentalpíadecombustióndelbenzo(α)pirenoes ‐16370kJ· .b)Sial fumarunacajadecigarrillosse forman0,2gdebenzo(α)pireno,¿quécantidaddeenergíaseconsumeenesteproceso?
(Canarias2005)
a) Las ecuaciones termoquímicas correspondientes a la formación de H O y CO ycombustióndeC H ,son,respectivamente:
C(s)+O (g)CO (g) Δ H°=‐393kJ·mol
H (g)+½O (g)H O(l) Δ H°=285,8kJ·mol
C H (s)+23O (g)20CO (g)+6H O(g) Δ H°=‐16370kJ·mol
DeacuerdoconlaleydeHesssepuedeescribir:
20C(s)+20O (g)20CO (g) ΔH°=20mol ‐393kJ·mol
Cuesti
6
20
Suma
b) Rconsu
2.45.reticuDatosCalorEnergAfinidEnergCalor
ionesyProble
H (g)+3O
0CO (g)+6
andoestase
20C(s)+
Relacionandoumidoalfor
0,2gC H
Hacer unular.s:rdeformacigíadedisocidadelectróngíadeionizardesublima
U LiF = 1
1
masdelasOlim
O (g)6
6H O(g)
ecuacioness
6H (g)
o benzo(α)rmarse0,2g
1molC252gC
esquema de
óndelLiF(siacióndelnicadelF(g)acióndelLi(cióndelLi(s
molLiF6m
molLi520mo
mpiadasdeQu
6H O(g)
C H (
seobtiene:
C H (s
pireno congdeestasus
HH
7058k1mol
el ciclo de
s)(kJ· )(g)(kJ·)(kJ· )(g)(kJ·(s)(kJ·
17kJmol
1
kJol
1mo
uímica.Volume
(s)+23O (
s)
n su entalpstancia:
kJC HC H
=5
Born‐Haber
)=‐617)=154
)=‐328)=520)=161
Aplicando lreticularde
Δ Ho =
=Δ
siendo:
Δ Ho =e
Δ Ho =en
E =en
I =energ
AE =afin
U =ene
molLi161kmol
olF328kJmol
en2.(S.Menar
ΔH
(g) ΔH
Δ
pía de form
5,6kJ
r para el Li
la ley deHeselLiF:
Ho +½E
entalpíadefo
ntalpíadesub
nergíadedis
gíadeionizac
nidadelectrón
ergíareticula
kJl
½mo
U
rgues&F.Latre
H°=6mol
H°=1mol
H°=7058k
mación se o
iF (s) y cal
ss se puede c
+I +A
rmacióndelL
blimacióndel
ociacióndelF
cióndelLi(g)
nicadelF(g)
rdeLiF(s)
olF154kJmol
U LiF =‐104
e)
‐242kJ·mol
16370kJ·m
kJ·mol–1
obtiene el
lcular su en
(Almería
calcular la en
AE +U
LiF(s)
lLi(s)
F (g)
)
)
‐
47kJ·
161
l
mol
calor
nergía
a2005)
nergía
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 162
2.46.Esdifícilprepararalgunoscompuestosdeformadirectaapartirdesuselementos.Paraestoscompuestosorgánicosesmásfácilmedirlaentalpíaestándardecombustiónhaciendoreaccionarelcompuestoconexcesode (g)paraformar (g)y (l).Calcularlaentalpíaestándardeformacióndelossiguientescompuestos:a)Etanol(l)( )
Entalpíasdeformacióna25°C(kJ· ) Entalpíadecombustióna25°C(kJ· )(g) (l) (l)
‐393,5 ‐285,8 ‐1365,6b)Ciclohexano(l)( )
Entalpíasdeformacióna25°C(kJ· ) Entalpíadecombustióna25°C(kJ· )(g) (l) (l)
‐393,5 ‐285,8 ‐3920,0(Almería2005)
a)Laentalpíadelareaccióndecombustióndeletanol(l)puedecalcularseapartirdelasentalpíasdeformacióndeproductosyreactivos:
CH CH OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l)
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
‐1365,6kJ= 3molH O‐285,8kJmolH O
+2molCO‐393,5kJmolCO
Δ Ho
Seobtiene,Δ Ho =‐278,8kJ· .
b)Realizandoelmismoprocedimientoenlacombustióndelciclohexano(l):
C H (l)+6O (g)6CO (g)+6H O(l)
‐3920,0kJ= 6molH O‐285,8kJmolH O
+6molCO‐393,5kJmolCO
Δ Ho
Seobtiene,Δ Ho =‐155,8kJ· .
EnambasreaccionesnosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
2.47.Aefectosprácticospuedeconsiderarse lagasolina(densidad=0,8kg/L)comooctano( ).Lasentalpíasestándarde formacióndelaguagaseosa,eldióxidodecarbonoyeloctanoson‐242kJ/mol,‐394kJ/moly‐250kJ/mol,respectivamente.Calcule:a)Elcalorproducidoenlacombustiónde2Ldegasolina.b)Laenergíanecesariaporcadakilómetro,siunautomóvilconsume5Ldegasolinacada100km.
(Cádiz2005)
a)Lareaccióndecombustióndeloctanoes:
C H (l)+252O (g)8CO (g)+9H O(g)
La entalpía de esta reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos.
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 163
Paralaecuacióncitada:
Δ H°= 9molH O‐242kJmolH O
+8molCO‐394kJmolCO
1molC H‐250kJ
molC H
Seobtiene,Δ H°=‐5080kJ· .
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Elcalordesprendidoalquemarse2Ldeoctano:
2LC H0,8kgC H1LC H
10 gC H1kgC H
1molC H114gC H
‐5080kJ1molC H
=‐7,13· kJ
b)Relacionandoelvalorobtenidoenelapartadoanteriorconloskmrecorridos:
‐7,13·10 kJ2LC H
5LC H100km
=‐1783kJkm
2.48.Durantelafotosíntesislasplantasverdesaprovechanlaenergíadelaluzparaelaborarazúcares a partir de dióxido de carbono y agua, liberando oxígeno de acuerdo con lareacción:
6 (g)+6 (l) (s)+6 (g)Enesteproceso lasplantasverdessecomportancomomáquinasmuypocoeficientesen laconversiónde laenergía luminosaenenergíaquímica,porquesóloaprovechanel5%de laenergíaluminosaquereciben.
La glucosa ( , de nombre sistemático 2,3,4,5,6‐pentahidroxihexanal,cuyafórmuladesarrolladaseindicaenlafiguraparalaformaL)elaboradadurantelafotosíntesisquedaenlaplantacomoenergíaquímicaalmacenadaycumplelastressiguientesfunciones:Materiaprimaparaelaborarotrasmoléculasorgánicas(proteínas,hidratosdecarbono,etc.)queformaránlasraíces,tallos,hojas,floresyfrutos. Para realizar la síntesis de las sustancias que se indican en el apartadoanteriortambiénserequiereenergía,que laplantaobtienealdescomponer,durantelarespiracióncelular,partedelaglucosaobtenida.Partede laglucosapermanecerá en laplanta como sustanciade reserva
paratransformaseenotrassustancias,comoalmidón,aceite,etc.Seiluminaunaramitadeunaplantaacuáticaconunalámparade100W.Detodalaenergíaluminosaemitidaporlalámpara,sóloel1%llegaalaplanta,yéstasóloaprovechael5%delaenergíaque le llega.Calculael incrementodepesoexperimentadopor laplantaduranteundía,graciasalafotosíntesis,suponiendoqueel50%delaglucosasintetizadaseconsumeenlarespiraciónparaobtenerenergía.Datosdeenergíasdeenlaceenkcal· :
C=O O−H C−C C−H C−O O=O178 110 83 99 861181cal=4,18J.
(Valencia2005)
Energíaradiadaporlabombilla:
100Js
1dıa86400sdıa
=8,64·106J
Energíaquellegaalaplanta(1%):
H-C-OH
COH
OH-C-H
H-C-OH
H-C-OH
CH OH2
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 164
8,64·106J radiada1J recibida100J radiada
=8,64·104J
Energíaabsorbidaporlaplanta(5%):
8,64·104J recibida5J absorbida100J recibida
=4,32·103J1kJ
103J=4,32kJ
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
Δ H°=Σ ν H enlacesformados–Σ ν H enlacesrotos
Losenlacesformadosenlosproductosylosrotosenlosreactivosson:
Δ H°= 5·ECC+7·ECH+5·ECO+1·EC=O+5·EOH+6·EO=O 12·EC=O+12·EOH =
= 5·ECC+7·ECH+5·ECO+6·EO=O 11·EC=O+7·EOH
Sustituyendoenlaecuacióndelaentalpíayteniendoencuentaquelasenergíasdeenlaceseconsiderannegativasyaquelaformacióndeunenlaceesunprocesoexotérmico:
Energíadesprendidaconlosenlacesformados:
5molC–C‐83kcalmolC–C
+7molC–H‐99kcalmolC–H
+5molC–O‐86kcalmolC–O
+6molO=O‐118kcalmolO=O
Energíaabsorbidaconlosenlacesrotos:
11molC=O‐178kcalmolC=O
+7molO–H‐110kcalmolO–H
Seobtiene,Δ H°=482kcal·mol
Cambiandounidades:
482kcalmol
4,18kJ1kcal
=2014,8kJmol
Relacionandolaenergíaabsorbidaporlaplantaconlaentalpíadelareacción:
4,32kJ1molC H O2014,8kJ
180gC H O1molC H O
=0,386gC H O
Teniendoencuentaque laplantaconsumeel50%deestacantidaden larespiración, lacantidaddeglucosaacumuladaporlaplantaes:
0,386gC H O producida50gC H O acumulada100gC H O producida
=0,193g
2.49.Losdiamantesconstituyenunmaterialdegranimportanciaindustrial(técnicasláser,puntasdeperforadorasindustriales,etc.),ademástienengranimportanciaenjoyería.Determina las entalpías de formación del diamante, obtenido a partir del grafito y de lahulla,respectivamente.¿Encuáldeloscasosesmenorlaentalpía?
(Datos.EntalpíadecombustiónC(grafito)=‐393,05kJ· EntalpíadecombustiónC(diamante)=‐394,93kJ· )
(Canarias2006)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 165
Lasecuacionestermoquímicascorrespondientesalacombustióngrafito,diamanteyhulla,son,respectivamente:
C(grafito)+O (g)CO (g) ΔH°=‐393,05kJ
C(diamante)+O (g)CO (g) ΔH°=‐394,93kJ
C(hulla)+O (g)CO (g) ΔH°=‐404,21kJ
Para la formación del diamante a partir del grafito, de acuerdo con la ley de Hess sepuedeescribir:
C(grafito)+O (g)CO (g) ΔH°=‐393,05kJ
CO (g)C(diamante)+O (g) ‐ΔH°=394,93kJ
Sumandoambasecuacionesseobtiene:
C(grafito)C(diamante) Δ H°=1,88kJ
Para la formación del diamante a partir del grafito, de acuerdo con la ley deHess sepuedeescribir:
C(hulla)+O (g)CO (g) ΔH°=‐404,21kJ
CO (g)C(diamante)+O (g) ‐ΔH°=394,93kJ
Sumandoambasecuacionesseobtiene:
C(hulla)C(diamante) Δ H°=‐9,28kJ
Comoseobserva,esmenorlaentalpíasiseformaeldiamanteapartirdehulla.
2.50.Apartirdelossiguientesdatostermodinámicos,todosellosa25°C:
Sustancia °(kJ· ) S°(J· · )(l) ‐239,1 126,8
CO(g) ‐110,5 197,5(g) 0 130,5
a)CalculalosvaloresdeΔH°yΔS°paralareaccióndesíntesisdelmetanolapartirdeCOygaseosos.
b)Encondicionesestándar,¿seráespontáneadichareacción?(Canarias2006)
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealasíntesisdemetanolapartirdeCOyH es:
CO(g)+2H (g)CH OH(l)
La entalpía de reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos.
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos=
= 1molCH OH‐239,1kJmolCH OH
– 1molCO‐110,5kJmolCO
=‐128,6kJ·mol–1
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delH (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
ElvalordeΔ S°secalculaapartirdelasentropíasmolaresdeproductosyreactivos:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 166
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos=
= 1molCH OH126,8JK·mol
– 2molH130,5JK·mol
+1molCO197,5JK·mol
=‐331,7J
mol·K
b)ParadeterminarlaespontaneidaddelareacciónesnecesariocalcularelvalordeΔ G°.LavariacióndeenergíalibredeGibbssecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
=‐128,6kJmol
–298K‐331,7JK·mol
1kJ
103J=‐29,7
kJmol
Setratadeunprocesoespontáneoa25°Cyaqueelvalorde °<0.
2.51.Con losdatosde lassiguientessustanciasenestadogaseosorespondarazonadamentealascuestionesplanteadas (g) (g) (g) (g)
°(kJ· ) ‐393,5 ‐241,8 ‐125,7 0S°(J· · ) 213,7 188,8 310,2 205,1a)Escribalareaccióndecombustióndelbutano.b)Calculelaentalpíadecombustióndelbutano.c)Calcule lavariacióndeenergía libreestándarpara lacombustióndelbutanocontenidoenunabombonacomercial.d)CalculelaenergíamediadelenlaceO H.e)Determineelnúmerodebombonasdebutanocomercialqueharían faltaparacalentarelaguadeunapiscinaconcapacidadpara50 desde14°Ca27°C.(Datos.Unabombonadebutanocomercialcontiene13,6kgdebutano.Energíasmediasdeenlace(kJ· ): =346; =730; =487; =413Supongaqueelaguatienedensidad=1000kg/ ycalorespecífico=4,18kJ ° )
(CastillayLeón2005)
a)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndelbutanoes:
(g)+132 (g)4 (g)+5 (g)
b) La entalpía de reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos.
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
ΔcH°= 5molH O‐241,8kJmolH O
+4molCO‐393,5kJmolCO
– 1molC H‐125,7kJmolC H
ΔcH°=‐2657,3kJ·
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
c)ParacalcularΔG°seaplicalaecuación:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
ComoΔH°yaesconocido,secalculaΔS°apartirdelasentropíasmolaresdeproductosyreactivos:
ΔrS°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos
Cuesti
Lava
Setra
Lava
d)Laenlac
Rees
Lose
Sustiseco
Seob
e)Cocalor
Susti
ionesyProble
ΔrS°= 5m
– 1m
ariacióndee
ΔrG°=‐26
atadeunpr
ariacióndee
13,6kgC
avariacióncemediante
Δ H°=Σ ν
cribiendola
enlacesform
Δ H°=(8E
ituyendoenonsideranne
‐2657,3kJ
btiene,EOH
onsiderandor,Q =
Q =
m ·C
ituyendo:
50m H O
masdelasOlim
molH O1
K m
molC HK
energíalibre
657,3kJmol
–29
rocesoespon
energíalibre
H10 gC1kgC
deentalpíaelaexpresió
ν H enlacesfo
aecuaciónq
madosenlos
EC=O+10EO
laecuaciónegativasyaq
J= 8molC=
3molC
=‐515kJ·
oqueelproc0,luego:
QH2O+Q =
·ΔT + n
O10 kgH O1m H O
mpiadasdeQu
88,8JmolH O
+4
310,2JmolC H
edeGibbs:
98K155,45K·mol
ntáneoa25
ealquemar
HH
1mol58gC
asociadaan:
ormados–Σ ν
uímicadefo
sproductosy
OH)(3EC
ndelaentalpquelaforma
=O‐730kJmolC=O
C‐346kJmolCC
.
cesotienelu
0
n ·Δ H°
O4,18
kJkg·°C
uímica.Volume
4molCO2
K
+132molO
5Jl1kJ
103J=‐2
°Cyaqueel
elC H co
C HC H
‐271mo
unareacció
H enlacesro
ormaquese
ylosrotose
C+10ECH
píaytenienacióndeun
O+10molO
+10molC
ugarenuns
QH2O=cal
Q =calor
° =0
C 2714 °
en2.(S.Menar
213,7JmolCO
–
O205,1JK molO
2703,6kJmol
lvalordeΔr
ntenidoenu
03,6kJolC H
=‐6
ónsecalcula
tos
eveantodos
enlosreacti
+6,5EO=O)
ndoencuentenlaceesun
OH·EOH
CH‐413kJmolCH
istemaaisla
lorabsorbid
rdesprendid
°C+n‐m
rgues&F.Latre
=155,45K
G°<0.
unabombon
6,34· kJ
aapartird
slosenlaces
vosson:
taquelasennprocesoex
JH+6,5molC
adoenelque
doporagua
doenlacom
2657,3kJmolC H
=
e)
JK mol
nacomercia
J
e lasenergí
sexistentes:
nergíasdeexotérmico:
C=O‐487kmolC=
enoentran
mbustion
=0
167
ales:
íasde
enlace
kJ=O
nisale
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 168
Seobtiene,n =1022,5mol
RelacionandomolesdeC H conbombonasdebutanocomercial:
1022,5molC H58gC H1molC H
1kgC H10 gC H
1bombona13,6kgC H
=4,4bombonas
2.52.Enelprocesodereaccióndeloxígenoconelcobrepara formaróxidodecobre(II)sedesprenden2,30kJporcadagramodecobrereaccionado,a298Ky760mmHg.Calcule:a)Laentalpíadeformacióndelóxidodecobre(II).b)Elcalordesprendidocuandoreaccionan100Ldeoxígeno,medidosa1,5atmy27°C.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2006)
a)LareaccióndeformacióndelCuOes:
Cu(s)+½O (g)CuO(s)
La entalpía de esta reacción se obtiene el calor desprendido con la cantidad de Cu quereacciona:
Δ H°=‐2,30kJgCu
63,5gCumolCu
=‐146,05kJmol
b)Suponiendocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
n=1,5atm·100L
0,082atm·L·mol ·K 27+273 K=6,1molO
LacantidaddecalorquesedesprendecuandoreaccionaelO es:
6,1molO‐146,05kJ0,5molO
=‐1781,8kJ
2.53. La dimetilhidracina, , se utiliza como combustible de cohetes. Cuandoreaccionaconoxígenolaecuacióntermoquímicadelareacciónes:
½ (l)+2 (g) (g)+2 (g)+½ (g)ΔH=‐901,6kJa)CalculaΔHparalassiguientesreacciones:
(l)+4 (g)2 (g)+4 (g)+ (g)
(g)+2 (g)+½ (g)½ (l)+2 (g)b)Elcalordevaporizacióndelaguaes44,0kJ· ,calculaΔHparalareacción:
½ (l)+2 (g) (g)+2 (l)+½ (g)c) Los calores de formación del (g) y (g) son ‐393,5 y ‐241,8 kJ· ,respectivamente.Calcula °del (l).d)¿Cuántocalorsedesprendealquemarseenunrecipienteabierto10,0gde (l)?e)Latemperaturadeuncalorímetroaumenta1,78°Ccuandoseabsorben8,55kJ.Calculalacapacidadcaloríficadelcalorímetro.f)Enelcalorímetrodelapartadoanteriorsequemadimetilhidracinaa25°C.Latemperaturaaumentahasta29,55°C.¿Quémasadedimetilhidracinasehaquemado?
(Baleares2006)
a)Laprimeradelasreaccionespropuestaseslareaccióniniciallaquesehaeliminadoelcoeficiente fraccionariode ladimetilhidracinamultiplicandopor2,por tanto, laentalpíadedichareacciónesdobledelaentalpíadada:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 169
Δ H°=2 ‐901,6kJ =‐1803,2kJ
La segundade las reaccionespropuestas es la reacción inversa a la reacción inicial, portanto,laentalpíadedichareacciónesla901,6kJ
b)Lasecuacionestermoquímicaspropuestasson:
½N H CH (l)+2O (g)CO (g)+2H O(g)+½N (g)Δ H°=‐901,6kJ
H O(l)H O(g) Δ H°=44kJ
De acuerdo con la ley deHess, estas ecuaciones termoquímicas se pueden reescribir deformaquesumadasseobtengalareaccióndeseada:
½N H CH (l)+2O (g)CO (g)+2H O(g)+½N (g)Δ H°=‐901,6kJ
2H O(l)2H O(g) Δ H°=2 ‐44kJ ½N H CH (l)+2O (g)CO (g)+2H O(l)+½N (g)Δ H°=‐989,6kJ
c) La entalpía de reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos.
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióndada:
‐901,6kJ= 1molCO‐393,5kJmolCO
+2molH O‐241,8kJmolH O
– Δ Ho
Seobtiene,Δ Ho =‐24,5kJ·
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delN (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
d)Relacionandolamasadedimetilhidracinaylaentalpíadereacción:
10gN H CH1molN H CH58gN H CH
‐1803,2kJ
1molN H CH=‐310,9kJ
e)Considerandoqueelprocesotienelugarenunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0,luego:
Q =Q +Q=0Q =calorabsorbidoporelcalorímetroQ=calorsuministrado
donde:Q =k ·ΔT=k 1,78K
k 1,78K+ ‐8,55kJ =0k =4,8kJ·
e)Considerandoelcalorímetrounsistemaaislado,secumpleque:
Q =Q +Q =0Q =calorabsorbidoporelcalorímetroQ =calordesprendidoenlacombustion
Sustituyendo
4,8kJK
29,55–25 K+mgN H CH1molN H CH58gN H CH
‐1803,2kJ
1molN H CH=0
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 170
Seobtiene,m=0,7g
2.54.Lareaccióndeformacióndelmetanoles:
C(s)+2 (g)+½ (g) (l)Apartirdelasecuacionesquímicassiguientes:
(l)+3/2 (g) (g)+2 (l) ΔH°=‐725kJ
C(s)+ (g) (g) ΔH°=‐393kJ
(g)+½ (g) (l) ΔH°=‐286kJ
a)Elcalormolardeformacióndelmetanol.b)Lamasadehielo,a0°C,quepuedefundirseconlacombustiónde1litrodemetanol).
(Datos.Densidaddelmetanol=0,792g ;calorlatentedefusióndelhielo=334kJ· )(Córdoba2006)
a)DeacuerdoconlaleydeHess,estasecuacionestermoquímicassepuedenreescribirdeformaquesumadasseobtengalareaccióndeseada:
CO (g)+2H O(l)CH OH(l)+3/2O (g) ΔH°=725kJ
C(s)+O (g)CO (g) ΔH°=‐393kJ
2H (g)+O (g)2H O(l) ΔH°=2 ‐286kJ
C(s)+2H (g)+½O (g)CH OH(l) Δ H°=‐240,0kJ·
b)Considerandoqueelprocesotienelugarenunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0,luego:
Q =Q +Q =0Q =calorabsorbidoporelhieloparafundirseQ =calordesprendidoenlacombustion
donde:
Q =m ·Δ H°
Q =m ·Δ H°
Sustituyendo:
m334kJkg
+103mLCH OH0,792gCH OH1mLCH OH
1molCH OH32gCH OH
‐725kJ
1molCH OH=0
Seobtiene,m =53,7kg
2.55. El ácido acético se obtiene industrialmente por reacción delmetanol ( ) conmonóxidodecarbono.a)Escribeyajustalareacciónanterior.b)Indicasilareacciónesexotérmicaoendotérmica.c)Calcula lacantidaddeenergía intercambiadaalhacer reaccionar50kgdemetanolderiqueza87%con30kgmonóxidodecarbonoderiqueza70%.Elrendimientodelareacciónesdel80%.
(Datos. °(kJ· ):metanol=‐238;ácidoacético=‐485;monóxidodecarbono=‐110)
(Asturias2006)
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreCH OHyCOes:
(l)+CO(g) (l)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 171
b)Lavariacióndeentalpíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
= 1molCH COOH‐485kJ
molCH COOH 1molCH OH
‐238kJmolCH OH
+1molCO‐110kJmolCO
Seobtiene,Δ H°=‐137kJ· .
Deacuerdoconelsignonegativodelaentalpíasetratadeunprocesoexotérmicoenelqueseliberacalor.
c)Alexistircantidadesdelosdosreactivos,esnecesariodeterminarpreviamentecuáldeelloseselreactivolimitante.Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
50·10 gCH OH87%87gCH OH
100gCH OH87%1molCH OH32gCH OH
=1359,4molCH OH
30·10 gCO70%70gCO
100gCO70%1molCO28gCO
=750molCO
Larelaciónmolares:
1359,4molCH OH750molCO
=1,8
Comolarelaciónmolaresmayorque1quieredecirquesobraCH OH,porloqueCOeselreactivo limitante que determina la cantidad de CH COOH formado y el calordesprendidoenlareacciónconunrendimientodel80%:
750molCO1molCH COOH
1molCO80molCH COOH real100molCH COOH teo
‐137kJ1molCO
=‐8,22· kJ
2.56.Latrinitroglicerina, ,sehausadotradicionalmenteparafabricarexplosivos.AlfredNobelya laempleóen1866para fabricardinamita.Actualmentetambiénseusaenmedicinaparaaliviar laanginadepecho (dolores causadospor elbloqueoparcialde lasarterias que llegan al corazón) al dilatar los vasos sanguíneos. La entalpía dedescomposicióndelatrinitroglicerinaalapresiónde1atmy25°Cdetemperaturaparadarlosgasesnitrógeno,dióxidodecarbonoyoxígeno;yagualíquidaesde‐1541,4kJ/mol.a) Escriba la ecuación química de la reacción ajustada de la descomposición de latrinitroglicerina.b)Calculeelcalorestándardeformacióndelatrinitroglicerina.c)Unadosisdetrinitroglicerinaparaaliviar laanginadepechoesde0,60mg,suponiendoque tardeo tempranoelorganismoquema totalmenteesa cantidad (aunquenode formaexplosiva),segúnlareacciónquímicacalculada.¿Cuántascaloríasseliberan?d) ¿Qué volumen de oxígeno, medido en condiciones normales, se obtendrá de ladescomposición completa de un cartucho de 250 g de trinitroglicerina en condicionesestándar?
(Datos. °(kJ· ): (g)=‐393,5; (l)=‐285,8)(CastillayLeón2006)
a)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealadescomposicióndelanitroglicerinaes:
4 (l)12 (g)+6 (g)+ (g)+10 (l)
b) La entalpía de la reacciónpuede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 172
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
4molC H N O‐1541,4kJ
molC H N O= 10molH O
‐285,8kJmolH O
+12molCO‐393,5kJmolCO
∆fHo
Seobtiene,∆fHo =‐1414,4kJ· .
c)RelacionandoC H N O conΔ H°:
0,60mgC H N O1gC H N O
10 mgC H N O1molC H N O227gC H N O
‐1541,4kJ
molC H N O=‐4,07·10 kJ
Expresandoestevalorencalorías:
4,07·10 kJ10 J1kJ
1cal4,18J
=‐0,97cal
d)RelacionandoC H N O conO ysuponiendocomportamientoideal:
250gC H N O 1molC H N O227gC H N O
1molO
4molC H N O22,4LO1molO
=6,2LO2
2.57.Alquemar1gdeetenogas( = )y1gdeetanollíquido( )paraformar (g) y (l) se desprenden 50,42 y 29,73 kJ, respectivamente. Las entalpías de
formacióndel (g)ydel (l)son‐393,84y‐286,01kJ,respectivamente.Calcula:a)Laentalpíadelasreaccionesnoajustadas:
a1) (g)+ (g) (g)+ (l)
a2) (l)+ (g) (g)+ (l)
a3) (g)+ (l) (l)b)Lasentalpíasdeformacióndeletenoyeletanol.c)Lavariacióndeenergíainternaa320°Cdelasreacciones,noajustadas:
c1) (g)+ (g) (g)+ (l)
c2) (l)+ (g) (g)+ (l)d)Utilizando losdatosdeenergíasdeenlacede la tabla,calcula laentalpíade laprimerareacción, y compárala con el valorobtenido en elapartadoa1.Comenta lasdiferencias yjustifícalas.Datos.Enlace: C=CC−HC=OO−HO=OEnergía(kJ)651,58414,57745,39460,64494,14ConstanteR=8,314J· · .
(Valencia2006)(Valencia2008)
a1)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndeletenoes:
C H (g)+3O (g)2CO (g)+2H O(l)
Laentalpíadecombustióndeletenoes:
‐50,42kJgC H
28gC H1molC H
=‐1411,8kJ·
a2)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndeletanoles:
C H OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 173
Laentalpíadecombustióndeletanoles:
‐29,73kJgC H OH
46gC H OH1molC H OH
=‐1367,6kJ·
a3)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealahidratacióndeletenoes:
C H (g)+H O(l)C H OH(l)
De acuerdo con la ley de Hess, las ecuaciones termoquímicas correspondientes a losapartadosa1)ya2)sepuedenreescribircomo:
C H (g)+3O (g)2CO (g)+2H O(l) Δ H°=‐1411,8kJ
2CO (g)+3H O(l)C H OH(l)+3O (g) ‐Δ H°=1367,6kJ
C H (g)+H O(l)C H OH(l) Δ H°=‐44,2kJ·
b)Laecuacióntermoquímicaajustadacorrespondientealacombustióndeletenoes:
C H (g)+3O (g)2CO (g)+2H O(l) Δ H°=‐1411,8kJ
La entalpía de la reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
1molC H‐1411,8kJmolC H
= 2molH O‐286,01kJmolH O
+2molCO‐393,84kJmolCO
∆fHo
Seobtiene,∆fHo =52,1kJ· .
Laecuacióntermoquímicaajustadacorrespondientealacombustióndeletanoles:
C H OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l) Δ H°=‐1367,6kJ
Procediendodeigualformaqueconeleteno:
1molC H OH‐1367,6kJmolC H OH
= 3molH O‐286,01kJmolH O
+2molCO‐393,84kJmolCO
∆fH OHo
Seobtiene,∆fH OHo =‐278,1kJ· .
EnambasreaccionesnosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
c)Lavariacióndeenergíainternadeunareacciónsecalculapormediodelaecuación:
ΔE=ΔH–ΔnRT
donde,Δn=molesdegasenproductosmolesdegasenreactivos
c1)Laecuacióntermoquímicaajustadacorrespondientealacombustióndeletenoes:
C H (g)+3O (g)2CO (g)+2H O(l) Δ H°=‐1411,8kJ
SustituyendoenlaecuaciónquepermitecalcularΔE:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 174
ΔnRT= 24 8,3·103kJ
mol·K320+273 K=‐9,8
kJmol
ΔE= ‐1411,8kJ·mol ‐9,8kJ·mol =‐1401,9kJ·
c2)Laecuacióntermoquímicaajustadacorrespondientealacombustióndeletanoles:
C H OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l) Δ H°=‐1367,6kJ
Procediendodeigualformaqueconeleteno:
ΔnRT= 23 8,3·103kJ
mol·K320+273 K=‐4,9
kJmol
ΔE= ‐1367,6kJ·mol ‐4,9kJ·mol =‐1362,7kJ·
d)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealapartadoa1),lacombustióndeleteno,es:
C H (g)+3O (g)2CO (g)+2H O(l)
La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
Δ H°=Σ ν H enlacesformados–Σ ν H enlacesrotos
Losenlacesformadosenlosproductosylosrotosenlosreactivosson:
Δ H°= 4·EC=O+4·EOH EC=C+4·ECH+3·EO=O
Sustituyendoenlaecuacióndelaentalpíayteniendoencuentaquelasenergíasdeenlaceseconsiderannegativasyaquelaformacióndeunenlaceesunprocesoexotérmico:
Δ H°= 4molC=O‐745,39kJmolC=O
+4molOH‐460,64kJmolOH
1molC=C‐651,58kJmolC=C
+4molCH‐414,57kJmolCH
+3molO=O‐494,14kJmolO=O
Seobtiene,Δ H°=‐1031,8kJ·
Elvalorobtenidoapartirdelasenergíasdeenlaceesinferioralqueseobtieneapartirdelasentalpíasdeformación,‐1411,8kJ.Estoesdebidoaquelosvaloresdelasenergíasdeenlace utilizados son valores promedio y no los vaores experimentales que se obtienencuandosemidelaentalpíadecombustiónconunabombacalorimétrica.
El problema propuesto en 2008 es el mismo sólo que con las entalpías expresadas enkcal·mol ylaenergíainternacalculadaa298K.Lassolucionesson:
a1)∆cHo =‐337,12kcal· a2)∆cH OH
o =‐326,6kcal·
a3)Δ H°=‐10,52kcal· b1)∆fHo =12,42kcal·
b2)∆fH OHo =‐66,4kcal· c1)∆cE
o =‐335,94kcal·
c2)∆cE OHo =‐326kcal· d)Δ H°=‐255kcal· .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 175
2.58.Lasentalpíasdecombustióndeletanolydeletanalson,respectivamente‐327,6y‐279,0kcal· .a)Escribelasreaccionesdecombustióndeletanolydeletanalajustadas.b)Calcularlavariacióndeentalpíadelareaccióndeoxidacióndeletanollíquidoenexcesodeoxígenoparadaretanalyagua,amboscompuestosenestadolíquido.c)¿Cuáldelasdossustanciasproducirámáscalorenelprocesodecombustión?
(Canarias2007)
a)Lasecuacionesquímicasajustadascorrespondientesalacombustióndeletanolyetanalson:
(l)+3 (g)2 (g)+3 (l)
(l)+5/2 (g)2 (g)+2 (l)
b)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealaoxidacióndeletanoles:
C H OH(l)+½O (g)C H O(g)+H O(l)
Las ecuaciones termoquímicas correspondientes a las combustiones del etanol y etanalson,respectivamente:
C H OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l) Δ H°=‐327,6kcal·mol
C H O(l)+5/2O (g)2CO (g)+2H O(l) Δ H°=‐279,0kcal·mol
De acuerdo con la ley de Hess, las ecuaciones termoquímicas anteriores se puedenreescribircomo:
C H OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l) Δ H°=‐327,6kcal·
2CO (g)+2H O(l)C H O(l)+5/2O (g) ‐Δ H°=279,0kcal
C H OH(g)+½O (l)C H O(l)+H O(l) Δ H°=‐48,6kJ·
c)Segúnseobservaconlasentalpíasdecombustión,eletanoldesprende,pormol,máscalorqueeletanal.
2.59. Indica,razonando larespuesta,comovaría laentropía(aumentaodisminuye)en lossiguientesprocesos:a)Congelacióndelagua.b)Demolicióndeunedificio.c)Condensacióndeamoníacogaseoso.d)Separacióndeloscomponentesdeunamezcla.
(Canarias2007)
a)Lacongelacióndelagua:
H O(l)H O(s)
esuncambiodeestadoqueconllevaunadisminucióndelaentropíayaquesepasadeunestadolíquidoconmayorgradodedesordenaestadosólidomásordenado.
b)Lademolicióndeunedificioconllevaunaumentodeldesordenyaquesepasadeunaestructura ordenada (paredes, tabiques, etc.) a una estructura menos ordenada(escombros).Porlotantolaentropíaaumenta.
c)Lacondensacióndelamoníaco:
NH (l)NH (l)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 176
esuncambiodeestadoqueconllevaunadisminucióndelaentropíayaquesepasadeunestadogaseosoconmayorgradodedesordenaestadolíquidomásordenado.
d) La separación de los componentes de una mezcla conlleva una disminución deldesordenenelsistemayaquesepararloscomponentesimplicarordenarlos,porlotantolaentropíadisminuye.
2.60. El calor de reacción correspondiente a la descomposición térmica del carbonato decalcioes‐42,49kcal· ,siendolosproductosdereacciónqueseobtienenóxidodecalcioydióxidodecarbono.Calcule:a)Elconsumodecarbónmineralquehayqueañadiraunhornodecalefacciónparaobteneruna toneladadeóxidodecalcio, suponiendoqueel rendimiento térmicodelhorno seadel70%.Sesabequelaentalpíadelareacción:
C+ esigualaΔH=‐94,52kcal· .b)Elvolumende quesedesprendenenesteprocesoencondicionesnormales.
(Cádiz2007)
a)LaecuacióntermoquímicacorrespondientealadescomposicióntérmicadelCaCO es:
CaCO (s)CaO(s)+CO (g) ΔH°=42,49kcal
ElcalornecesarioparaobtenerunatoneladadeCaOes:
10 gCaO1molCaO56gCaO
42,49kcal1molCaO
=7,6·10 kcal
Comoelrendimientotérmicodelhornoesdel70%:
7,6·10 kcal100kcal teorico70kcal real
=1,09·10 kcal
Relacionandoestecalorconelquesedesprendeenlacombustióndelcarbono:
1,09·10 kcal1molC94,52kcal
=1,15·10 molC
Suponiendoqueelcarbóncontiene100%deC,lamasacorrespondientees:
1,15·10 molC12gC1molC
=1,38· gC
b)Suponiendocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelCO desprendidoes:
1,15·10 molC1molCO1molC
22,4LCO1molCO
=2,58· L
2.61. Cuando el yoduro de sodio, NaI, se disuelve en agua, la mezcla se enfríaespontáneamente.Contestadeformarazonadaalassiguientescuestiones:a)Cualseráelsignodelavariacióndeentalpía(ΔH).b)¿QuémagnitudesmayorΔHoTΔS?
(Canarias2007)
a)AldisolverelNaIenagua:
NaI(s)Na (aq)+I (aq)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 177
se produce una disminución espontánea de la temperatura. Esto nos indica que en elprocesodedisoluciónseabsorbecalor,porlotantosetratadeunprocesoendotérmico,esdecir,ΔH>0.
b)ComosetratadeunprocesoespontáneolavariacióndeenergíalibredeGibbsesΔG<0.Elprocesodedisoluciónporsuparteimplicaunmayoraumentodeldesordenyaqueseproduce se pasa de un estado sólido más ordenado a una disolución acuosa menosordenada,porloqueseproduceunaumentodelaentropía,ΔS>0ysisetieneencuentaqueelprocesoesendotérmico,ΔH>0,paraquecumplaqueΔG<0,ydeacuerdoconlaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
tienequecumplirseque׀ΔH׀<׀T·ΔS׀
2.62.Lostubosdeestañodelosórganosdelasiglesiasmuyfríassufrenlallamada“pestedelestaño”,dondeel estañometálico (estañoblanco) se transformaenestañogris (formanometálicadeaspectopulverulento).Apartirdelossiguientesdatosdeterminapordebajodequétemperaturaseproducelapestedelestaño:
°(kJ· ) S°(J· · )Sn(blanco) 0,00 51,55Sn(gris) ‐2,09 44,14
(Canarias2008)
Setratadedeterminarlatemperaturadeequilibriodelproceso:
Sn(blanco)Sn(gris)
Enprimerlugarsedebedeterminarlaentalpíadereacción,quepuedecalcularseapartirdelasentalpíasdeformacióndelosreactivosyproductos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
Δ H°= 1molSn gris‐2,09kJ
molSn gris 1molSn blanco
0kJmolSn blanco
=‐2,09kJ
Seguidamente, se debe determinar la variación de entropía de la reacción, que puedecalcularseapartirdelasentropíasmolaresdelosreactivosyproductos:
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos
Δ S°= 1molSn gris44,14JK·mol
1molSn blanco51,55JK·mol
=‐7,41JK
LavariacióndeenergíalibredeGibbsdeunareacciónsepuedecalcularpormediodelaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
Cuando se alcanza el equilibrio se cumple que ΔrG°=0, lo que permite calcular latemperaturaalaquesealcanzaeste.Sustituyendolosvalorescalculados:
T=Δ H°Δ S°
=‐2,09kJ
‐7,41J·K103J1kJ
=282K
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 178
Seobtiene,T=282K(8,9°C),temperaturapordebajodelacualseproducela“pestedelestaño”,elSn blanco setransformaespontáneamenteenSn gris .
2.63.Calculaelcalordeformacióndelamoníacosisesabequelareacciónentreelhidrógenoy el nitrógeno para dar este compuesto es exotérmica y que el calor desprendido en lareacción de obtención de un litro de amoníaco a 25°C y 1 atmósfera, aumenta 1,3°C latemperaturade0,5kgdeagua.(Dato.Calorespecíficodelagua=4,180J · )
(Baleares2008)
Considerandoqueelprocesotienelugarenunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0,luego:
Q =Q +Q =0Q =calorabsorbidoporelaguaQ =calordesprendidoenlareaccion
donde:
Q =mCΔT
Sustituyendo:
500gH O 4,180J
g K1,3K +Q =0Q =‐2717J
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdegases:
n=1atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 25+273 K=4,1·10 molNH
RelacionandoelcalordesprendidoconelnúmerodemolesdeNH :
‐2717J
4,1·10 molNH1kJ10 J
=‐66,4kJ·
2.64.Enunhornosedescomponecarbonatodecalciosegún:
(s)CaO(s)+ (g) ∆H°=+179kJ/molSeutilizacomocombustiblepropano( ),cuyaentalpíadecombustiónes∆H°=‐2219,8kJ/mola)¿Quémasadepropanosedebequemarparadescomponer100kgdecarbonatodecalcio,sisóloseaprovechael40%delcalordesprendido?b)Calcula el volumendeaire,a25°C y1atm,necesariopara la combustióndelpropanoutilizado.c)Calculaloskgde emitidosalaatmósferaentodoelproceso.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;elairetieneun21%envolumendeoxígeno)(Murcia2008)
a)ElnúmerodemolesdeCaCO adescomponeres:
100kgCaCO10 gCaCO1kgCaCO
1molCaCO3100gCaCO3
=10 molCaCO
LaenergíanecesariaparadescomponerelCaCO es:
10 molCaCO179kJ
1molCaCO=1,79·105kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 179
LamasadeC H necesariaparasuministraresaenergíaconunrendimientodel40%es:
xmolC H2219,8kJ1molC H
40kJ util100kJ teorico
=1,79·105kJx=201,6molC H
201,6molC H44gC H1molC H
1kgC H10 gC H
8,87kgC3H8
b)LaecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelC H es:
C H (g)+5O (g)3CO (g)+4H O(l)
RelacionandoC H conO :
201,6molC H5molO1molC3H8
1008molO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=1008mol 0,082atm·L·mol ·K 25+273 K
1atm=2,46·104LO
Elvolumendeairecorrespondientees:
2,46·104LO100Laire21LO
=1,18·105Laire
c)ElCO emitidoalaatmósferaeselcorrespondientealasreacciones:
DescomposicióndelCaCO
10 molCaCO1molCO1molCaCO
=10 molCO
CombustióndelC H
201,6molC H3molCO1molC H
=605molCO2
1605molCO
LamasadeCO es:
1605molCO44gCO1molCO
1kgCO10 gCO
, kgCO2
2.65. Durante la década de 1940, y debido a la escasez de gasolina, se utilizó comocombustibleparaautomóvileselmonóxidodecarbonoobtenidoapartirdelcarbónen los“gasógenos”.SabiendoquelacombustióndelCO(g)paradar (g)tieneunavariacióndeentalpíade‐238kJ· a25°C:a)Calculalaentalpíadeformacióndelmonóxidodecarbono.b)¿Quécantidaddecalorsepodríaobteneralquemar100 deCOmedidosa25°Cy750mmHg?c)¿Quévolumenocuparíael necesarioparalacombustióndelCOdelapartadoanterior,medidoenlasmismascondicionesdepresiónytemperatura?
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ; ° (g)=‐393,5kJ· )(Cádiz2008)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndel“gasógeno”es:
CO(g)+½O (g)CO (g) Δ H°=‐238kJ·mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 180
Laentalpíadereacción,quepuedecalcularseapartirdelasentalpíasdeformacióndelosreactivosyproductos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
1molCO‐238kJmolCO
= 1molCO‐393,5kJmolCO
∆fH COo ∆fH CO
o =‐110,5kJ·
b)Suponiendocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
n=750mmHg·100m
0,082atm·L·mol ·K 25+273 K
1atm760mmHg
10 L1m
=4038molCO
LacantidaddecalorquesedesprendecuandosequemaelCOes:
4038molCO‐238kJ1molCO
=‐7,6· kJ
c)RelacionandoCOyO :
4038molCO0,5molO1molCO
=2019molO
Elvolumenocupadoporestacantidaddegases:
V=2019mol 0,082atm·L·mol ·K 25+273 K
750mmHg760mmHg1atm
1m3
10 L=50
2.66.La combustiónde12,40gdemetano, llevadaa caboapresión constante,desprende689,5kJ,referidosalatemperaturade25°C.Teniendoencuentaqueaestatemperaturaelaguaproducidaestáenestadolíquido,determine:a)Laentalpíaestándardecombustióndelmetano.b)LaenergíadeGibbscorrespondientealacombustióndelmetanoa25°C.c)Laentalpíadeformacióndelmetanoa25°C.Datos.
Sustancia (g) (g) (g) (l)°(kJ· )‐393,5‐285,8
S°(J· · )186,3205,1213,769,9(Córdoba2008)
a)Laentalpíadecombustióndelmetanoes:
‐689,5kJ12,40gCH
16gCH1molCH
=‐889,7kJ·
b)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndelmetanoes:
CH (g)+2O (g)CO (g)+2H O(l)
La variación de entropía de la reacción, que puede calcularse a partir de las entropíasmolaresdelosreactivosyproductos:
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos
= 2molH O69,9Jmol K
+1molCO213,7Jmol K
1molCH186,3Jmol K
+2molO205,1Jmol K
Seobtiene,Δ S°=‐243J·mol ·K
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 181
LavariacióndeenergíalibredeGibbssecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ G°=Δ H°TΔ S°
Sustituyendo:
Δ G°=‐889,7kJmol
25+273 K‐243Jmol·K
1kJ10 J
=‐817,3kJ·
c) La entalpía de la reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
1molCH‐889,7kJmolCH
= 2molH O‐285,8kJmolH O
+1molCO‐393,5kJmolCO
∆fHo
Seobtiene,∆fHo =‐75,4kJ· .
NosetieneencuentaelvalordeΔfH°delO2(g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
2.67.Unodelosplásticosmásutilizadosactualmenteeselpolietileno.Elproductodepartidautilizadoensufabricacióneseletileno.Si loscaloresestándarde formacióndeldióxidodecarbonogaseosoydelagualíquidason,respectivamente,‐94,1y‐63,8kcal· ysabiendoqueelcalordecombustióndeletilenogases‐337,3kcal· ,determineelcalorestándardeformacióndelcitadoreactivogaseosodepartida.
(CastillayLeón2008)
La entalpía de combustión del etileno puede calcularse a partir de las entalpías deformacióndeproductosyreactivos:
C H (g)+3O (g)2CO (g)+2H O(l)
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
1molC H‐337,3kcalmolC H
= 2molH O‐63,8kcalmolH O
+2molCO‐94,1kcalmolCO
∆fHo
Seobtiene,∆fHo =21,5kcal· .
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
2.68. En cuál de los procesos que se indican tiene lugar un cambio espontáneo a bajastemperaturasynoespontáneoatemperaturasaltas.a) (g)+3 (g) (g)+ (g) °=‐238kJb) (s)+6 (g)6 (g)+6 (l) °=‐2816kJc)CaO(s)+3C(s) (s)+CO(g) °=+462kJd) (g)+3 (g)2 (l) °=+230kJ
(Canarias2009)
ElcriteriodeespontaneidaddeunprocesosediscutedeacuerdoconelvalordeΔG.Éstesecalculamediantelaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°>0procesonoespontáneo
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 182
Δ G°=Δ H° TΔ S°<0procesoespontáneo
Si Δ H° < 0 y Δ S° < 0, entonces el valor de Δ G° depende de cuál de los términos|Δ H°|o|TΔ S°|seamayor,esdecirdependedecuálseaelvalordeT:
SiTeselevada,|Δ H°|<|TΔ S°|Δ G°>0yelprocesoesnoespontáneo
SiTesbaja,|Δ H°|>|TΔ S°|Δ G°<0yelprocesoesespontáneo
SiΔ H°>0yΔ S°>0,elvalordeΔ G°dependedelvalordeT:
SiTeselevada,|Δ H°|>|TΔ S°|Δ G°<0yelprocesoesespontáneo
SiTesbaja,|Δ H°|>|TΔ S°|Δ G°>0yelprocesoesnoespontáneo.
a)CS (g)+3Cl (g)CCl (g)+S Cl (g) Δ H°=‐238kJ
Enestareacción, °<0,yaquehaymenosmolesdegasenproductosquereactivos,portanto, de acuerdo con lo anteriormente expuesto, la reacción es espontánea a bajastemperaturas.
b)C H O (s)+6O (g)6CO (g)+6H O(l) Δ H°=‐2816kJ
En esta reacción, ° > 0, ya que hay más moles de gas y líquido en productos quereactivos, por tanto, de acuerdo con lo anteriormente expuesto, la reacción esespontáneaacualquiertemperatura.
c)CaO(s)+3C(s)CaC (s)+CO(g) Δ H°=+462kJ
Enestareacción, °>0,yaquehaymásmolesdegasenproductosquereactivos,portanto, de acuerdo con lo anteriormente expuesto, la reacción es espontánea a altastemperatura.
d)N (g)+3Cl (g)2NCl (l) Δ H°=+230kJ
Enestareacción, °<0,yaquehaymenosmolesdegasenproductosquereactivos,portanto, de acuerdo con lo anteriormente expuesto, la reacción es no espontánea acualquiertemperatura.
2.69.Enelpuntodeebulliciónnormaldeunlíquidoseencuentranenequilibrioellíquidoyelvapory lapresiónparcialdelvaporesde1atm.Lapresiónsobreel líquidoesde1atm,ytantoellíquidocomoelvaporseencuentranenestadoestándar.Apartirdelosdatosqueseaportan,estimarlatemperaturadeebullicióndeletanol.
Compuesto °(kJ· ) S°(J· · )(l) ‐238,64 127,00(g) ‐201,20 238,00
(Canarias2009)
Elequilibriocorrespondientealavaporizacióndelmetanoles:
CH OH(l)CH OH(g)
La entalpía del proceso de vaporización de metanol puede calcularse a partir de lasentalpíasdeformacióndeproductosyreactivos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos=
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 183
=1molCH OH(g)‐201,20kJ
molCH OH(g)1molCH OH(l)
‐236,64kJmolCH OH(l)
=37,44kJmol
Lavariacióndeentropíaasociadaalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos=
=1molCH OH(g)238J
K·molCH OH(g)1molCH OH(l)
127JmolCH OH(l)
=111J
mol K
LaespontaneidaddeunprocesosevienedeterminadaporsuvalordeΔ G°,queasuvezsecalculapormediodelaexpresión:
Δ G°=Δ H° TΔ S°
Cuando se alcanza el equilibrio se cumple que Δ G° = 0, lo permite calcular latemperaturadelequilibriolíquido‐vapor:
Δ H° TΔ S°=0
T=37,44kJ·mol111J·mol ·K
103J1kJ
=337,3K64,3°C
2.70.Lahidracinalíquida, ,seutilizacomopropulsordecohetes.a)Escribelaecuaciónquímicaparalaformacióndelahidracinaapartirdesuselementos,yutilizandolasecuacionesquímicasdecombustiónsiguientes:
½ (g)+ (g) (g)
(g)+½ (g) (g)
(l)+3 (g)2 (g)+2 (g) Obtén una ecuación en la cual la entalpía de formación de hidracina ° se exprese entérminosde , y .b) En un cohete, la hidracina líquida reacciona con peróxido de hidrógeno líquido paraproducir nitrógeno y vapor de agua. Escribe la ecuación química ajustada para estareacción.c)Calculalaentalpíadereacción °paralareacciónescritaenelapartado(b).d)Calcula °paralareaccióndelapartado(b)apartirdelasenergíasdedisociacióndeenlace:Energíadedisociacióndeenlace(kJ/mol):
N‒N N=N N≡N N‒H O‒O O=O O‒H167 418 942 386 142 494 459
e)¿CuáldelosvalorescalculadosdeΔrH°enlosapartadosc)yd)serámáspreciso?Justificaturespuesta.f)Calculalatemperaturamáximadelosgasesdelacombustiónsitodalaenergíageneradaenlareacciónseinvierteenelevarlatemperaturadeestosgases.Datos.
(l) (l) (g)°(kJ· )50,6 ‐187,8 ‐241,8
Capacidadescaloríficas(J ° ): (g)=29,1; (g)=33,6.(LaRioja2009)
a)Laecuacióntermoquímicacorrespondientealaformacióndelahidracina(l)es:
N (g)+2H (g)N H (l) Δ H
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 184
DeacuerdoconlaleydeHess,lasecuacionestermoquímicasdadassepuedenreescribirdeformaqueproporcionenlaecuacióndeseada:
N (g)+2O (g)2NO (g) 2 Δ H
2H (g)+2O (g)2H O(g) 2 Δ H
2NO (g)+2H O(g)N H (l)+3O2(g) ‐Δ H
Sumandolasecuacionesanterioresseobtiene:
N (g)+2H (g)N H (l) =2 +2 –
b)LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreN H yH O es:
(l)+2 (l) (g)+4 (g)
c) La entalpía de la reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
Δ H°= 4molH O‐241,8kJmolH O
1molN H50,6kJmolN H
+2molH O‐187,8kJmolH O
Seobtiene,Δ H°=‐642,2kJ· .
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delN (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
d) La entalpía de una reacción se puede calcular (de forma aproximada) a partir de lasenergíasdeenlacesdelassustanciasqueintervienenenlareacción:
Δ H°=Σ ν H enlacesformados–Σ ν H enlacesrotos
En la reacción propuesta se forman 8 moles de enlaces H−O, 1 mol de enlaces N≡N;mientrasqueserompen4molesdeenlacesH−N,1moldeenlacesN−N,4molesdeenlacesH−Oy2molesdeenlacesO−O.
Considerandoquelaenergíadeenlaceesenergíadesprendidaenlaformacióndeunmoldeenlaces(negativa),lavariacióndeentalpíaasociadaalareacciónes:
Δ H°= 1molN≡N‐942kJmolN≡N
+4molH–O‐459kJmolH–O
4molH–N‐386kJmolH–N
+1molN–N‐167kJmolN–N
+2molO–O‐142kJmolO–O
=‐783kJmol
e)Elvalordelaentalpíacalculadoenelapartadoc)esmásprecisoqueelobtenidoeneld), ya que este último se obtiene a partir de las energías de enlace que son valorespromediocalculadosendiferentessustancias.
f)SitodalaenergíadesprendidaenlareacciónentreN H yH O seempleaenelevarlatemperaturadelosgases.ConsiderandoC constanteconlatemperatura:
Δ H°=Σ n·C ·ΔT
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 185
‐642,2kJ10 J1kJ
= 4molH O33,6J
K·molH O+1molN
29,1JK·molN
ΔT
Seobtiene,ΔT=3928°C,portantolatemperaturafinalquealcanzanlosgasesdelcilindroes:
T =T +ΔTT =25°C+3928°C=3953°C
2.71.Sedisponedeunahabitacióndedimensiones4mx4mx3mquesecalientausando1kgdepropanocomocombustible.Calcula:a)Laentalpíadecombustióndelpropano.b)Lavariacióndelacomposición,enmoles,delaireunavezquesehayaconsumidotodoelpropano.
(Datos. °(kJ· ): (g)=‐393,5; (g)=‐241,8; (g)=‐103,9Composiciónvolumétricadelaire:78% y22% .ConstanteR=0,082atm·L· · )Nota. Se supone que el sistema es cerrado, la presión es constante e igual a 1 atm y latemperaturaesde25°C.
(Cádiz2009)
a)Lareaccióndecombustióndelpropanoes:
C H (g)+5O (g)3CO (g)+4H O(g)
La entalpía de esta reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos.
a) La entalpía de la reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos=
= 4molH O‐241,8kJmolH O
+3molCO‐393,5kJmolCO
1molC H‐103,9kJmolC H
=‐2043,8kJmol
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
b)Lacantidaddeairecontenidainicialmenteenlahabitaciónes:
V= 4m·4m·3m =48m
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdeairees:
n=1atm·48m
0,082atm·L·mol ·mol 25+273 K10 Laire1m aire
=1964,3molaire
De acuerdo con la ley deAvogadro, en unamezcla gaseosa coinciden las composicionesvolumétricaymolar.LascantidadesdeN yO sonrespectivamente:
1964,3molaire78molN100molaire
=1532,2molN
1964,3molaire22molO100molaire
=432,1molO
LacantidaddeO consumidoenlacombustiónde1kgdeC H es:
1kgC H10 gC H1kgC H
1molC H44gC H
5molO 1molC H
=113,6molO
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 186
Mientras que la cantidad de N después de la combustión permanece constante, lacantidaddeO quequedaenlahabitaciónes:
432,1molO (inicial)–113,6molO (gastado)=318,5molO (sobrante)
Las cantidades de CO y H O formados en la combustión de 1 kg de C H son,respectivamente:
1kgC H10 gC H1kgC H
1molC H44gC H
3molCO 1molC H
=68,2molCO
1kgC H10 gC H1kgC H
1molC H44gC H
4molH O1molC H
=90,9molH O
Elnúmerototaldemolesdegasenlahabitaciónes:
1532,2molN318,5molO68,2molCO90,9molH O
nt=2009,8molairehúmedo
Lacomposicióndelaireenlahabitacióndespuésdelacombustiónes:
1532,2molN2009,8molaire
100=76,2% 318,5molO2009,8molaire
100=15,8%
68,2molCO2009,8molaire
100=3,4% 90,9molH O2009,8molaire
100=4,5%
Lavariaciónqueexperimentanlosgasesinicialeses:
Δ N =78,0%N (inicial)–76,2%N (final)=1,8%
Δ O =22,0%O (inicial)–15,8%O (final)=6,2%
2.72.Enlaobtencióndelóxidodecalcioseutilizaconciertafrecuenciaelprocesosiguiente:
(s)+ (g)CaO(s)+ (g)Siseconoceque:
°( )=76kJ· °( )=‐794,96kJ·
ElectroafinidaddelO (O/ )=‐133,4kJ· Electroafinidaddel ( / )=845,4kJ· Energíadedisociacióndel =498kJ· PrimeraenergíadeionizacióndelCa=586kJ· SegundaenergíadeionizacióndelCa=1130,2kJ· EnergíareticulardelCaO=‐3480kJ· EnergíadesublimacióndelCa=167,4kJ·
a)CalculeΔHdelareacciónencondicionesestándar.b)¿CuálserálaΔE(energíainterna)queexperimentaelproceso?
(Valencia2009)
a) La entalpía de la reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 187
SedesconocelaentalpíadeformacióndelCaOysuvalorpuedecalcularsepormediodelciclodeBorn‐Haberyaquesetratadeuncompuestoiónico:
DeacuerdoconlaleydeHess sepuedeplantear:
ΔfH°=ΔsubH+EO22
+ I +I + A +A +UCaO
DespejandoΔfH°ysustituyendo:
ΔfH°= 167,4+249+1716,2+712–3480 kJ
ΔfH°=‐635,4kJ·
SustituyendoenlaexpresióndeΔ H°:
Δ H°= 1molCl O76kJ
molCl O+1molCaO
‐635,4kJmolCaO
1molCaCl‐794,96kJmolCaCl
=235,56kJ
Nose tieneencuenta laentalpíade formacióndelO , un elemento en su forma más estable encondicionesestándarque,porconvenio,escero.
b)Lavariacióndeenergíainternasecalculapormediodelaexpresión:
ΔE=ΔHRTΔn
donde,Δn=molesdegasenproductosmolesdegasenreactivos
ParalaecuacióncitadasetienequeΔn=0,portantosecumplequeΔE=ΔH.
2.73.A25°Cy1bardepresión(aprox.1atm),laentalpíadecombustióndeletano, (g),es ‐1370,2 kJ· y las entalpías de formación del (g), (l) y (g) son,respectivamente,52,2;‐285,5y‐393,1kJ· .Apartirdeestosdatos,calcula:a)Laentalpíadeformacióndeletanoa25°C.b)Elcalordehidrogenacióndeletenoparadaretanoa25°C.c)Lavariacióndeenergíainternaparalareacciónanteriora25°C.
(Dato.ConstanteR=8,3J· · )(Córdoba2009)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndeletano(g)es:
C H (g)+72O (g)2CO (g)+3H O(l)
La entalpía de la reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
1molC H‐1558,4kJmolC H
= 3molH O‐285,8kJmolH O
+2molCO‐393,5kJmolCO
∆fHo
Seobtiene,∆fHo =‐86,0kJ· .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 188
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
b)Paralahidrogenacióndeleteno:
C H (g)+H (g)C H (g)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadelareacción:
Δ H°= 1molC H‐86,0kJmolC H
1molC H52,2kJmolC H
=‐138,2kJ·
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delH (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
c)Larelaciónexistenteentrelavariacióndeenergíainterna,ΔE,ylavariacióndeentalpíaconstante,ΔH,vienedadaporlaexpresión:
ΔE=ΔH–ΔnRT
siendo,Δn=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteqreactivosgas
ΔnRT= 12 8,3·103kJ
mol·K25+273 K=‐2,5
kJmol
ΔE= ‐138,2kJ·mol ‐2,5kJ·mol =‐135,7kJ·
2.74.Queremos calentar50mLdeaguade18°Ca23°C.Para ello sólodisponemosdeunmecheroquefuncionaconetanol.Asíquevamosalafarmaciayencontramosetanolal96%envolumen.¿Quévolumendeetanolde96%tendremosquequemarparaconseguirnuestroobjetivo?Datosenlascondicionesenlasquenosencontramos:−Cadamoldeaguanecesita75,5Jparaelevarsutemperatura1K.−Elcalordesprendidoenlacombustiónde1moldeetanolpuroenestadolíquidoes1368kJ.−Sóloel1%delcalordecombustiónseinvierteenaumentarlatemperaturadelagua.−Elrestosepierdecalentandoelentornoytransformandoelaguapresenteeneletanolde96%envapordeagua.−Ladensidaddeladisolucióndeetanoles0,802g/mLyladelagua1,000g/mL.
(Murcia2010)
Considerandoqueelprocesotienelugarenunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0,luego:
Q =QH2 +Q =0QH2 =calorabsorbidoporelagua
Q =calordesprendidoenlacombustion
donde:
QH2 =mH2O·CH2O·ΔT=18gH O1molH O18gH O
75,5J
mol·K 2318 K=1049J
Qc=xgC H O1molC H O46gC H O
‐1368kJ1molC H O
103J1kJ
1J util100J total
=‐297xJ
1049297x J=0x=3,5gC H O
Ladensidadyriquezadeladisoluciónpermitencalcularelvolumendeetanolde96%quecontienelamasadeC H Ocalculadaycomoeletanoldel96%contieneun4%deH Osepuedeplantearelsiguientesistemadeecuaciones:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 189
0,802gmL
=3,5gC H O+ygH O
VmL
4=
ygH O1g·mLVmL
100
V= , 96%
2.75. El cuerpo humano toma la energía que necesita, entre otras formas, a partir deazúcares(procesodecombustión).Calculalacantidadmáximadeenergíaqueaportaríaalorganismodeunapersonalaingestadeunabarradechocolatinade180g,quecontieneun60%desacarosa( )comoúniconutriente.
(Datos. °( )=‐2221,9kJ· ; °( )=‐393,5kJ· ; °( )=‐285,8kJ· )
(Canarias2010)
Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndelasacarosaes:
C H O (s)+12O (g)12CO (g)+11H O(l)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos=
= 11molH O‐285,8kJmolH O
+12molCO‐393,5kJmolCO
1molC H O‐2221,9kJ
molC H O
Seobtiene,Δ H°=‐5643,9kJ· .
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
RelacionandolacantidaddeC H O conlaentalpíadereacciónseobtienelacantidaddeenergíaenformacalorqueseobtiene:
180gchocolatina60gC H O100gchocolatina
1molC H O342gC H O
‐5643,9kJ
1molC H O=‐1782kJ
2.76.Laoxidacióndelaglucosatienelugarenelcuerpohumanosegúnlasiguienteecuación:
(aq)+6 (aq)6 (aq)+6 (l)Suponiendoque lasentalpíasnosemodificancuandosepasade25°Ca latemperaturadelcuerpohumano (36°C), calcula la cantidadde energía liberada cuando seoxidan20gdeglucosa.Datos:
i) (s) (aq) ΔH=25,08kJ·
ii) (g) (aq) ΔH=‐41,8kJ·
iii) (g) (aq) ΔH=62,7kJ· iv)ΔHformacióndelaglucosa(s) ΔH=‐1358,7kJ·
v)C(s)+ (g) (g) ΔH=‐393,13kJ·
vi) (g)+½ (g) (l) ΔH=‐285,6kJ· (Baleares2010)
DeacuerdoconlaleydeHess,lasecuacionestermoquímicasdadassepuedenreescribirdeformaquepermitancalcularlaentalpíadelareacciónproblema:
C H O (s)C H O (aq) ΔH=1mol ‐25,08kJ·mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 190
C H O (s)6C(s)+6H (g)+3O (g) ΔH=1mol 1358,7kJ·mol
6C(s)+6O (g)6CO (g) ΔH=6mol ‐393,13kJ·mol
6CO (g)6CO (aq) ΔH=6mol 62,7kJ·mol
6H (g)+3O (g)6H O(l) ΔH=6mol ‐285,8kJ·mol
6O (aq)6O (g) ΔH=6mol 41,8kJ·mol C H O (aq)+6O (aq)6CO (aq)+6H O(l)Δ H°=‐2111,8kJ·mol
Laenergíaliberadaes:
20gC H O1molC H O180gC H O
‐2111,8kJmolC H O
=‐234,6kJ
2.77.Elcarbonatodemagnesioesunsólidoblancoqueexisteenlanaturalezacomomineral.Eldealtapureza seutiliza comoantiácido y comoaditivopara la saldemesa,paraqueescurramejor.Además,elcarbonatodemagnesio,másconocidocomúnmentecomo“tiza”,esutilizadoparasecarlasmanosenlaescalada,gimnasiayhalterofilia.a) Al disolver 0,203 g demagnesio en 100 g de ácido clorhídrico diluido en un vaso depoliestireno la temperatura del ácido ascendió 10,2°C. Calcula el calor liberado en elexperimentoy,apartirdeestedato,lavariacióndeentalpíaestándardelareacciónenkJ/kgdemagnesio.Dato.Tomacomocalorespecíficodeladisoluciónresultantedespuésdelareacción 4,20kJ
° .b)Enunexperimentosemejantesehizoreaccionarcarbonatodemagnesiosólidoconexcesodeácidoclorhídricoyseencontróquelavariacióndeentalpíadelareacciónerade‐90,4kJporcadamoldecarbonatodemagnesio.Utilizando alguno de los datos anteriormente obtenidos y las entalpías de formación del
(l)=‐285,8kJ· ydel (g)=‐393,5kJ· ,calculalaentalpíadeformacióndel (s).
(Asturias2010)
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreMgyHCles:
Mg(s)+2HCl(aq)MgCl (aq)+H (g)
Considerandoqueelprocesotienelugarenunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0,luego:
Q =QH2 +Q =0QH2 =calorabsorbidoporelagua
Q =calordesprendidoenlareaccion
donde:
QH2 =mH2O·CH2O·ΔT=100gH O1kgH O
103gH O75,5
Jkg·°C
10,2 °C=4,284kJ
4,284kJ+Qr=0Qr=‐4,284kJ
Relacionando el calor desprendido con la masa de Mg que reacciona se obtiene lavariacióndeentalpíadelproceso:
‐4,284kJ0,203gMg
10 gMg1kgMg
=‐21103kJ·
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 191
ParaelsiguienteapartadosenecesitaelvaloranteriorexpresandoenkJ·mol :
‐21103kJkgMg
1kgMg10 gMg
24,3gMg1molMg
=‐512,8kJ·
b)LaecuacióntermoquímicacorrespondientealareaccióndeformacióndeMgCO es:
C(s)+3/2O (s)+Mg(s)MgCO (s)
De acuerdo con la ley deHess, las datos termoquímicos dadas se pueden reescribir deformaquepermitancalcularlaentalpíadelareacciónproblema:
MgCl (aq)+CO (g)+H O(g)MgCO (s)+2HCl(aq)ΔH=1mol 90,4kJ·mol
C(s)+O (g)CO (g) ΔH=1mol ‐393,5kJ·mol
H (s)+½O (g)H O(g) ΔH=1mol ‐285,8kJ·mol
Mg(s)+2HCl(aq)MgCl (aq)+H (g) ΔH=1mol ‐512,8kJ·mol C(s)+3/2O (s)+Mg(s)MgCO (s) Δ H°=‐1101,7kJ·
2.78. En la combustión, a volumen constante y 25°C, de 1 g de ácido tartárico sólido( )
(s)+52 (g)4 (g)+3 (l)
se desprenden 7691,2 J. Las entalpías de formación del (g), y del (l) son,respectivamente,‐393,5y–285,8kJ· .Calcula laentalpíadecombustiónylaentalpíadeformacióndelácidotartárico.
(Dato.ConstanteR=8,31·10 kJ· · )(Córdoba2010)
Elcalormedidoavolumenconstanteeslavariacióndeenergíainternaasociadaalprocesoysuvalores:
ΔE=‐7691,2J1gC H O
150gC H O1molC H O
1kJ
103J=‐1153,7kJ·mol
Larelaciónexistenteentreelcalormedidoavolumenconstante,ΔE,yelcalormedidoapresiónconstante,ΔH,vienedadaporlaexpresión:
ΔH=ΔE+ΔnRT
siendo,Δn=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteqreactivosgas=(4–2,5)=1,5
ΔnRT= 42,5 8,3·103kJ
mol·K25+273 K=3,7
kJmol
Δ H°= ‐1153,7kJ·mol + 3,5kJ·mol =‐1150,0kJ·
De acuerdo con el concepto de entalpía de reacción se puede calcular la entalpía deformacióndelC H O (s):
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
1molC H O‐1150,0kJ
1molC H O = 3molH O
‐285,8kJmolH O
+4molCO‐393,5kJmolCO
∆fHo
Seobtiene,∆fHo =‐1281,4kJ· .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 192
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
2.79.Calculeloscaloresdeformacióndel ydelNaOHenestadosólidosabiendoque:
a)Na(s)+ (l)NaOH(aq)+½ (g) ΔH=‐183125,8J
b) (s)+ (l)2NaOH(aq) ΔH=‐235835,6J
c)NaOH(s)NaOH(aq) ΔH=‐42636J
d) (g)+½ (g) (l) ΔH=‐285577,6J
(Valencia2010)
LaecuacióntermoquímicacorrespondientealaformacióndeNa O(s)a25°Cy1atmes:
2Na(s)+½O (g)Na O(s)
DeacuerdoconlaleydeHess,lasecuacionestermoquímicasanterioressepuedenescribirdeformaquesumadasproporcionenlaecuacióndeseada:
2Na(s)+2H O(l)2NaOH(aq)+H (g)] H=2 ‐183125,8J
H (g)+½O (g)H O(l) H=‐285577,6J
2NaOH(aq)Na O(s)+H O(l) H=+235835,6J
2Na(s)+½O (g)Na O(s) Δ H°=‐415993,6J·
Laecuacióntermoquímicacorrespondientea la formacióndeNaOH(s)a25°Cy1atmes:
Na(s)+½O (g)+½H (g)NaOH(s)
DeacuerdoconlaleydeHess,lasecuacionestermoquímicasanterioressepuedenescribirdeformaquesumadasproporcionenlaecuacióndeseada:
Na(s)+H O(l)NaOH(aq)+½H (g) H=‐183125,8J
H (g)+½O (g)H O(l) H=‐285577,6J
NaOH(aq)NaOH(s) H=+42636J
Na(s)+½O (g)+½H (g)NaOH(s) Δ H°=‐426067,4J·
2.80. Considerando la gasolina formada únicamente por octano ( ) y sabiendo que∆fH
o =‐242kJ· ,∆fHo =‐394kJ· y∆fH
o =‐250kJ· ,calcular:a)Laenergíaliberadaenlacombustiónde8Ldegasolinadedensidad800kg/ .quecontiene50%deoctano,30%dehexanoy20%depentano.b)El volumen de aire necesario (en condiciones normales) en la anterior combustión. Seseabequeelairetiene21%envolumendeoxígeno.c)Elvolumende desprendidoendichacombustiónmedidoa30°Cy1atm.
(Dato.ConstanteR=0,082·atm·L· · )(Murcia2011)
a)Laentalpíadecombustióndeloctano,C H ,sepuedecalcularpartirdelasentalpíasdeformacióndeproductosyreactivos:
C H (l)+252O (g)8CO (g)+9H O(g)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 193
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralaecuacióncitada:
ΔcH°= 9molH O‐242kJmolH O
+8molCO‐394kJmolCO
1molC H‐250kJ
molC H
Seobtiene,Δ H°=‐5080kJ/mol.
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Elnúmerodemolesdedeoctanoes:
8LC H1m3C H10 LC H
800kgC H1m3C H
10 gC H1kgC H
1molC H114gC H
=56,1molC H
Elcalordesprendidoenlacombustióndeestacantidaddesustanciaes:
56,1molC H ‐5080kJmolC H
=‐2,85· kJ
b)RelacionandomolesdeoctanoconO yconaireencondicionesnormales:
56,1molC H 25molO2molC H
22,4LOmolO
100Laire21LO
=7,5·104Laire
c)RelacionandomolesdeoctanoconCO :
56,1molC H8molCO1molC H
=448,8molCO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=448,8mol 0,082atm·L·mol ·K 30+273 K
1atm=1,1·104L
2.81. Haciendo uso de los calores de formación del agua líquida, ° (l) = ‐285,9kJ· ydelvapordeagua, ° (g)=‐241,8kJ· .Calcula:a)Laentalpíamolardecondensacióndelagua.b)Elcalorintercambiadocuandounamoléculadeaguavaporpasaalestadolíquido.
(Dato.ConstanteL=6,022·10 )(Canarias2011)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealacondensacióndelaguaes:
H O(g)H O(l)
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Laentalpíadecambiodeestadoes:
Δ H°= 1molH O(l)‐285,9kJmolH O(l)
1molH O(g)‐241,8kJ
molH O(g)=‐44,1
kJmol
b)Elcalorintercambiadoparaunasolamoléculaes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 194
‐44,1kJmolH O
1molH O
6,022 10 moleculaH O=‐7,32·1023
kJmolécula
2.82.Sabiendoque laenergíade laprimera ionizacióndel sodio es 496 kJ· , la afinidad electrónica delcloroes ‐348kJ· y laenergíareticulardelclorurodesodioes‐790kJ· .Identificaycalculalosvaloresdelasenergíasdelasetapas1a5.
(Baleares2011)
Laetapa1correspondealaionizacióndelNa:
Na(g)Na (g)+e
=I =496kJ·
Laetapa2correspondealaafinidadelectrónicadelCl:
Cl(g)+e Cl (g)
=AE =‐348kJ·
Laetapa3correspondealaformacióndelosiones:
Na(g)Na (g)+e
Cl(g)+e Cl (g)
=E +E =I +AE = 496–348 kJ/mol=148kJ·
Laetapa5correspondealaenergíareticulardelNaCl:
Cl (g)+Na (g)NaCl(s)
=U =‐709kJ·
Laetapa4notieneunnombreespecífico:
Na(g)+Cl(g)NaCl(s)
=E +E = 148–709 kJ/mol=‐642kJ·
2.83. a) Calcula la cantidad de calor intercambiado a presión y volumen constante en lacombustióncompletade25gdepentanolíquidopuroa25°C,sabiendoqueelaguaformadaquedaenestadogaseoso.(Datos.∆fH
o = ‐41,39 kcal/mol, ∆fHo = ‐57,8 kcal/; ∆fH
o = ‐94,05 kcal/mol,R=1,987cal/mol·K)
b)Siel50%deesecalorseinvierteencalentaraguaa27°C,¿quécantidaddeaguapasaráavapora100°C?(Datos.Calor específicodelagua, =1 cal/g·°C; calor latentede vaporizacióndelagua,
=540cal/g)(Canarias2012)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 195
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelpentano,C H ,es:
C H (l)+8O (g)5CO (g)+6H O(g)
El calor medido a presión constante es la variación de entalpía. Su valor asociado alprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔrH°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
ΔcH°= 6molH O‐57,8kJmolH O
+5molCO‐94,05kJmolCO
1molC H‐41,39kJmolC H
ΔcH°=‐775,66kcal·
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delO (g)yaqueporconvenioestevaloresnulo.
Deacuerdoconelsignonegativodelaentalpíasetratadeunprocesoexotérmicoenelqueseliberacalor.
RelacionandolaentalpíadecombustiónconlacantidaddeC H quesequema:
25gC H1molC H72gC H
‐775,66kcal1molC H
=‐269,3kcal
Elcalormedidoavolumenconstanteeslavariacióndeenergíainterna.Suvalorasociadoalprocesopuedecalcularseapartirdelaexpresión:
ΔE=ΔH–ΔnRT
siendo,Δn=Σcoef.Esteq.Productosgas–Σcoef.Esteqreactivosgas
ΔnRT= 118 1,987·103kcalmol·K
25+273 K=1,78kcalmol
ΔE= ‐775,66kcal·mol 1,78kcal·mol =‐777,44kcal·
RelacionandolaenergíainternadecombustiónconlacantidaddeC H quesequema:
25gC H1molC H72gC H
‐777,44kcal1molC H
=‐269,9kcal
b) Considerando que el proceso de calentamiento se realiza a presión constante y quetienelugarenunsistemaaisladoenelquenoentranisalecalor,Q =0,luego:
Q =QH2 +Qvap+Q =0
QH2 =calorabsorbidoenelcalentamientodelagua
Qvap=calorabsorbidoenlavaporizaciondelagua
Q =calordesprendidoenlacombustion
donde:
QH2 =m·Ce·ΔTQH2 =m1calg·K
10027 K=73mcal
Qvap=m·LebQvap=m540cal
g=540mcal
Qc=‐269,3kcal103cal1kcal
50cal util100cal total
=‐1,347·105cal
Cuesti
Lam
2.84.afinid
°
2.85.Calcua)Fób)Enc)Ma(Dato
a)La
Aplic
‐222
Seob
Nose
ionesyProble
masadeagua
73mcal+
A partir dedad electrón°( )=21
Laentalpíaula:órmulamolenergíadesprasadeaguaos.∆fH°(kJ·Constante
aecuaciónqu
C H (g
candoelcon
ΔrH°=Σ ν
0kJ= n+1
btiene,n=3
etieneencu
masdelasOlim
avaporizada
540mcal+
e los datosnica de lam114; °(
ade combus
culardelhidrendidaenlaqueseobten
):eR=0,082·a
uímicacorr
g)+3n+12
nceptodeen
H productos
1 molH Om
3.Lafórmula
uentaelvalo
mpiadasdeQu
aes:
‐1,347·105
(todos ellosmolécula
)=‐494
stióndeun
drocarburo.acombustiónndráenlaco(g)=‐393;
atm·L·
espondiente
O (g)
ntalpíadere
s–Σ ν H re
‐286kJmolH O
+n
adelhidroca
ordeΔ H°d
uímica.Volume
5cal =0
s en kJ: ° (K)4,1.
El cicenergíiónicoconocielectró
Deacu
Δ Ho
‐494,1
Seobt
A
hidrocarbur
nde50Ldeombustióna; (l)=‐2· )
ealacombu
nCO (g)+
acción:
eactivos
nmolCO‐m
arburoes
elO (g)ya
en2.(S.Menar
m
) que se) = 89;
clo de Bornía reticular. No obstantidalaenergíaónicadelnom
uerdoconlal
=2Δ Ho
+AE
1kJ=2 89kJ
+AE
iene,
AE =+6
rogaseoso
estegas,meanterior.286;
ustióndelhi
+ n+1 H O
393kJmolCO
1
.
queporcon
rgues&F.Latre
=220g
indican, cal(K) = 419;
(
n‐Haber permde una suste, una aplicaareticular,cametalquefor
eydeHessseo +2EI +
+Δ Ho
+2 419kJ
+ ‐2114k
59,1kJ·
es
edidoa25°C
(g)=‐106.
idrocarburo
(l)
1molC H
nvenioestev
e)
lcular la seg ( ) =
(CastillayLeón
rmite calculatancia con eación del cicalcularlaafinrmaelcompu
epuedeescrib
+AE +
+ ‐48kJ +
kJ
.
de ‐2220kJ
Cy1atm.
6.
(Murcia
o,C H ,e
‐106kmolC H
valoresnul
196
gunda= ‐48;
n2012)
ar lanlacelo es,nidaduesto.
bir:
J/mol.
a2012)
es:
kJ
o.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 197
b)Considerandocomportamientoideal,losmolesdegasquesequemanson:
n=1atm·50L
0,082atm·L·mol ·K 25+273 K=2,05mol
Relacionandolaentalpíadecombustiónconlacantidaddehidrocarburoquesequema:
2,05molC H‐2220kJ
1molC H=‐4551kJ
c)RelacionandolosmolesdehidrocarburoconH O:
2,05molC H4molH O
1molC H18gH O1molH O
=147,6g
2.86.Las entropía estándardelaguagas y elagua líquida son respectivamente,188,64 y69,87J· · .Indicarcómovariarálaespontaneidaddeunsistemaagualíquida‐aguavaporalastemperaturasde0°C,27°C,100°Cy127°C.Suponerquelosvaloresdelaentalpíanocambianalvariarlatemperatura.
(l) (g) ΔH=44kJ(Canarias2012)
ElvalordeΔ S°secalculaapartirdelasentropíasmolaresdeproductosyreactivos:
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos=
= 1molH O(g)188,64JK·mol
– 1molH O(l)69,87JK·mol
=118,77JK
ParadeterminarlaespontaneidaddelareacciónesnecesariocalcularelvalordeΔ G°.LavariacióndeenergíalibredeGibbssecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ G=Δ H TΔ S
Alatemperaturade0°C:
Δ G=44kJ– 0+273 K118,77J
K1kJ
103J=11,6kJ
Setratadeunprocesonoespontáneoa0°Cyaqueelvalorde >0.
Alatemperaturade27°C:
Δ G=44kJ– 27+273 K118,77J
K1kJ
103J=8,4kJ
Setratadeunprocesonoespontáneoa27°Cyaqueelvalorde °>0.
Alatemperaturade100°C:
Δ G=44kJ– 100+273 K118,77J
K1kJ
103J=‐0,3kJ
Setratadeunprocesoespontáneoa100°Cyaqueelvalorde °<0.
Alatemperaturade127°C:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 198
Δ G=44kJ– 127+273 K118,77J
K1kJ
103J=‐3,5kJ
Setratadeunprocesoespontáneoa127°Cyaqueelvalorde °<0.
2.87. Una de las etapas en la obtención de silicio de alta pureza, para su utilización ensemiconductores, se basa en la reacción, representada en la siguiente ecuacióntermoquímica:
(s)+2C(s)Si(s)+2CO(g) ΔH=+689,9kJDetermine:a)Cuántosiliciopodráobtenerseapartirde12gde y12gdeCsielrendimientodelareacciónesdel68%.b)Laentalpíadeformacióndel .c)Lavariacióndeentropíadelareaccióndeproduccióndesiliciopuro.d)¿Cuálserálamínimatemperatura,en°C,alaquelareacciónesespontánea?
(Datos.∆fH°(kJ· ):CO(g)=‐110,5.S°(J· · ):C(s)=5,7;CO(g)=197,6;Si(s)=18,8; (s)=41,8.
(Galicia2012)
a)Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
12gC1molC12gC
=1,0molC
12gSiO1molSiO60gSiO
=0,2molSiO
1,0molC
0,2molSiO=5
comolarelaciónmolaresmayorque2quieredecirquequedaCsinreaccionarporloqueel eselreactivolimitantequedeterminalacantidaddeSiqueseobtiene.
RelacionandoSiO conSiyteniendoencuentaelrendimiento:
0,2molSiO1molSi1molSiO
28gSi1molSi
68gSi(real)100gSi(teo)
=3,8g
b)Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Deacuerdoconelconceptodeentalpíadereacción,paralaecuacióncitada:
689,9kJ= 2molCO‐110,5kJmolCO
ΔfH°
Seobtiene,ΔfH° =‐910,9kJ· .
No se tienen en cuenta los valores deΔ H°del C (s) y Si (s) ya quepor convenio estosvaloressonnulos.
c)ElvalordeΔ S°secalculaapartirdelasentropíasmolaresdeproductosyreactivos:
Δ S°=Σ ν S productos–Σ ν S reactivos=
= 2molCO197,6JK·mol
+1molSi18,8JK·mol
– 2molC5,7JK·mol
+1molSiO41,8JK·mol
Seobtiene,Δ S°=360,8J· .
Cuesti
d)PaLava
Alat
Setratemp
Cuandele
2.88.esuncuandrecogSu usdestilnaftaLacoa)Calb) Saalquitprese(Dato
a)Laquím
Deac
Seob
Nose
b)La
Elcal
ionesyProble
aradeterminariacióndee
Δ G=Δ H
temperatura
Δ G°=
atadeunprperaturasep
ndosealcanquilibriolíq
Δ H° TΔ
T=689,
360,8
Lanaftalinasólidoblancodo se quemgidaenlafiguso domésticolación de alqleno.mbustióncomlculelaentalpabiendo que etrándehullanteenunatoos. °(kJ·
a fórmulammicaajustada
C H (l)+
cuerdocone
Δ H°=Σ ν
‐5154kJ=
btiene,ΔfH°
etieneencu
amasadena
1talquitrá
lordespren
masdelasOlim
narlaesponenergíalibre
TΔ S
ade25°C:
=689,9kJ–
rocesonoepuedeinver
zaelequilibquido‐vapor
Δ S°=0
9kJJ·K
103J1kJ
(nombrecomoquesevolaan combusturadeallado)es en bolas yuitrán de hu
mpletadeestepíaestándarel aceite obtedelquesedoneladadees
): (g
moleculardeacorrespon
+12O2(g)
elconcepto
ν H productos
4molH O
=75,
uentaelvalo
aftalenocon
án10 galq1talqu
didoenlaco
mpiadasdeQu
ntaneidaddedeGibbsse
25+273 K
espontáneortirlaespont
briosecump:
=1912,1K
mercialdelnaftilizafácilmetibles (su fó).y escamas palla se obtiene
ecompuestoadeformaciónenido en la dispone.Calcutealquitrándg)=‐393,5;
elnaftalenodienteasuc
10CO2
deentalpía
s–Σ ν H re
O‐285,8kJmolH O
+
,8kJ·
ordeΔ H°d
ntenidaenel
uitránitrán
22
100
ombustiónd
uímica.Volume
delareaccióecalculame
K360,8JK
1k
103
oa25°Cyaqtaneidadde
plequeΔ G
1639°C
aftaleno,compenteyseprodórmula semid
ara combatire un aceite q
a25ºCprodundelnaftalenodestilación suuleelcalordedehulla.
(l)=‐285,
queseobticombustión
(g)+4H2O
dereacción
eactivos
+10molCO
.
elO (g)ya
lalquitránd
2gaceitegalquitrán
deestacant
en2.(S.Menar
nesnecesaediantelasig
kJ3J=582,4
queelvalorelproceso.
G=0,loperm
puestoaromáducenaturalmdesarrollada
r la polilla.Eque contiene
uce5154kJ/mo.upone sólo unesprendidoen
8)
ienede la fines:
O(l)
n:
O‐393,5kJmolCO
queporcon
dehullaes:
50gC H100gaceit
tidaddesust
rgues&F.Latre
riocalcularguienteexpr
kJ
de >0.
mitecalcula
ático)menteestá
En la prácticaaproximadam
mol.
n 22% de lan lacombusti
iguraesC
ΔfH°
nvenioestev
te=1,1·10
tanciaes:
e)
relvalorderesión:
.Siseaume
arlatemper
a industrial,mente un 50
amasa iniciaiónde lanaft
(Asturias
H y laecu
valoresnul
gC H
199
Δ G°.
ntala
ratura
de la0% de
al deltalina
2012)
uación
o.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 200
1,1·10 gC H1molC H114gC H
‐5154kJmolC H
=‐4,97· kJ
2.89.A298K,laentalpíadecombustióndelaacetonalíquidaesde‐31kJ/g.Laentalpíadevaporizacióndelaacetona(l)esde40kJ/mol.Lasentalpíasdeformacióndelagualíquidaydel (g) son, respectivamente, ‐68,30 y ‐94,05 kcal/mol. Calcula las entalpías deformación de la acetona líquida y la acetona gas y la variación de la energía internacorrespondientealasreacciones:
(l)+4 (g)3 (g)+3 (l)
(g)+4 (g)3 (g)+3 (l)(Valencia2012)
Cambiandounidades:
‐31kJgCH COCH
58gCH COCH
1mol=‐1798,0
kJmol
‐68,30kcalmol
4,184kJ1kcal
=‐285,8kJmol
‐94,05kcalmol
4,184kJ1kcal
=‐393,5kJmol
La entalpía de la reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos:
Δ H°=Σ ν H productos–Σ ν H reactivos
Paralacombustióndelaacetona(l):
CH COCH (l)+4O (g)3CO (g)+3H O(l)
1mol‐1798,0kJ
mol= 3molH O
‐285,8kJmolH O
+3molCO‐393,5kJmolCO
∆fH lo
Seobtiene,∆fH lo =‐239,9kJ· .
Larelaciónexistenteentrelavariacióndeenergíainterna,ΔE,yvariacióndeentalpía,ΔH,vienedadaporlaexpresión:
ΔE=ΔH–ΔnRT
siendo,Δn=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteqreactivosgas=(1–0)=1
Sustituyendo:
ΔnRT= 34 8,314·103kJ
mol·K25+273 K=‐2,5
kJmol
ΔE= ‐1798,0kJ·mol ‐2,5kJ·mol =‐1795,5kJ·
Paralavaporizacióndelaacetona(l):
CH COCH (l)CH COCH (g)
1mol40,0kJmol
=∆fH g o 1molCH COCH l
‐239,9kJ1molCH COCH l
Seobtiene,∆fH go =‐199,9kJ· .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 201
Paralacombustióndelaacetona(g):
CH COCH (g)+4O (g)3CO (g)+3H O(l)
∆fHco= 3molH O
‐285,8kJmolH O
+3molCO‐393,5kJmolCO
1mol‐199,9kJ1mol
Seobtiene,∆fHco=‐1838,0kJ· .
Lavariacióndeenergíainternaenestecasoes:
ΔnRT= 35 8,314·103kJ
mol·K25+273 K=‐5,0
kJmol
ΔE= ‐1838,0kJ·mol ‐5,0kJ·mol =‐1833,0kJ·
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 203
3.CUESTIONESdeCINÉTICAQUÍMICA
3.1.ParalareacciónenfasegaseosaA+BX,laecuacióndevelocidades:
v=k[A [ ].¿Cuálseráelfactordeaumentodevelocidadsielvolumensereducecuatroveces?a)16b)256c)2√2d)Ningunodeellos.
(O.Q.L.Murcia1996)
Laecuacióndevelocidadcorrespondientealareacciónes:
r=k[A]2 B =knA 2
V2nBV
Sielvolumensereducecuatroveces,laecuacióndevelocidades:
r'=k[A]2 B =knA 2
V/4 2 nBV/4
=64knA 2
V2nBV
Larelaciónentreambasvelocidadeses:
r'r=64k
nA 2
V2nBV
knA 2
V2nBV
=64
Elfactordeaumentodevelocidadnocoincideconningunodelospropuestos.
Larespuestacorrectaeslad.
3.2.Lasunidadesdelaconstantedevelocidaddeunareaccióndesegundoorden:a)L· · b)mol· · c) · · d)
(O.Q.L.Murcia1996)
Laecuacióndevelocidadcorrespondienteaunareaccióndesegundoordenes:
r=k[A]2
Laconstantedevelocidades:
k=r
[A]2ylasunidadesson
mol·L ·smol·L 2 = ·L·
Larespuestacorrectaeslaa.
Cuesti
3.3.¿aumea)Imb)Auc)Had)Dis
Eldia
a) Fpor idela
b) Fapartíaumetemp
c) Fmismexoté
d)dismdela
Lare
3.4. ¿oportauno
Laecreact
Siselínea
Lare
ionesyProble
Cuáldelassentalavelocimpidequeocuumentalaenacequelavarsminuyelae
agramaener
also. El caigual las ensreacciones
also. La eneículas reenta alperatura.
Falso. El cmo efecto sérmicasque
Verdaderominuye la enreacción.
espuestacor
¿Cuálde lastunas,serepodelosreact
a)
cuacióndevtivoAes:
r=k[A]
representaarectacuya
espuestacor
masdelasOlim
siguientesafiidaddeunaurralareaccergíacinéticriacióndelaenergíadeac
rgéticocorr
talizador dnergías de asdirectaein
ergía cinétieaccionantes
aument
catalizadorsobre las reeendotérmic
o. El canergía de a
rrectaeslad
siguientesgpresentelavetivos,frentea
velocidadco
lavelocidapendientee
rrectaeslaa
mpiadasdeQu
firmacionesedeterminadacióninversa.cadelaspartentalpíadectivacióndel
respondiente
disminuyeactivaciónnversa.
ca de lass solotar la
tiene eleaccionescas.
atalizadoractivación
d.
gráficas seoelocidadinicalaconcentr
b)
orrespondie
d,r,frenteeslaconstan
a.
uímica.Volume
eslaquemejareacción?
tículasdelaslareacciónslareacción.
eaunareac
obtendrá cuacialdeunareracióninicial
)
enteaunar
alaconcenntedeveloci
EEEE
ReactivosReactivosReactivosReactivos
en2.(S.Menar
jorexplicala
ssustanciasrseamásnega
ccióncataliz
ando,una veeacciónquímldeéste?
c)
reacciónde
tracióndelidadk.
CoordenadaCoordenadaCoordenadaCoordenada
EEAA (no (no EEAA (no (no
rgues&F.Latre
aaccióndeu
reaccionanteativa.
adaes:
ez realizadamicadeprim
)
primerord
reactivo,[A
a de reaccia de reaccióónna de reaccia de reaccióónn
catalizada)catalizada)catalizada)catalizada)
EEAA (catalizador(catalizadorEEAA (catalizador(catalizador
e)
uncatalizado
es.
(O.Q.L.Murcia
as las experieerorden,res
d)(O.Q.L.Murcia
denrespecto
A],seobtien
r)r)r)r)
ProdProdProdProd
204
orque
a1997)
enciasspecto
a1997)
oaun
euna
ductosuctosductosuctos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 205
3.5.En lareacciónentre lassustanciasXeYseapreciaquealgunosde loschoquesentre laspartículasdeXylasdeYnodanlugaraproductos.¿Cuáleslaafirmaciónmásadecuadaparaexplicarlo?a)Elsistemayahaalcanzadoelequilibrio.b)Laenergíadeactivacióndelareaccióninversaesmuybaja.c)LaspartículasdeXeYnocolisionanconladebidaorientación.d)El“complejoactivado”esmuyinestable.
(O.Q.L.Murcia1998)
Deacuerdoconlateoríadelascolisiones,paraquelaspartículasquecolisionandenlugaraunproducto,esnecesarioque lohaganconsuficienteenergíacinéticay laorientaciónadecuada.
Larespuestacorrectaeslac.
3.6.Laecuacióndevelocidadparalareacción:
aA+bBProductos
vienedadaporlaexpresiónv=k[ ][B .Portanto,sepuedeafirmarque:a)a=1yb=2.b)Lareacciónesdeorden2.c)Lavelocidadde lareacción sehacecuatrovecesmayoralduplicar laconcentracióndeB,manteniendoconstanteladeA.d)Laconstantedevelocidad(k)esindependientedelasconcentracionesdelosreactivosydelatemperatura.e)Lasunidadesdelaconstantedevelocidadparaestareacciónsonmol· · .
(O.Q.L.Murcia1998)(O.Q.N.Valencia2011)(O.Q.L.LaRioja2011)(O.Q.L.Murcia2012)
a)Falso.Loscoeficientesestequiométricosnotienenporquécoincidirconlosórdenesdereacciónrespectodecadaunodelosreactivos.Solocoincidenenlasetapaselementales.
v=k[A]a[B]b
donde a y b son los órdenes parciales respecto a los reactivos A y B, y sus valoresnuméricosenestecasoson,a=1yb=2.
b)Falso.Elordentotaldelareacciónes(2+1)=3.
c)Verdadero.SiduplicalaconcentracióndeBlavelocidaddelareacciónes:
v'=k A [2B]2 4k A [B]2
Relacionandoambasvelocidades:
v'v=4k A [B]2
A [B]2=4
d) Falso. De acuerdo con la ecuación de Arrhenius, la constante de velocidad dependeexclusivamentedelvalordelatemperatura.
k k exp ‐ERT
yquiendependedelasconcentracionesdelosreactivoseslavelocidaddelareacción.
e)Falso.Lasunidadesdelaconstantedevelocidadson:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 206
k=v
A [Bylasunidadesson
mol·L ·smol·L 3 =mol
2·L ·s
Larespuestacorrectaeslac.
3.7.Enunareacciónquímica,lapresenciadeuncatalizadoralteraomodificala:a)Entalpíadelareacción.b)Energíadeactivación.c)Concentracióninicialdelosreactivos.d)Entropíadelproceso.
(O.Q.L.Murcia1998)
Como se observa en la gráfica, el catalizador disminuye la energía de activación de lareacción.
Larespuestacorrectaeslab.
3.8.Lasumade losexponentesa losqueseelevantodas lasconcentracionesde lassustanciasqueparticipanenlaecuacióndevelocidaddeunareacciónquímicasedenomina:a)Velocidaddelareacción.b)Mecanismodelareacción.c)Ordendelareacción.d)Secuenciadereacción.
(O.Q.L.Murcia1999)
Enunareacciónquetranscurreenunaetapaelemental,comoporejemplo:
aA+bBProductos
loscoeficientesestequiométricoscoincidenconlosórdenesdereacciónrespectodecadaunodelosreactivos.
Laecuacióndevelocidadcorrespondientealareacciónes:
r=k[A]a[B]b
dondeaybsonlosórdenesdereacciónrespectoacadaunodelosreactivos.Elordentotaldelareacciónes(a+b).
Larespuestacorrectaeslac.
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 207
3.9.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta?a)Laconstantedevelocidaddeunareaccióndeprimerordensepuedeexpresarenmol·dm−3·s−1.b)Lavelocidaddeunareacciónesindependientedelatemperatura.c)Elordendecualquierreacciónessiempreunnúmeroenteroymayorquecero.d)Ningunadelasanterioresescierta.
(O.Q.L.Murcia1999)
a)Falso.Laecuacióndevelocidadcorrespondienteaunareaccióndeprimerordenes:
r=k[A]
Laconstantedevelocidades:
k=rAylasunidadesson
mol·L ·smol·L
=
b) Falso. La velocidad de una reacción depende de la constante de velocidad, k, y éstaaumentaconlatemperaturadeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius:
k k exp ‐ERT
c) Falso. Desde el punto experimental el orden de una reacción puede tener cualquiervalor.
Larespuestacorrectaeslad.
3.10.Unadisoluciónacuosadeiodoreaccionaconunadisoluciónacuosadepropanona,puestaenexcesoyenpresenciadelasuficienteconcentracióndeunácido,deacuerdoalaecuación:
−CO− (aq)+ (aq) −CO− (aq)+HI(aq)
Lagráficadelafigurarepresentalaconcentracióndeiodoquepermaneceenladisolución,sinreaccionar,a lo largodel tiempo.Segúnella,yen lascondicionesde laexperiencia,sepuededecirquelavelocidaddelareacciónes:a)Directamenteproporcionala[ ].b)Inversamenteproporcionala[ ].c)Directamenteproporcionala[ ][ ].d)Independientede[ ].
(O.Q.L.Murcia1999)
Comoseobservaenlafigura,[I ]:
I2 =[I2]0–kt
Lavelocidaddelareacciónsedefinecomo:
r=‐d I2dt
=‐d [I2]0–kt
dt=‐k
Larespuestacorrectaeslad.
tiempo
[I2]
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 208
3.11.Cuando las sustanciasPyQ reaccionanpara formardeterminadosproductos,elordenglobaldelareacciónes3.¿Cuáldelassiguientesecuacionesdevelocidad,correspondientesalareacciónindicada,noseráposible?a)v=k[P ·[ ]b)v=k[P [Q c)v=k[ ]·[Q d)v=k[ ][Q ·[
(O.Q.L.Murcia1999)(O.Q.L.Murcia2001)
Elordentotaldelareacciónesparacadaunodeloscasos:
a)orden=2+1=3
b)orden=0+3=3
c)orden=1+3=4
d)orden=1+2=3
Larespuestacorrectaeslac.
3.12.Paralareacción:
2NO(g)+ (g)2NOCl(g)laecuacióndevelocidadvienedadaporlaexpresión:
v=k[NO [ ]
SilasconcentracionesdeNOy aliniciodelareacciónsonambasde0,01mol· ,¿cuálserálavelocidaddelareaccióncuandolaconcentracióndeNOhayadisminuidohasta0,005mol· ?a)k(0,005)(0,0025)b)k(0,005)(0,005)c)k(0,005)2(0,0025)d)k(0,005)(0,0075)e)k(0,005)2(0,0075)
(O.Q.N.Murcia2000)
RelacionandoNOconCl :
0,005molNOdm3
1molCl2molNO
=0,0025molCl
dm3
Elvalorde[Cl ]cuando[NO]0,005mol·dm es:
Cl0,01molCl
dm3 0,0025molCl
dm3 =0,0075molCl
dm3
Sustituyendoenlaecuacióndevelocidad:
v=k 0,005 0,0075
Larespuestacorrectaeslae.
3.13.Cuandoseañadeaunsistemaquímicoenequilibriouncatalizadorpositivo:a)Disminuyeelcalordereacción,ΔH.b)SehacemásnegativoelvalordeΔGy,portanto,lareacciónesmásespontánea.c)Aumentaúnicamentelavelocidaddelareaccióndirecta.d)Aumentanporiguallasvelocidadesdelasreaccionesdirectaeinversa.
(O.Q.L.Murcia2000)(O.Q.L.LaRioja2007)(O.Q.L.Asturias2011)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 209
La adición de un catalizador no tieneningún efecto sobre la entalpía o laenergíalibredeGibbsdeunareacción.El catalizador actúa sobre la energíadeactivacióndelareacción.Talcomose observa en la figura, el catalizadordisminuye por igual las energías deactivación de las reacciones directa einversa.
Al disminuir la energía de activaciónlas reacciones transcurren en menostiempo por lo que aumenta lavelocidaddeambasreacciones.
Larespuestacorrectaeslad.
3.14.Alelevarlatemperaturaalaqueserealizaunareacciónquímica:a) Aumenta la velocidad de la reacción si ésta es endotérmica, pero disminuye si esexotérmica.b)Aumentalavelocidaddelareacción,tantosilareacciónesexotérmicacomoendotérmica.c)Disminuye la concentración de los reactivos y, a consecuencia de ello, la constante develocidad.d)Aumentalavelocidadmediadelaspartículasy,conella,laenergíadeactivación.e)Disminuyelaenergíadeactivación.
(O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Cádiz2008)(O.Q.L.Madrid2010)(O.Q.L.Asturias2011)
LavelocidaddeunareacciónAB,vienedadaporlaexpresión:
r=k[A]n
LarelaciónentrelaconstantedevelocidadkylatemperaturavienedadaporlaecuacióndeArrhenius:
k k exp ‐ERT
a)Falso.Deacuerdocon laecuacióndeArrhenius, laconstantedevelocidad,k,aumentacon al aumentar la temperatura, indistintamente, que la reacción sea endotérmica oexotérmica.
b)Verdadero.Segúnsehavistoenlaopciónanterior.
c) Falso. No existe relación entre el aumento de temperatura y la disminución de laconcentracióndelosreactivos.
d‐e) Falso. Aunque al aumentar la temperatura aumenta la velocidad media de laspartículas, tanto la energía de activación, E , como el factor preexponencial o defrecuencia,k ,sonconstantesespecíficasdecadareacción.
Larespuestacorrectaeslab.
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 210
3.15.Lavelocidaddeunareacciónquímicasedebeexpresaren:a)s· b) · c)mol·L−1· d) ·L· e)Lasunidadesdependendelordentotaldelareacción.f)Lasunidadesdependendelaenergíadeactivación.
(O.Q.L.Murcia2000)(O.Q.L.LaRioja2005)(O.Q.L.LaRioja2007)
Lavelocidaddeunareacciónsedefinecomo:
r=‐d[A]dt
ylasunidadessonmol·L
s=mol· ·
Larespuestacorrectaeslac.
3.16.Laecuacióndevelocidadcorrespondientealareaccióndeformacióndeagua,apartirdehidrógenoyoxígeno,vienedadaporlaexpresión:
v=k[ [ ]Lasunidadesdekdebenser:a) · · b) · ·sc) · · d)mol· ·
(O.Q.L.Murcia2000)
Despejandoelvalordelaconstantedelaecuacióndevelocidad:
k=r
[H2 O2ylasunidadesson
mol·dm ·smol·dm 3 =mol
2· ·
Larespuestacorrectaeslac.
3.17.EnunareacciónA+BC,conunaecuacióndevelocidad:
v=k[A ½[ ]indiquecuáldelassiguientesproposicionesesfalsa:a)SilaconcentracióndeBsereducealamitadlavelocidadsereducealamitad.b)SilasconcentracionesdeAyBseduplicanlavelocidadnosemodifica.c)Elordendereacciónes1,5.d)ElordendereacciónrespectoaAes0,5.
(O.Q.L.Asturias2000)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.CastillayLeón2003)(O.Q.L.Asturias2005)
a)Verdadero.Laecuacióndevelocidades:
v=k[A]½[B]
Laecuacióndevelocidadsi[B]=[B]/2y[A]semantieneconstantees:
v'=k[A]½[B]2
Relacionandoambasvelocidades:
v'v=k[A]½
[B]2
k[A]½[B]=12
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 211
AlreducirlaconcentracióndeBalamitad,lavelocidadsereducealamitad.
b)Falso.Laecuacióndevelocidades:
v=k[A]½[B]
Laecuacióndevelocidadsi[A]=[2A]y[B]=[2B]es:
v'=k[2A]½[2B]
Relacionandoambasvelocidades:
v'v=k[2A]½[2B]
k[A]½[B]=2√2
AlduplicarlasconcentracionesdeAyB,lavelocidadnosemantieneconstante.
c)Verdadero.Paraunareaccióncuyaecuacióndevelocidadesv=k[A]a[B]bsuordendereacciónglobales(a+b).Enestecasosetieneque(0,5+1)=1,5.
d)Verdadero.Paraunareaccióncuyaecuacióndevelocidadesv=k A]a[B]bsuordendereacciónrespectoalreactivoAesa.Enestecasosetienequea=0,5.
Larespuestacorrectaeslab.
3.18.Elmecanismopropuestoaparaladescomposicióndelozonomedianteóxidonítricoes:
1)NO+ +
2) + 2 +O
3) +ONO+ Sepuedeafirmarque:a)Laecuacióndevelocidadseráv=k[NO][ ].b)Elmecanismoesimposible.c)ElNOactúacomocatalizador.d)Laetapadeterminantedelavelocidadesla3.
(O.Q.L.Asturias2000)(O.Q.L.Asturias2004)(O.Q.L.Asturias2005)
a)Falso.Sindatoscinéticosnosepuededeterminarcuáleslaecuacióndevelocidad.
b)Falso.Elmecanismopropuestoescorrecto.
c) Verdadero. Sumando las ecuaciones dadas se obtiene la ecuación químicacorrespondientealareacciónglobales:
2O 3O
Comoseobserva,elNOesunasustanciaquenoapareceenestaecuación, loquequieredecirqueniseconsumeniseformaenlamisma,portanto,nosetratanideunreactivonideunproducto,sinodeuncatalizador.
d)Falso.Sinconocerlasconstantesdevelocidadnosepuededeterminarcuáleslaetapadeterminante.
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 212
3.19.Señalelaproposicióncorrecta:a)A25°Cy1atm laenergíacinéticamediade lasmoléculasde esmayorque lade lasmoléculasde .b)Laenergíadeactivacióndeunareacciónesindependientedelatemperatura.c)Elordendereacciónnopuedesercero.d) Un catalizador modifica el estado de equilibrio de una reacción aumentando elrendimientodelosproductos.e) Conociendo la constante de velocidad de una reacción a dos temperaturas, se puedecalcularlaentalpíadedichareacción.f)Lasumadelosexponentesalosqueseelevantodaslasconcentracionesdelassustanciasqueparticipanen laecuacióndevelocidaddeunareacción sedenominamecanismode lareacción.
(O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.N.Valencia2011)
a) Falso. De acuerdo con la teoría cinético‐molecular deBoltzmann, como ambos gasesestánalamismatemperaturatienenlamismaenergíacinéticamedia:
Ek=32kTsiendoklaconstantedeBoltzmann
b)Verdadero.TalcomosemuestraenlaecuacióndeArrhenius:
k=k exp ‐ERT
la energía de activación, E , y elfactor preexponencial o defrecuencia, k , son constantesespecíficasdecadareacciónynodependendelatemperatura.
Si se representa gráficamente lnk frente a 1/T se obtiene unarecta cuya pendiente es ‐E /R ycuyaordenadaenelorigenes lnk .
c)Falso.Sea,porejemplo,lareacción:
A+B+CProductos
cuyaecuacióndevelocidades:
r=k A]a B b C]c
enlaqueelordendeunareacciónesigualalasuma(a+b+c)quesípuedeser0.
Enunareacciónmássimple:
AProductos
laecuacióndevelocidades:
r=k A a
silareacciónesdeordencero(a=0),secumpleque:
r=k
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 213
Enestecasolavelocidaddelareacciónpermanececonstantealolargodetodalareacción.
d)Falso.Uncatalizadornoactúasobreelestadodeequilibriodeunareacción,sumisiónesdisminuir laenergíadeactivacióndelasreaccionesdirectae inversahaciendoqueseconsiga el equilibrio en menos tiempo, por tanto, no aumenta el rendimiento de losproductos.
e)Falso.DeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius,conociendolasconstantesdevelocidadde una reacción a dos temperaturas, se puede obtener su energía de activación, no suentalpía.
lnk2k1
EAR
1T1
1T2
f) Falso. Elmecanismo de una reacción es el conjunto de reacciones que hacen que losreactivossetransformenenproductos.
Larespuestacorrectaeslab.
(EnValencia2011sereemplazalaopciónaporlaf).
3.20. En una reacción química, en la que k es la constante cinética y K la constantetermodinámica,alaumentarlatemperatura,siempretienequeocurrirque:a)AumentankyK.b)DisminuyenkyK.c)EnalgunasreaccionesKaumentayenotrasdisminuye,peroksiempreaumenta.d)Enalgunasreaccioneskaumentayenotrasdisminuye,peroKsiempreaumenta.e)Laenergíadeactivaciónaumenta.
(O.Q.N.Barcelona2001)
a‐b‐d) Falso. Al aumentar la temperatura la constante cinética, k, siempre aumenta,mientras que la constante termodinámica, K, puede aumentar o disminuir según que lareacciónseaendotérmicaoexotérmica.
c) Verdadero. Al aumentar la temperatura la constante cinética, k, siempre aumenta,mientras que la constante termodinámica, K, puede aumentar o disminuir según que lareacciónseaendotérmicaoexotérmica.
e)Falso.TalcomosemuestraenlaecuacióndeArrhenius:
k=k exp ‐ERT
la energía de activación, E , y elfactor preexponencial o defrecuencia, k , son constantesespecíficasdecadareacciónynodependendelatemperatura.
Si se representa gráficamente lnk frente a 1/T se obtiene unarecta cuya pendiente es ‐E /R ycuyaordenadaenelorigenes lnk .
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 214
3.21.Paralasiguientereacción:
4HBr(g)+ (g)2 (g)+2 (g)a)Lasunidadesdelaconstantedevelocidadnodependendelaecuacióndevelocidad.b)Elorden totalde reacciónpuedepronosticarseapartirde laecuaciónestequiométricaanterior.c)LavelocidaddeformacióndeaguaeslamitaddelavelocidaddedesaparicióndeHBr.d)LavelocidaddeformacióndeaguaesigualalavelocidaddedesaparicióndeHBr.e)Lasunidadesdelavelocidaddereacciónsonmol· · .f)Lasunidadesdelavelocidaddereacciónsonmol· · .g)Lavelocidaddereacciónesmuyelevadayaquesetratadeunareacciónenfasegaseosa.
(O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Asturias2009)(O.Q.N.Sevilla2010)
a)Falso.Laecuacióndevelocidadcorrespondienteaestareacciónes:
r=k[HBr]a[O2]b
Laconstantedevelocidad,k,es:
k=r
[HBr]a[O2]b
Teniendo en cuenta que las unidades de la velocidad son, mol·L ·s y las de lasconcentracionesdelosreactivos,mol·L ,lasunidadesdekson:
k=mol·L ·s
mol·L mol·L=mol ·L ·s
Comoseobserva, lasunidadesdekdependende los valoresdea y b, quea suvez sonespecíficosdecadareacción.
b) Falso. El orden total de la reacción no se obtiene a partir de la estequiometría de lareacción,seobtienedelaecuacióndevelocidadcorrespondientealareacción:
r=k[HBr [O2]b
Elordentotaldelareacciónesigualalasuma(a+b).
c) Verdadero. Las velocidades de desaparición del HBr y de formación del H2O son,respectivamente:
rHBr=‐14d[HBr]dt
rH2O=12d[H2O]dt
Relacionandoambasvelocidadesseobservaque:
rHBrrH2O
=12
d)Falso.Segúnsehavistoenlapropuestaanterior.
e)Falso.Lavelocidaddeunareacciónsedefinecomolacantidaddesustanciaformadaotransformadaporunidaddetiempo:
rHBr=‐14d[HBr]dt
Lasunidadessonmol·L ·s .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 215
f)Verdadero.Segúnsehavistoenlapropuestaanterior.
g) Falso. El que la velocidad de una reacción sea elevada depende cual sea el ordenmagnitud de la constante de velocidad, no depende del estado de agregación de lasespeciesreaccionantes.
Larespuestacorrectaeslac.
(EnSevilla2010cambianlaspropuestascpordyeporf).
3.22.Lavelocidaddeunareacciónsecuadruplicacuandolaconcentracióndeunreactivoseduplica.¿Cuáleselordendereacciónrespectodeestereactivo?a)1b)2c)3d)4
(O.Q.L.Murcia2001)
Suponiendolareacción:
AP
Laecuacióndevelocidades:
r=k[A]n
Siseduplicalaconcentración:
r'=k[2A]n
Relacionandoambasvelocidades:
r'r=k[2A]n
k[A]n=42n=4n=2
Setratadeunareaccióndesegundoorden.
Larespuestacorrectaeslab.
3.23.¿CuáldelassiguientesgráficaspodríallevarrotuladoenelejeX:tiempo,yenelejeY:masadereactante,enunareacciónde1erorden?
a) b) c) d)
(O.Q.L.Murcia2001)
La ecuación que la relaciona la cantidad de reactante con el tiempo en una reacción deprimerordenes:
A=A0·e
Se tratadeunaecuaciónexponencial cuya representacióngráfica se correspondecon lafiguraa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 216
Larespuestacorrectaeslaa.
3.24.Laenergíadeactivacióndeunareacciónquímicapuededisminuirse:a)Aumentandolatemperaturaalaquetienelugarlareacción.b)Aumentandolaconcentracióndeunoodetodoslosreactivos.c)Introduciendouncatalizadorenelsistemaenreacción.d)Comprimiendoelsistemaenreacción.
(O.Q.L.Murcia2001)
Tal como se observa en la figura, la adición de un catalizador disminuye por igual lasenergíasdeactivacióndelasreaccionesdirectaeinversa.
Larespuestacorrectaeslac.
3.25.Lateoríadeloschoquesparalasreaccionesquímicasestableceque:a)Encadachoquemoleculartienelugarunareacciónquímica.b)Soloseproducenchoquesenergéticos.c)Lasvelocidadesdereacciónsondelordendelasvelocidadesmoleculares.d)Lavelocidadesdirectamenteproporcionalalnúmerodechoquesporsegundo.
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
La teoría de los choques dice que solo los choques que tengan la suficiente energía yorientaciónfavorabledanlugaralaformacióndeproductos.
Larespuestacorrectaeslab.
3.26.Lateoríadeloschoquesexpresaalgunasveceslavelocidaddereacción(v)delaformasiguiente:
v=pZexp(‐ /RT)siendoZlafrecuenciadeloschoques,laexponenciallaprobabilidaddequelaenergíadeunchoqueseaigualomayorque yelfactorestéricopproporcionaunaexplicaciónde:a)Loschoquesmoleculares.b)Loschoquesconenergíainsuficiente.c)Loschoquesconenergíasuficiente.d)Loschoquesconorientaciónfavorable.
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
El factor estéricop indicaque solo los choques conorientación favorabledan lugar a laformacióndeproductos.Porejemplo,enlareacción:
N O(g)+NO(g)N (g)+NO (g)
Loschoquesconorientaciónfavorableson:
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 217
Loschoquesconorientacióndesfavorableson:
Larespuestacorrectaeslad.
3.27.Lavelocidaddeunadeterminada reacciónaumentaenun factordecincocuando latemperaturaasciendedesde5°Chasta27°C.¿Cuáleslaenergíadeactivacióndelareacción?a)6,10kJ· ·b)18,9kJ· ·c)50,7kJ· ·d)157kJ· ·e)15,7kJ· ·
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.Oviedo2002)
Laconstantedevelocidadesproporcionalalavelocidaddereacción,portanto,larelaciónentrevelocidadeseslamismaquelarelaciónentreconstantesdevelocidad,5/1.
La ecuación de Arrhenius permite obtener la energía de activación conocidas lasconstantesdevelocidaddeunareacciónadostemperaturas:
lnk2k1
EAR
1T1
1T2
Sustituyendo:
ln5=EA
8,314·10 3
1273+5
1
273+27EA=50,7kJ·
Larespuestacorrectaeslac.
3.28.¿Cuáldelassiguientesafirmacionessobrecatalizadoresesincorrecta?a)Loscatalizadoressongeneralmenteespecíficos.b)Loscatalizadoresnoafectanalequilibrio.c)Paraconseguirunaumentoapreciabledelavelocidaddereacciónhayqueañadirmuchocatalizador.d)Haymuchassustanciasquepuedenenvenenarloscatalizadores.
(O.Q.L.Murcia2002)
a)Verdadero.Loscatalizadoressonespecíficosdecadareacción.Porejemplo, lasíntesisde NH está catalizada por Fe O ; el níquel Raney cataliza la hidrogenación de aceitesvegetales;platinoypaladioseusancomocatalizadoresenladestruccióndecompuestosorgánicos volátiles (COV) en las incineradoras y las enzimas son biocatalizadores quecatalizanreaccionesenlosorganismosvivos.
b)Verdadero.Loscatalizadoresnoafectanalequilibrioyaquedisminuyenpor igual lasenergíasdeactivacióndelasreaccionesdirectaeinversa.
NN NN NNOO
OONN NN OO NN OO NN NNNN NN NN
OO
OONN
OO
OONN NN OONN NN OONN NN OO NN OONN OONN OO
NN NN OO NNOO NN NN OO NNOONN NN OONN NN OONN NN OO NNOO NNOO NN NN OONN NN OO NNOO NNOO
NN NN OONNOO NN NN OONNOONN NN OONN NN OONNOO NNOO NN NN OONN NN OONNOO NNOO
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 218
c)Falso.Loscatalizadoresactúanenpequeñascantidadesyserecuperaníntegrosalfinaldelareacción.
d)Verdadero.Porejemplo,enobtencióndeNH ,lapurezadelN yH gaseososinfluyenenelenvenenamientodelcatalizadorFe O y lapresenciadesilicio, fósforo,arsénico,uotrosmetalespesadosenlascorrientesdedesechodeCOVproducenelenvenenamientodelcatalizadordeplatino.
Larespuestacorrectaeslac.
3.29.Enunareacciónenlaqueintervienendosreactivos,lavelocidaddereacciónsehizoeldoblecuandolaconcentracióndeunode losreactivossehizoeldobleyelotrosemantuvoconstante.Enotraexperienciasimilar,lavelocidaddereacciónsemultiplicóporunfactorde9cuandolaconcentracióndelsegundodelosreactivossetriplicó,manteniendoconstantelaconcentracióndelprimero.¿Cuáleselordendelareacción?a)23c)5d)6
(O.Q.L.Murcia2002)
Suponiendolareacción:
aA+bBP
Laecuacióndevelocidades:
r1=r=k[A]a[B]b
SiseduplicalaconcentracióndeA:
r2=2r=k[2A]a[B]b
SisetriplicalaconcentracióndeB:
r3=9r=k[A]a[3B]b
Relacionandolasvelocidades:
r2r1=k[2A]a[B]b
k[A]a[B]b=22a=2a=1
r3r1=k[A]a[3B]b
k[A]a[B]b=93b=9b=2
Elordentotaldelareacciónes(a+b)=(2+1)=3.
Larespuestacorrectaeslab.
3.30.Enunareacciónquímicaendotérmicasecumplequela:a)Velocidaddereacciónnoseveafectadaporlatemperatura.b)Energíadeactivacióndelareaccióninversaesmenorqueladelareaccióndirecta.c)Energíadeactivacióndelareaccióninversaesmayorqueladelareaccióndirecta.d) Energía de activación de la reacción directa aumenta cuantomás endotérmica es lareacción.
(O.Q.L.Murcia2002)
a)Falso.DeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius:
Cuesti
al auconstlavequeendo
El diunafigur
b)Ve
c)Fa
d)Fa
Lare
3.31.a)Lalaconb)Lalaconc) Elesteqd)Laental
a)Vecomo
Al dtransrepre
b)Fa
lacon
c)Faejem
ionesyProble
k k exp
umentar latantedevellocidaddella reacc
otérmica.
r=k[A]a
iagrama enereacción ea.
erdadero.C
also.Comose
also.Comos
espuestacor
Entodareaavelocidaddncentraciónaconstantedncentraciónl orden de rquiométricosavariacióndlpíaasociada
erdadero. Lo:
r=‐d[A]dt
disminuir lascursodeltiesentagráfic
also.Deacue
k k exp
nstantedev
also.Solocoplo:
aA+bB
masdelasOlim
p ‐ERT
temperatulocidadypolareacciónción sea
ergético corendotérmica
Comoseobs
eobservaen
eobservaen
rrectaeslab
acciónquímidereaccióndelodelosdevelocidaddelodelosreacción depsdeestos.deentalpíaaaaunareac
La velocidad
a concentraiempo,lavecamentese
erdoconlae
p ‐ERT
velocidadde
incidenenu
Product
mpiadasdeQu
ura aumentor consiguieindistintamexotérmica
rrespondiena sobre en
ervaenlafi
nlafigura,E
nlafigura,Δ
b.
icasecumplesueledisminreactivos.dsueledismireactivos.pende tanto
asociadaauccióndeorde
d de una re
ación delelocidadsehobtiene:
ecuaciónde
eunareacció
unareacción
tos
uímica.Volume
ta laente,
mentea o
nte an la
igura,E
E >
Δ H=E
eque:nuirconelt
inuirconelt
o del númer
unareacciónen1.
eacción se d
reactivo cohacemenor
Arrhenius:
ónsolodepe
nquetransc
en2.(S.Menar
>E
E .
E
transcursod
transcursod
ro de reactiv
ndeorden2
define
on el.Sise
endedelate
curraenun
rgues&F.Latre
.
.
eltiempo,a
deltiempo,a
vos como d
essuperior
emperatura
aetapaelem
[A][A]
e)
lirdisminuy
alirdisminuy
de los coefic
ralavariaci
(O.Q.L.Murcia
a.
mental,com
tt
219
yendo
yendo
ientes
iónde
a2002)
mopor
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 220
solo entonces, los coeficientes estequiométricos coinciden con los órdenes de reacciónrespectodecadaunodelosreactivos.
Laecuacióndevelocidadcorrespondientealareacciónes:
r=k[A]a[B]b
dondeaybsonlosórdenesdereacciónrespectoacadaunodelosreactivos.Elordentotaldelareacciónes(a+b).
d) Falso. No existe ninguna relación entre el orden de una reacción y su variación deentalpía.
Larespuestacorrectaeslaa.
3.32. En una reacción que se desarrolla en varias etapas, ¿cuál es la etapa que limita lavelocidaddelareacción?a)Laprimerab)Laúltimac)Lamásrápidad)Lamáslenta
(O.Q.L.Murcia2002)
Enunmecanismodereacción,queetapaquedeterminalavelocidaddelprocesoeslamáslenta.
Larespuestacorrectaeslad.
3.33.Paraunadeterminadareacciónquímicaseproponeelsiguientemecanismo:
A+BC+D
3D2E
2E+B3A+Falavistadelmismo,sepuedeasegurarque:a)AyBsonreactivos,FeselúnicoproductoyC,DyEsonespeciesintermedias.b)DyEsocatalizadores,AyBsonreactivosyFeselúnicoproducto.c)Beselúnicoreactivo,AesuncatalizadorylosproductossonCyF.d)BeselúnicoreactivoylosproductossonA,C,EyF.
(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.Murcia2006)
Reescribiendo las ecuacionesquímicasdelprocesoy sumándolas seobtiene la ecuaciónquímicacorrespondientealareacciónglobal:
3A+3B3C+3D
3D2E
2E+B3A+F
Laecuaciónglobales:
4B3C+F
Delasreaccionesparcialesydelareacciónglobal,sededuceque:
Besunreactivo,
CyFsonproductos,
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 221
DyEsonproductosintermediosy
Aesuncatalizador.
Larespuestacorrectaeslac.
3.34. En una reacción cuya ΔH = 15 kJ tiene una energía de activación de 70 kJ. Si seintroduce un catalizador la energía de activación baja a 40 kJ. ¿Cuánto vale ΔH para lareaccióncatalizada?a)‐15kJb)15kJc)45kJd)‐45kJ
(O.Q.L.CastillayLeón2002)(O.Q.L.Asturias2005)
Como se observa en la figura, laadicióndeuncatalizadordisminuyepor igual las energías de activaciónde las reacciones directa e inversa.Delafigurasededuceque:
Δ H=E E .
Si las energías de activación deambas reacciones descienden lomismo, la entalpía de la reacciónpermanececonstante.
Larespuestacorrectaeslab.
3.35.Enlareaccióndecombustióndelcarbón,éstedebecalentarsepreviamente,¿porqué?a)Lareaccióndecombustiónesendotérmica.b)Elnúmerodemoléculasquepuedensobrepasarlabarreradeactivaciónesmayor.c)Lareaccióndecombustiónesexotérmica.d)Lareacciónatemperaturaambientenoesespontánea.
(O.Q.L.CastillayLeón2002)
Enlareaccióndecombustión,conelcalentamientopreviodelasmoléculasdeoxígenoyde los átomosde carbono se consiguequemáspartículas consigan la suficiente energíaparasuperarlaenergíadeactivacióndelprocesoquelasconviertaendióxidodecarbono.
Larespuestacorrectaeslab.
3.36.Enunareaccióndeprimerordendeltipo:
AProductostiene una vidamedia ( ½) de 55,0min a 25°C y 6min a 100°C. ¿Cuál es la energía deactivaciónparaestareacción?a)‐25,8kJ· b)‐38,8kJ· c)347kJ· d)25,8kJ· e)38,8kJ· (Dato.R=8,314J· · )
(O.Q.N.Tarazona2003)
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
Cuesti
Laecprim
Lasc
La econst
Susti
No ckJ·mo
Lare
337.Pa)Deb)Dec)Ded)Aue)Es
Eldia
a)repreparaprodproce
Respposibidént
b)VelosreΔH.
c)Fasiem
ionesyProble
cuaciónquemerordenes
ln2=k·t½
constantesd
k25°C=ln55,
ecuación detantesdeve
lnk2k1
EAR
ituyendo:
ln
ln26,0ln255,0
=
coincide conol .
espuestacor
Paraunadeebeserigualebetenerunebeserigualumentarácomenorquel
agramaener
Falso. Laesentaelmálos reac
uctos, poresoexotérm
pecto al valble queticas.
erdadero.Leactivossec
also.Comospremenorq
E
masdelasOlim
relacionala:
½
develocidad
2,0
min 1
e Arrheniuselocidaddeu
A
R1T1
1T2
EA8,314·10 3
n ninguno d
rrectaeslad
eterminadarlydelmismovalorpositil aladelproonlatemperalaenergíad
rgéticodelp
energíaáximodeenctivos setanto EA >micoporloq
lor absolutambas en
Laenergíadconviertane
seobservaequelaenerg
<E
mpiadasdeQu
aconstante
a25°Cy10
k
s permite ounareacción
3
125+273
de los valor
d.
reacción,ΔHosignoqueΔvo,independcesoinversoatura,indepeactivación
procesoexo
de activanergíarequeconviertan0 y éste e
queΔH<0.
o, sí que snergías fu
deactivaciónenproducto
enlagráficagíadeactiva
uímica.Volume
develocida
00°Cson,res
100°C=ln26,0
obtener lanadostemp
1
100+27
res propues
H=‐100J·ΔH.dientementeocambiadadpendientemendelproceso
térmicoes:
acióneridoen
s un
seríaeran
nrepresentos,portanto
a, laenergíaacióndelare
en2.(S.Menar
adylavida
spectivamen
min 1
energía dperaturas:
73
stos y el qu
.Suener
edelvalordedesigno.entedelvalooinverso.
taelmáximoEA>0suv
adeactivacieaccióninve
rgues&F.Latre
mediapara
nte:
e activación
EA=27
ue más se a
rgíadeactiv
eΔH.
rdeΔH.
(O
odeenergíaalornodepe
ióndelareersa:
e)
aunareacci
n conocida
7,3kJ·
aproxima es
vación:
O.Q.N.Tarazona
arequeridoendedelval
accióndirec
222
ónde
as las
s 25,8
a2003)
oparalorde
ctaes
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 223
d)Falso.TalcomosemuestraenlaecuacióndeArrhenius:
k k exp ‐ERT
laenergíadeactivación,E ,yelfactorpreexponencialodefrecuencia,k ,sonconstantesespecíficasdecadareacciónynodependendelatemperatura.
e) Verdadero. Como se observa en la gráfica, la energía de activación de la reaccióndirectaessiempremenorquelaenergíadeactivacióndelareaccióninversa:
E <E
Lasrespuestascorrectassonbye.
3.38.La leche frescasecortaaproximadamenteen4ha28°Cperotarda48hsiestáenelfrigoríficoa5°C.¿Cuáleslaenergíadeactivaciónparaquesecortelaleche?a)32,6kJb)‐32,6kJc)9,04kJd)75,2kJe)‐75,2kJ
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.Tarazona2003)
La constantedevelocidadesproporcional a la velocidadde reacción, y ésta a suvez esinversamenteproporcionalaltiempo,portanto,larelaciónentreconstantesdevelocidadeslarelacióninversaentrelostiempos,(1/4)/(1/48)=12.
La ecuación de Arrhenius permite obtener la energía de activación conocidas lasconstantesdevelocidaddeunareacciónadostemperaturas:
lnk2k1
EAR
1T1
1T2
Sustituyendo:
ln12=EA
8,314·10 3
15+273
1
28+273EA=75,2kJ·mol
–1
Larespuestacorrectaeslad.
3.39.Laecuacióndevelocidadcorrespondientealareacción:
A(g)+B(g)C(g)vienedadaporlaexpresiónv=k[A][B].Endosexperienciasdistintas,IyII,sehanutilizadolosmismosmolesdegasesreaccionantes,peroenIelvolumenocupadoporelloseraeldoblequeenII.¿CuálserálarelaciónentrelasvelocidadesdeformacióndeCenunayotraexperiencia?a)vI=vIIb)vI=2vIIc)4vI=vIId)2vI=vII
(O.Q.L.Murcia2003)
LaecuacióndevelocidadparalaexperienciaIes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 224
vI=k[A][B]=knA2VnB2V
LaecuacióndevelocidadparalaexperienciaIIes:
vII=k[A][B]=knAVnBV
Relacionandolasvelocidades:
vIvII=knA2V
nB2V
knAV
nBV=14seobtiene vI=vII
Larespuestacorrectaeslac.
3.40.Lapropanonareaccionaconeliodoendisoluciónácidasegúnlaecuaciónquímica:
CO (l)+ (l) CO (l)+HI(g)
Losdatosobtenidosalestudiarlareacciónvienendadosenlasiguientetabla:[propanona],M [ ],M [ ],M Velocidadrelativa0,01 0,01 0,01 10,02 0,01 0,01 20,02 0,02 0,01 20,02 0,01 0,02 4
¿Cuáleslaecuacióndevelocidadparaestareacción?a)v=k[ CO ][ b)v=k[ CO 2c)v=k[ CO ][ ][ ]d)v=k[ CO ][ ]
(O.Q.L.Murcia2003)
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
v=k[CH3COCH3]a[I2]
b[H+]c
Sustituyendoparacadaexperimento:
v1=k(0,01)a(0,01)b(0,01)c=1
v2=k(0,02)a(0,01)b(0,01)c=2
v3=k(0,02)a(0,02)b(0,01)c=2
v4=k(0,02)a(0,01)b(0,02)c=4
Relacionandolasvelocidadesseobtienenlosórdenesdereacciónrespectoacadareactivo.
v2v1=k(0,02)a(0,01)b(0,01)c
k(0,01)a(0,01)b(0,01)c=212a=2a=1
v4v2=k(0,02)a(0,01)b(0,02)c
k(0,02)a(0,01)b(0,01)c=422c=2c=1
v3v2=k(0,02)a(0,02)b(0,01)c
k(0,02)a(0,01)b(0,01)c=222b=1b=0
H
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 225
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
v=k CH3COCH3 [H+]
Larespuestacorrectaeslad.
3.41.SielordendeunareacciónrespectoalcomponenteAescero,esoquieredecirque:a)LavelocidaddereacciónesindependientedelaconcentracióndeA.b)Lavelocidaddereacciónesindependientedelatemperatura.c)Lavelocidaddereacciónnopuededeterminarseexperimentalmente.d)Lareacciónnoesapreciable
(O.Q.L.CastillayLeón2003)
LaecuacióndevelocidaddeunareaccióndeordencerorespectodelcomponenteAes:
r=k[A =k
La velocidad de la reacción no depende de [A] y solo depende de k, es decir, según laecuacióndeArrhenius,solodependedelatemperatura.
Larespuestacorrectaeslaa.
3.42.Laecuacióndevelocidaddelareacción:
AProductos esv=k[A].Indicarcuáldelassiguientesafirmacionesnoescorrecta:a)Siseañadeuncatalizadorpositivoalmediodondeseproduce lareacción,sinvariar latemperatura,laconstantedevelocidad(k)nopuedeaumentar.b)Lavelocidaddereacciónylaconstantedevelocidadpuedenseriguales.c) La constante de velocidad no se ve afectada por las concentraciones de A y de losproductos.d)Laconstantedevelocidadseveafectadaporlatemperatura.
(O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004)
LaecuacióndeArrheniusrelacionalaconstantedevelocidadconlaenergíadeactivaciónylatemperatura:
k k exp ‐ERT
a) Falso. Si se añade un catalizador disminuye la energía activación de la reacción.DeacuerdoconlaecuacióndeArrheniussilaenergíadeactivacióndisminuye,laconstantekaumenta.
b)Verdadero.Deacuerdoconlaecuacióndevelocidad,si[A]=1M,secumplequev=k.
c) Verdadero. De acuerdo con la ecuación de Arrhenius la constante de velocidad solodependedelvalordelaenergíadeactivaciónydelatemperatura.
d)Verdadero.De acuerdo con la ecuacióndeArrhenius si la temperaturade la reacciónaumenta,laconstantekaumenta.
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 226
3.43. ¿Cuáles serán las unidades para la constante de velocidad (k) de una reacción desegundoorden,cuyaecuacióncinéticaesvreacción=k[A ,si laconcentraciónseexpresaenmol· yeltiempoenminutos(min)?a)mol· · b) c) ·L· d) · ·min
(O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004)
Laecuacióndevelocidadcorrespondienteaunareaccióndesegundoordenes:
v=k[A
Laconstantedevelocidades:
k=v
[Aylasunidadesson
mol·L ·min(mol·L
= ·L·
Larespuestacorrectaeslac.
(EstacuestiónessimilaralapropuestaenMurcia1996).
3.44.El de laatmósferaprotegea la tierrade laradiaciónultravioleta,quepodríaserpeligrosa,absorbiéndolayemitiendodenuevolaenergíaaunaλdiferente.Sehapropuestoelsiguientemecanismopara ladestruccióndel debidoalNOprocedentede losgasesdecombustióndeltransportesupersónico:
NO+ +
+ONO+ EnesteesquemaelNOes:a)Unproductodelareaccióntotal.b)Uninhibidor.c)Unreactivodelareaccióntotal.d)Uncatalizador.e)Ningunodelosanteriores.
(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)(O.Q.L.CastillayLeón2008)(O.Q.L.Cádiz2008)
Laecuaciónquímicacorrespondientealareacciónglobales:
O +O2O
Comoseobserva,elNOesunasustanciaquenoapareceenestaecuación, loquequieredecirqueniseconsumeniseformaenlamisma,portanto,nosetratanideunreactivonideunproducto.
Nosetratadeuninhibidor,yaquesinestasustancialareacciónglobalnoseproduce,sinembargo, la presencia de esta sustancia favorece la reacción la reacción dedescomposicióndelO ,portanto,elNOsecomportacomouncatalizador.
Larespuestacorrectaeslad.
3.45.Enunareacciónespontánea:a)Lavelocidaddereacciónaumentaalsubirlatemperatura.b)Lavelocidaddereaccióndisminuyealsubirlatemperatura.c)Lavelocidaddereacciónnocambiaalsubirlatemperatura.d)Lavelocidaddereacciónesdemasiadoaltaparapodermedirla.
(O.Q.L.Murcia2004)
Cuesti
Deac
al auveloc
Lare
3.46.
requia)Reb)Disc)Sed)Ni
a)Falarea
b)Fadelarápid
c) Fdismactivcomotienereacc
Como
d) Veanter
Lare
3.47.secoobsera)Seb)Sec)Lad)La
En ereacc
Lare
ionesyProble
cuerdoconl
k k exp
umentar lacidaddelar
r=k[A]n
espuestacor
Lasíntesisd
(g)+3iereuncatalebajalaenersminuyelaeconsiguequingunadelas
also.Laadiciaccióndirec
also.Laadicireacción.Ado.
Falso. La aminuye porvación tantooladelareae ningún efeción.
oseobserva
Δ H=E
erdadero. Yrioressonfa
espuestacor
Eshabituallocaoroenprvarcomoesdebetenercpuedeconclvelocidaddeaenergíadea
el caso de uciónaument
espuestacor
masdelasOlim
laecuación
p ‐ERT
temperaturreacción.
rrectaeslaa
delamoníac
(g)lizadorparargíadeactivenergíalibreuelareacciósanteriores
ióndeuncactacomolad
ióndeuncaAdemás,elhe
adición der igual lao de la reaccióninverecto sobre l
aenlafigura
E
Ya que las talsas.
rrectaeslad
encontrarapolvofinamespontáneamecuidadoconlluirquelaoxereacciónauactivaciónen
utilizar reactaalaument
rrectaeslac
mpiadasdeQu
deArrheniu
ra aumenta
a.
o:
2 (g)aaumentarlvacióndelaredelprocesonseamásex.
atalizadordidelareacció
atalizadornoechodeque
un catalizaa energíaeacción dirrsaporloqua entalpía d
a:
tres propue
d.
nuestroalreentedivididoenteseprodulasjoyasporxidacióndeloumentaconlnlaoxidación
ctivos cuyotarlasuperf
c.
uímica.Volume
us:
la constan
) ΔH<lavelocidadreaccióndiroylohacemxotérmica.
isminuyepoóninversa.
otieneningeunproceso
adorde
rectauenode la
estas
ededorjoyasoenunaatmuceunallamrsiprodujeraoroesunprolasuperficiendeloroest
estado deficieespecíf
en2.(S.Menar
te de veloc
0delareaccirectaperonomásespontán
origuallaen
gúnefectosooseaespont
sfabricadasmósferadeoma.Portanto:anquemadurocesoendotérdecontactotremendame
agregaciónficadelosm
rgues&F.Latre
cidad y por
iónporque:odelainversneoy,portan
nergíadeac
obrelaeneráneonoqui
conoro.Sinxígenopuro:ras.rmico.entrereactiventealta.
n es sólido,mismos.
e)
r consiguien
sa.nto,másráp
(O.Q.L.Murcia
ctivacióntan
rgíalibredeieredecirqu
embargo,cuosepuedelle
vos.
(O.Q.L.Murcia
la velocida
227
nte, la
pido.
a2004)
ntode
Gibbsuesea
uandoegara
a2004)
ad de
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 228
3.48.Paralassiguientesreacciones,sehandeterminadoestosdatosa270°C:
+ClHCl+ ΔH=‐4kJ =17kJ
+BrHBr+ ΔH=63kJ =75kJ¿Cómoserálafraccióndecolisionesefectivasa270°C?a)Mayorparalasegundareacción.b)Igualparaambasreacciones.c)Mayorparalaprimerareacción.d)Noesposiblededucirloconestosdatos.
(O.Q.L.Asturias2004)
Teniendoencuentaqueambasreaccionessonalamismatemperatura,lamayorfracciónde colisiones efectivas (mayor velocidad de reacción) corresponderá a la reacción quetengamayorconstantedevelocidad:
r=k[reactivos]
Laconstantedevelocidaddepende laenergíadeactivación,E ,que indica labarreradeenergía que deben superar los reactivos para convertirse en productos, y del factorpreexponencial, k , que está relacionado con la probabilidad de que el choque entrepartículasseproduzcaconenergíasuficienteyorientaciónadecuada:
k k exp ‐ERT
aunque se dispone de datos de energía de activación, se desconoce el valor del factorpreexponencialynosedisponededatosexperimentalesquepermitancalcularlo.
Larespuestacorrectaeslad.
3.49.Señalelaproposicióncorrecta:a) Las unidades de velocidad de una reacción dependen del orden parcial del reactivorespectodelqueseexpresalavelocidad.b)Lasunidadesdevelocidaddeunareaccióndependendelordentotaldereacción.c)EnlaecuacióndeArrhenius:k=A·e /RT,Aeselfactordefrecuenciaytienelasmismasunidadesdelaconstantedevelocidad.d)Lasunidadesdelaconstantedevelocidadenunareaccióndeorden2son .
(O.Q.L.Madrid2004)(O.Q.L.Asturias2008)
a‐b)Falso.Lasunidadesdelavelocidad,pordefinición,sonmol·L ·s ,nodependennidelordenparcialnitotaldelareacción.
c)Verdadero.Eltérminoe /RTcarecedeunidadesportratarsedeunaexponencial.
d)Falso.Laecuacióndevelocidadcorrespondienteaunareaccióndesegundoordenes:
v=k[A]2
Laconstantedevelocidades:
k vA 2 ylasunidadesson
mol L smol L 2 mol L s
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 229
3.50¿Cuáldeestasafirmacionesnoescorrecta?a)Sepuedeacelerarunareacciónaumentandolatemperatura.b)Uncatalizadorpuedeacelerarunareacción.c) En catálisis heterogénea el catalizador está en una fase de lamateria igual que losreactivosyproductos.d)Lasenzimaspresentaactividadcatalítica.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009)
a)Verdadero.Lavelocidaddeunareaccióndependedelaconstantedevelocidadk:
r=k[reactivos]
Laconstantedevelocidaddependedelatemperatura:
k k exp ‐ERT
Portanto,siaumentalatemperaturaaumentalavelocidaddelareacción.
b)Verdadero.Generalmente, loscatalizadoresaumentan lavelocidaddeunareacciónaldisminuirsuenergíadeactivación.
c)Falso. En la catálisis heterogénea el catalizador tiene diferente estado de agregaciónquelasespeciesreaccionantes.
d)Verdadero.Lasenzimassonbiocatalizadores.
Larespuestacorrectaeslac.
3.51.Enunareaccióndesegundoordensepuedeafirmar:A)Lasumadelosexponentesenlaleydevelocidadesiguala2.B)Almenosunodelosexponentesenlaleydevelocidadesiguala2.C)Lavidamedianoesconstante.D)Lavidamediaesconstante.E)Laconstantekpuedeexpresarseen · o · .
a)AyDb)ByDc)A,CyEd)AyCe)ByC
(O.Q.N.Luarca2005)
A) Verdadero. La ecuación de velocidad correspondiente a una reacción de segundoordenes:
r=k[A][B] otambién r=k[A
Lasumadelosexponentesdelamismaes(1+1)=(2+0)=2.
B)Falso.Laecuacióndevelocidadcorrespondienteaunareaccióndesegundoordenes:
r=k[A][B] otambién r=k[A
Comoseobserva,enelprimercasoambosexponentesson1.
C)Verdadero.Laecuacióndevelocidadintegradaparaunareaccióndesegundoordenes:
1[A]
1
[A0]=k·t
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 230
Lavidamedia,t½,sedefinecomoeltiempoquetardalasustanciainicialenreducirsealamitad:
[A]=[A0]2
Sustituyendoenlaecuacióndevelocidad:
2[A0]
1[A0]
=k·t½seobtienet½=1
k[A0]
Comoseobserva,t½noesconstanteyaquedependede[A0].
D)Falso.Talcomosehademostradoenelapartadoanterior.
E)Falso.Laecuacióndevelocidadcorrespondienteaunareaccióndesegundoordenes:
r=k[A
Laconstantedevelocidades:
k=v
[A]2ylasunidadesson
mol·L ·minmol·L
=M ·min
Estasunidadesnocoincidenconlaspropuestas.
Larespuestacorrectaeslad.
3.52.Lareacción:
A+BC+DesdesegundoordenenAydeordenceroenB,yelvalordekes0,012 · .¿Cuáleslavelocidaddeestareaccióncuando[A]=0,125My[B]=0,435M?a)5,0·10 M· b)3,4·10 M· c)1,3M· d)1,9·10 M· e)1,5·10 M·
(O.Q.N.Luarca2005)
Laecuacióndevelocidadcorrespondientealareacciónes:
r=k[A
Sustituyendo:
r=0,012 0,125 =1,9·10 M·
Larespuestacorrectaeslad.
3.53.UnareacciónAB,transcurreal50%en30minutos.¿Cuántotiempodebepasardesde el inicio de la reacción hasta que transcurre el 75%, suponiendo que es de primerorden?a)45minutosb)75minutosc)60minutosd)Paracalcularlotenemosqueconocerlaconstantedereacción.
(O.Q.L.Murcia2005)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 231
Lavidamedia,t½,sedefinecomoeltiempoquetardalasustanciainicialenreducirsealamitad:
[A]=[A0]2
Laecuacióndevelocidadintegradaparaunareaccióndeprimerordenes:
ln[A][A0]
=‐k·t
Sustituyendoenlaecuación:
lnA0 /2A0
=‐k t½k=ln2t½
=0,69330min
=2,31·10 min
Cuando la reacción ha transcurrido al 75%, se tiene que [A] = 0,25·[A]0 y el tiempoempleadoes:
ln0,25[A0][A0]
=‐2,31·10 ·tt=60min
Larespuestacorrectaeslac.
3.54.ParalareacciónAProductos,seobtienelossiguientesdatos:[A]=1,512mol· t=0min[A]=1,490mol· t=1,0min[A]=1,469mol· t=2,0min
¿Cuáleslavelocidadinicialdelareacciónenesteexperimento?a)0,40mol· · ·b)0,022mol· · ·c)0,089mol· · ·d)9,8·10 mol· · ·e)0,011mol· · ·
(O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005)(O.Q.N.Sevilla2010)(O.Q.L.Madrid2011)
Lavelocidadinicialsecalculamediantelaexpresión:
r=‐Δ[A]Δt
Seobtienenlossiguientesvaloresparalavelocidadinicial:
r=‐1,490–1,512 mol·L
1,0–0,0 min=0,022mol·L ·min
r=‐1,469–1,512 mol·L
2,0–0,0 min=0,0215mol·L ·min
r=‐1,469–1,490 mol·L
2,0–1,0 min=0,021mol·L ·min
r=0,022mol· ·
Larespuestacorrectaeslab.
Cuesti
3.55.
Sonca)iyb)Soc)Nind)iy
i) Vefigurrepredebeconv
ii)Vefácilprod
iii)Fqueprod
Lare
3.56.velocsea0a)v=b)v=c)v=d)v=
Laec
Susti
Losv
Lave
Noco
ionesyProble
Delassiguii)Laenergii)Lasreaciii)Lasrea
correctas:iiiloingunaii
erdadero. Ca, la enesenta la bn superarertirseenp
erdadero. Squelosreacuctos.
also.Si,E
los reactivuctos.
espuestacor
La velocidacidadcuando0,2Msilaco=3k=0,5k=2k=8k
cuacióndev
v=k[A [
ituyendopar
8k=k 2
valoresde[A
0,2molC21
0,2molC11
elocidadene
v=k 0,6
oincidening
masdelasOlim
entesafirmagíadeactivaccionesconpaccionescon
Como se obnergía debarrera der los reacroductos.
Si,E
ctivossetra
esavos se tran
rrectaeslad
ad inicial do[A]=2Myncentración
velocidadde
[B
ralosvalore
4
A]y[B]cuan
2molA1molC
=0,
1molB1molC
=0,
estascondic
0,8 =0,48
gunarespue
mpiadasdeQu
aciones:cióneslampequeñaenealtaenergía
bserva en lactivaciónenergía dctivos par
esbaja,ensformenen
alta,esdifícinsformen en
d.
de la reaccióy[B]=4M.¿inicialdeca
elareacción
esdados:
3=a+
ndo[C]=0,2
4molA
2molB
cioneses:
8k
staylaque
uímica.Volume
ínimaenergergíadeactiadeactivaci
landera
esn
iln
ón 2 A + B¿Cuálserálaadaunodel
es:
+2b
2Mson,res
[A]=
[B]=
másseapro
en2.(S.Menar
gíaparaqueivacióntieneióntienenlu
B C esavelocidadclosreactivos
a=b=1
pectivamen
= 10,4 M
= 10,2 M
oximaeslab
rgues&F.Latre
reaccionenenlugarfáciugarfácilmen
(O.Q.L.Casti
ocho vecescuandolacoera1M?
(
te:
M=0,6M
M=0,8M
b.
e)
lasmoléculailmente.nte.
tilla‐LaMancha
s la constanoncentración
(O.Q.L.Asturias
232
as.
a2005)
nte dendeC
s2005)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 233
3.57.Enunareacciónquímicalapresenciadeuncatalizadorafectaa:a)Entalpía,energíalibreyenergíadeactivación.b)Entalpíayenergíadeactivación.c)Energíalibreyenergíadeactivación.d)Energíadeactivación.
(O.Q.L.CastillayLeón2005)
Comoseobservaenlafigura,laadiciónde un catalizador disminuye por iguallas energías de activación de lasreacciones directa e inversa. De lafigurasededuceque:
Δ H=E E .
Si lasenergíasdeactivacióndeambasreacciones descienden lo mismo, laentalpía de la reacción permanececonstante.
Laenergíalibrenotienerelacióndirectaconlaenergíadeactivación.
Larespuestacorrectaeslad.
3.58.Lavidamediadeunareaccióndesegundoordenesde25scuando laconcentracióninicialdereactivoes0,5M.¿Cuáleslaconstantedevelocidaddeestareacción?a)3,22L b)8,00·10 c)8,00·10 L · d)2,77·10 e)2,77·10 L
(O.Q.N.Vigo2006)
Laecuacióndevelocidadintegradaparaunareaccióndesegundoordenes:
1[A]
1[A0]
=k·t
Lavidamedia,t½,sedefinecomoeltiempoquetardalasustanciainicialenreducirsealamitad:
[A]=[A0]2
Sustituyendoenlaecuación:
2[A0]
1[A0]
=k·t½k=1
t½[A0]
Sustituyendolosdatosdados:
k=1
25·0,5=8,00·10 L· ·
Larespuestacorrectaeslac.
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 234
3.59.Lareacción:
2 (g)2 (g)+ (g)
obedecealaleydevelocidad:Δ[ ]/Δt=6,21·10 [ ].Silaconcentracióninicialdees0,5M,¿cuántotiempotardaráendisminuirhastael30%delacantidadinicial?
a)5430sb)5647sc)1939sd)3877se)4354s
(O.Q.N.Vigo2006)
Se trata de una reacción de primer orden y la ecuación de velocidad integrada para lamismaes:
ln[N O ][N O
=‐k·t
Eltiempoquedebetranscurrirparaque[N O ]=0,3[N O ]0
ln0,3·0,50,5
=‐6,21·10 tt=1939s
Larespuestacorrectaeslac.
3.60.Hacemuchotiempoquesequemalamaderaparacalentarse.Sinembargo,sisequieredisponer de este calor, el paso previo es encender el fuego. Esto es debido a que atemperaturaambiente:a)Lasmoléculasnopuedensuperarlaenergíadeactivación.b)Lareacciónnoesespontánea.c)Lareacciónesespontánea.d)Lamaderautilizadanoestáseca.
(O.Q.L.Murcia2006)
Suponiendoquelamaderaescelulosa,atemperaturaambiente,lasmoléculasdecelulosay de oxígeno no tienen la suficiente energía para superar la energía de activación delprocesoquelasconviertaendióxidodecarbonoyagua.
Larespuestacorrectaeslaa.
3.61.Unavezencendidoelfuego,lamaderasequemahastaqueseagota.Estodebeindicarque:a)ElvalordeΔGpasadepositivoanegativounaveziniciadoelproceso.b)Alaumentarlatemperaturacambialavelocidaddereacción.c)Alserunareacciónexotérmicacambialaenergíadeactivación.d)Lamaderaesdepinoresinero.
(O.Q.L.Murcia2006)
En la reacción de combustión de lamadera se desprende calor, se trata de un procesoexotérmico.Estecaloraumentalatemperaturadelprocesopor loquedeacuerdoconlaecuacióndeArrheniusaumentalaconstantedevelocidaddelareacción:
k k exp ‐ERT
yporconsiguiente,lavelocidaddelareacción.
r=k[A
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 235
Larespuestacorrectaeslab.
3.62.Muchosdelosmodernospegamentosdeacciónrápidaygranfortalezasebasanenlareacción de polimerización del cianoacrilato. En esta reacción el vapor de agua de laatmósferaactúacomocatalizador.Portanto:a)EnausenciadeaguaΔGdelareacciónespositivo.b)Cuandoseproduzcalareacciónsevaaconsumiragua.c)Laenergíadeactivacióndelprocesocambiaconlahumedaddelambiente.d)Elprocesodeenvasadodelpegamentosehaderealizarenunaatmósferaseca.e)Todaslasrespuestassoncorrectas.
(O.Q.L.Murcia2006)(O.Q.L.Madrid2009)(O.Q.L.Asturias2011)
Sielvapordeaguaactúacomocatalizadordelareacciónylapresenciadeuncatalizadordisminuye la energía de activación de una reacción, al cambiar la humedad ambientecambialaenergíadeactivacióndelproceso.
Larespuestacorrectaeslac.
3.63.SilareacciónA+BCesexotérmicaysuecuacióndevelocidades:
v=k[A [ ]puededecirseque:a)Lareacciónesdeorden3.b)SiseaumentalaconcentracióndeAlavelocidadsemultiplicapor2.c)Siseaumentalatemperaturalavelocidadnovaría.d)Siseañadeuncatalizadorpositivolavelocidadnovaría.
(O.Q.L.Murcia2006)
a)Verdadero.Paraunareaccióncuyaecuacióndevelocidadesv=k[A]a[B]bsuordendereacciónglobales(a+b).Enestecasosetieneque(2+1)=3.
b) Falso. Si se aumenta el valor de [A] sí que es cierto que aumenta la velocidad de lareacción,peroelfactordeaumentotambiéndependedelvalorde[B].
c)Falso.DeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius:
k k exp ‐ERT
alaumentarlatemperaturaaumentalaconstantedevelocidaddelareacciónytambiénlavelocidaddelareacción.
d)Falso.Laadicióndeuncatalizadordisminuyelaenergíadeactivacióndelareacción.
Larespuestacorrectaeslaa.
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 236
3.64.Paralasiguientereacción2A+BProductos.Determinalaleydevelocidaddereacción,apartirdelossiguientesdatos:
[A],M [B],M Velocidadinicial,M·
0,10 0,10 2,0·10
0,20 0,10 8,0·10
0,30 0,10 1,8·10
0,20 0,20 8,0·10
0,30 0,30 1,8·10 ¿Cuáleslaecuacióndevelocidadparaestareacción?a)v=k[A]b)v=k[A c)v=k[B]d)v=k[A][B]
(O.Q.L.Madrid2006)
Laecuacióndevelocidades:
r=k[A]a[B]b
Relacionandolasvelocidadesdelosexperimentos1y2:
8·10–
2·10–=k(0,2)a(0,1)b
k(0,1)a(0,1)b2a=22a=2
Relacionandolasvelocidadesdelosexperimentos2y4:
8·10–
8·10–=k(0,2)a(0,2)b
k(0,2)a(0,1)b2b=1b=0
Laleydevelocidaddelareacciónes,v=k[A]2.
Larespuestacorrectaeslab.
3.65.Enunareaccióndeprimerorden,despuésdeunperiododetiempodetresveceslavidamedia,lafraccióndereactivoinicialquequedasinreaccionares:a)1/12b)1/6c)1/16d)1/8
(O.Q.L.Madrid2006)
Enunareaccióndeprimerordenlaecuacióndevelocidadintegradaes:
lnAA0=‐kt
y larelaciónexistenteentre laconstantedevelocidady lavidamediavienedadapor laecuación:
k=ln2t½
Sustituyendo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 237
lnAA0=‐
ln2t½
3t½ AA0=18
Larespuestacorrectaeslad.
3.66.Cuandosedicequeunareacciónesexplosiva,sepuedeafirmarque:a)Conesonosetieneinformaciónnidesucinéticanidesuentalpía.b)Esrápidaperonosabenadadesuentalpía.c)Esexotérmicaperonosesabenadadesucinética.d)Esrápidayexotérmica.
(O.Q.L.Murcia2006)
Unareacciónexplosivasecaracterizaporque:
Sedesprendeunagrancantidaddecalor,portanto,setratadeunprocesoexotérmico.
Estecalorsedesprendeenmuypoco tiempo, loque implicaque lareacciónse llevaacaboaunaelevadavelocidad.
Larespuestacorrectaeslad.
3.67.Indicacuáldelossiguientesenunciadoseserróneo:a)Lavelocidaddereacciónindicalavariaciónquesufre laconcentraciónde lassustanciaspresentes(reactivooproducto)porunidaddetiempo.b)Lavelocidaddereacciónnoesconstanteydisminuyeamedidaquelareacciónavanza.c)Lavelocidaddereaccióndeunreactivoodeunproductoessiempreunvalorpositivo.d)Lavelocidadconlaqueunreactivodesapareceessiempreigualalavelocidadconlaqueseformanlosproductos.
(O.Q.L.Asturias2006)
a)Verdadero.Lavelocidaddeunareacciónsedefinecomo:
r=1 d[A]dt
siendoνelcoeficienteestequiométricodelasustanciaA.
b) Verdadero. Al disminuir la concentración delreactivoconel transcursodel tiempo, lavelocidadsehacemenor.
Si se representa gráficamente se obtiene que lavariaciónesexponencial.
La velocidad viene determinada por la pendientedelarectaencadapuntodelacurva.
c)Verdadero.Lavelocidaddeunareacciónsedefinecomo:
r=1 d[A]dt
siendoelcoeficienteestequiométricoν,<0paraunreactivoy>0paraunproducto.
d) Falso. La velocidad de desaparición de un reactivo solo se iguala a la velocidad deformacióndeunproductocuandosealcanzaelequilibrio.
Larespuestacorrectaeslad.
[A]
t
[A]
t
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 238
3.68.Muchasreacciones,aparentementesencillas,transcurrenenrealidadatravésdevariasetapas.Estohaceque lavelocidadglobalestéfuertemente influenciadapor lavelocidaddeaquéllas.Sepuededecirquelavelocidaddelprocesoglobal:a)Eslasumadelasvelocidadesdelasetapas.b)Dependefundamentalmentedelaetapamáslenta.c)Dependefundamentalmentedelaetapamásrápida.
(O.Q.L.LaRioja2006)
Enunmecanismodereacción,queetapaquedeterminalavelocidaddelprocesoeslamáslenta.
Larespuestacorrectaeslab.
(SimilaralapropuestaenMurcia2002).
3.69.Laconstantedevelocidaddeunareacciónquímica:a)Puedeexpresarseen·mol· · b)Puedeexpresarseen·mol· ·sc)Susunidadesdependendelordenglobaldelareacción
(O.Q.L.LaRioja2006)
Laecuacióndevelocidadcorrespondienteaunareaccióndeundeterminadoordennes:
r=k[A]n
Laconstantedevelocidades:
k rA n lasunidadesdekson
mol L smol L n mol L s
Larespuestacorrectaeslac.
3.70.Elsmogfotoquímicoconsiste,entreotrosprocesos,enlageneraciónderadicalesOHatravésdelasecuenciadereacciones(contodoslosreactivosyproductosenfasegaseosa)
2NO+ 2 (muylentoaconcentracionesatmosféricas)
+hνNO+O(plenaluzsolar)
O+ 2OH(muyrápida)a)Laterceraetapaeslaetapadeterminantedelavelocidad(e.d.v.).b)El esuncatalizador.c)ElradicalOesuninhibidor.d)Laprimeraetapaeslae.d.v.e)Ningunadelasanteriores.
(O.Q.N.Córdoba2007)
Laecuaciónquímicacorrespondientealareacciónglobales:
NO+O +H ONO +OH
a)Falso.La etapadeterminantede lavelocidades lamás lenta.Paraestemecanismo laetapamáslentaeslaprimera.
b)Falso.ElNO noesuncatalizadoryaqueesunproducto.Enlasegundaetapasoloseconsumelamitaddelqueseproduceenlaprimera.
c)Falso.Todolocontrariocatalizalatercerareacciónquetranscurremuyrápida.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 239
d)Verdadero.Laetapadeterminantedelavelocidadeslamáslenta.Paraestemecanismolaetapamáslentaeslaprimera.
Larespuestacorrectaeslad.
3.71.Lareacción2AB+Cesdeorden2enA.Lavelocidadde lareaccióncuando[A]=0,2Mes2·10 mol· · .¿Cuáleslaconstantedevelocidad?a)1,5·10 ·L· b)5·10 mol· · c)5·10 ·L· d)5·10 ·L· e)10 ·L·
(O.Q.N.Córdoba2007)
Laecuacióndevelocidadcorrespondienteaunareaccióndesegundoordenes
r=k[A
Laconstantedevelocidades:
k=r
[A=2·10 mol·L ·min
0,2mol·L=5·10 ·L·
Larespuestacorrectaeslac.
3.72.Sisedeseamodificarlaconstantedevelocidaddeunareacción,sepuederecurrira:a)Modificarlaconcentracióndelosproductosyreactivos.b)Introduciruncatalizador.c)Variarelvolumendelrecipientedelareacción.d)Reducirlapresiónatemperaturaconstante.
(O.Q.L.Murcia2007)
a)Falso.Sisemodificaelvalorde[A]yde[P]síqueesciertoquesemodificalavelocidaddelareacción,peronosemodificalaconstantedevelocidad.
b) Verdadero. La adición de un catalizador disminuye la energía de activación de lareacciónperomodificalaconstantedevelocidad.DeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius:
k k exp ‐ERT
alcambiarlaenergíadeactivacióndelareacción,cambialaconstantedevelocidaddelamisma.
c‐d)Falso.Sisevaríaelvolumendelrecipienteo lapresiónenel interiordelmismo,semodifica el valor de [A] y de [P], quemodifican la velocidad de la reacción, pero no semodificalaconstantedevelocidad.
Larespuestacorrectaeslab.
3.73.Enunareacciónquímicaqueestáenequilibrio,laadiciónalprocesodeuncatalizadorsemanifiesta:a)Disminuyendoelvalordelaenergíadeactivacióndelareaccióndirecta.b)Disminuyendoelvalordelaenergíadeactivacióndelareaccióninversa.c)Conduciendoaunamayorcantidaddeproductos.d)Noafectandoalasconcentracionesdeproductosyreactivos.
(O.Q.L.CastillayLeón2007)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 240
En la figura se muestra el diagramaenergético correspondiente a unareaccióncatalizada.
Laadicióndeuncatalizadordisminuyepor igual lasenergíasdeactivacióndelas reacciones directa e inversa y noafecta a las cantidades de lassustanciaspresentesenelequilibrio.
Larespuestacorrectaeslad.
3.74.Lareaccióndedescomposicióndelaguaoxigenadaeslasiguiente:
(aq) (l)+½ (g)ylaecuacióndevelocidad:
v=k[ ]
Sabiendoquek=7,30·10 ,calculaeltiemponecesarioparaladesaparicióndel60%delaguaoxigenadaapartirdeunaconcentracióninicialde0,5Mes:a)545sb)304sc)20,9mind)11,7min
(O.Q.L.Madrid2007)
Setratadeunareaccióndeorden1ylaecuacióndevelocidadintegradaparaestetipodereaccioneses:
ln[H2O2][H2O2]0
=‐kt
Sustituyendo:
ln0,4·0,50,5
=‐7,30·10 tt=1255s1min60s
=20,9min
Larespuestacorrectaeslac.
3.75.Lainformacióncinéticaparalareacción:
+ es EA=58kcalyparalareaccióncatalizada:
+ es EA=10,7kcal¿Cuálserálaenergíadeactivaciónparalareacciónnocatalizada?a)47,3kcalb)68,7kcalc)25,3kcald)40,7kcal
(Datos. (kcal· ): 2 6=‐20,2; 2 4=12,5)(O.Q.L.Madrid2007)
Conlosdatosproporcionadossepuededibujarelsiguientediagramaenergético:
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
Cuesti
delq
Lare
3.76.a)Sub)Suc)Susd)Su
Deac
elvalE , stempdifer
Lare
3.77.
Paraa)Ladeb)El231sc)Elmayod)Lae)El
Si lareacc
a‐d‐ereacc
b)Vedeun
ionesyProble
quesededuc
Δ H=E
E
E
espuestacor
Sidosreacciusconstantessconstantessconstantessconstantes
cuerdoconl
k k exp
lordeconstsino que dperatura. Poentevalord
espuestacor
Laconstant
2 (g)estareaccióavelocidadd
.tiemponecs.tiemponecorcuantomaareacciónesordengloba
constantecióndeorde
k=r
[N2O5]
e)Falso.Secióndeorde
erdadero.Snareacción
masdelasOlim
ceque:
E
=58kcal–
=25,3kcal
rrectaeslac
ionestienensdevelocidadsdevelocidaddevelocidadsdevelocidad
laecuación
p ‐ERT
tantedevelodepende tamor tanto, audek tendrá
rrectaeslaa
tedevelocid
)4ónpuedeafirdelareacció
esariopara
cesarioparaayoresdichasdeordenunaldelareacc
de velocidaen1.
]
mol·mo
tratadeunen2.
Silaconstandeorden1.
mpiadasdeQu
32,7kcal
l
c.
lamismaendpuedenserdseránsiempdseránsiempdseránigual
deArrheniu
ocidad,k,dembién delnque dos rándiferente
a.
daddelarea
(g)+ (g)rmarseque:ónesdirecta
quelaconc
que laconcaconcentranorespectoaciónessiete.
ad tiene un
L ·sol·L
=s
nareacción
ntedeveloci
uímica.Volume
ergíadeactirdistintasincpredistintaspreiguales.lessilatemp
us:
ependenosfactor de freacciones tvalordeka
acción:
):amenteprop
centraciónin
centración icióninicial.al .
nidades de
deorden1
idadtieneu
en2.(S.Menar
ivación:clusoalamissindependien
peraturaesla
olodelvalofrecuencia,tengan el maunadeterm
es3·10
orcionalalc
nicialde
inicialde
s quiere
y lapropue
unidadesde
rgues&F.Latre
smatemperantementede
amisma.(
rdelaenergk , para u
mismo valorminadatemp
.
cuadradode
sereduzc
sereduz
(O
decir que
estaseríaco
s–1quiered
e)
atura.latemperat
(O.Q.L.LaRioja
gíadeactivauna determde E , si tperatura.
elaconcentr
caalamitad
zcaa lamit
O.Q.N.Castellón
se trata de
orrectapar
decirquese
241
tura.
a2007)
ación,minadatienen
ración
dvale
tades
n2008)
e una
auna
etrata
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 242
Enunareaccióndeorden1,t½seobtienemediantelaexpresión:
t½=ln 2k=
ln 2
3·10 s=231s
c)Falso.Enelcasodeunareaccióndeorden1eltiempoquetardaenreducirsealamitadlaconcentracióndeunreactivoesindependientedelaconcentracióninicialdelmismo.
t½=ln 2k
Sin embargo, sería correcto para una reacción de orden 2 en la que el valor de t½ seobtienemediantelaexpresión:
t½=1
k[A0]
Larespuestacorrectaeslab.
3.78.¿Cuáleselefectodeuncatalizadorsobreunareacciónenequilibrio?a)Aumentarelrendimientodelareacción.b)LograrquelavariacióndelaenergíalibredeGibbs(ΔG)sehaganegativa.c)Ninguno,porqueafectaporigualalareacciónydirectaquealainversa.d)Permitequelasreaccionesendotérmicastranscurranatemperaturaambiente.
(O.Q.L.Murcia2008)
La adición de un catalizador no tieneningún efecto sobre la entalpía o laenergíalibredeGibbsdeunareacción.Elcatalizadoractúasobrelaenergíadeactivacióndelareacción.
Tal como se observa en la figura, elcatalizador disminuye por igual lasenergías de activación de lasreaccionesdirectaeinversa.
Aldisminuir laenergíadeactivación lasreacciones transcurrenenmenostiempopor loqueaumentalavelocidaddeambasreacciones.Aplicadoalequilibrioquímico,éstenoseveafectadoporlapresenciadelcatalizador, loqueocurreesqueelequilibriosealcanzaantes.
Larespuestacorrectaeslac.
3.79.ParalareacciónA(g)+B(g)C(g)lavelocidadvienedadapor:v=k[A][B]
Si se reducea lamitad el volumenocupadopor losgases reaccionantes, ¿cuánto variará lavelocidaddereacción?a)Seguirásiendolamisma.b)Sereduciráalamitad.c)Seharácuatrovecesmayor.d)Seduplicará.
(O.Q.L.Murcia2008)
Laecuacióndevelocidadcorrespondientealareacciónes:
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 243
r=k A B =knAVnBV
Sielvolumensereducealamitad,laecuacióndevelocidades:
r'=k A B =knAV/2
nBV/2
=4knAVnBV
Larelaciónentreambasvelocidadeses:
r'r=4knAV nBV
knAV nBV
=4
Elfactordeaumentodevelocidades4.
Larespuestacorrectaeslac.
3.80.DeunareacciónquímicaentreAyBsehanobtenidolossiguientesdatos:
[A]inicialM[B]inicialMvinicialM· Experiencia1 0,10 0,20 32Experiencia2 0,10 0,10 8Experiencia3 0,30 0,10 24
Sededucequelaecuacióndevelocidadesa)v=k[ ]·[B b)v=k[B c)v=k[A][B]d)v=k[A ·[B
(O.Q.L.Murcia2008)
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
v=k[A]a[B]b
Sustituyendoparacadaexperimento:
v1=k(0,10)a(0,20)b=32
v2=k(0,10)a(0,10)b=8
v3=k(0,30)a(0,10)b=24
Relacionandolasvelocidadesseobtienenlosórdenesdereacciónrespectoacadareactivo.
v1v2=k(0,10)a(0,20)b
k(0,10)a(0,10)b=3282b=22b=2
v3v2=k(0,30)a(0,10)b
k(0,10)a(0,10)b=2483a=3a=1
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
v=k[A][B]2
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 244
3.81.Paralasiguientereaccióndecombustión:
2 +6 4 +6 Lavelocidaddedesaparicióndeetanola)Esigualalavelocidaddedesaparicióndeoxígeno.b)Eseldobledelavelocidaddeformaciónde .c)Eslatercerapartedelavelocidaddeformaciónde .d)Estresvecesmayorquelavelocidaddedesaparicióndeoxígeno.
(O.Q.L.Madrid2008)
Lavelocidaddereacciónes:
r=‐12d[CH CH OH]
dt=‐
16d[O ]dt
=14d[CO2]dt
=16d[H2O]dt
a‐d)Falso.Larelaciónentrelasvelocidadesdedesaparicióndeletanolydeloxígenoes:
12r =
16r r =
13r
b)Falso.Larelaciónentre lasvelocidadesdedesaparicióndeletanolyde formacióndelCO es:
12r =
14r r =
12r
c)Verdadero.LarelaciónentrelasvelocidadesdedesaparicióndeletanolydeformacióndelH Oes:
12r =
16r r =
13r
Larespuestacorrectaeslac.
3.82.En lasiguientereacción.A+BC+D,en laque la leydevelocidadesdeorden2respecto a la sustancia A, siendo el orden global 2. El sistema puede ser sometido a lossiguientescambios:
1.UnaumentodelaconcentracióndeA.2.UnaumentodelaconcentracióndeB.3.Unaumentodelatemperatura.
¿Cuálócualesdeloscambiospropuestosaumentarálavelocidaddelareacción?a)Soloel1yel2.b)Soloel3.c)Soloel1yel3.d)El1,el2yel3.
(O.Q.L.Asturias2008)
Laecuacióndevelocidades:
r=k[A
1)Siaumenta[A]elvalorderaumenta.
2)Siaumenta[B]elvalorderpermanececonstante.
3)DeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius,siaumentalatemperaturaaumentaelvalordek:
k k exp ‐ERT
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 245
ysiaumentaelvalordektambiénaumentaelvalorder.
Larespuestacorrectaeslac.
3.83.Paralareacción:A+BC,laecuacióndevelocidades:v=k[A ½[ ].¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesfalsa?a)SilaconcentracióndeBsereducealamitadlavelocidadsereducealamitad.b)Elordentotaldelareacciónes1,5.c)SilasconcentracionesdeAyBseduplicanlavelocidaddereacciónnosemodifica.d)ElordendereacciónrespectoaAes0,5.
(O.Q.L.Canarias2008)
a)Verdadero.Deacuerdoconlaecuacióndelavelocidadysuponiendoque[A]=cte:
v1=k[A ½[B]
sisereducelaconcentracióndeBalamitad,lavelocidaddereacciónes:
v2=k[A ½ [B]2
relacionandoambasvelocidadessetieneque:
v1v2=2
Comoseobserva,lavelocidadsereducealamitad.
b)Verdadero.Elorden totaldeunareacciónes iguala lasumade losórdenesparcialesqueseindicanenlaecuación.Enestecaso,ordentotal=0,5+1=1,5.
c)Falso.Deacuerdoconlaecuacióndelavelocidad:
v1=k[A ½[B]
siseduplicanlasconcentracionesdeAyB,lavelocidaddereacciónes:
v2=k[2A ½[2B]
relacionandoambasvelocidadessetieneque:
v1v2=2 ,
Comoseobserva,lavelocidadsemodifica.
d)Verdadero.ElordendelareacciónconrespectoalreactivoAes0,5.
Larespuestacorrectaeslac.
3.84.Alelevarlatemperaturaalaqueserealizaunareacciónquímica:a)Aumentalavelocidadsilareacciónesendotérmica,perodisminuyesiesexotérmica.b)Aumentasiemprelavelocidaddereacción.c)Disminuyelaconcentracióndelosreactivosyporellodisminuyelaconstantedevelocidad.d)Aumentalavelocidadmediadelasmoléculasyconellolaenergíadeactivación.
(O.Q.L.LaRioja2008)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010)
a)Falso.Alaumentar latemperatura,aumentalaenergíacinéticadelasmoléculasyconello la velocidad de la reacción independientemente de que ésta sea exotérmica oendotérmica.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 246
b)Verdadero.Alaumentarlatemperatura,aumentalaenergíacinéticadelasmoléculasyconellolavelocidaddelareacción.
c)Falso.Laconcentracióndelosreactivosesindependientedelatemperaturaalaqueserealizalareacción.
d)Falso.Alaumentarlatemperatura,aumentalaenergíacinéticadelasmoléculasyconellolavelocidaddelareacción,perolaenergíadeactivaciónesunparámetrocinéticodelamismaynodependedelatemperatura.
Larespuestacorrectaeslab.
3.85.Alañadiruncatalizadoraunareacción:a)Desplazaelequilibriohacialareaccióndirecta.b)LareacciónsehacemásespontáneaalhacersemásnegativoΔG.c)Lasvelocidadesdelasreaccionesdirectaeinversaaumentanporigual.d)Disminuyeelordentotaldelareacción.
(O.Q.L.LaRioja2008)
La adición de un catalizador notiene ningún efecto sobre laenergía libre de Gibbs de unareacción o sobre el orden dereacción de la misma. Elcatalizadoractúasobre laenergíadeactivacióndelareacción.
Tal como se observa en la figura,elcatalizadordisminuyeporiguallas energías de activación de lasreaccionesdirectaeinversa.
Aldisminuir laenergíadeactivación lasreacciones transcurrenenmenostiempopor loqueaumentalavelocidaddeambasreacciones.
Larespuestacorrectaeslac.
3.86.Lacombustióndelgaspropanotienelugarsegúnlaecuación:
+5 3 +4 Conestainformaciónpuedeasegurarseque:a)Elordentotaldelareaccióndirectaes6.b)Elordentotaldelareaccióninversaes7.c)Paraquemarunmoldepropanosenecesitan5molesde .d)Elordentotaldelareaccióndirectadependedelapresiónde .e)Losmolesde necesariosparaquemar1moldepropanodependendelmecanismodelareacción.
(O.Q.L.LaRioja2008)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010)(O.Q.L.LaRioja2012)
a‐b) Falso. Sin datos cinéticos experimentales es imposible determinar el orden de unareacción.Laestequiometríade lareacciónsolocoincideconelordende lamismaen lasreaccioneselementales,aquellasquetranscurrenenunaúnicaetapa.
c)Verdadero.Laestequiometriadelareacciónindicaqueunmoldepropanoreaccionaconcincomolesdeoxígeno.
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 247
d)Falso.Laecuacióndelavelocidaddelareacciónes:
r=k C3H8 a O2 b
Sin datos cinéticos experimentales es imposible determinar los valores de a y b, losórdenesparcialesrespectoacadareactivo.
e)Falso.LosmolesdeO necesariosparalacombustióndelpropanovienendeterminadosporlaestequiometríadelareacción.
Larespuestacorrectaeslac.
(EnCastilla‐LaMancha2010se reemplaza lapropuestadpor la eyenLaRioja2012secambialacombustióndeC3H8porC5H12).
3.87.Lareaccióndeoxidacióndelmonóxidodenitrógenoadióxidodenitrógeno:
2NO(g)+ (g)2 (g)a250°Cesdeordenparcial2respectoalmonóxidodenitrógenoyordenparcial1respectoaloxígeno y el valorde la constante cinética es k=6,5·10 · · .Por lo tanto,adicha temperatura, cuando las concentraciones inicialesde los reactivos son [NO]=0,100mol· y[ ]=0,210mol· ,lavelocidaddereacciónserá:a)13,7mol· · b)273 c)54,6mol· · d)6,8mol· ·
(O.Q.L.LaRioja2008)
Laecuacióndelavelocidaddelareacciónes:
r=k[NO]2[O2]
Sustituyendo
r= 6,5·10 mol ·L ·s 0,100mol·L 2 0,100mol·L =13,7mol· ·
Larespuestacorrectaeslaa.
3.88.Paraunareacciónquímica:a)Laecuacióndevelocidadv=k[ ]·[B indicaquelasunidadesdelaconstantedecinéticasonL· · .b)Lasunidadesdelavelocidaddependendelordenlareacción.c)Laenergíadeactivaciónesindependientede latemperaturaperovaríacon lapresenciadeuncatalizador.d)Lavelocidaddereacciónpuedeaumentarodisminuirdependiendodelsignodelaenergíadeactivación.e)Lasunidadesdelaconstantedevelocidadsonsiempremol·L–1·s–1.
(O.Q.N.Ávila2009)
a)Falso.Paraesareacciónlasunidadesdelaconstantedevelocidadson:
k r
A B 2 mol L smol L 3 L mol s
b) Falso. La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia formada otransformadaporunidaddetiempo.Lasunidadesdelavelocidadsonmol·L ·s .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 248
c)Verdadero.DeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius, laenergíadeactivación,E ,yelfactorpreexponencial, k , son los llamadosparámetros cinéticosde la reacciónque sonindependientesdelatemperatura.
k k exp ‐ERT
Sin embargo, la adición de un catalizadorhacedisminuir la energía de activacióndela reacción, lo que hace aumentar lavelocidaddelamisma.
d) Falso. Como puede apreciarse en laanterior gráfica, la energía de activaciónrepresentalabarreradeenergíaquedebenvencer los reactivos para convertirse enproductosyessiemprepositiva.
e) Falso. Tal como se ha demostrado en el apartado a) las unidades de la constante develocidaddependendelordentotaldelareacción.
Larespuestacorrectaeslac.
3.89.Sisehabladeuncatalizadorsepuedeafirmarquealadicionarloenunareacción:a)Modificalaentalpíadelareacción.b)Modificalaenergíalibredelproceso.c)Rebajalaenergíadeactivación.d)Modificaelestadodeequilibriodelareacción.
(O.Q.L.Murcia2009)
Eldiagramaenergéticocorrespondienteaunareaccióncatalizadaes:
a‐b)Falso.Elcatalizadornoafectaalvalorde la entalpía ni de la energía libre de lareacción.
c)Verdadero.El catalizadordisminuye laenergíadeactivacióndelareacción.
d)Falso.Elcatalizadornoafectaalestadodeequilibriodelareacción.
Larespuestacorrectaeslac.
3.90.Elprocesodetransformacióndediamanteengrafitoesunprocesomuylento.Portanto:a)Coneltiempo,todoslosqueahorasondiamantestendráncolornegro.b)Estoaseguraqueelprocesonoesespontáneo.c)Estavelocidadnovaacambiaraunqueseaumentelatemperatura.d)Laenergíadeactivacióndelprocesohadesermuybaja.
(O.Q.L.Murcia2009)
Sielprocesoesmuylentoquieredecirquesuenergíadeactivaciónesmuyalta,porestemotivo,conelpasodeltiempo,muchotiempo,losdiamantesacabaránconvirtiéndoseengrafitodecolornegro.
Larespuestacorrectaeslaa.
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
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ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 249
3.91.ParaelprocesoA+B+C2Dseconoceexperimentalmenteque laecuacióndevelocidadesv=k[A][B].Portanto,¿cuáldelassiguientesexpresionesescorrecta?a)Lasunidadesdelavelocidaddereacciónsonmol· · .b)ElordendereaccióndelasustanciaCescero.c)ElreactivoCnoseconsumeduranteelproceso.d)Lasunidadesdekson ·L· .
(O.Q.L.Madrid2009)
a)Verdadero.Lavelocidaddereacciónsedefinecomolacantidaddesustanciaformadaotransformadaporunidaddetiempo,ydeacuerdoconellosusunidadessonmol·L ·s .
b) Verdadero. Al aparecer el reactivo C en la ecuación de velocidad quiere decir que elordenparcialconrespectoalmismoescero.
c)Falso.Todoslosreactivosseconsumenduranteeltranscursodelareacción.
d)Verdadero.Paraesareacciónlasunidadesdelaconstantedevelocidadson:
k v
A B
mol L s 1
mol L 2 L mol s
Larespuestaincorrectaeslac.
3.92. En relación con el llamado “smog fotoquímico” indica cuál de las siguientesproposicionesesincorrecta:a)Sedebe,sobretodo,alosóxidosdenitrógenogeneradosporlosautomóviles.b)Estípicodelosdíasdeniebla.c)Contieneelozonotroposféricoqueesmuyirritante.d)Esunfenómenocaracterísticodelasgrandesciudadesoccidentales.
(O.Q.L.Madrid2009)
Laformacióndelsmogenlasgrandesciudadessedebealasreacciones:
NO (g)NO(g)+O(g)
O (g)+O(g)O (g)
Larespuestaincorrectaeslab.
3.93.Lavelocidaddeuna reaccióna75°Ces30vecesmás rápidaquea25°C. ¿Cuáles laenergíadeactivaciónparadichareacción?a)58,6kJ· ·b)25,5kJ· ·c)7,05kJ· ·d)1,51kJ· ·
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.L.LaRioja2009)
Laconstantedevelocidadesproporcionalalavelocidaddereacción,portanto,larelaciónentrevelocidadeseslamismaquelarelaciónentreconstantesdevelocidad,30/1.
La ecuación de Arrhenius permite obtener la energía de activación conocidas lasconstantesdevelocidaddeunareacciónadostemperaturas:
lnk2k1
EAR
1T1
1T2
Sustituyendo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 250
ln30=EA
8,314·10 3
125+273
1
75+273EA=58,6kJ·
Larespuestacorrectaeslaa.
(CuestiónsimilaralapropuestaenOviedo2002).
3.94.¿Cuálesdeestosfactoresafectanalvalordelaconstantecinéticadeunareacción?i)temperaturaii)concentracionesdereactivosiii)usodecatalizadores
a)Solamenteib)Solamenteiic)Solamenteieiiid)i,iieiii
(O.Q.L.LaRioja2009)
i)Verdadero.Lavelocidaddeunareaccióndependedelaconstantedevelocidad,k,yéstaaumentaconlatemperaturadeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius:
k k exp ‐ERT
siendo,k =factorpreexponencialyE =energíadeactivación,losllamadosparámetroscinéticosdelareacción.
ii) Falso. La velocidad de una reacción depende de la constante de velocidad, k, y éstaaumentacon lasconcentracionesde lasespeciesreaccionantesdeacuerdoconecuacióncinética:
r=k[reactivo
siendo,a=ordenparcialrespectoadichoreactivo.
iii)Falso.Elusodecatalizadoresmodificavelocidaddeunareacciónyaquehacedisminuirlaenergíadeactivacióndelamisma.
Larespuestacorrectaeslaa.
3.95. Los datos de las velocidades iniciales para la reacción, X+Y Z, se recogen acontinuación:
[X](M) 0,10 0,10 0,30[Y](M) 0,10 0,20 0,30Velocidad(M ) 0,020 0,080 0,540
¿Cuáleslaecuacióncinéticaparaestareacción?a)v=k[X b)v=k[Y c)v=k[X][Y]d)v=k[ ]·[Y
(O.Q.L.LaRioja2009)
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
v=k[X]a[Y]b
Sustituyendoparacadaexperimento:
v1=k(0,10)a(0,10)b=0,020
v2=k(0,10)a(0,20)b=0,080
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 251
v3=k(0,30)a(0,30)b=0,540
Relacionandolasvelocidadesseobtienenlosórdenesdereacciónrespectoacadareactivo.
v2v1=k(0,10)a(0,20)b
k(0,10)a(0,10)b=0,0800,020
2b=22b=2
v3v1=k(0,30)a(0,30)b
k(0,10)a(0,10)b=0,5400,020
3a·3b=33sib=2a=1
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
v=k[X][Y]2
Larespuestacorrectaeslad.
(CuestiónsimilaralaspropuestasenMadrid2006yMurcia2008).
3.96.LaecuaciónquímicaylaecuacióncinéticadelareacciónenfasegasentreNOy son:2NO(g)+2 (g) (g)+2 (g)
v=k[NO [ ]¿Cuálessonlasunidadesdeksieltiempoestáexpresadoensegundosylaconcentraciónenmolesporlitro?a)L·s· b) · · c)mol· · d) · ·
(O.Q.L.LaRioja2009)
Laecuacióndevelocidadcorrespondeaunareaccióndeorden3:
v=k[NO]2[H2]
Laconstantedevelocidades:
k v
NO 2 H2 ylasunidadesson
mol L smol L 3 L2
Larespuestacorrectaeslab.
3.97.EnunareaccióndeprimerordendeltipoAP,siel90%deAseconvierteenPen30min,¿cuáleseltiempodevidamedia?a)18,0minb)9,03minc)0,076mind)0,11mine)13,0min
(O.Q.N.Sevilla2010)
Lavidamedia,t½,sedefinecomoeltiempoquetardalasustanciainicialenreducirsealamitad:
[A]=[A0]2
Laecuacióndevelocidadintegradaparaunareaccióndeprimerordenes:
Cuesti
Susti
Susti
Lare
3.98.
a)Elb)Sec)Sed)Si
a) Vdiagrreaccentreeinv
Enes
b)Fa
c)Fa
d)Fa
Lare
3.99.quesa)Seb)Alc)Lad)En
a)Fa
b) Fareaccmism
ionesyProble
ln[A][A0]
=‐k
ituyendoen
ln[A0]/2[A0]
=
ituyendoen
ln0,11=‐
lnt
espuestacor
Siparalare
2 (g)valordelaetratadeunpuedeaseguseañadeun
Verdadero.rama de eciónseobtieeambaseneversa:
Δ H=E
stecaso:
‐57kJ=13
E
also.Setrata
also.Nosedi
also.Segúns
espuestacor
Yaquelarsuecuacióndetratadeunañadiruncvelocidadcncualquierm
also.Setrata
also. La adción de lasma,sinpara
masdelasOlim
k·t
laecuación
=‐k·t½
laecuación
n 2t½
30
rrectaeslab
eacción:
(genergíadeaareaccióneurarquev=ncatalizador
Como senergía, laeneapartirergíasdeact
E
3kJ–E
.=70kJ
adeunproc
isponededa
seobservae
rrectaeslac
reacción2Adevelocidadareaccióndatalizadorlaonlaquesemomentola
adeunareac
ición de unreaccionesellocambia
mpiadasdeQu
:
k=lnt
develocida
t½
b.
(g) laactivaciónpaendotérmica.k[ ½.rlaenergíad
observa enentalpía ddeladiferetivación,dir
.
esoexotérm
atoscinético
eneldiagram
c.
+BC,desv=k[Bdeorden3.areacciónseformaCeslvelocidades
ccióndeord
n catalizadodirecta e irlaentalpía
uímica.Volume
n2t½
ad:
½=9,03min
aenergíadearaelproces.
deactivació
n elde laenciarecta
micoyaque
osparapod
madeenerg
quetranscu:
ehacemenolamismaconsconstantes
den2.
or hace disinversa, loadelareacc
en2.(S.Menar
n
activaciónvsoinversova
ónnovariará
Δ H<0.
erdetermin
gías.
urreenuna
osendotérmnlaquedesasilatempera
minuir la eque hace ación.
rgues&F.Latre
vale13kJyΔaldrá70kJ.
á.
narlaecuaci
solaetapa,
icaysuveloapareceB.aturanovar
energía deaumentar la
e)
ΔH=‐57kJ:
(O.Q.L.Murcia
ióndeveloc
esendotérm
ocidadaume
ría.(O.Q.L.Murcia
activacióna velocidad
252
a2010)
idad.
micay
nta.
a2010)
de lade la
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 253
c)Verdadero.ComosetratadeunareacciónelementalenlaqueloscoeficientesdeByC(νB=‐1yνC=+1),portantocomo:
rB=‐1νBd Bdt
rC=1νCd Cdt
secumplequerB=rC.
d) Falso. Si la temperatura no cambia, el valor de k se mantiene constante; pero lavelocidad de reacción también depende de [B], por ello para que la velocidad seaconstanteesprecisoque[B]=constante.
Larespuestacorrectaeslac.
3.100.Lavelocidaddeunareacción:a)AumentaalsubirlatemperaturasiΔH>0.b)DisminuyealsubirlatemperaturasiΔS>0.c)Esunparámetroquenosepuedemedir.d)AumentacuantomásnegativoseaelvalordeΔG.
(O.Q.L.Murcia2010)
a)Verdadero. La velocidadde una reaccióndependede la constante de velocidad, k, yestaaumentaconlatemperaturadeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius:
k k exp ‐ERT
siendo,k =factorpreexponencialyE =energíadeactivación,losllamadosparámetroscinéticosdelareacción.
Noobstante,lavelocidadaumentaindependientementedecualseaelvalordeΔH.
b‐d)Falso.LavelocidaddeunareacciónnodependedelosvaloresdeΔSyΔG.
c)Falso.Lapropuestaesabsurda.
Larespuestacorrectaeslaa.
3.101.EnelprocesodeHaber‐Bosch,paralasíntesisde apartirde y ,seempleauncatalizadorpara:a)Mejorarlapurezadel producido.b)Evitarreaccionesexplosivas.c)Favorecerlosfactorescinéticosdelproceso.d)Amortiguarlosefectosdelapresenciadeimpurezasenlosgasesdeorigen.
(O.Q.L.Murcia2010)
a‐d)Falso.Ambaspropuestascarecendesentido.
b)Falso.LareacciónentreN yH noesexplosiva.
c)Verdadero.Laadicióndeuncatalizadorhacedisminuir laenergíadeactivaciónde lareacción de las reacciones directa e inversa, lo que hace aumentar la velocidad de lamisma.
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 254
3.102.Laecuacióndevelocidaddeciertareacciónesv=k[A [ ].Portanto:a)Lavelocidadserá8vecesmayorsisedisminuyeelvolumenalamitad.b)Lasunidadesdeksonmol/L.c)kesindependientedelatemperatura.d)Lavelocidadesconstantemientrastranscurrelareacción.
(O.Q.L.Murcia2010)
a)Verdadero.Deacuerdoconlaecuacióndelavelocidad:
v1=k[A]2[B]=k
[nA]2
V2nBV
sisereduceelvolumenalamitad,lavelocidaddereacciónes:
v2=k[A]2[B]=k
[nA]2
½VnB½V
relacionandoambasvelocidadessetieneque:
v2v1=8
b)Falso.Laconstantedevelocidades:
k=v
[A]2[B]ylasunidadesson
mol·L 1·s 1
mol·L 1 2=L·mol 1·s 1
c‐d)Falso.Lavelocidaddeuna reaccióndependede la constantedevelocidad,k, y estaaumentaconlatemperaturadeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius:
k k exp ‐ERT
siendo,k =factorpreexponencialyE =energíadeactivación,losllamadosparámetroscinéticosdelareacción.
Larespuestacorrectaeslaa.
(CuestiónsimilaralapropuestaenMurcia1996).
3.103.Silaecuacióncinéticaoleydevelocidadparaunareacciónquímicaesv=k[A [ ].¿QuéleocurriráalavelocidaddelareacciónsiseduplicanlasconcentracionesdeAyB,enigualdaddecondiciones?a)Seduplicará.b)Seráochovecesmayor.c)Dependerádelvalordek.d)Serácuatrovecesmásgrande.
(O.Q.L.Madrid2010)
Deacuerdoconlaecuacióndelavelocidad:
v1=k[A]2[B]
siseduplicanlasconcentracionesdeambasespecies,lavelocidaddereacciónes:
v2=k[2A]2[2B]
relacionandoambasvelocidadessetieneque:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 255
v2v1=8
Comoseobserva,lavelocidadsehaceochovecesmayor.
Larespuestacorrectaeslab.
(CuestiónsimilaralapropuestaenMurcia1996).
3.104.Paraestareacción:
+5 3 +4 ¿Cómoeslavelocidaddedesapariciónde enrelaciónconladeproducciónde ?a)Eslamismaquelavelocidaddeproducciónde .b)1/5lavelocidaddeproducciónde .c)3/5lavelocidaddeproducciónde .d)5/3lavelocidaddeproducciónde .
(O.Q.L.LaRioja2010)
Lavelocidaddereacciónes:
r=‐d[C H
dt=‐
15d[Odt
=13d[COdt
=14d[H2Odt
LarelaciónentrelasvelocidadesdedesaparicióndeO yproduccióndeCO es:
15r =
13r r =
3r
Larespuestacorrectaeslad.
3.105. De acuerdo con elgráfico adjunto, ¿cuál es lavelocidaddedesaparicióndelreactivoalos10s?a)0,025 · b)0,050 · c)0,40 · d)0,80 ·
(O.Q.L.LaRioja2010)
Lavelocidadinstantáneasedefinecomo:
v=‐dCdt=‐
ΔCΔt
Eligiendolospuntosdelagráficacorrespondientesalos5y10s,seobtiene:
v=‐0,50‒0,65 M10‒5 s
=0,030·M·
Eligiendolospuntosdelagráficacorrespondientesalos0y10s,seobtiene:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 256
v=‐0,50‒0,83 M10‒0 s
=0,027·M·
Estevalortienemásincertidumbre,yaquelaconcentraciónparat=0sresultamásdifícildeleer.
Larespuestaquemásseaproximaeslaa.
3.106.Bajodeterminadascircunstancias,lareaccióndeCOcon paradar yNOtienelasiguienteecuacióncinética:
v=k[CO][ ]¿Cuálessonlasunidadesdelaconstantecinética?a)mol· · b) · · c)L· d) · ·
(O.Q.L.LaRioja2010)
Laconstantedevelocidades:
k=v
[CO][NO2]ylasunidadesson
mol·L ·minmol·L 2 =mol 1·L·
Larespuestacorrectaeslaa.
(CuestiónsimilaralapropuestaenMurcia1996yLaRioja2004).
3.107.Uncatalizadorhacequeunareaccióntranscurraaunamayorvelocidaddebidoaque:a)Proporcionaunamayortemperaturadereacción.b)Proporcionaunaalternativadereacciónconmenorenergíadeactivación.c)Hacequelareacciónseamásexotérmica.d)Disminuyelaentropíadelareacción.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010)
La adición de un catalizador no tieneningún efecto sobre la temperatura, laentalpía ni la entropía de una reacción. Elcatalizador actúa sobre la energía deactivacióndelareacción.
Tal como se observa en la figura, elcatalizador disminuye por igual lasenergías de activación de las reaccionesdirectaeinversa.
Aldisminuir laenergíadeactivación lasreacciones transcurrenenmenostiempopor loqueaumentalavelocidaddeambasreacciones.
Larespuestacorrectaeslab.
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
Cuesti
3.108muy
queodescoa)15b)15c)19d)35e)35
Laec
Susti
Lare
3.109
a)Seb)Disc)Cod)Coe)Dis
La aningúGibbsEl caactiv
Talcatalenergdirec
Lare
3.110¿Cuá12,5%a)11b)68c)10d)27
ionesyProble
8.La fosfinarápidaysep
4 (g)obedeceaunompongael55s50s98s5s50s
cuacióndev
ln[A][A0
=‐k
ituyendo:
ln0,51=‐1
espuestacor
9.Cuandose
2 (g)+erebajalaensminuyelaensiguelaquonsiguelaqusminuyepor
adición deún efecto ss ni sobre laatalizador avacióndelar
como seizador disgías de actctaeinversa
espuestacor
0.Unasustantotiempos%delvalori1s8s02s72s
masdelasOlim
aseutilizappuederepres
(g)+
na leydepr50%delafo
velocidadint
kt
1,98·10 t
rrectaeslad
eañadeunca
+ (g)nergíadeacenergíalibreuelareaccióuelareaccióriguallaene
un catalizsobre la ena entalpíadactúa sobrereacción.
observa ensminuye ptivación dea.
rrectaeslae
nciadesparserequeriráinicial?
mpiadasdeQu
paramatarsentarporla
+6 (g)
rimerordenosfina?
tegradapara
d.
atalizadora
2 (gtivacióndeledelprocesonseamásexónseamásenergíadeacti
zador no tnergía libredeuna reacce la energía
n la figurapor iguallas reaccio
e.
ecesiguiendáparaque l
uímica.Volume
insectosyrareacción:
v=1,98·10
aunareacci
t=35s
alequilibrio:
g)lareaccióndoylohacemxotérmica.ndotérmica.ivacióndela
tienee deción.a de
a, ellas
ones
dounacinétlaconcentra
en2.(S.Menar
roedores.La
[ ].¿C
(O.Q.N.V
ióndeorden
H=‐98directaperomásespontán
areaccióndi
ticadeprimeaciónde las
rgues&F.Latre
degradació
Cuáleseltie
Valencia2011)
n1es:
8,9kJnodelainvneoy,portan
irectacomo(O
erorden,consustanciadis
(
e)
ónde la fosfi
empoparaq
)(O.Q.L.Murcia
versa.nto,másráp
delainversa(O.Q.N.Valencia
nun ½de3sminuyehas
(O.Q.L.LaRioja
257
finaes
quese
a2012)
pido.
a.a2011)
34,0s.staun
a2011)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 258
Lavidamedia,t½,sedefinecomoeltiempoquetardalasustanciainicialenreducirsealamitad:
[A]=[A0]2
Laecuacióndevelocidadintegradaparaunareaccióndeprimerordenes:
ln[A][A0]
=‐k·t
Sustituyendoenlaecuación:
ln[A0]/2[A0]
=‐k·t½k=ln2t½
=0,69334s
=2,04·10 s–1
Cuandoquedaun12,5%desustanciaeltiempotranscurridoes:
ln0,125[A0]
[A0]=‐2,04·10 ·tt=102s
Larespuestacorrectaeslac.
3.111. Si para una reacción la constante de velocidad se duplica cuando la temperaturaaumentade15°Ca25°C.¿Cuáldebeserelvalordelaenergíadeactivación?a)487,88kJ· ·b)49,5kJ· ·c)243,94kJ· ·d)975,76kJ· ·
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.L.LaRioja2011)
La ecuación de Arrhenius permite obtener la energía de activación conocidas lasconstantesdevelocidaddeunareacciónadostemperaturas:
lnk2k1
EAR
1T1
1T2
Sustituyendo:
ln2=EA
8,314·10 3
115+273
1
25+273EA=49,5kJ·
Larespuestacorrectaeslab.
(CuestiónsimilaralapropuestaenLaRioja2009).
3.112. Para una reacción irreversible, A B, ¿qué representación mostraría uncomportamientolinealsilareacciónesdesegundoordenrespectodeA?a)[A]vstiempob)1/[A]vstiempoc)[A]2vstiempod)1/[A]2vstiempo
(O.Q.L.LaRioja2011)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 259
La ecuación de velocidad integrada para unareaccióndesegundoordenes:
1[A]
1[A0]
=k·t
Si se representa 1/[A] frente a t se obtiene unalínea recta cuya pendiente es la constante develocidad k, y cuya ordenada en el origen es1/[A0].
Larespuestacorrectaeslab.
3.113.Uncatalizadorafectaalavelocidaddeunareacción:a)Incrementandolaenergíacinéticadelosreactivos.a)Aumentandoelnúmerodecolisionesentrelosreactivos.c)Disminuyendoladiferenciaenergíaentrereactivosyproductos.b)Proporcionandounaalternativadereacciónconmenorenergíadeactivación.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011)
Laadicióndeuncatalizadornotieneningúnefectosobrelaenergíacinéticanielnúmerodecolisionesquesufrenlosreactivos,nicambiandoadiferenciadeenergíaentrereactivosyproductos.Elcatalizadoractúasobrelaenergíadeactivacióndelareacción.
Tal como se observa en la figura, elcatalizador disminuye por igual lasenergías de activación de las reaccionesdirectaeinversa.
Al disminuir la energía de activación, lasreacciones transcurren en menos tiempopor loqueaumenta lavelocidaddeambasreacciones.
Larespuestacorrectaeslad.
(CuestiónsimilaralapropuestaenCastilla‐LaMancha2010).
3.114. Una reacciónmuy importante en la industria del caramelo es la hidrólisis de lasacarosa:
sacarosa+aguaglucosa+fructosaSetratadeunareaccióndeprimerordendonde v=k[sacarosa] por lo que lasunidadesdelaconstantedevelocidad,k,son:a)L· b) · · c) d)L· ·s
(O.Q.L.Murcia2011)
Laconstantedevelocidades:
k=v
[sacarosa]ylasunidadesson
1s=
Larespuestacorrectaeslac.
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 260
3.115. ¿Cuál(es) de las siguientes propuestas sobre la velocidad de una reacción escorrecta(s)?a)Puedeexpresarseen · .b)Puedeexpresarseenmol· · .c)Cuandoseadicionauncatalizadorlavelocidadsemodifica.d)Suvalornuméricoesconstantedurantetodoeltiempoqueduralareacción.e)Suvalornuméricodependedelatemperaturaaqueserealizalareacción.
(O.Q.L.Canarias2011)
a)Falso.Lavelocidaddeunareacciónsedefinecomo:
r=‐d[A]dt
ylasunidadessonmol·L
s=mol· ·
b)Verdadero.Segúnsehavistoenelapartadoanterior.
c)Verdadero.Laadicióndeuncatalizadordisminuyeporiguallasenergíasdeactivaciónde las reacciones directa e inversa. Al disminuir la energía de activación, las reaccionestranscurrenenmenostiempoporloqueaumentasuvelocidad.
d)Falso.LavelocidaddeunareacciónAP,sedefinecomo:
r=‐d[A]dt
=d[P]dt
Como se observa, [A] disminuye con el tiempo,mientras que, [P] aumenta; por tanto lavelocidadnopermanececonstante.
e)Verdadero.Lavelocidaddeunareaccióndependedelaconstantedevelocidad,k:
r=k[A]
yestaaumentaconlatemperaturadeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius:
k k exp ‐ERT
siendo,k =factorpreexponencialyE =energíadeactivación,losllamadosparámetroscinéticosdelareacción.
Lasrespuestascorrectassonb,cye.
3.116.Laexpresióndelaecuacióndecinéticaparalareacción:A+ Productos,
viene dada por v = k [A [B ]. Si durante una reacción las concentraciones de A y disminuyenalamitad,lavelocidaddelareacción:a)Aumentaenunfactorde4.b)Disminuyeenunfactorde4.c)Aumentaenunfactorde8.d)Disminuyeenunfactorde8.e)Disminuyeenunfactorde16.
(O.Q.N.ElEscorial2012)
Laecuacióndevelocidadcorrespondientealareacciónes:
r=k[A]2 B
Silacocentracióndeambasespeciessereducealamitad,laecuacióndevelocidades:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 261
r'=k[A]2
2 2 B2
=18k[A]2 B
Larelaciónentreambasvelocidadeses:
r'r=
18 k[A]
2 B
k[A]2 B
r'r=8
Larespuestacorrectaeslad.
3.117. Si la constante de velocidad de una reacción se triplica cuando la temperaturaaumentade25°Ca35°C,¿cuálseráelvalordelaenergíadeactivación?a)799J· ·b)83,8J· ·c)83,8kJ· ·d)8,35kJ· ·e)20,0kJ· ·(Dato.R=8,314J· · )
(O.Q.N.ElEscorial2012)
La ecuación de Arrhenius permite obtener la energía de activación conocidas lasconstantesdevelocidaddeunareacciónadostemperaturas:
lnk2k1
EAR
1T1
1T2
Sustituyendo:
ln3=EA
8,314·10 3
125+273
1
35+273EA=83,8kJ·
(CuestiónsimilaralapropuestaenLaRioja2011).
Larespuestacorrectaeslac.
3.118.Laproducciónindustriladelamoniacoserepresentaporlaecuación:
+3 2
Si lavelocidaddedesaparicióndehidrógenoes1,2·10 mol/min,¿cuáles lavelocidaddeaparicióndeamoniaco?a)2,4·10 mol/minb)1,8·10 mol/minc)1,2·10 mol/mind)8,0·10 mol/min
(O.Q.L.LaRioja2012)
Lavelocidaddereacciónes:
r=‐d[Ndt
=‐13d[Hdt
=12d[NHdt
LarelaciónentrelasvelocidadesdedesaparicióndeH yaparicióndeNH es:
13r =
12r r =
23r
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 262
r =23 1,2·10‐3mol/min r =8,0·10‐4mol/min
Larespuestacorrectaeslad.
(Lasunidadesdadassonincorrectas,debensermol·L ·min ).
3.119. Los valores de tiempos listados en la tabla semidieron a 25°C para la siguientereaccióncuandoseprodujounacantidadde (aq)detectable:
(aq)+2 (aq) (aq)+2 (aq)Losdatosobtenidosalestudiarlareacciónvienendadosenlasiguientetabla:
Experimento [ ]inicial/M [ ]inicial/M tiempo/s1 0,0400 0,0800 392 0,0400 0,0400 783 0,0100 0,0800 1564 0,0200 0,0200 ¿?
¿Cuálseráelvalordeltiempoesperadoparaelexperimento4?a)156sb)234sc)312sd)624s
(O.Q.L.LaRioja2012)
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
v=k[S O ]a[I ]b
Teniendoencuentaquelavelocidaddereacciónesinversamenteproporcionalaltiempodeduracióndelexperimento:
v1=k(0,0400)a(0,0800)b=1/39
v2=k(0,0400)a(0,0400)b=1/78
v3=k(0,0100)a(0,0800)b=1/156
Relacionandolasvelocidadesseobtienenlosórdenesdereacciónrespectoacadareactivo.
v1v2=k(0,0400)a(0,0800)b
k(0,0400)a(0,0400)b=1/391/78
2b=2b=1
v1v3=k(0,0400)a(0,0800)b
k(0,0100)a(0,0800)b=
1/391/156
4a=4a=1
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
v=k[S O ][I ]
Relacionandoelexperimento4conotroseobtieneeltiempodeesteexperimento:
v1v2=k(0,0400)(0,0400)k(0,0200)(0,0200)
=1/781/t
b=312s
Larespuestacorrectaeslac.
Cuesti
3.120vinagconsea)Seb)Sec)Sed)Me
Paraañad
Lare
3.121a)Lab)Lac)Lad)Lae)Nin
Laec
Laco
Tenieconce
Lare
3.122k, patemprepreLaredeaca)b)‐c)‐d)
Talc
laenespec
ionesyProble
0.Enelcasogre, la especeguirmayoreañadetodonecesitaconutilizaelbicejorhacerel
aumentar ldirlamayor
espuestacor
1.Lareaccióaleydevelocaleydevelocleydevelocaleydevelocngunadelas
cuacióndev
v=k[
onstantedev
k=v
[N O ]
endo en cuentraciones
k=mol·L mol
espuestacor
2.Elvalordeara una reperaturas desentación.elaciónentrectivaciónes:/R·R
omosemue
k=k exp
nergíadeactcíficasdeca
masdelasOlim
odel “volcánctacularidadrvelocidad:elvinagreqnocerlaestecarbonatoelexperiment
la velocidadcantidadde
rrectaeslaa
ón cidadesv=kcidadesv=kcidadesv=kcidadesv=ksanteriores
velocidadco
]
velocidad,k
]
uenta que lsdelosreact
·s l·L
=
rrectaeslaa
elaconstanacción hadistintas re
elapendien
estraenlaec
p ‐ERT
tivación,E ,adareacción
mpiadasdeQu
n” fabricadod esmayor
quesepuedaequiometríanbloquescotoenverano
d de la reacevinagrepo
a.
2 esdk[ ]ylak[ 2ylak[ ]ylak[ 2/[esverdader
rrespondien
k,es:
las unidadetivos,mol·L
a.
teespecíficasido determealizándose
tedelarect
cuacióndeA
,yelfactornynodepen
uímica.Volume
ocon la reacuando aum
a.delareacciompactos.oqueeninvie
cción a tempsible(CH C
deprimerordasunidadesdasunidadesasunidadesd
]ylasura
nteaestare
es de la ve,lasunida
adevelocidaminada a dla siguien
taylaenerg
Arrhenius:
preexponenndendelate
en2.(S.Menar
acciónentrementa la ve
ión.
erno.
peratura amOOH6%)a
den.EstoimpdeksondeksonL·deksonL·nidadesdek
eacciónes:
elocidad sonadesdekso
ad,dosnte
gía
ncialodefremperatura.
rgues&F.Latre
elbicarbonlocidad de l
mbiente lomNaHCO en
plicaque:
· ·
ksonL·
(
n, mol·L ·sn:
ecuencia,k
e)
natode sodila reacción.
(O.Q.L.Murcia
más adecuapolvo.
(O.Q.L.Valencia
s y las d
(O.Q.L.Galicia
,sonconst
263
ioyel Para
a2012)
ado es
a2012)
de las
a2012)
tantes
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 264
Si se representa gráficamente ln k frente a 1/T se obtiene una recta cuya pendiente es‐ /R.
Larespuestacorrectaeslac.
3.123.Cuando la sacarosa, , sedisuelveenaguaenpresenciadeun catalizadorácido,reaccionasegúnlaecuación:
+ 2 Lareacciónsiguelaleydevelocidad:
v=k[ 1 2 11]Si3,00gdesacarosadisminuyea2,70genuntiempode2,50h,enpresenciadeunaciertacantidad de catalizador ácido, ¿cuál es la vida media para esta reacción en estascondiciones?a)12,5hb)16,4hc)23,7hd)37,9h
(O.Q.L.Galicia2012)
Setratadeunareaccióndeorden1ylaecuacióndevelocidadintegradaparaestetipodereaccioneses:
ln[C H O ][C H O ]0
=‐kt
Sustituyendo:
ln2,703,00
=‐k 2,5h k=4,21·10 h
Lavidamedia,t½,sedefinecomoeltiempoquetardalasustanciainicialenreducirsealamitad:
[C H O ]=[C H O ]0
2
Sustituyendoenlaecuacióndevelocidad:
ln[C H O ]0/2
[C H O ]0]=‐k·t½
t½=ln2kt½=
0,6934,21·10 h
=16,4h
Larespuestacorrectaeslab.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 265
4.PROBLEMASdeCINÉTICAQUÍMICA
4.1.Conelobjetodeidentificarlacinéticadeunareaccióndeltipo:
aA+bBProductosse determinaron en el laboratorio las velocidades iniciales de la reacción para distintosvaloresde concentraciónde los reactivos, siempre en lasmismas condicionesdeP yT; lasiguientetablamuestralosvaloresdecadaunodelosparámetrosmedidos.
Experiencia [A]0(M) [B]0(M) Velocidadinicial(M· )1 0,02 0,01 0,000442 0,02 0,02 0,001763 0,04 0,02 0,003524 0,04 0,04 0,01408
a)EncuentreelvalordelordendelareacciónrespectodelreactivoA,delB,yeltotal.b)Determinelaconstantedevelocidaddeestareacción.c)Sabiendoque laconstantedevelocidadsemultiplicapor74cuando latemperaturaa laqueserealizalareacciónpasade300a400K,calculelaenergíadeactivación.
(Dato.ConstanteR=8,314·10 kJ· · )(Murcia2001)
a)Laecuacióngeneraldevelocidaddelareacciónes:
r=k A B
siendoxeylosórdenesparcialesrespectoalosreactivosAyB,respectivamente.
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias4y3:
rr
0,014080,00352
=k 0,04 0,04k 0,04 0,02
2 =2 y=2
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias3y2:
rr
0,003520,00176
=k 0,04 0,02k 0,02 0,02
21=2 x=1
Ordentotaldelareacción=x+y=1+2=3
b)Haciendoloscálculosconlosdatosdelexperimento4:
k=r
[A][Bk=
0,01408M·s0,04M 0,04M
=220 ·
yprocediendodeigualformaparaelrestodelosexperimentosseobtiene:
Experiencia [A (M) [B (M) Velocidadinicial(M·s ) k(M ·s )1 0,02 0,01 0,00044 2202 0,02 0,02 0,00176 2203 0,04 0,02 0,00352 2204 0,04 0,04 0,01408 220
Encasodequelosvaloresobtenidosencadaexperimentoparalaconstantedevelocidadnohubiesensidolosmismos,sehabríacalculadoelvalormediodelosmismos.
c)LaecuacióndeArrheniuspermitecalcularladependenciadelaconstantedevelocidadconlatemperatura:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 266
lnkk=EAR
1T–
1T
Sustituyendo
ln74=EA
8,314·10
1300
–1400
EA=42,9kJ
4.2.Paraladescomposicióndel sehamedidolaconstantedevelocidada25°Cy55°C,encontrándosevaloresde3,46·10 y1,5·10 ,respectivamente.Determina laenergíadeactivaciónylaconstantedevelocidadaunatemperaturade0°C.
(Dato.ConstanteR=8,314·10 kJ· · )(Galicia2003)
LaecuacióndeArrheniuspermitecalcularladependenciadelaconstantedevelocidadconlatemperatura:
lnkk=EAR
1T–
1T
SustituyendoyteniendoencuentaquelasunidadesseexpresanenelS.I.:
ln3,46·10
1,5·10=
EA8,314·10
1328
–1298
EA=102,1kJ
Paraobtenerelvalordeka0°C,sesustituyeelvalorobtenidodeEAenlaexpresiónquerelacionalasconstantes:
lnk
3,46·10=
102,1
8,314·10
1273
–1298
k =7,9·10
4.3.Dadalasiguientereacción:
2NO(g)+2 (g) (g)+2 (g)Calcula:a)Lavariacióndeentalpíaestándar,asícomoelvalordeesaentalpíaparalareacciónde20gdeNO.b)¿Setratadeunareacciónespontánea?c)Siparalareacciónanteriorsehanobtenidolossiguientesdatos:
Experiencia [NO]mol· [ ]mol· (mol· · )
1 0,1 0,1 1,35·10 2 0,2 0,1 2,70·10 3 0,2 0,2 5,40·10
Calcula laecuacióndevelocidad, laconstantecinéticay lavelocidadcuando[NO]=[ ]=0,15M.
(Datos. °(kJ· ):NO(g)=90,4; (g)=‐241,8.S°(J· · ):NO(g)=211; (g)=188,7; (g)=131; (g)=192)
(Asturias2005)
a) La entalpía de la reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos:
Δ H°=Σ νiH°i productos–Σ νiH°i reactivos
Paralaecuacióncitada:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 267
Δ H°= 2molH O‐241,8kJmolH O
2molNO90,4kJmolNO
=‐664,4kJ
NosetieneencuentaelvalordeΔ H°delH (g)yN (g)yaqueporconvenioestosvaloressonnulos.
Relacionandomasayentalpía:
20gNO1molNO30gNO
‐664,4kJ2molNO
=‐221,5kJ
b)ParadeterminarlaespontaneidaddelareacciónesnecesariocalcularelvalordeΔ G°.LavariacióndeenergíalibredeGibbssecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ G°=Δ H°–TΔ S°
ElvalordeΔ S°secalculaapartirdelasentropíasmolaresdeproductosyreactivos:
Δ S°=Σ νiS°i productos–Σ νiS°i reactivos=
= 1molN191,2JK mol
+2molH O188,7JK mol
– 2molH131JK mol
+2molNO211JK mol
Δ S°=‐115,4J K
SustituyendoenlaexpresióndelaenergíalibredeGibbs:
Δ G°=‐664,4kJ–298K‐115,4J
K1kJ
103J=‐630kJ
Se trata de un proceso espontáneo a 25°C (temperaturas bajas), ya que el valor de°<0.Noobstante,atemperaturaselevadascambiaelsignodelaenergíalibredeGibbs
yelprocesoesnoespontáneo(Δ G°>0),yaqueentonces:
|Δ H°|<|TΔ S°|Δ G°>0
c)Laecuacióngeneraldevelocidaddelareacciónes:
v=k NO H
siendoxeylosórdenesparcialesrespectoalosreactivosNOyH ,respectivamente.
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias4y3:
vv
2,70·10
1,35·10=k 0,2 0,1k 0,1 0,1
21=2 x=1
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias3y2:
vv
5,40·10
2,70·10=k 0,2 0,2k 0,2 0,1
21=2 y=1
Laecuacióngeneraldevelocidaddelareacciónes:
=
Haciendoloscálculosconlosdatosdelexperimento1:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 268
k=v
[NO][H ]k=
1,35·10 mol·L ·s0,1mol·L 0,1mol·L
=1,35L· ·
yprocediendodeigualformaparaelrestodelosexperimentosseobtieneelmismovalor.
Elvalordelavelocidadsi[NO]=[H ]=0,15mol·L :
v= 1,35L·mol ·s 0,15mol·L 0,15mol·L =2,70·10 mol· ·
4.4.Lossiguientesdatoscorrespondenacuatroreaccionesquímicasdeltipogeneral:
A+BC+D (kJ· ) ΔG(kJ· ) ΔH(kJ· )Reacción1 1,0 ‐2 0,2Reacción2 0,5 5 ‐0,8Reacción3 0,7 0,7 0,6Reacción4 1,5 ‐0,5 ‐0,3
a)¿Cuáleslareacciónmásrápida?b)¿Quéreaccionessonespontáneas?c) ¿Qué valoresde la tabla sepuedenmodificarmediante laadicióndeun catalizador encualquieradelascondicionesanteriores?
(Canarias2007)
a)Lareacciónmásrápidaesaquellaquetienemenorenergíadeactivación,E .Portanto,lareacciónmásrápidaesla2.
b) Una reacción es espontánea cuando en unas determinadas condiciones de presión ytemperaturasecumplequeΔG<0.Comomuestra latabla, lasreacciones1y4cumplenesacondición.Portanto,lasreacciones1y4sonespontáneas.
c)Lapresenciadeuncatalizadorenprocesoproduceundescensoenvalordelaenergíadeactivaciónsinmodificarelvalordeningunadelasfuncionestermodinámicas.Portanto,sólosemodificaelvalordelaenergíadeactivación, .
4.5.ParalareacciónA+BP,sehanobtenidolossiguientesdatos:[A](M) 0,10 0,20 0,20 0,30 0,30[B](M) 0,20 0,20 0,30 0,30 0,50
(M· ) 0,03 0,059 0,060 0,090 0,089Calcula el orden de reacción con respecto tanto aA como aB, así como la constante develocidad.
(Murcia2007)
Laecuacióngeneraldevelocidaddelareacciónes:
r=k A B
siendoxeylosórdenesparcialesrespectoalosreactivosAyB,respectivamente.
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias1y2:
rr
0,0590,030
=k 0,02 0,02k 0,01 0,02
21=2 x=1
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias3y2:
rr
0,0600,059
=k 0,02 0,03k 0,02 0,02
1=1,5 y=0
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 269
Haciendoloscálculosconlosdatosdelexperimento1:
k=r[A]
k=0,030M·s0,10M
=0,3
y procediendo de igual forma para el resto de los experimentos se obtienn valoressimilaresdelaconstante.
4.6.Elácido sulfúricopuedeobtenerseapartirde la tostaciónde lablenda (mineralcuyoprincipalcomponenteessulfurodecinc),segúnelproceso:
[1]sulfurodecinc+oxígenoóxidodecinc+dióxidodeazufre
[2]dióxidodeazufre+oxígenotrióxidodeazufre
[3]trióxidodeazufre+aguaácidosulfúricoa)¿Cuántoskilogramosdeblenda,conun53%desulfurodecincsenecesitanparaobtener200kgdeácidosulfúrico3,15M?Densidaddelácidosulfúrico1,19g· .b)¿Quévolumenocupaeloxígenonecesarioen laprimeraetapa,odetostación,medidoa20°Cy3atm?c)¿Cuáleslamolalidadytantoporcientoenpesodelácidosulfúricoobtenido?d) En la reacción [2] se observa que si la concentración inicial de dióxido de azufre seduplica,manteniendoconstante ladeoxígeno, lavelocidaddereacciónsemultiplicapor8,mientrasquesisemantieneconstante ladedióxidodeazufreysetriplica ladeoxígeno, lavelocidaddereacciónsetriplica.Calculeelordendelareacción.e)Silosvaloresdelasconstantesdevelocidaddelareacción[2]son0,55a600Ky1,5a625K,respectivamente,expresadasenlasmismasunidades.¿Cuáleslaenergíadeactivacióndelareacciónenelintervalodetemperaturasconsiderado?
(Datos.ConstanteR=8,314·10 kJ· · =0,082atm·L· · )(Asturias2009)
a)Lasecuacionesquímicascorrespondientesalasreaccionesdelprocesoson:
2ZnS(s)+3O (g)2ZnO(s)+2SO (g)
2SO (g)+O (g)2SO (g)
2SO (g)+2H O(l)2H SO (aq)
Laecuaciónglobaldelprocesoes:
ZnS(s)+2O (g)+H O(l)ZnO(s)+H SO (aq)
ElnúmerodemolesdeH SO quecontieneladisoluciónácidaes:
200·103gH SO 3,15M1cm H SO 3,15M1,19gH SO 3,15M
3,15molH SO
103cm H SO 3,15M=529,4molH SO
RelacionandoH SO conZnSyblenda:
529,4molH SO1molZnS1molH SO
529,4molZnS
529,4molZnS97,4gZnS1molZnS
1kgZnS10 gZnS
100kgblenda53kgZnS
97,3kgblenda
b)RelacionandoblendaconO :
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 270
529,4molZnS3molO2molZnS
794,1molO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=794,1mol 0,082atm·L·mol ·K 25+273 K
3atm=6360L
c)Tomandocomobasedecálculo1000mLdedisolución:
3,15molH SO10 cm H SO 3,15M
1cm H SO 3,15M1,19gH SO 3,15M
98gH SO1molH SO
100=25,9%
Lacantidaddedisolventecontenidaen1000cm dedisoluciónes:
103cm H SO 3,15M1,19gH SO 3,15M1cm H SO 3,15M
–3,15molH SO98gH SO1molH SO
=881,3gH O
Lamolalidaddeladisoluciónes:
3,15molH SO881,3gH O
10 gH O1kgH O
=3,57molkg
d)Laecuacióngeneraldevelocidadparalareacción[2]vienedadaporlaexpresión:
r=k SO O
siendoayblosórdenesparcialesrespectoalosreactivosAyB,respectivamente.
Llamandox=[SO ]ey=[O ]sepuedenescribirlassiguientesecuaciones:
r r=k x y
r 8r=k 2x y
r 3r=k x 3y
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias1y2:
rr
8rr=k 2x yk x y
23=2 a=3
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias1y3:
rr
3rr=k x 3yk x y
31=3 b=1
Elordentotaldelareacciónes:
a+b=3+1=4
e)LaecuacióndeArrheniuspermitecalcularladependenciadelaconstantedevelocidadconlatemperatura:
lnkk=EAR
1T–
1T
SustituyendoyteniendoencuentaquelasunidadesseexpresanenelS.I.:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 271
ln0,551,5
=EA
8,314·10
1625
–1600
EA=125,1kJ
(Este problema fue propuesto completo en O.Q.N. Murcia 2000 y los apartados a‐c enBaleares2008).
4.7.EnunareaccióndeltipoA+BCseobtieneexperimentalmentequelaecuacióndelavelocidadesv=k[A][B],dondek=A· / .Sepide:a)Explicaquerepresentacadaunodelostérminosdelaecuaciónk=A· / .b)¿Cuáleselordentotaldelareacción?c)Indicadeformarazonadatresformasparaaumentarlavelocidaddelareacción.
(Canarias2009)
a)EnlaleydeArrhenius,k=A·e /
keslaconstantedevelocidad
E eslaenergíadeactivaciónqueindicalabarreradeenergíaquedebensuperarlosreactivosparaconvertirseenproductos.
A es el factor preexponencial o factor de frecuencia que está relacionado con laprobabilidaddequeelchoqueentrepartículasseproduzcaconenergíasuficienteyorientaciónadecuada
Reslaconstantedelosgases
Teslatemperaturaabsoluta.
b)Elordentotaldeunareacciónesigualalasumadelosórdenesparcialesqueseindicanenlaecuación.Enestecaso,comoelordenparcialrespectoacadareactivoes1,elordentotaldelareacciónes2.
c)Laecuacióndevelocidadesv=k[A][B]
Siseaumenta[A]o[B]elvalordevaumenta.
DeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius,siseaumentalatemperaturaaumentaelvalordekyconelloelvalordev.
Siseañadeuncatalizadorelvalordevaumenta.
4.8.Sehamedido la velocidad en la reacción:A+2BCa25°C,para loque sehandiseñadocuatroexperimentos,obteniéndosecomoresultadoslasiguientetabladevalores:
Experimneto [ ]mol· [ ]mol· (mol· · )
1 0,1 0,1 5,5·10 2 0,2 0,1 2,2·10 3 0,1 0,3 1,65·10 4 0,1 0,6 3,3·10
Determinalosórdenesdereacciónparcialesytotal,laconstantedevelocidadylavelocidadcuandolasconcentracionesdeAyBseanambas5,0·10 M.
(Canarias2012)
Laecuacióngeneraldevelocidaddelareacciónes:
v=k A B
siendoxeylosórdenesparcialesrespectoalosreactivosAyB,respectivamente.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 272
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias1y2:
vv
2,2·10
5,5·10=k 0,2 0,1k 0,1 0,1
22=2 x=2
Relacionandolasvelocidadesdelasexperiencias3y4:
vv
3,3·10
1,65·10=k 0,1 0,6k 0,1 0,3
21=2 y=1
Elordentotaldelareacciónes(2+1)=3.
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
=
Haciendoloscálculosconlosdatosdelexperimento1:
k=v
A Bk=
5,5·10 mol·L ·s0,1mol·L 0,1mol·L
=5,5·10 · ·
yprocediendodeigualformaparaelrestodelosexperimentosseobtieneelmismovalor.
Elvalordelavelocidadsi[A]=[B]=5,0·10 mol·L :
v= 5,5·10 L ·mol ·s 5,0·10 mol·L =6,88·10 mol· ·
Cuesti
5.CU
5.1. Spenda)Nob)Cec)Nod)Poe)Ne
Unaprese
Comovieneposit
Lare
5.2.P
¿Cuála)13b)0,0c)96d)0,1e)0,7
(Dato
Lare
siend
Susti
Lare
5.3.Pa)‐(8b)+(c)+(8d)‐(8e)0
Laex
ionesyProble
UESTIONES
Siparaunadientedelacopuededeteero.opuededeteositiva.egativa.
sustanciaentaelsigui
oseobservaedadapor ltiva.
espuestacor
Paralareacc
2 (g)+leselvalord30024601877
o.R=0,0821
elaciónentre
K =K R
do
Δ=Σcoe
ituyendo:
K =13 0
espuestacor
Paralareacc8,314)(100)(8,314)(373)8,314)(100)8,314)(373)
xpresiónque
masdelasOlim
SdeEQUIL
sustancia lcurvadelpunerminarsesin
rminarsesin
como laientediagra
a,lacurvadlíneaADqu
rrectaeslab
ción:
+ (g)de alam
1atm·L·
elasconstan
RT
f.esteq.pro
0,082 900
rrectaeslad
ción:Hg(l))(2,30)log()(2,30)log()(2,30)log()(2,30)log(
erelacionaΔ
mpiadasdeQu
LIBRIOQUÍ
ladensidadntodefusiónnelpuntocr
nelpuntotr
que se prmadefases
elpuntodeuetienepen
b.
2 (gmismatempe
· )
ntesK yK
ductosgas–
=0,18
d.
Hg(g(0,00036)(0,00036)(0,00036)(0,00036)
ΔG°ylacon
uímica.Volume
ÍMICO
del sólido enes:rítico.
riple.
ropones:
fusiónndiente
g) =1eratura?
vienedada
–Σcoef.este
g), a100
stantedeeq
en2.(S.Menar
esmayorqu
13a900K.
aporlaexpr
eq.reactivo
°Ces0,0003
(O.Q.N.Nava
quilibrioK
rgues&F.Latre
ue ladensida
(O.Q.N
(O.Q.N
resión:
sgas=2–(
36atmyΔG°
cerrada1996)
es:
e)
daddel líqui
N.Navacerrada
N.Navacerrada
(2+1)=‐1
°a100°Ces:
(O.Q.L.Madrid
273
ido, la
a1996)
a1996)
d2011)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 274
ΔG°=‐RTlnK =‐2,30RTlogK
Sustituyendo:
ΔG°=‐2,30(8,314)(373)log(0,00036)
Larespuestacorrectaeslad.
5.4.Paralasiguientereacción:
NO(g)+CO(g)½ (g)+ (g) ΔH=‐374kJ¿Quécondicionesfavorecenlaconversiónmáximadereactivosaproductos?a)Altatemperaturaybajapresión.b)Bajatemperaturaybajapresión.c)Altatemperaturayaltapresión.d)Bajatemperaturayaltapresión.e)Ningunadeestascondiciones.
(O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.Murcia2006)(O.Q.L.Asturias2009)(O.Q.L.Madrid2009)(O.Q.L.Asturias2011)(O.Q.L.Madrid2011)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si se aumenta la presión, el sistema se desplaza en el sentido en el que la presióndisminuya, es decir, hacia donde se formen menos moles de gas, en este caso losproductos.
Si se disminuye la temperatura, el sistema se desplaza en el sentido en el que sedesprenda calor y, por tanto, aumente la temperatura del sistema. Como se trata de unprocesoexotérmico,elsistemasedesplazahacialaformacióndelosproductos.
Larespuestacorrectaeslad.
5.5.Paralasiguientereacción:
2 (g)+2 (g)4HCl(g)+ (g) =8,0a900K.
Silaspresionesinicialesde (g)y (g)son0,10atmcadaunaylaspresionesdeHCl(g)y (g)son0,25atmcadauna,¿cuáldelassiguientesproposicionesescorrecta?a) < ylareaccióntienelugarhacialaderecha.b) > ylareaccióntienelugarhacialaizquierda.c) < ylareaccióntienelugarhacialaizquierda.d) > ylareaccióntienelugarhacialaderecha.e)Lareacciónestáenequilibrio.
(O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.Extremadura2003)(O.Q.L.Sevilla2004)(O.Q.L.Madrid2009)
ElvalordeQ secalculaconlaspresionesparcialesantesdealcanzarseelequilibrio:
Q =pHCl p
p 2 p 2 =
0,25 0,250,1 2 0,1 2 =9,8
Comoseobserva,Q >K ,yparaquesealcanceelequilibrioQ debehacersemenorhastaigualarseaK .Paraellodebedisminuirelnumeradoryaumentareldenominador,porloquelareaccióntienelugarhacialaizquierda.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 275
Larespuestacorrectaeslab.
5.6.Paralareacción:
3Fe(s)+4 (g) (s)+4 (g)Unaumento en el volumendel recipientede reacciónproduce el siguiente efecto sobre elequilibrio:a)Noseproduceningúncambio.b)Elvalorde disminuye.c)Seproducemás (g).d)Seproducemás (g).e)Elvalorde aumenta.
(O.Q.N.Navacerrada1996)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =H2H O
=
n 4
V4
n 4
V4
=n 4
n 4
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=4–4=0
Seobtieneque,K =K .
Estetipodeequilibriosenlosqueexisteelmismonúmerodemolesdegasenproductosqueenreactivosnoestáafectadoniporvariacionesdepresiónnidevolumen.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.7.Lareacción:
(g)+ (g)2NO(g)se encuentra en equilibrioaunasdeterminadas condicionesdepresión y temperatura.Alañadirnitrógenoalamezcla,sucedeque:a)Nada,porquenosepuedealterarelequilibrio.b)Sedesplazaelequilibrioalaizquierda,paraquetambiénaumentelaconcentraciónde .c)Disminuyeelvalordelaconstantedeequilibrio.d)Sedesplazaelequilibrioaladerecha,conelfindecompensarelefectodelaumentodelaconcentraciónde .
(O.Q.L.Murcia1996)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Falso.AlañadirN atemperaturaconstanteelequilibrioserompe.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 276
b)Falso.SiseañadeN ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustanciareaccionandoconO hacialaformacióndeNO(derecha)porloquelaconcentraciónO disminuye.
c) Falso. Si se añade N a temperatura constante, de acuerdo con el principio deLe Châtelier, el sistema se desplaza en el sentido en el que consuma esta sustancia, esdecir,hacia la formaciónde losproductos.Lasnuevascantidadesde lassustanciasenelequilibriosondiferentesalasexistentesantesdeañadirN perolarelaciónentreellassemantienedeacuerdoconlaexpresióndeK porloqueelvalordelaconstantenocambiaalnovariarlatemperatura.
d)Verdadero.Talcomosehaexplicadoenelapartadob).
Larespuestacorrectaeslad.
5.8.Paraelequilibrio:
2 (g)2NO(g)+ (g)a) = b)SefavorecelaobtencióndelNOalaumentarlapresión.c)Sedesplazaalaizquierdaalañadir .d)Sedesplazaaladerechaalañadiruncatalizador.
(O.Q.L.Murcia1996)
a)Falso.LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=3–2=1
EnestecasosecumplequeK ≠K .
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
b) Falso. Al aumentar la presión total del recipiente, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelelsentidoenelquebajelapresióntotal,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,enestecasohacialaformacióndeNO .
c)Verdadero. Si se añadeO ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, el sistemasedesplaza en el sentido en el que consuma esta sustancia reaccionando con NO hacia laformacióndeNO (izquierda).
d) Falso. Un catalizador disminuye la energía de activación tanto de la reacción directacomoinversa,portantoelequilibrionosemodifica.
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 277
5.9.Unareacciónquímicatieneunaconstantedeequilibriomuyelevada.Portanto:a)Elequilibriosealcanzarárápidamente.b)Lamezcladelosreactivospuedeserexplosiva.c)Lavelocidadnodependerádelasconcentracionesdelosreactivos.d)Nosepuededecirnadadelavelocidaddelareacción.
(O.Q.L.Murcia1996)
a) Falso. El tiempo que tarda en alcanzarse el equilibrio no depende del valor de suconstantedeequilibriosinodelvalor lasconstantescinéticasde lasreaccionesdirectaeinversa.
b) Falso. El que lamezcla de reactivos pueda ser explosiva no depende del valor de suconstantedeequilibriosinodelascaracterísticaspropiasdelosreactivos.
c)Falso.LavelocidaddeunareacciónABsedefinecomo:
r=k[A
dondekeslaconstantecinéticaodevelocidad,[A]eslaconcentraciónmolardelreactivoAyneselordenparcialdelareacciónrespectoalmismo.
d)Verdadero.SuponiendoelequilibrioAB,cuyaconstantedeequilibriovienedadaporlaexpresión:
K =B A
el hechode que la constante de equilibrio seamuy elevada quiere decir que [B] >> [A]peronosuministraningunainformaciónsobrelavelocidaddelareacción.
Larespuestacorrectaeslad.
5.10.UnasustanciaABsedescomponeparaformarAyBdeacuerdoconlareacción:
AB(g)A(g)+B(g)siendo laconstantedeequilibrio1,0.Sise introducen2molesdeABenunrecipientedeunlitro,alalcanzarelequilibrioelnúmerototaldemolesserá:a)2b)2,3333c)3d)4
(O.Q.L.Murcia1996)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
AB A Bninicial 2 — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 2–x x x
Laexpresióndelaconstantedeequilibrioes:
K =A BAB
SustituyendoenlaexpresióndeK yteniendoencuentaqueV=1L:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 278
1,0=x2
2xx=1mol
Elnúmerodemolestotalesenelequilibrioes:
nt= 2–x +x+x=2+x=3mol
Larespuestacorrectaeslac.
5.11.Supongaunareacciónendotérmicaenfasegaseosadeltipo2AB:a)Elequilibriosedesplazaalaizquierdaalaumentarlapresión.b)Alaumentarlatemperaturaaumentalaconstantedeequilibrio.c)Laconstantedeequilibrioesindependientedelatemperatura.d)Ningunadelasanterioresescorrecta.
(O.Q.L.Murcia1996)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a) Falso. Al aumentar la presión total del recipiente, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresióntotal,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,enestecasohacialaformacióndeB(derecha).
b)Verdadero.Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendalatemperatura. Al tratarse de un proceso endotérmico la reacción se desplaza hacia laformacióndeB(derecha).
AlalcanzarseelnuevoequilibriosetienequelacantidaddeBesmayorquelaexistenteenelequilibrioanterior,mientrasquelacantidaddeAesmenor.TeniendoencuentaquelaexpresióndeK es:
K =BA
elvalordelaconstanteK alanuevatemperaturaesmayorqueelanterior.
c)Falso.Deacuerdocon la leydel equilibrioquímicoexisteunvalorde la constantedeequilibrioparacadatemperatura.
d)Notienesentido.
Larespuestacorrectaeslab.
5.12.Elpuntodeebulliciónnormaldeunlíquidoes:a)Latemperaturaalaquelapresióndevaporigualaalapresiónatmosférica.b)Latemperaturaporencimadelacualungasnopuedesercondensado.c)Latemperaturaalaquesupresióndevaporesigualaunaatmósfera.d)Latemperaturaalaquesealcanzaelequilibrioentreellíquidoyelgas.e)Ningunodelosanteriores.
(O.Q.N.CiudadReal1997)
Unlíquidohiervecuandosupresióndevaporseigualaalapresiónatmosférica.Elpuntodeebulliciónnormalcorrespondeacuandolapresiónatmosféricaes1atm.
Cuesti
Lare
5.13.a)Lab)Lac)Lad)Lae)La
Alav
a‐c)F(A)elos tsusta
b) FaOA)eseenvapoencu
d)Vepued
e) Faencu
Lare
5.14.Calcu
a)1,5b)1,0c)2,4d)7,2e)4,0(Dato
Laec
Comovalor
Laex
Susti
ionesyProble
espuestacor
Latemperaatemperaturatemperaturtemperaturatemperaturatemperatur
vistadelsigu
Falso.La teesaquellaentres estadoancia.
also. La cuestáformadncuentraner y terminaentraelpun
erdadero.Ldelicuarunv
also. La cuentraneleq
espuestacor
La energíaulalaconsta
(g)+
57·10 07·10 47·10 24·10 06·10 o.R=8,314J
cuaciónterm
12N (g)+
oen lareacrdado,173,3
xpresiónque
K exp
ituyendo:
masdelasOlim
rrectaeslac
aturacríticaraalaquetraalaqueteraalaqueeraporencimraalaquete
uientediagr
mperaturan lacoexistos de agre
urva de subdaporlospulequilibrioa en el punntotriple.
La temperatvaporporm
rva de fusiquilibrioels
rrectaeslad
a libre Gibbsantedeequil
(g)
J· ·
moquímicac
12O (g)
cciónpropu38kJ.
erelacionaK
‐ΔG°RT
mpiadasdeQu
c.
enundiagrienelugarelerminalaculsólido,líqumadelacualerminalacu
ramadefase
delpuntotrenenequiligación de
blimación (luntosenloselsólidoconto A dond
turadelpunmuchoquese
ión (línea Asólidoconel
d.
s de formaclibriodelare
2NO(g)
)
correspondi
NO(g)
estase form
K conΔGe
uímica.Volume
ramadefaselpuntotriplurvadesubliuidoygasexilelgasnoseurvadepunt
es:
ripleibriouna
líneasqueonelde se
ntocrítico(eaumentel
AD) está follíquidoyte
ción delNOreacción:
entealafor
ΔG°
man2moles
es:
en2.(S.Menar
esparaunasle.imación.istenenequepuedelicuatosdefusión
(C)esaquelapresión.
ormada porerminaenel
(g) es 86,6
(O.Q.N.Ciuda
rmacióndeN
°=86,69kJ·
sdeNO,el
rgues&F.Latre
sustanciapu
ilibrio.arporaumen.
(O.Q.
llaporencim
r los puntolpuntoD.
69 kJ·
adReal1997)(
NO(g)es:
mol
valordeΔG
e)
uraes:
ntodepresió
.N.CiudadRea
madecual
s en los qu
a 25°C y 1
(O.Q.L.Asturias
G°eseldob
279
ón.
l1997)
nose
ue se
1 atm.
s2008)
ledel
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 280
K =exp‐173,38kJ·mol
8,314·10 kJ·mol ·K 25+273 K=4,06·10
Comosededucedelvalordelaconstante,atemperaturaambiente,seformamuypocoNO.
Larespuestacorrectaeslae.
5.15.Paralasiguientereacción:
(g)2 (g) ΔH=+58,2kJ¿Cuálde las siguientesmodificacionesproduciráunaumento en la concentraciónde (g)?a)Unaumentodelatemperatura.b)Unadisminucióndelvolumen.c)Laconcentraciónde (g)permaneceráconstanteyaqueestáenelequilibrio.d)Unaumentodelapresión.e)Unadisminucióndelatemperatura.
(O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.Madrid2010)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero.Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierelsistema sedesplaza en el sentido en el que se consuma calor y, por tanto, disminuya latemperaturadelsistema.Comosetratadeunprocesoendotérmico,elsistemasedesplazahacialaformacióndeNO .
b‐d)Falso.Sisedisminuyeelvolumenatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoyle aumenta la presión. Si se aumenta la presión, de acuerdo con el principio de LeChâtelierelsistemasedesplazaenelsentidoenelquelapresióndisminuya,esdecir,haciadondeseformenmenosmolesdegas,enestecasoN O .
c) Falso. Carece de sentido, ya que si se altera el equilibrio cambia la composición delmismo.
e) Falso. Si se disminuye la temperatura, de acuerdo con el principio deLeChâtelier elsistema se desplaza en el sentido en el que se produzca calor y, por tanto, aumente latemperaturadelsistema.Comosetratadeunprocesoendotérmico,elsistemasedesplazahacialaformacióndeN O .
Larespuestacorrectaeslaa.
5.16.Paralasiguientereacción:
4 (g)+7 (g)2 (g)+6 (g)Siinicialmente[ ]=[ ]=3,60mol/L,yenelequilibriolaconcentracióndeaguaquequedasinreaccionares[ ]=0,60mol/L,calcule laconcentracióndeequilibriode (g)enmol/L.a)3,00b)2,00c)2,40d)0,90e)Senecesitalaconstantedeequilibrioparaelcálculo.
(O.Q.N.CiudadReal1997)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 281
Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
NH O N O H Ocinicial 3,60 3,60ctransformado 2x 6xcformado 4x 7x cequilibrio 4x 7x 3,60– 2x 3,60– 6x
LaconcentracióndeH Oenelequilibriopermiteobtenerelvalordex:
[H O]=3,60–6x=0,60x=0,50M
LaconcentracióndeNH enelequilibrioes:
[NH ]=4 0,5M =2,00M
Larespuestacorrectaeslab.
5.17.Laposicióndeequilibrionoseveafectadaapreciablementeporcambiosenelvolumendelrecipienteparalareacción:a) (g)+ (g)2NO(g)b) (s)+6 (g)4 (l)c) (g)+3 (g)2 (g)d) (g)+ (s)2HI(g)e) (l) (l)+½ (g)
(O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.Cádiz2008)
a)Verdadero.LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NO]2
N O =
nNO 2
V2
nV
nV
=nNO 2
n n
b)Falso.LaexpresióndelaconstanteK es:
K =1
[Cl ]6=
1n 6
V6
=V6
n 6 K sídependedeV
c)Falso.LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NH ]2
N [H ]3=
n 2
V2
nV
n 3
V3
=n 2
n n 3 V2K sídependedeV
d)Falso.LaexpresióndelaconstanteK es:
K =IH]2
H=
nHI 2
V2
nV
=nHI 2
n1VK sídependedeV
e)Falso.LaexpresióndelaconstanteK es:
K = O ]½=n ½
V½K sídependedeV
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 282
Larespuestacorrectaeslaa.
5.18.Paralareaccióndedescomposicióndecarbamatodeamonio:
(s)2 (g)+ (g)enelequilibriolapresióntotaldelgases0,843atma400K.Laconstantedeequilibrio aestatemperaturaes:a)0,0222b)0,00701c)0,843d)0,0888e)0,599
(O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.Asturias2007)(O.Q.L.LaRioja2011)(O.Q.L.LaRioja2012)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K = p p
Deacuerdoconlaestequiometríadelareacción:
p =2p =2p
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
p =p +p =3pp=p3=0,843atm
3=0,281atm
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K = 2p ·p=4 0,281 =0,0888
Larespuestacorrectaeslad.
(EnAsturias2007ponenunidadesalaconstantedeequilibrio,atm ,yenLaRioja2011y2012seproponeotratemperaturayotrapresióndeequilibrio).
5.19.Elprocesodadoporlaecuaciónquímica:
(g)+ (g) (g)puededecirsequeestáenequilibriocuando:a)Lasconstantesdevelocidadseigualan.b)Lavelocidaddelareaccióndirectaylavelocidaddelareaccióninversasonnulas.c)Lasvelocidadesdelareaccióndirectaeinversasoniguales.d)Lavelocidaddelareaccióndirectaesdobledelavelocidaddelareaccióninversa.
(O.Q.L.Murcia1997)
Las velocidades de las reacciones directa e inversa correspondientes al equilibriopropuestosedefinen,respectivamente,como:
r1=k1 Cl a PCl b
r2=k2 PCl cenelequilibrior1=r2
donde k1 y k2 son las respectivas constantes de velocidad, [Cl ], [PCl ] y [PCl ] son lasconcentracionesenelequilibrioya,bycson losórdenesrespectivosacadaunade lasespecies.
Desde el punto de vista cinético, cuando las velocidades r1 y r2 se igualan, el sistemaalcanzaelequilibrio.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 283
Larespuestacorrectaeslac.
5.20. Para una determinada reacción química entre sustancias gaseosas se sabe queKp=100.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescierta?a)ΔG°=0,puestoqueelsistemaseencuentraenequilibrio.b)ΔG°<0c)ΔG°>0d)NoesposiblehacerningunaafirmaciónrelativaaΔG°.
(O.Q.L.Murcia1997)
LaexpresiónquerelacionaΔG°conK es:
ΔG°=‐RTlnK
ComoellnK >0,comolosvaloresdeRyTsonsiemprepositivos,entoncesΔG°<0.Setratadeunprocesoespontáneoaesatemperatura.
Larespuestacorrectaeslab.
5.21. La reacción de formación del amoníaco es exotérmica. ¿Cuál de las siguientesafirmacionesesfalsa?a)Lareacciónesmásrápidaalaumentarlatemperatura.b)Alaumentar lapresióndisminuye laconcentraciónde losreactivosyaumenta lade losproductos.c)Alaumentarlatemperaturaaumentalaconcentracióndelosreactivosydisminuyeladelosproductos.d)Alaumentarelvolumendisminuye laconcentraciónde losreactivosyaumenta lade losproductos.
(O.Q.L.Murcia1997)
a)Verdadero.Alaumentarlatemperatura,lasmoléculassemuevenconmayorvelocidad,seproducenmáschoquesentreellasyporlotantoaumentalavelocidaddelareacción.
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Porejemplo,enelequilibriocorrespondientealaformacióndeNH :
N (g)+3H (g)2NH (g) ΔH°<0
b)Verdadero.Alaumentar lapresióntotaldelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresióntotal,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,enestecasohacialaformacióndeNH porloqueaumentalaconcentracióndeestasustanciamientrasquedisminuyenlasconcentracionesdelosreactivos.
c)Verdadero.Alaumentarlatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendalatemperatura. Al tratarse de un proceso exotérmico la reacción se desplaza hacia laformación de los reactivos por lo que aumenta la concentración de estos,mientras quedisminuyeladelproducto.
d)Falso.Alaumentarelvolumena temperatura constantedisminuye lapresión (leydeBoyle). Al disminuir la presión total del recipiente, de acuerdo con el principio de LeChâtelier,elsistemasedesplazaenelelsentidoenelquesubalapresióntotal,esdecir,en
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 284
elsentidoelqueaumenteelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,eneste caso hacia la formación deN yH , por lo que aumenta la concentración de estassustancias(reactivos)mientrasquedisminuyelaconcentracióndelproducto.
Larespuestacorrectaeslad.
5.22.Lapresióndevapordeunlíquidoenequilibrioconsuvapor:a)Aumentaconlatemperatura.b)Dependedelosvolúmenesrelativosdelíquidoyvaporenequilibrio.c)Dependedeláreadelasuperficiedellíquido.d)Dependedelacantidaddelíquidopresente.e)Nodependedelatemperatura.
(O.Q.N.Burgos1998)
Lapresióndevapordeun líquidosolodependede latemperatura,yaquesiaumenta latemperatura del líquido, éste gana energía que se emplea para romper los enlacesintermoleculares,quemantienenunidasalasmoléculasenlafaselíquida,ypasanalafasevapor haciendoque el número aumente el númerodemoléculas en la fase vapor y conestolapresióndevapor.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.23.Paralareacción:
2 (s)2CuBr(s)+ (g)
lapresióndel (g)enelequilibrioes1,90·10 kPaa298K.CalculeΔGa298Kcuandolapresióndel (g)producidoenlareacciónes1,00·10 kPa.a)39,9kJ· b)0c)44,1kJ· d)‐3,2kJ· e)‐7,3kJ· (Dato.R=8,314J· · )
(O.Q.N.Burgos1998)
LaexpresiónquepermitecalcularΔG°es:
ΔG°=‐RTlnK
AltratarsedeunequilibrioheterogéneolaexpresióndeK es:
K =p
Teniendoencuentaqueparacalcularlaconstantedeequilibriolapresióndereferenciaes1atm(101,3kPa),elvalordeK es:
K =1,90·10101,3
=1,88·10
Sustituyendo:
ΔG°= ‐8,314·10 kJ·mol ·K 298K·ln 1,88·10 =44,1kJ·mol
LaexpresiónquepermitecalcularΔGes:
ΔG=ΔG°+RTlnQ
ElvalordeQ es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 285
Q =1,00·10101,3
=9,87·10
Sustituyendo,elvalordeΔGes:
ΔG=44,1kJ·mol + ‐8,314·10 kJ·mol ·K 298K·ln 9,87·10 =‐7,3kJ·
Larespuestacorrectaeslae.
5.24.Paralareacción:
4 (g)+7 (g)2 (g)+6 (g)Siinicialmente[ ]=[ ]=3,60mol/L,yenelequilibrio[ ]=0,60mol/L,calculelaconcentracióndeequilibriodel (g)enmol/L.a)2,40b)0,70c)3,50d)3,00e)Senecesitalaconstantedeequilibrioparaelcálculo.
(O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.Asturias2008)(O.Q.L.Asturias2009)
Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
NH O N O H Ocinicial 3,60 3,60ctransformado 2x 6xcformado 4x 7x cequilibrio 4x 7x 3,60– 2x 3,60– 6x
LaconcentracióndeH Oenelequilibriopermiteobtenerelvalordex:
[H O]=3,60–6x=0,60x=0,50M
LaconcentracióndeO enelequilibrioes:
[O ]=7(0,5M)=3,50M
Larespuestacorrectaeslac.
5.25.Paralareacciónquímica:
3Fe(s)+4 (g)Fe3O4(s)+4 (g),larelaciónentrelasconstantesdeequilibrio y es:a) = b) = / c) = / d) = e) =
(O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Murcia2007)(O.Q.L.Murcia2008)
LarelaciónentrelasconstantesKcyKpvienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=4–4=0
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 286
Seobtiene, = .
Setratadeunequilibrioenelqueexisteelmismonúmerodemolesdegasenproductosqueenreactivos.Estetipodeequilibriosnoestáafectadoniporvariacionesdepresiónnidevolumen.
Larespuestacorrectaeslad.
5.26.Elequilibrio:
(g)2N(g) atemperaturaconstante.a)NovaríasiseañadeArapresiónconstante.b)NovaríasiseintroduceAravolumenconstante.c)Novaríasisereduceelvolumendelrecipiente.d)Solocambiasisemodificalapresión.e)Alaumentarelvolumendelrecipientealdoble,elequilibriosedesplazahacialaizquierda.
(O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Extremadura2005)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Falso.SiseañadeAr(uninerte)alequilibrioapresiónconstante,deacuerdoconlaleydeBoyleaumentaelvolumendelrecipiente.
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =N]2
N=
nN 2
V2
nV
=nN 2
n1V
Comoseobserva,laconstanteK dependedelvalordeV,siestecambiatambiénlohaceelvalordeK porloqueelequilibriosealtera.
b)Verdadero. Si se añadeAr (un inerte) al equilibrio a volumenconstante, aumenta lapresión total del sistema por la adición del nuevo componente, pero manteniéndoseconstanteslaspresionesparcialesdelassustanciasimplicadasenelequilibrioporloqueelvalordelaconstanteK nosealterayelequilibrionocambia.
c)Falso.Sisereduceelvolumendelrecipienteatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoyleaumentalapresiónenel interiordelrecipiente.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elequilibriosedesplazaenelsentidoeneldisminuyalapresión,esdecir,haciadondehayamenosmolesdegas,enestecasohacialaformacióndeN .Elequilibriosealtera.
d)Falso.Yaqueelequilibriosealteratambiénsicambiaelnúmerodemolesdecualquieradelasespeciesimplicadasenelequilibrio.
Tambiénsealterasisemodificalatemperaturayaquesetratadeunprocesoendotérmicoquesevefavorecidoportemperaturasaltas.
e)Falso.Eslapropuestacontrariaalapartadoc),siseduplicaelvolumendelrecipienteatemperatura constante, de acuerdo con la ley de Boyle la presión en el interior delrecipientesereducealamitad.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elequilibriose
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 287
desplazaenelsentidoenelaumentelapresión,esdecir,haciadondehayamásmolesdegas,enestecasohacialaformacióndeN.Elequilibriosealtera.
Larespuestacorrectaeslab.
5.27.Silaconstantedeequilibrioparalareacción:
2 (g)+ (g)2 (g) es,a800°C, =9 .
El valor de dicha constante a la misma temperatura pero para el equilibrio dado por laecuación:
(g)+½ (g) (g) debeser:a) =9
b) =3
c) =4,5 ½
d) =3 ½(O.Q.L.Murcia1998)(O.Q.L.CastillayLeón2003)
LaexpresióndelaconstanteK paraelequilibriocuyaconstanteesconocidaes:
K =p
p p=9
LaexpresióndelaconstanteKpparaelequilibriocuyaconstantesedeseaconoceres:
K '=p
p p½
Larelaciónentreambasconstantesdeequilibrioes:
K '= K½K '=√9=3 ½
Larespuestacorrectaeslad.
5.28.Unavezalcanzadoelequilibrioquímicoaunadeterminada temperatura,es incorrectoafirmarque:a)Lasconcentracionesdecadaunodelosreactivosyproductospermanecenconstantes.b)Losreactivosdejandetransformarseenproductos.c)Lasvelocidadesdelasreaccionesdirectaeinversasoniguales.d)Lavariacióndeenergíalibredelsistema(ΔGsistema)esiguala0.
(O.Q.L.Murcia1998)
Sea,porejemplo,elequilibrioA(g)B(g)+C(g).
a)Verdadero.Laexpresióndesuconstantedeequilibrioes:
K =B C A
En el instante en el que se alcanza el equilibrio los valores [A], [B] y [C] semantienenconstantes.
b)Falso.Unavezalcanzadoelequilibrioquímico,losreactivossiguentransformándoseenproductosalamismavelocidadquelosproductossetransformanenreactivoscon.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 288
c) Verdadero. Las velocidades de las reacciones directa e inversa correspondientes alequilibriopropuestosedefinen,respectivamente,como:
Las velocidades de las reacciones directa e inversa correspondientes al equilibriopropuestosedefinen,respectivamente,como:
r1 k1 A a
r2 k2 B b C cenelequilibrior1 r2
donde k1 y k2 son las respectivas constantes de velocidad, [A], [B] y [C] son lasconcentracionesenelequilibrioya,bycson losórdenesrespectivosacadaunade lasespecies.
Desde el punto de vista cinético, cuando las velocidades r1 y r2 se igualan, el sistemaalcanzaelequilibrio.
d) Verdadero. Desde el punto de vista termodinámico, cuando un sistema alcanza elequilibriosecumplequelavariacióndeenergíalibredeGibbsdelareacción,ΔGr=0.
Larespuestacorrectaeslab.
5.29.Paraunadeterminadareacciónenequilibriosesabeque a300Kvale1,0yque a600Kvale2,0;portanto,sepuedeafirmarque:a) a450Kvale1,5.b)Elaumentodelapresióndelsistemafavorecelaformacióndeproductos.c)Lareacciónesendotérmica.d) aumentaalaumentarlapresión.e)Lapresiónesunavariablequenoinfluyesobrelaconstantedeequilibriodelsistema.
(O.Q.L.Murcia1998)(O.Q.L.CastillayLeón2003)
a) Falso. La ecuación de van’tHoff relaciona la dependencia de la constante K con latemperatura:
lnK
K=ΔH°R
1T
1T
Comoseobserva,larelaciónentreTyK noeslineal.
b‐d)Falso.Nosepuedeconocercómoafectanlasvariacionesdepresiónalequilibriosinsaberdequéequilibrio se trata,esdecir, sinconocerelnúmerodemoléculasdegasenreactivosyproductos.
c)Verdadero.Sustituyendolosdatosenlaecuacióndevan’tHoff:
ln2,01,0
=ΔH°8,314
1300
1600
ΔH° 3458J
ComoΔH°>0,setratadeunprocesoendotérmico.
e)Falso.Elúnicotipodeequilibriosquenosevenafectadosporlasvariacionesdepresiónson aquellos en los que existe el mismo número de moléculas de gas en reactivos yproductos.
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 289
5.30.Algunosestudiantessuelenequivocarsealrealizarcálculosconconstantesdeequilibrioya que utilizanmoles en lugar demoles/L, aunque a veces el resultado numérico sea elmismo.Estaúltimacircunstanciasolosedaenunadelasreaccionessiguientes:a)2CO(g)+ (g)2 (g)b) (g)+ (g)2HCl(g)c) (g) (g)+ (g)d) (g)+3 (g)2 (g)e)C(s)+ (g)2CO(g)
(O.Q.L.Asturias1998)(O.Q.L.Extremadura2003)
El error no importa en aquellos equilibrios en los que el valor de la constante Kc nodependadelvolumen.
a)Falso.LaexpresióndelaconstanteK haciendoaparecerelvolumenes:
K =[CO ]2
[CO]2[O ]=
n 2
V2
nCO 2
V2nV
=n 2
nCO 2 nVK sídependedeV
b)Verdadero.LaexpresióndelaconstanteK haciendoaparecerelvolumenes:
K =[HCl]2
H Cl =
nHCl 2
V2
nV
nV
=nHCl 2
n n
c)Falso.LaexpresióndelaconstanteK haciendoaparecerelvolumenes:
K =PCl Cl PCl
=
nV
nV
nV
=n n
n1VK sídependedeV
d)Falso.LaexpresióndelaconstanteK haciendoaparecerelvolumenes:
K =[NH ]2
N [H ]3=
n 2
V2
nV
n 3
V3
=n 2
n n 3 V2K sídependedeV
e)Falso.LaexpresióndelaconstanteK haciendoaparecerelvolumenes:
K =[CO]2CO
=
nCO 2
V2
nV
=nCO 2
n1VK sídependedeV
Larespuestacorrectaeslab.
(EnAsturias1998sepreguntaencuálK =K ).
Cuesti
5.31.a)Elb)Unc)Lad)Cupresie)La
a) Veatmovalorebull
b)Fa
c)Fa
d)Faambi
e) Fadeunequilconpque lapen
Lare
5.32.
laprepresia)39b)0c)44,d)‐3,e)‐7,(Dato
Laex
Altra
Comoeneqrefer
ionesyProble
Señalelapraguapurahnsólidosublipresióndevualquiergasión.atemperatur
erdadero.osférica.Madrde lapresilicióndelag
also.Depend
also.Lapresi
also.Soloesiente.
also. Observnasustancialibrio sólidopendiente inla temperatnasvaríacon
espuestacor
Paralareac
2 (s)
esióndelióndel (g9,9kJ·
4,1kJ· ,2kJ· 3kJ· o.R=8,314J
xpresiónque
ΔG°=‐RT
atarsedeun
K =p
olapresiónquilibrio.Terenciaes1a
masdelasOlim
roposicióncohierveamenimacuandovapordeunspuede licu
radefusión
Un líquidodridestáamiónatmosféguaesmenor
decomosea
ióndevapo
posiblesila
vando el diaaseobservao‐líquido (Anfinita, lo cutura de fusinlapresión.
rrectaeslaa
cción:
s)2C
(g)eneleq(g)producido
J· ·
epermiteca
lnK
nequilibrioh
ndetrabajoniendoencatm(101,3k
mpiadasdeQu
orrecta:nortemperalapresióndlíquidodepearsea temp
deunsólido
hierve cuamayoralturaéricaesmenr.
eldiagrama
rdeunlíqui
atemperatu
agrama de faquelacurvAD) es una rualquieredónde un só
a.
CuBr(s)+
quilibrioes1oenlareacc
)
alcularΔG°e
heterogéneo
coincidecocuentaquepkPa),elvalor
uímica.Volume
turaenMaddelpuntotripendedelacaperaturaam
ovaríamuch
ando su preaqueAlmernorenMadr
adefasesde
idosolodep
uracríticade
fasesvaderectadecirólido
(g)
1,90·10 kPciónes1,90·
es:
olaexpresió
onlapresióparacalcularrdeK es:
en2.(S.Menar
dridqueenApleesinferioantidaddelímbiente si se
hoconlapre
esión de varíaqueestáridqueenA
elasustanci
pendedelat
edichogase
Paa298K.10 kPa.
óndeK es:
ndeequilibrlaconstant
rgues&F.Latre
Almería.ora1atm.íquido.eaumenta su
sión.(
apor se iguaniveldelmAlmeríay la
ia.
temperatura
esmenorqu
CalculeΔGa
(
brio,elsistetedeequilib
e)
uficientemen
(O.Q.N.Almería
uala a la prmar.Portanatemperatu
a.
uelatemper
a298Kcuan
(O.Q.N.Almería
emaseencubriolapresi
290
nte la
a1999)
resiónnto,elurade
ratura
ndola
a1999)
uentraiónde
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 291
K =1,90·10101,3
=1,88·10
Sustituyendo:
ΔG°= ‐8,314·10 kJ·mol ·K 298K ln 1,88·10 =44,1kJ·
Larespuestacorrectaeslac.
5.33.Paralareacción:
(s)+½ (g)MgO(s)+ (g) =2,98
Calculelaconstantedeequilibrioparalareacción:
2 (g)+2MgO(s)2 (s)+ (g)a)0,113b)‐8,88c)0,336d)1,73e)5,99
(O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.Asturias2004)(O.Q.L.Asturias2007)(O.Q.L.Madrid2010)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =p
p½=2,98
LaexpresióndelaconstanteK delequilibrioquesequiereconoceres:
K '=p
p =2,98
Larelaciónentreambasconstanteses:
K '=1
KK '=
12,98 2 =0,113
Larespuestab)esabsurdayaqueunaconstantedeequilibrionopuedesernegativa.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.34.¿Encuáldelassiguientesprocesossecumpleque = ,alamismatemperatura?
a)CO(g)+½ (g) (g)b) (g)+ (g) (g)c) (g)+ (g)2HF(g)d) (g)2 (g)
(O.Q.L.Murcia1999)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgaseosos–Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 292
ParaquesecumplaqueK =K esprecisoqueΔ=0.
a)Falso.YaqueΔ=1–(1+0,5)=‐0,5.
b)Falso.YaqueΔ=1–(1+1)=‐1.
c)Verdadero.YaqueΔ=2–(1+1)=0.
d)Falso.YaqueΔ=2–1=1.
Larespuestacorrectaeslac.
5.35.Sabiendoque:
2NO(g) (g)+ (g) ΔH=‐181,83kJ.Paraelequilibrio:
(g)+ (g)2NO(g)¿Cuáldelassiguientesafirmacionesserácorrecta?a) esindependientedelatemperatura.b) aumentaconformeaumentalatemperatura.c) disminuyecuandolatemperaturaaumenta.d) varíaconlaadicióndeNO(g)alsistemaenreacción.
(O.Q.L.Murcia1999)
SilareaccióndedescomposicióndelNOesexotérmica,lareacciónopuesta,deformacióndelNO,esunprocesoendotérmico.
a)Falso.Deacuerdocon la leydel equilibrioquímicoexisteunvalorde la constantedeequilibrioK paracadatemperatura.
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
LaexpresióndelaconstantedeequilibriodelaformacióndeNOes:
K =[NO]2
N O
b)Verdadero.Siaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendalatemperatura. Al tratarse de un proceso endotérmico la reacción se desplaza hacia laformacióndeNOconloquelaconcentracióndeestasustanciasehacemayoralalcanzarseelequilibrio.
Sielvalorde[NO]aumentayasuvez[N ]y[O2]disminuyen,elvalorde aumenta.
c) Falso. Si disminuye la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistema se desplaza en el sentido en el que se genere el calor eliminado y así suba latemperatura. Al tratarse de un proceso endotérmico la reacción se desplaza hacia laformacióndeN yO conloquelasconcentracionesdeestassustanciassehacenmayoresalalcanzarseelequilibrio.
Silosvaloresde[N ]y[O ]aumentanyasuvez[NO]disminuye,elvalordeK disminuye.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 293
d)Falso.SiseañadeNO,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustancia,esdecir,hacialaformacióndeN yO .Losvaloresdelasconcentracionesalalcanzarsedenuevoelequilibriosondiferentesrespectodelasiniciales,peroelvalordelaconstanteK semantiene,yaque,solocambiaalvariarlatemperatura.
Larespuestacorrectaeslab.
5.36.Conelfindereducirlacontaminaciónatmosféricaprovocadaporeldióxidodeazufre,seproponehacerpasarelaireatravésdeóxidodecalcioaaltatemperaturaparaque:
(g)+CaO(s) (s)cumpliéndoseque:a) = b) = c) = d) =p
(O.Q.L.Murcia1999)
a)Verdadero.SetratadeunequilibrioheterogéneoenelqueelvalordelaconstanteK es:
K =1
[SO2]
b‐c)Falso.LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=0–1=‐1
Sustituyendo:
K =Kp RT
d)Falso.SetratadeunequilibrioheterogéneoenelqueelvalordelaconstanteK es:
K =1
p
Larespuestacorrectaeslaa.
5.37.El puedeobtenerseporoxidacióndelclorurodehidrógenoenestadogaseoso,deacuerdoalaecuación:
4HCl(g)+ (g)2 (g)+2 (g) ΔH<0.Paraaumentarelrendimientodelproceso,interesa:a)Aumentarelvolumendelrecipiente,manteniendoconstantelatemperatura.b)Aumentarlatemperatura.c)Aumentarlapresión,manteniendoconstantelatemperatura.d)Añadiruncatalizador.
(O.Q.L.Murcia1999)
ParaaumentarelrendimientodelprocesoesprecisoquelareacciónsedesplacehacialaobtencióndeCl (derecha).
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 294
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Falso.Al aumentar el volumen a temperatura constantedisminuye la presión (leydeBoyle). Al disminuir la presión total del recipiente, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquesubalapresióntotal,esdecir,enelsentidoelqueaumenteelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,enestecasohacialaformacióndeHClyO (reactivos),porloquedisminuyeelrendimientodelproceso.
b)Falso.Siaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemase desplaza en el sentido en el que se consuma el calor aportado y así descienda latemperatura. Al tratarse de un proceso exotérmico la reacción se desplaza hacia laformacióndeHClyO (reactivos),porloquedisminuyeelrendimientodelproceso.
c)Verdadero.Alaumentarlapresióntotaldelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,enestecasohacialaformacióndeH OyCl (productos),porloqueaumentaelrendimientodelproceso.
d) Falso. Un catalizador disminuye la energía de activación tanto de la reacción directacomoinversa,portantoelequilibrionosemodifica.
Larespuestacorrectaeslac.
5.38.Lareaccióndirectadelsistemaenequilibrio:
CO(g)+2 (g) (g)esexotérmica.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesrespectoadichoequilibrioescorrecta?a)Laconstantedeequilibrioserámayora473Kquea373K.b)Siaumentamoslapresióndelamezclaenequilibrio,aunadeterminadatemperatura,laproporciónde (g)enellaaumentará.c)Launidadquedebecorresponderlealaconstantedeequilibrio esmol· .d) La adición de un catalizador adecuado a lamezcla en equilibrio, a una determinadatemperaturaypresión,haráqueseincrementelaproporciónde (g)enella.e)Siseredujese laconcentracióndeCO(g)ysedejaraevolucionaralsistema,enelnuevoequilibrio,aumentaríalaproporciónde (g)enlamezcla,aunadeterminadapresiónytemperatura.
(O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Falso.Siseaumentalatemperatura,acuerdoconelprincipiodeLeChâtelierelsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasíbajelatemperatura.AltratarsedeunprocesoexotérmicolareacciónsedesplazahacialaformacióndeCOyH2.
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =CH OH
[CO][H ]2
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 295
SilascantidadesdeCOyH aumentanylaCH OHdisminuye,elvalordelaconstanteK sehacemenor.
b)Verdadero.Siseaumentalapresión,acuerdoconelprincipiodeLeChâtelierelsistemasedesplazaenelsentidoenelquedisminuyalapresión,esdecirenelsentidoenelquehayamenosmolesdegas,enestecasohacia laformacióndeCH OHacostadeCOyH .Porestemotivo,laproporción enlamezclaaumenta.
c)Falso.Lasunidadesdelaconstanteson:
K =mol·dmmol·dm
=mol ·dm
d)Falso.Uncatalizadordisminuyelaenergíadeactivacióntantosobrelareaccióndirectacomoinversa,portantolacantidaddeCH OHproducidaeslamismasoloqueeltiempoquesetardaesmenor.
e)Falso.Sisereduce[CO],acuerdoconelprincipiodeLeChâtelierelsistemasedesplazaenelsentidoenelqueaumentedichaconcentración,esdecirhacialaformacióndeCOyH gastandoCH OH.Porestemotivo,laproporciónCH OHenlamezcladisminuye.
Larespuestacorrectaeslab.
5.39.Paralareacciónquímica1sesabequeΔG°=0;paralareacciónquímica2sesabequeΔG° < 0; para la reacción química 3 se sabe que ΔG° > 0. Llamando , y ,respectivamente,a lascorrespondientesconstantes termodinámicasdeequilibrio. ¿Cuáldelassiguientesordenacioneseslacorrecta?a) > > b) > > c) > > d) > > e) = =
(O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Murcia2003)
LaexpresiónquerelacionaK conΔG°es:
K =exp‐ΔG°RT
Δ G°=0K =exp‐Δ G°RT
=0K =1
Δ G°<0K =exp‐Δ G°RT
>0K >1
Δ G°>0K =exp‐Δ G°RT
<00<K <1
Portanto,elordencorrectodelasconstanteses:
> >
Larespuestacorrectaeslab.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 296
5.40.Paralasreacciones:
2 (g)+ (g)2 (g) [1]
(g)+½ (g) (g) [2]secumple,alamismatemperatura,que:a) = b) = c) =2 d) = ½e) =½
(O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Asturias2005)(O.Q.L.LaRioja2007)(O.Q.L.Asturias2008)(O.Q.L.Asturias2009)
LarelaciónentrelasconstantesK deambosequilibrioses:
K =p
p p
K =p
p p½
=
Larespuestacorrectaeslab.
5.41. En un recipiente se introduce una cierta cantidad de cloruro de amonio. Una vezcerrado herméticamente se calienta hasta 400 K para que se produzca la reacción dedescomposición:
(s) (g)+HCl(g)y alcance el equilibrio. Si la constante para esta reacción y a dicha temperatura es6·10 ,lapresiónalaqueseencontrarálamezclaenelrecipienteseráde:a)1,55·10 atmb)7,75·10 atmc)6,00·10 atmd)Nosepuedecalcularporfaltadedatos.
(O.Q.L.Murcia2000)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =p ·pHCl
Deacuerdoconlaestequiometríadelareacción:
p =pHCl=p
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K =p
p= K = 6·10 =7,75·10 atm
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales,lapresióntotales:
p =p +pHCl=2pp =2 7,75·10 atm =1,55·10 atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 297
Larespuestacorrectaeslaa.
5.42.Paraelequilibrio:
C(s)+ (g)CO(g)+ (g) ΔH>0.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesincorrecta?a)ElaumentodelatemperaturaprovocaráelaumentodelaconcentracióndeCOy enelnuevoequilibrio.b) El aumento de la presión no implicará variación alguna de las concentraciones dereactivosyproductos.c)UnadisminucióndelapresiónprovocaráunaumentodelaconcentracióndeCOy .d)Siseaumentalaconcentraciónde seformarámásagua.
(O.Q.L.Murcia2000)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero.Siaumenta la temperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendalatemperatura. Al tratarse de un proceso endotérmico la reacción se desplaza hacia laformacióndeCOyH .
b) Falso. Si aumenta la presión total del recipiente, de acuerdo con el principio de LeChâtelier, el sistema se desplaza en el sentido en el que baje la presión, es decir, en elsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,eneste caso hacia la formación de C y H O, por lo que sivarían las concentraciones detodaslasespeciesimplicadasenelequilibrio,H O,COyH .
c)Verdadero.Sidisminuyelapresióntotaldelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquesubalapresión,esdecir,enelsentido el que aumente el número demoléculas gaseosas presentes en el equilibrio, enestecasohacialaformacióndeCOyH .
d) Verdadero. Si se aumenta la concentración de H , de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelelsentidoenelqueseconsumaestasustancia,esdecir,hacialaformacióndeCyH O.
Larespuestacorrectaeslab.
5.43.Paralareacciónenequilibrio:
2 (g)2NO(g)+ (g)larelaciónentrelasconstantesdeequilibrio y debeser:a) = / b) = c) = ⅔d) =
(O.Q.L.Murcia2000)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 298
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=3–2=1
Sustituyendo:
=
Larespuestacorrectaeslad.
5.44.EntrelassustanciasR,SyQseestableceelsiguienteequilibrioquímico:
R(g)+Q(g)S(g)SisemezclanRyQenunmatrazde10Ldecapacidadysedejaquereaccionenhastaquesealcance el equilibrio, a unas determinadas condiciones, lamezcla gaseosa contiene igualnúmerodemolesdeR,QyS.EntalescondicioneslaconstantedeequilibrioKces4mol·dm–3.¿CuántosmolesdeSsehanformado?a)0,25b)0,40c)2,0d)2,5
(O.Q.L.Murcia2000)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =S
R Q
LlamandoxalosmolesdeR,QySenelequilibrioysustituyendo:
4=
x10x 2
10 2
x=2,5mol
Larespuestacorrectaeslad.
5.45.En cuálde los siguientes equilibriosquímicos, en losque todas las especies están enestadogaseoso,alduplicarlapresión,manteniendolatemperaturaconstante,sefavorecelaformacióndeunamayorcantidaddeproductos:a) + 2HClb)2 + 2 c)N2O42 d) + 2NO
(O.Q.L.Murcia2000)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Siseduplicalapresióntotaldelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebaje lapresión,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.
Delosequilibriospropuestoselúnicoquetienemenosmolesdegasenproductosqueenreactivoses:
2 + 2
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 299
Larespuestacorrectaeslab.
5.46. Sehacen reaccionar iodo ehidrógenoparaobtener, en equilibrio con losanterioreselementos,iodurodehidrógeno.¿Decuáldelassiguientesmagnitudesdependeráelvalordelaconstante ?a)Delaconcentracióninicialdehidrógeno.b)Delatemperatura.c)Delapresiónalaqueseencuentreelsistema.d)DelacantidaddeHIobtenido.
(O.Q.L.Murcia2000)
De acuerdo con la ley del equilibrio químico, el valor de la constante de equilibrio solodependedelatemperatura.
Larespuestacorrectaeslab.
5.47.Elvalorde paraelequilibrio:
(g)2 (g)a25°C,sabiendo =0,040aesatemperaturaes:a)2,0b)1,0c)0,5d)0,98
(Dato.R=0,082atm·L· · )(O.Q.L.CastillayLeón2000)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=2–1=1
Sustituyendo:
K =0,040 0,082 25+273 =0,98
Larespuestacorrectaeslad.
5.48.Predecirelefectodeunincrementodelapresiónsobrelosequilibrios:
1) (g)2 (g)
2) (g)+ (g)2HI(g)a)Enla1hacialaizquierda,enla2hacialaderecha.b)Enla1hacialaderecha,enla2hacialaderecha.c)Enla1hacialaizquierda,enla2noinfluye.d)Enla1hacialaderecha,enla2noinfluye.
(O.Q.L.CastillayLeón2000)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 300
Siseaumentalapresióntotaldelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebaje lapresión,esdecir,enelsentidoelquedesciendaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.
Enelequilibrio1,elsistemasedesplazahacialosreactivos(izquierda).
En elequilibrio2, el incremento de presiónno influye al existir elmismo número demoléculasgaseosasenambosladosdelareacción.
Larespuestacorrectaeslac.
5.49.Cuandoseenfríaelequilibrio:
(aq)+ (aq) (aq)
laintensidaddelcolorrojo‐pardodelcompuesto (aq)aumenta.Estoindicaque:a)Lareacciónesendotérmica.b)Lareacciónesexotérmica.c)Latemperaturaactúacomocatalizador.d)Lainformaciónesinsuficienteparadecidir.
(O.Q.L.CastillayLeón2000)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Sisebajalatemperatura(seenfría),deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquesegenereelcalorperdidoyasísuba la temperatura.ComoelequilibriosedesplazaenelsentidoenelqueformaFeSCN (colorpardo‐rojizo)quieredecirquesetratadeunareacciónexotérmica.
Larespuestacorrectaeslab.
5.50.Laconstantedeequilibriodelareacción:
(g)2 (g) a100°Ces0,212.Calculacuáleselvalordelaconstantedeequilibriodelareacciónescritacomosigue:
1)2 (g) (g)
2) (g)½ (g)a) =9,44y =4,34b) =4,72y =4,34c) =4,72y =2,17d) =14,16y =6,48
(O.Q.L.CastillayLeón2000)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p
p=0,212
LasexpresionesdelasconstantesK yK son,respectivamente:
K =p
pK =
1K
K =1
0,212=4,72
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 301
K =p ½
pK =
1
KK =
1
√0,212=2,17
Larespuestacorrectaeslac.
5.51.Laconstantedeequilibriodelareacción:
2 (g)+ (g)2 (g) =0,35
Sisellenaunrecipientecon conunapresiónparcialde0,10atmycon y conunapresiónparcialcadaunode0,20atm,¿lareacciónestáenequilibrio?a)Nob)Lainformaciónesinsuficienteparadecidir.c)Dependerádelapresióntotal.d)Sí
(O.Q.L.CastillayLeón2000)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p
p p=0,35
Sustituyendo los valores de la presión dados en la expresión anterior se obtiene elcocientedereacción,Q :
Q =0,1 2
0,2 2 0,2=1,25
Como Q > K quiere decir que el sistema no se encuentra en equilibrio. Para que sealcanceésteesprecisoqueQ sehagamenorhastaquese igualeaK .El sistemadebedesplazarsehacialaformacióndeSO yO .
Larespuestacorrectaeslaa.
5.52.Apartirdelasconstantesdeequilibriodelassiguientesreacciones:
i) (g)+½ (g)2NO(g) =1,7·10
ii) (g)+ (g)2NO(g) =4,1·10 Elvalordelaconstantedeequilibrioparalasiguientereacción:
(g)+½ (g) (g) es:
a)7,0·10 b)4,2·10 c)2,4·10 d)1,6·10 e)2,6·10
(O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Extremadura2003)(O.Q.L.Extremadura2005)(O.Q.N.Sevilla2010)
LaexpresióndelaconstanteK delareacciónproblemaes:
K =p
p p½
LaexpresióndelaconstanteK delasreaccionesdadases:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 302
K =p
p p½=1,7·10 K =
p
p p =4,1·10
Comoseobserva,elvalordep noapareceenlaexpresióndelaconstanteK acalcular,portantodespejandodichovalorenK yK eigualandoseobtiene:
p =K p p½
p =K p pK =
p
p p½ =
KK
SustituyendolosvaloresdelasconstantesK yK seobtieneelvalordelaconstanteK :
K =4,1·10
1,7·10=2,4·10
Larespuestacorrectaeslac.
5.53.Paralareacción:
CO(g)+2 (g) (g)
=91,4a350Ky =2,05·10 a298K.¿CuáleselvalordeΔH°?a)49,9kJb)2,08·10 kJc)3,74·10 kJd)217kJe)446kJ
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.N.Sevilla2010)
Laecuacióndevan’tHoffrelacionaladependenciadelaconstanteK conlatemperatura:
lnK
K=ΔH°R
1T
1T
Sustituyendo:
ln91,4
2,05·10
ΔH°
8,314·10
1298
1350
ΔH°=217kJ
Larespuestacorrectaeslad.
5.54.Paralareacción:
2HgO(s)2Hg(l)+ (g)laexpresióndelaconstantedeequilibrioes:a) =[ ][Hg]2/[HgO]2b) =[ ]c) =[Hg]2/[HgO]2d) =1/[ ]e) =[ ]/[HCl]2
(O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Asturias2004)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
=[ ]
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 303
Larespuestacorrectaeslab.
5.55.Paralareacción:
(g)+ (g)2HI(g),elvalorde a1100Kes25.Si inicialmentesoloexisteHI (g)conconcentraciónde4,00mol· ,¿cuálserálaconcentraciónde (g)enelequilibrio,expresadaenmol·· ?a)0,363b)2,00c)0,667d)0,571e)0,148
(O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Asturias2004)(O.Q.L.Asturias2009)
Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
H I HIcinicial 4,00ctransformado 2xcformado x x cequilibrio x x 4,00– 2x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[HI]2
H [I ]
Sustituyendo:
25=4,00–2x
x2x= I2 =0,571mol·
Larespuestacorrectaeslad.
5.56.Considerandoelequilibriodadoporlaecuación:
(g) (g)+ (g)aldisminuirlacantidaddecloroenlamezclaenequilibrio:a)Aumentalacantidadde (g)ydisminuyelade (g).b)Aumentalacantidadde (g)ylade (g).c)Aumentalacantidadde (g)ydisminuyelade (g).d)Disminuyelacantidadde (g)ylade (g).
(O.Q.L.Murcia2001)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
SisedisminuyelacantidaddeCl delamezclaenequilibrio,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelelsentidoenelqueserepongaelCl eliminado,esdecir,haciaformacióndeCl yPCl .
Alalcanzarsedenuevoelequilibrio,aumentanlascantidadesdeCl2y ydisminuyelacantidadde .
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 304
5.57.Paraelequilibrioimaginarioindicadoporlaecuaciónquímica:
aA+bBcC+dDsedebecumplirque:a)Lavelocidaddelareaccióndirectaesigualalavelocidaddelareaccióninversa.b) Las concentraciones de A y B pueden variar pero el producto de ambas, [A][B], debepermanecerconstante.c)Noocurreningúntipodereacciónporqueyasehaalcanzadoelequilibrio.d)Loscoeficientesestequiométricosdecadaespeciedebenseridénticos.
(O.Q.L.Murcia2001)
a)Verdadero. Las velocidades de las reacciones directa e inversa correspondientes alequilibriopropuestosedefinen,respectivamente,como:
r1=k1 A a B b
r2=k2 C c D dequilibrior1=r2
donde k y k son las respectivas constantes de velocidad, [A], [B], [C] y [D] son lasconcentracionesenelequilibrioya,b,cydsonlosórdenesrespectivosacadaunadelasespecies.
b)Falso.LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK es:
K =C c D dA a B b
Cuandosealcanzaelequilibriolosvaloresde[A],[B],[C]y[D]semantienenconstantesyguardanlarelaciónpropuestaenlaconstanteK .
c)Falso.CuandosealcanzaelequilibriolasespeciesAyBsiguentransformándoseenCyD,ylavez,CyDtambiénsetransformanenAyB.Lapeculiaridaddelequilibrioesquelasvelocidadesdelasreaccionesdirectaeinversasoniguales.
d)Falso.Loscoeficientesestequiométricosde lareacciónson losnecesariosparaquesecumplalaleydeconservacióndelamasa.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.58.Un recipiente cerrado,de volumenV , contiene2moles deun gasA.Cuando latemperaturaesde25°C,elgassedescomponedeacuerdoconlaecuaciónquímica:
2A(g)2B(g)+C(g) ΔH=65kJ· alcanzándoseelequilibriocuandoenelrecipienteestánpresentesxmolesdeCylapresiónreinanteesdePatm.¿Cuántosmolesformanlamezclagaseosaenequilibrio?a)2–xb)2–2xc)2xd)2+x
(O.Q.L.Murcia2001)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
A B Cninicial 2 ntransformado 2x nformado 2x xnequilibrio 2–2x 2x x
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 305
Elnúmerototaldemolesenelequilibrioes:
n = 2–2x +2x+x=2+x
Larespuestacorrectaeslad.
5.59.Eldióxidodeazufre reaccionaconeloxígeno,enun recipientecerrado,para formartrióxidodeazufre,segúnlaecuaciónquímica:
2 (g)+ (g)2 (g)Unavezalcanzadoelequilibrioenelrecipientedevolumenfijo,sepuededecirque:a)Sehagastadotodoel y iniciales.b)El yel yanoreaccionanparaformar .c)El nosedescomponeparadar y .d)Lacantidadde permaneceinvariable.
(O.Q.L.Murcia2001)
a) Falso. Cuando se alcanza el equilibrio deben estar presentes todas las especiesimplicadasendichoequilibrio.
b‐c)Falso.CuandosealcanzaelequilibrioSO yO siguenreaccionandoparaformarSO ,alavezqueelSO sedescomponeenSO yO .
d)Verdadero.Cuandosealcanzaelequilibriolascantidadesdelasespeciesimplicadasendichoequilibriopermaneceninvariables.
Larespuestacorrectaeslad.
5.60. Se hacen reaccionar e para dar HI gas. Indique de cuál de las siguientesmagnitudesdependeráelvalordelaconstante cuandosehayaalcanzadoelequilibrio:a)Laconcentracióninicialde .b)Latemperatura.c)Lapresióntotaldelsistema.d)Elvolumendelavasijadereacción.
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
Paraelequilibrio:
H (g)+I (g)2HI(g)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =pHI 2
p p
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
p=p·yi
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K =p yHI 2
p y p y=
yHI 2
y y
Comoseobserva,laconstanteK nodependedelapresión.Teniendoencuentaqueparaun gas a temperatura constante, presión y volumen son magnitudes inversamenteproporcionales(leydeBoyle),laconstanteK tampocodependedelvolumendelavasijadereacción.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 306
LaexpresióndeK sepuedesimplificaraúnmás:
K =
nHI 2
nnn
nn
=nHI 2
n n
dondensonlosmolestotales.
Portanto,K nodependede[H ]inicialydeacuerdoconlaleydelequilibrioquímico,laconstante solodependedelatemperatura.
Larespuestacorrectaeslab.
5.61.Elequilibriodinámicoimplica:a)Unatendenciasolohacialaentalpíamínima.b)Unatendenciasolohaciaeldesordenmolecularoentropíamáxima.c)Unreajusteentrelastendenciashacialaentalpíamínimaylaentropíamáxima.d)Unreajusteentrelastendenciashaciaunmáximodecalorymínimotrabajo.
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
UnsistemaalcanzaelequilibriocuandoΔG=0.Sisetieneencuentaque:
ΔG=ΔH–TΔS
El equilibrio dinámico implica que las especies del equilibrio no tengan tendencia aconvertirseunasenotras.ParaellosenecesitaunreajusteenelsistemaquehagaqueΔHtienda al mínimo, mientras que ΔS tienda al máximo y así perder capacidad dedesordenarse.
Larespuestacorrectaeslac.
5.62.El (s)sedescomponesegúnlareacción:
(s) (s)+ (g)Siendo =0,0095a120°C.Sisequiereimpedircualquierpérdidadepesoalpesar a120°C,lapresiónparcialdel deberáser:a)Mayorque0,0095atm.b)Menorque0,0095atm.c)Igualalapresiónparcialdel (s).d)Iguala1atm.
(O.Q.L:CastillayLeón2001)(O.Q.L.Asturias2005)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p
SilapresiónparcialdelCO esmayorde0,0095atm,setendráqueQ >K yparaquesealcance de nuevo el equilibrio a esa temperatura el sistema se debe desplazar hacia laformacióndeAg CO .
Larespuestacorrectaeslaa.
Cuesti
5.63.manta)Seb)Sec)Nod)So
Setra
Deac
Si seChâteH Oelsis
Tambdiagr
Enelal auconsthayH
Lare
(CuesMurc
5.64.
¿Cuál
a)Cieb)Ciec)Cied)Cie
Setra
La coequil
ionesyProble
Un recipientieneconstaneformarámáformarámáosedesplazaolidificaráel
atadelequil
H O(l)
cuerdocone
“cualquiersistema,cacambioen
e aumentaelier, el sist(l)esmásdstemasedes
bién puedramadefase
lpuntoBcoumentar latante,sepaH O(l).
espuestacor
stión similcia2006).
Enunmatr
(s)lseríaelefe1)Aument2)Novaria3)Disminu4)Diminuiertasolola1ertasolola2ertasolola3ertasla1yl
atadeuneq
K =p
onstante Klibrio.
masdelasOlim
nte contienentelatempeásvapor.áslíquido.aráelequilibvapor.
(O.Q.L.
librio:
H O(g
elprincipio
r cambioenuausaundesplavariablem
la presión,tema se desdensaqueelsplazahacia
e verse aesdelagua:
oexistenH Opresión asaalpunto
rrectaeslab
lar a la p
azde5Lse
CaOctodeagregtaría aría uiría iríalaveloci123la4
quilibriohet
a determi
mpiadasdeQu
e agua líqueraturayse
brio.
CastillayLeón
g)
deLeChâte
unadelasvaplazamientomodificada”
disminuyeplaza en ellH O(g)ellaformació
a partir d
O(g)yH Oa temperatuB’dondeso
b.
propuesta
estableceel
O(s)+ (ggar1gde
idaddereacc
terogéneoy
nada tempe
uímica.Volume
uida y vaporaumentala
n2001)(O.Q.L.
elierquedice
ariablesqueodelequilibr”.
el volumesentido envolumenquóndemáslíq
del
(l),uraolo
en
siguienteeq
g)(s)ate
ción.
laexpresión
eratura solo
en2.(S.Menar
r a 100°C ypresión:
CastillayLeón
eque:
edeterminanrioenelsen
en, de acuer el quedesueocupaelquido.
quilibrio:
emperatura
ndeK es:
o depende d
rgues&F.Latre
y 1 atm, en
n2007)(O.Q.L.
nelestadodtidoquetien
rdo con elcienda el volíquidoesm
constante?
(O.Q.L.
de la cantid
e)
n equilibrio.
CastillayLeón
deequilibriondeaopone
principio dolumen. Commenor,port
CastillayLeón
dad de CO
307
Si se
n2008)
deunerseal
de Lemo eltanto,
n2001)
en el
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 308
Siseañade atemperaturaconstantelacantidadde enelequilibrionovaría,yaquecomoseobserva, laespecieCaCO noapareceen laexpresiónde laconstantedeequilibrio.
Larespuestacorrectaeslab.
5.65.Enunrecipientecerrado,avolumenconstanteyaltatemperatura,seproducedeformaespontánealasiguientereacciónentregases:
4 (g)+5 (g)4NO(g)+6 (g)Comoconsecuenciadeellosehacenlassiguientesafirmaciones:
1)Seproduceunaumentodeladensidaddelsistema.2)Seproduceunaumentodelapresiónenelsistema.3)Seproduceunaumentodelaentropíadelsistema.4)Seproduceunadisminucióndelaenergíalibredelsistema.
Señalesialgunadelasproposicionessiguienteseserrónea:a)2y3b)2y4c)Solo3d)Solo1
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
1)Errónea.Lamasayelvolumenpermanecenconstantes,portanto,ladensidadtambiénloes.
2) Correcta. Como se produce un aumento en la cantidad de los productos gaseososformados,seproduceunaumentodepresiónenelsistema.
3) Correcta. Como se produce un aumento en la cantidad de los productos gaseososformados,seproduceunaumentodelaentropíaenelsistema.
4)Correcta.Alalcanzarseelequilibrio,seproduceunadisminucióndelaenergíalibredelosproductosydelosreactivoshastaqueΔG=0.
Larespuestacorrectaeslad.
5.66.ElHI(g)estádisociadoenun20%en y a700°Cy1atm.Sisemantieneconstantelatemperaturayseaumentalapresión:a)Ladisociaciónserámayorqueel20%.b)LadisociaciónserámenorqueeI20%.c)Nosedisociará.d)Sedisociaráigual,yaqueIapresiónnoafectaaesteequilibrio.
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
Setratadelequilibrio
2HI(g)H (g)+I (g)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p p
p 2
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
K =p y p y
p yHI2 K =
y y
yHI2
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 309
Portanto,siseaumentalapresiónelgradodedisociaciónpermanececonstante.
Larespuestacorrectaeslad.
5.67.Indiquecuálocuálesdelosequilibriossiguientes,unaumentodelapresiónproduceelefectoindicado:
1) (g)+2 (g) (g)+2 (g)Desplazamientohacialaderecha
2)CO(g)+2 (g) (g)Desplazamientohacialaderecha
3) (g)2 (g)Ningúnefecto
4)C(s)+ (g)2CO(g)Ningúnefectoa)3y4b)2c)1d)Ninguno
(O.Q.L.CastillayLeón2001)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Siseaumentalapresióntotaldelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebaje lapresión,esdecir,enelsentidoelquedesciendaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.
1)Falso.Elsistematienelosmismosmolesdegasenreactivosyproductos,portanto,unaumentodepresiónnoleafecta.
2)Verdadero.Elsistematienemásmolesdegasenreactivosqueenproductos,portanto,unaumentodepresiónhacequeelsistemasedesplacehacialaderecha.
3‐4)Falso.Elsistematienemásmolesdegasenproductosqueenreactivos,portanto,unaumentodepresiónhacequeelsistemasedesplacehacialaizquierda.
Larespuestacorrectaeslab.
5.68.Laconstantedeequilibrioparalareacción:
(s) (g)+ (g) es =1,2·10 a25°C.Cuandounamuestrade (s)seencierraenunrecipientea25°C,lapresiónparcialde
enelequilibrioconelsólidoes:a)7,2·10 atmb)0,27atmc)1,1·10 atmd)0,8atme)1,2·10 atm
(Dato.R=0,082atm·L· · )(O.Q.N.Oviedo2002)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =p ·p
Deacuerdoconlaestequiometríadelareacción:
Cuesti
Cons
Susti
Lare
5.69.tempcondia)10b)5,1c)10d)5,1e)1a
Talc
Lare
5.70.y
reacca)1,1b)5,8c)1,7d)9,2e)9,2
ionesyProble
p =p
iderandoqu
NH = H
ituyendoen
K = NH
1,2 10 =
espuestacor
La presiónperatura críicionesdepr0atmy‐25°C1atmy‐25°0atmy33°C1atmy‐100atmy‐56,7°C
omoseobse
espuestacor
Unareaccióylaconstantcióninversa?1·10 8·10 7·10 2·10 2·10
masdelasOlim
=p
uelosgases
H S =pRT
laexpresión
H S
=p2
0,082 298
rrectaeslab
n y la tempítica es 31°CresiónytemC°C
0°CC
ervaeneldi
rrectaeslaa
ón tieneunatedeequilib?
mpiadasdeQu
secomport
ndeK :
K =
8 2
b.
peratura delC. El sóperaturael
iagramadef
a.
aconstanterioes4,0·10
uímica.Volume
tandeforma
=p2
RT
p=
l punto tripólido esmá
esunlí
fasesdelCO
develocida0 .¿Cuálese
en2.(S.Menar
aideal:
0,268atm
ple delás denso quíquidoestabl
O :
a)Verdadeeslíquido.
b) Falso. Agas.
c) Falso. Afluido supencimadel
d)Falso.Asólido.
e) Falso. Agas.
adde lareaelvalordela
rgues&F.Latre
son 5,1 atue el líqleenequilibr
ero.A10at
A 5,1 atm y
A 10 atm ypercrítico (laTcríticayno
5,1 atmy ‐
A 1 atm y ‐5
ccióndirectaconstanted
e)
tm y ‐56,7°íquido. ¿Bajorio?
(O.Q.N.Oviedo
tmy‐25°Ce
‐25°C el C
33°C el CO(SCF), estáosepuedeli
‐100°C el C
56,7°C el C
ta iguala2,develocidad
(O.Q.N.Oviedo
310
°C. Suo qué
o2002)
elCO
O es
O esá poricuar.
O es
O es
,3·10 ddela
o2002)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 311
Sea,porejemplo,lareacciónqueseverificaenúnicaetapa:
AP
lasecuacionesdevelocidaddelasreaccionesdirectaeinversason,respectivamente:
r =k [A]r =k [P]
Cuandosealcanzaelequilibriosecumpleque:
r =r
Igualandolossegundosmiembrosdelasecuaciones:
k [A]=k [P]
Sedefinelaconstantedeequilibrio,K,como:
K=k
k =[P][A]
Sustituyendo:
4,0·10 =2,3·10k
k =5,8·10
Larespuestacorrectaeslab.
5.71Alrepresentarel%deproductopresenteenunamezclaenreacción(ejeY) frentea lapresiónunavezalcanzadoelequilibrio(ejeX),se obtiene la gráfica de la figura. ¿A quésistemaenequilibriodebecorresponderleestagráfica?a) (g)+ (g)2NO(g)b) (g)2 (g)c)3 (g)+ (g)2 (g)d) (g)+ (g)2HI(g)
(O.Q.L.Murcia2002)(O.Q.L.Asturias2011)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Como se observa en la gráfica propuesta, se trata de un equilibrio en el existe menorconcentracióndeproductoconformeaumentalapresióntotalenelsistema.Siseaumentalapresión totaldel recipiente,de acuerdo conel principiodeLeChâtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenlosreactivos.
Delosequilibriospropuestoselúnicoquetienemenosmolesdegasenreactivosqueenproductoses:
(g)2 (g)
Larespuestacorrectaeslab.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 312
5.72.Encuáldelassiguientesreaccionesenequilibriosecumpleque y tienendistintovaloraunatemperaturadada:a) (g)+CO(g) (g)+ (g)b) (g)+ (g)2HI(g)c) (g)+ (g) (g)+NO(g)d)C(s)+ (g)2CO(g)
(O.Q.L.Murcia2002)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgaseosos–Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
ParaqueK ≠K esprecisoqueΔ≠0.
Delosequilibriospropuestos,elúnicoenelquesecumplequeΔ≠0es:
C(s)+CO2(g)2CO(g) enestecaso,Δ=2–1=1
Larespuestacorrectaeslad.
5.73.Laexpresióncorrectaparalaconstantedelequilibrio:
(s)+5 (g) (s) es:
a) =[ ]
[ ][ ]5
b) =[ ]5[ ][
c) =[ ]5
d) =1
[ ]5
(O.Q.L.Murcia2002)
Setratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndesuconstantedeequilibrioes:
=1
[ ]5
Larespuestacorrectaeslad.
5.74.¿Cuáldelassiguientesafirmaciones,referidasalequilibrioquímico,escorrecta?a)Elvalorde lasconstantes y solodependede la temperaturaa laque sealcanceelequilibrio.b)Paralosequilibriosquímicosenfasegaseosa y soniguales.c)Elgradodedisociaciónindicalacantidaddemolesdesustanciaquesehandisociadounavezalcanzadoelequilibrio.d)Lapresiónsiempreinfluyesobreunequilibrioquímico.
(O.Q.L.Murcia2002)
a)Verdadero.Deacuerdoconla leydelequilibrio,elvalordelaconstantedeequilibriosolodependedelatemperatura.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 313
b)Falso.LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgaseosos–Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
ParaqueK =K esprecisoqueΔ=0.
c) Falso. No basta con conocer los moles disociados, ya que el grado de disociación sedefinecomo:
α=molesdisociadosmolesiniciales
d)Falso.Lapresiónnoinfluyeenlosequilibriosenlosqueexisteigualnúmerodemolesdegasenreactivosyproductos.
Porejemplo,paraelequilibrio:
H (g)+I (g)2HI(g)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =pHI
2
p p
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
p=p·yi
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K =p·yHI
2
p·y p·y=
yHI2
y y
comoseobserva,laconstanteK nodependedelapresión.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.75.Enelequilibrio:
(dis)+4CO(g) (dis)+4 (g)dondeHbindicahemoglobina,¿cómodeberíamosactuarenloscasosdeenvenenamientopormonóxidodecarbono?a)Disminuyendolapresióndeoxígeno.b)Aumentandolapresióndeoxígeno.c)Disminuyendolaconcentracióndehemoglobina.d)Metiéndoseenunabañera.
(O.Q.L.Murcia2002)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 314
El envenenamiento por CO implica un aumento en la presión de esta sustancia. Si seaumentalapresiónparcialdelCO,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplaza en el sentido en el que baje esta presión, es decir, hacia la formación decarboxihemoglobinayO .
Si se desea impedir el desplazamiento del equilibrio en el sentido de formación de losproductos es necesario aumentar la cantidad de algunos de ellos. En este caso, lo mássencilloseríaincorporaralorganismomáscantidaddeO ,enotraspalabras,aumentandolapresiónparcialdelO .
Larespuestacorrectaeslab.
5.76.Enlareacción:
(g)+ (g)2HF(g)con ΔH= ‐536kJ y energíadeactivación208kJ, ¿cuálde los siguientes enunciadosno escorrecto?a)Elcalordeformaciónes‐268kJ/mol.b)Enelequilibrio,unaumentodelatemperaturafavorecelareaccióninversa,aumentandolaconcentraciónde (g)y (g).c)Enelequilibrio,unaumentode latemperaturay lapresiónfavorece lareaccióndirecta,aumentandolaconcentracióndeHF(g).d)Laenergíadeactivacióndelareaccióninversaes372kJpormoldeHF.
(O.Q.L.CastillayLeón2002)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a) Verdadero. Teniendo en cuenta que se forma HF a partir de los elementos que lointegranensuformamásestableencondicionesestándar,sisedesprenden536kJenlaformaciónde2molesdeHF,laentalpíadeformacióndeestasustancia:
‐536kJ2mol
=‐268kJ·mol
b)Verdadero.Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistema se desplaza en el sentido en el que se consuma el calor aportado y así baje latemperatura.Comosetratadeunareacciónexotérmica,elequilibriosedesplazahacialaformacióndeH yF conloqueaumentalaconcentracióndeestasustanciaenelnuevoequilibrio.
c)Falso. Si seaumenta lapresión totaldel recipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, el sistema se desplaza en el sentido en el que baje la presión, es decir, en elsentidoelquedesciendaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Eneste caso, el aumento de presión no influye al existir el mismo número de moléculasgaseosasenambosladosdelareacción.
Porotraparteelaumentodetemperaturayaestárespondidoenelapartadoanterior.
d)Verdadero.A lavistadeldiagramaenergético,pormoldeHF,correspondienteaesteproceso:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 315
la energía de activación de la reaccióninversaes:
Δ H=E E
E =104kJ– ‐268kJ
E =372kJ
Larespuestacorrectaeslac.
5.77.Paraelsistema:
2 (g)2NO(g)+ (g)Sabiendo que se parte de 1,00mol de en un recipiente de 1,00 L, se postulan lassiguientesexpresionesde siendox= .
1) =
12
2) =
1
3) =2 1
4) = 1
¿Cuáldeestasexpresionesescierta?a)Todasb)Ningunac)Solola2d)Solola1
(O.Q.L.Asturias2002)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
NO NO Oninicial 1 ntransformado 2x nformado 2x Xnequilibrio 1–2x 2x X
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NO]2[O ]
[NO ]2
Teniendoencuentaqueelvolumenes1L:
K =2x 2 x12x 2 =
4x2 x12x 2
Comoseobserva,laexpresiónde nocoincideconningunadelascuatropropuestas.
Larespuestacorrectaeslab.
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
Ener
gEn
erg íí
a P
oten
cial
/ k
Ja
Pot
enci
al /
kJ
Complejo activadoComplejo activado
EEAA (inversa)(inversa) = 372 kJ= 372 kJ
H H = = --268 kJ268 kJ
HF (g)HF (g)
EEAA (directa)(directa) = 104 kJ= 104 kJ
HH22 (g) + F(g) + F22 (g)(g)
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
Ener
gEn
erg íí
a P
oten
cial
/ k
Ja
Pot
enci
al /
kJ
Complejo activadoComplejo activado
EEAA (inversa)(inversa) = 372 kJ= 372 kJ
H H = = --268 kJ268 kJH H = = --268 kJ268 kJ
HF (g)HF (g)
EEAA (directa)(directa) = 104 kJ= 104 kJ
HH22 (g) + F(g) + F22 (g)(g)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 316
5.78.Lasiguienteafirmación:“La constante de equilibrio de una reacción exotérmica disminuye cuando aumenta latemperatura”.a)Esfalsa.b)Esciertasiempre.c)Esciertasoloparareaccionesespontáneas.d)Esciertasoloparareaccionesnoespontáneas.e)Esciertasoloparareaccionesenfasegaseosa.
(O.Q.N.Tarazona2003)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Paraelequilibrio:
A(g)B(g) ΔH<0
si se aumenta la temperatura, de acuerdo con el principio deLeChâtelier el sistema sedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasíbajelatemperatura.Altratarse de un proceso exotérmico la reacción se desplaza hacia la formación de losreactivos.
laexpresióndelaconstantedeequilibrioes:
K=[B][A]
Siaumenta[A]y,portanto,disminuye[B]elvalordelaconstantedeequilibriodisminuye.
Larespuestacorrectaeslab.
5.79.Lasiguientereacción:
(g)2 (g)alcanzaelequilibrioalatemperaturade150°Csiendo =3,20moles/L.¿Cuáldebeserelvolumendelreactorenelquetranscurrelareacciónparaqueenélesténenequilibrio1molde y2molesde ?a)1,60Lb)0,80Lc)1,25Ld)2,50L
(O.Q.L.Murcia2003)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NO ]2N O
Sustituyendo:
3,2=2/V 2
1/VV=1,25L
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 317
5.80.Enun recipiente vacío se introduce cierta cantidaddehidrógenocarbonatode sodiosólido y se calienta hasta 120°C. Cuando se alcanza el equilibrio dado por la ecuaciónquímica:
2 (s) (s)+ (g)+ (g)lapresiónenelinteriordelrecipienteesde2,26atm.IndicaelvalordeKpparadichoprocesoenlascitadascondiciones.a)6,63 b)5,12 c)1,28 d)1,13
(O.Q.L.Murcia2003)(O.Q.L.Murcia2008)
Deacuerdoconlaestequiometríadelareacción:
p =pH2O=p
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
pt=p +p =2pp=pt2p=
2,26atm2
=1,13atm
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndeKpes:
K =p ·p
Sustituyendo:
K =p K = 1,13 =1,28
Larespuestacorrectaeslac.
5.81.Considerelareacciónenequilibrio
2NO(g) (g)+ (g)¿Qué leocurriráa laconcentracióndeNOcuando,sinvariar latemperatura,sedisminuyahasta1/3de su valor inicial el volumendel recipienteque contiene lamezclagaseosa enequilibrio?a)Setriplicará.b)Seharáseisvecesmayor.c)Sereduciráalaterceraparte.d)Novariará.
(O.Q.L.Murcia2003)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Sisedisminuyeelvolumenhasta la tercerapartea temperaturaconstante, se triplica lapresióntotaldelrecipiente(leydeBoyle),deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebaje lapresión,esdecir,enelsentidoelquedisminuya el número demoléculas gaseosas presentes en el equilibrio. En este caso, elnúmero demoléculas de gas en ambas partes de la reacción es elmismo, por tanto, lamodificaciónpropuestanoalteraelequilibrio.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 318
Respecto a la concentracióndeNO, si el volumen se reduce a un tercio del inicial laconcentraciónsetriplica.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.82.Indiquecuáldelassiguientesafirmacionesesfalsa:a) Se alcanza el equilibrio químico cuando la concentración de reactivos es igual a laconcentracióndeproductos.b)Sealcanzaelequilibrioquímicocuandolavelocidaddelareaccióninversaseigualaalavelocidaddelareaccióndirecta.c)Alaumentar latemperaturadeunsistemaenequilibrioésteevoluciona favoreciendo lareacciónendotérmica.d)Enunsistemaenequilibrio,uncatalizadordisminuye,en lamismamagnitud, laenergíadeactivaciónrequeridaparalareaccióndirectayparalainversa.
(O.Q.L.Murcia2003)
a)Falso.Cuandosealcanzaelequilibrio,lasconcentracionesdeproductosyreactivosnotienenporquéigualarse,loqueocurreesquepermanecenconstantes.
b) Verdadero. Cuando se alcanza el equilibrio se igualan las velocidades de la reaccióndirectaeinversa.
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
c)Verdadero. Si aumenta la temperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendalatemperatura.Lareacciónendotérmicaeslaconsumecalorparaproducirse.
d) Verdadero. Como se observa en lagráfica, la adición del catalizadordisminuye por igual la energía deactivación de las reacciones directa einversa.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.83.Considereelsiguientesistemaenreacciónenunrecipientecerradoyunavezalcanzadoelequilibrio:
(s)CaO(s)+ (g) ΔH°=178,3kJ· .Aunatemperaturadeterminada,¿quiénseráproporcionalalaconstantedeequilibrio?a)Lascantidadesde (s),CaO(s)y (g)enelequilibrio.b)Lacantidadinicialde (g).c)Lacantidadde (g)enelequilibrio.d)Lacantidadde (s)inicial.
(O.Q.L.Murcia2003)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndeK es:
K =p
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 319
Laconstante adeterminadatemperaturasolodependede lacantidadde enelequilibrio.
Larespuestacorrectaeslac.
5.84.Enelequilibrio:
(s) (s)+ (g)+ (g)dondeΔH>0paraelprocesodedescomposición:a)Unaumentodelatemperaturadesplazaelequilibriohacialaderecha.b)Unaumentodelatemperaturanoinfluyeportratarsedeunequilibrio.c)Unaumentodelapresiónfacilitaladescomposicióndelbicarbonato.d) y soniguales.
(O.Q.L.CastillayLeón2003)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero.Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasíbaje latemperatura.Comosetratadeunareacciónendotérmica,elequilibriosedesplazahacialaformaciónde (derecha).
b)Falso.Comosehavistoenelapartadoanterior lasvariacionesdetemperaturasíqueinfluyeeneldesplazamientodelequilibrio.Esmás,latemperaturaeslaúnicavariablequehacecambiarlaconstantedeequilibriodeunareacción.
c) Falso. Si se aumenta la presión total del recipiente, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoelquedesciendaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Enestecaso,elequilibriosedesplazahacialaformacióndeCa HCO .
d)Falso.LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=2–0=2
ParaqueK =K esprecisoqueΔ=0.
Larespuestacorrectaeslab.
5.85.Dadoelequilibrioquímicoenfasegaseosa:
+3 2 ¿Cómoseobtendríamayorcantidaddeamoníaco?a)Aumentandolapresióntotaldelrecipiente.b)Disminuyendolapresióntotaldelrecipiente.c)Disminuyendolapresiónparcialdelnitrógeno.d)Disminuyendolapresiónparcialdelhidrógeno.
(O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 320
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero.Siseaumentalapresióntotaldelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, el sistema sedesplaza en el sentido en el que baje la presión total, esdecir, en el sentido el que disminuya el número demoléculas gaseosas presentes en elequilibrio. En este caso hacia la formación de por lo que la cantidad de estasustanciaaumenta.
b)Falso.Eselopuestoalanterior.ElsistemasedesplazahacialaformacióndeN yH .
c‐d)Falso.SisedisminuyelapresiónparcialdelN (oH ),deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueaumentedichapresiónparcial,esdecir,hacialaformacióndeestassustancias.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.86.Enunequilibrio = si:a)Todaslasespeciessongases.b)Sehaalcanzadoelequilibrio.c)Seproduceencondicioneshomogéneas.d)Lavariaciónentreelnúmerodemolesgaseososdeproductosyreactivosesnula.
(O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgaseosos–Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
EnelcasodequeΔ=0,secumplequeK =K .
Larespuestacorrectaeslad.
5.87.Paraelequilibrio:
(g)+ (g) (g)siseañadecloro,manteniendolatemperaturaconstante:a)Elequilibrionosemodifica.b)Seproduceundesplazamientohacialosreactivos.c)Seproduceundesplazamientohacialosproductos.d)Seproduceunaumentodelaconstantedeequilibrio.
(O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Falso.AlañadirCl atemperaturaconstanteseequilibrioserompe.
b)Falso.SiseañadeCl ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaen el sentido en el que consuma esta sustancia, es decir, hacia la formación de losproductos.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 321
c)Verdadero.Siseañade ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustancia,esdecir,hacialaformacióndelosproductos.
d) Falso. Si se añade Cl a temperatura constante, de acuerdo con el principio deLe Châtelier, el sistema se desplaza en el sentido en el que consuma esta sustancia, esdecir,hacia la formaciónde losproductos.Lasnuevascantidadesde lassustanciasenelequilibriosondiferentesalasexistentesantesdeañadirCl perolarelaciónentreellassemantienedeacuerdoconlaexpresióndeK porloqueelvalordelaconstantenocambiaalnovariarlatemperatura.
Larespuestacorrectaeslac.
5.88.La del ,es1,8·10 ysuvelocidaddedisociaciónesv=8·10 [ ].¿Cuálseríalaconstantedevelocidaddelareaccióndeasociaciónde y ?a)4,4·10 b)1,25·10 c)4,4·10 d)8·10 e)1,8·10
(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)
LaecuaciónquímicacorrespondientealadisociacióndelCH COOH:
CH COOHCH COO +H
Las ecuaciones de velocidad correspondientes a la disociación y a la asociación delCH COOHson,respectivamente:
v =k [CH COOH]v =k [CH COO ][H ]
Cuandoseigualanambasvelocidadessealcanzaelequilibrio:
k [CH COOH]=k [CH COO ][H ]
seobtiene:
kk
=[CH COOH]
[CH COO ][H ]
Segúnlaleydeaccióndemasas,laconstantedeequilibrioes:
K=[CH COOH]
[CH COO ][H ]
Igualandoambasexpresionesseobtiene:
K=kk
Sustituyendo:
1,8·10 =8,0·10k
k =4,4·10
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 322
5.89.Cuandosedisuelveenaguaα‐d‐glucosa,sufreunaconversiónparcialaβ‐d‐glucosaconpropiedades físicas ligeramente diferentes.Esta conversión denominadamutarrotación sedetiene cuando el63,6%de laglucosa está en forma α. ¿Cuál sería laKdel equilibriodemutarrotación?a)1,75·10 b)0,636c)6,36·10 d)6,36·10 e)1,75
(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)
Laecuaciónquímicacorrespondientealequilibriodemutarrotaciónes:
‐d‐glucosa‐d‐glucosa
Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
‐d‐glucosa ‐d‐glucosacinicial 1 ctransformado x cformado xcequilibrio 1–x x
Sabiendo que x = 0,636 y sustituyendo en la expresión de la constante de equilibrio seobtiene:
K =[α‐d‐glucosa][β‐d‐glucosa]
=0,636
1–0,636=1,75
Larespuestacorrectaeslae.
5.90.Lasacarosa‐Psesintetizaporreaccióndefructosayglucosa‐P,según:
fructosa(aq)+glucosa‐P(aq)sacarosa‐P(aq)Laconstantedeequilibrioes0,05.¿Hastaquévolumendebeserdiluidaunadisoluciónquecontiene 0,05 moles de cada uno de los reactivos, fructosa y glucosa‐P para que en elequilibrioenzimáticosetengaun3%deconversiónasacarosa‐P?a)0,0078 b)78,4 c)784mLd)7,84Le)0,784
(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
fructosa glucosa‐P sacarosa‐Pninicial 0,05 0,05 ntransformado x x nformado Xnequilibrio 0,05–x 0,05– x X
Laexpresióndelaconstantedeequilibrioes:
Kc=sacarosa‐P
fructosa glucosa‐P=
xV
0,05–xV
0,05–xV
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 323
Sabiendoquelaconversiónesdel3%:
x=0,05mol3molconvertido100molinicial
=0,0015mol
Losmolesdeambosreactivosquequedansinconvertirenelequilibrioson:
0,05molinicial–0,0015molconvertido=0,0485molenequilibrio
SustituyendoenlaexpresióndeK :
0,05=
0,0015V
0,0485 2
V2
V=0,0784L103cm3
1L 78,4
Larespuestacorrectaeslab.
5.91. Se quiere eliminar el vapor de agua de un recipiente. Utilizando la siguienteinformación,¿cuálserálareaccióncorrespondientealmejorreactivodesecante?
a)Cu(s)+ (g)CuO(s)+ (g) =2·10 b)CO(g)+ (g) (g)+ (g) =100c)CO(g)+ (g)C(s)+ (g) =2·10 d)2 (aq)+ (aq) (g)+ (g) =10 e)GdOCl(s)+2HCl(g) (g)+ (s) =0,12
(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)
Escribiendo todos los equilibrios de forma que el H O sea un reactivo, la reacción queposeaelmayorvalordelaconstantedeequilibrioseráaquellaenlaqueestépresenteel mejor reactivo desecante, ya que la reacción se encuentra más desplazada hacia laderecha.
Elvalordelaconstantedeequilibriodelasreaccionesinversasenloscasosc),d)ye)son,respectivamente:
c)CO(g)+H (g)C(s)+H O(g) K =2·10
K '=1K=
1
2·10=5·10
d)SO (g)+H O(g)2H (aq)+SO (aq) K =10
K '=1K=
1
10=10
e)GdCl3(s)+H2O(g)GdOCl(s)+2HCl(g) K =0,12
K '=1K=
10,12
=8,3
Larespuestacorrectaeslad.
5.92.Elyodoesunsólidopocosolubleenagua,enlaqueoriginaunadisoluciónmarrón.Elsistema (s) (aq)estáenequilibrioyseañademásyodosólido.¿Quéocurrirá?:a)Ladisoluciónseteñirádemarrónmásoscuro.b)Ladisolucióntomarácolormarrónmásclaro.c)Notendráefectoenelequilibrio.d)Aumentarálaconcentraciónde (aq).
(O.Q.L.Murcia2004)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 324
SetratadeunequilibrioheterogéneoenelquelaexpresióndeK es:
K = I aq
La constante solo depende de la concentración de I (aq) por lo que si se mantieneconstante la temperatura este valor semantiene constante. Por estemotivo, al ser el I insoluble en agua la adicióndemás cantidadde esta sustanciano tieneningúnefectosobreelequilibrioylacantidadañadidasevaalfondodelvaso.
Larespuestacorrectaeslac.
5.93. El trióxido de azufre se utilizaindustrialmenteparaprepararácidosulfúrico.Se forma por la combinación de dióxido deazufreconunexcesodeaire.El puedeutilizarse como catalizadordelareacción:
2 (g)+ (g)2 (g)Elperfildeenergíaparaestareacciónapareceenlafiguraadjunta.
¿Cuálde las siguientesactuacionesmodificará el equilibrio en el sentidodeaumentar laformacióndetrióxidodeazufrealtiempoqueaumentelavelocidaddereacción?a)Disminuirelvolumendelvasodereacciónatemperaturaconstante.b)Incrementarlatemperaturadelvasodereacciónapresiónconstante.c)Disminuirlatemperaturadelvasodereacciónapresiónconstante.d)Incrementarlacantidaddepentaóxidodedivanadio.
(O.Q.L.Murcia2004)
Enlagráficaseobservaqueelcontenidoenergéticodelosproductosesmenorqueeldelosreactivos,loquieredecirquesetratadeunprocesoexotérmico.
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Lavelocidaddelareacciónvienedadaporlaexpresión:
r=k[SO [O
A su vez la constante de velocidad k aumenta con la temperatura según la ecuación deArrhenius:
k k exp ‐ERT
a) Verdadero. Si se disminuye el volumen a temperatura constante, se aumenta lapresióntotaldelrecipiente(leydeBoyle),deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebaje lapresión,esdecir,enelsentidoelquedisminuya el número demoléculas gaseosas presentes en el equilibrio. En este caso, elsistemasedesplazahacialaformaciónde .
Al disminuir el volumen aumenta la concentración de las especies reaccionantes y, portanto,aumentalavelocidaddelareacción.
b)Falso.Siaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemase desplaza en el sentido en el que se consuma el calor aportado y así descienda la
2SO2+O2
2SO3
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 325
temperatura.Comosetratadeunareacciónexotérmicaelequilibriosedesplazahacia laformacióndeSO .
c) Falso. Si disminuye la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistema se desplaza en el sentido en el que se produzca calor y así aumente latemperatura.Comosetratadeunareacciónexotérmicaelequilibriosedesplazahacia laformacióndeSO .
DeacuerdoconlaecuacióndeArrhenius,sidisminuyelatemperaturadisminuyeelvalordekyconellolavelocidaddelareacción.
d)Falso.LaadicióndemáscantidaddelcatalizadorV O noalteraelequilibrioyaqueuncatalizador disminuye por igual la energía de la activación de las reacciones directa einversa.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.94.Sealareacciónexotérmica(ΔH°<0)enequilibrio:
A(g)+2B(g)3C(g)dondeA,ByCsonsustanciasquesecomportancomogasesideales.Indiquecuáldelassiguientesactuacionesdesplazaráelequilibriohacialaderecha:a)Unadisminucióndepresiónatemperaturaconstante.b)Unadisminucióndelatemperaturadelsistema.c)Laadicióndeuncatalizador.d)LaadicióndeCalsistemaatemperaturaypresiónconstante.
(O.Q.L.Madrid2004)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a) Falso. Al disminuir la presión total del recipiente, de acuerdo con el principio de LeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquesubalapresióntotal,esdecir,enelsentido el que aumente el númerodemoléculas gaseosas presentes en el equilibrio. Eneste caso como existe el mismo número de moléculas gaseosas en cada parte de lareacciónelcambioenlapresiónnoproduceningúnefectosobreelsistemaenequilibrio.
b) Verdadero. Si se disminuye la temperatura, de acuerdo con el principio de LeChâtelierelsistemasedesplazaenelsentidoenelquesegenereelcaloreliminadoyasíaumente latemperatura.Al tratarsedeunprocesoexotérmico lareacciónsedesplazahacialaformacióndelosproductos(derecha).
c) Falso. Un catalizador disminuye la energía de activación tanto de la reacción directacomoinversa,portantoelequilibrionosemodifica.
d)Falso.SiseañadeC,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustancia,esdecir,hacialaformacióndelosreactivos(izquierda).
Larespuestacorrectaeslab.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 326
5.95.Considerelasiguientereacciónquímicaenequilibrio:
2 (g)+2 (g)4HCl(g)+ (g)Esteequilibriopuededesplazarsehacialaderechapor:a)Eliminaciónde (g)delamezcla.b)Adicióndemás (g)alamezcla.c)AdicióndeNe(g)alamezcla.d)Disminucióndelvolumendelamezcla.e)Aumentodelvolumendelamezcla.
(O.Q.N.Luarca2005)(O.Q.L.Asturias2008)(O.Q.L.Murcia2010)(O.Q.L.Asturias2011)(O.Q.L.CastillayLeón2012)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a) Falso. Si se elimina H O, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelqueseformeestasustancia.Lareacciónsedesplazahacialaizquierda.
b)Falso.SiseañadeO ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaen el sentido en el que se consuma esta sustancia. La reacción se desplaza hacia laizquierda.
c)Falso.SuponiendoqueelNe(uninerte)seañadealequilibrioavolumenconstante,elcambioproducidoesunaumentodelapresióntotaldelsistemaporlaadicióndelnuevocomponente, pero manteniéndose constantes las presiones parciales de las sustanciasimplicadasenelequilibrioporloqueelvalordelaconstanteKpnosealterayelequilibrionocambia.
d)Falso.Sisereduceelvolumendelrecipienteatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoyleaumentalapresiónenel interiordelrecipiente.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elequilibriosedesplazaenelsentidoeneldisminuyalapresión,esdecir,haciadondehayamenosmolesdegas,enestecasohacialaizquierda,formacióndeH OyCl .
e)Verdadero. Es la propuesta contraria al apartadod), siseaumentaelvolumen delrecipienteatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoylelapresiónenelinteriordel recipiente se reduce. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, el equilibrio sedesplazaenelsentidoenelaumentelapresión,esdecir,haciadondehayamásmolesdegas,enestecasohacialaderecha,formacióndeHCly .
Larespuestacorrectaeslae.
5.96.Paralasiguientereacción:
(g)2 (g) elvalorde =5,8·10 .Silaconcentracióninicialde (g)=0,040Mylaconcentracióninicialde (g)es0M,¿cuáleslaconcentracióndeequilibriode (g)?a)1,7·10 Mb)3,3·10 Mc)9,4·10 Md)1,2·10 Me)2,3·10 M
(O.Q.N.Luarca2005)(O.Q.L.Madrid2010)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 327
Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
N O NOcinicial 0,040 ctransformado x cformado 2xcequilibrio 0,040–x 2x
Laexpresióndelaconstantedeequilibrioes:
K =[NO2]
2N2O4
SustituyendoenlaexpresióndeK :
5,8 10 =2x
0,04xx=6,9 10 M
Elvalorde[N O ]enelequilibrioes:
N O = 0,046,9·10 3 M=3,3·10 2M
Larespuestacorrectaeslab.
(EnlacuestiónpropuestaenMadrid2010lacantidadinicialdeN O es0,50M).
5.97.Siseaumentalatemperatura,laconstantedelequilibrio:
(g)2 (g) ΔH=54,8kJ· .a)Nocambiaperoelequilibriosealcanzamásdeprisa.b)Nocambiaperoelequilibriosealcanzamásdespacio.c)Aumenta.d)Disminuye.
(O.Q.L.Murcia2005)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Siaumenta la temperatura, de acuerdo con el principio deLeChâtelier, el sistema sedesplaza en el sentido en el que se consuma el calor aportado y así descienda latemperatura.ComosetratadeunareacciónendotérmicaelequilibriosedesplazahacialaformacióndeNO conloquelacantidaddeestasustanciaenelequilibriosehacemayormientrasquelaN O sehacemenor.
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NO ]2N O
como[NO ]aumentay[N O ]disminuyeelvalorde aumenta.
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 328
5.98.Conrespectoalequilibrioquímicopuedeafirmarseque:a)Lafuncióndeuncatalizadoreslasustitucióndelmecanismodereacciónporotroconunaenergíadeactivaciónmásbaja.b)Lapresenciadeuncatalizadorhacemáspositivoelvalordelaconstantedeequilibrio,alaumentarlaconcentracióndelosproductosconrespectoaladelosreactivos.c)Lapresenciadeuncatalizadorenunareacciónreversibledesplazaelequilibriohacia laderecha.d)Loscatalizadoressolotienenefectoenlosequilibrioshomogéneos.
(O.Q.L.Murcia2005)
Comoseobservaen la figura, lamisióndeun catalizador disminuir por igual laenergía de la activación de las reaccionesdirecta e inversa. Por este motivo elequilibrio no se altera, simplemente sealcanzaenmenostiempo.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.99.Paraelsistemaenequilibrio:
2A(g)+B(g)2C(g) ΔH<0.a)Lavelocidaddereacciónserámayora1000°Cquea640°C.b)Silapresióntotaldelamezclaenequilibrioesde1atm,entonces = .c)Alaumentarlapresióntotalaumenta .d)Siseexpandeelsistema,atemperaturaconstante,sefavorecelaformacióndeC.
(O.Q.L.Murcia2005)
a)Verdadero.Lavelocidaddelareacciónvienedadaporlaexpresión:
Lavelocidaddelareacciónvienedadaporlaexpresión:
r=k[A [B
A su vez la constante de velocidad k aumenta con la temperatura según la ecuación deArrhenius:
k k exp ‐ERT
Portanto,siaumentalatemperaturaaumentalavelocidaddelareacción.
b)Falso.LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=2–3=‐1
En este caso,K ≠K ya queΔ ≠ 0. El que la presion de lamezcla sea 1 atmno tieneningunainfluenciaenlarelaciónentrelasconstantes.
c) Falso. De acuerdo con la ley del equilibrio químico, el valor de la constante K solocambiasicambialatemperatura,nocambiaalvariarlapresión.
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EE
Coordenada de reacciCoordenada de reaccióónn
EEAA (no catalizada)(no catalizada)EEAA (no catalizada)(no catalizada)
EEAA (catalizador)(catalizador)EEAA (catalizador)(catalizador)ReactivosReactivos
ProductosProductos
ReactivosReactivos
ProductosProductos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 329
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
d)Falso.Siseexpandeelsistemaatemperaturaconstante,disminuyelapresióntotaldelrecipiente(leydeBoyle),deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquesubalapresión,esdecir,enelsentidoelqueaumenteelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Enestecaso,el sistemasedesplazahacialosreactivos.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.100.Laconstantedeequilibrio( )deunareacciónsiempretienecomounidades:a)Moles/litro.b)Esadimensional.c)Lasmismasque .d)Nosepuedenprecisar,dependerádelasespeciesyestequiometríadelareacción.
(O.Q.L.Murcia2005)(O.Q.L.Asturias2006)
LasdimensionesdelaconstanteK dependendequeequilibrioseestudie.
Enelequilibrio:
N (g)+3H (g)2NH (g)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NH ]2
N [H ]3lasunidadesdelaconstantesonL2 mol 2
Enelequilibrio:
I (g)+H (g)2HI(g)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[HI]2H I
laconstanteesadimensional
Larespuestacorrectaeslad.
5.101.Lareacción:
2NO(g)+ (g)2 (g) ΔH=‐113,0kJtieneunaecuacióndevelocidadv=k[NO]2[ ].¿Cuáldelossiguientescambiosaumentaráelrendimientode ylavelocidad?a)Unaumentodelapresióntotalatemperaturaconstante.b)Unaumentodelatemperatura.c)Adicióndeuncatalizadoratemperaturaconstante.d)Unaumentodelvolumenatemperaturaconstante.
(O.Q.L.Asturias2005)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 330
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Falso.Siseaumentalapresiónatemperaturaconstante,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquedisminuyalapresión,esdecir,haciadondemenosmoléculasgaseosashaya,enestecasohacialaformacióndeNO porloqueaumentaelrendimientodeestasustancia.
Comolatemperaturapermanececonstantelaconstantedevelocidadnocambia.Además,como la reacción se desplaza hacia la formación de NO , los valores de [NO] y [O ]disminuyenporloquedisminuyelavelocidaddelareacción.
b) Falso. Si se aumenta la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistema se desplaza en el sentido en el que baje la temperatura y como se trata de unprocesoexotérmico,estossoloestánfavorecidosporundescensodelatemperatura.PorestemotivolacantidaddeNO disminuyeyconelloelrendimiento.
Comolatemperaturaaumentatambiénlohacelaconstantedevelocidad.Además,comolareacciónsedesplazahacialaformacióndeNOyO ,lasconcentracionesdeestasespeciesaumentanporloquetambiénaumentalavelocidaddelareacción.
c)Falso.LaadicióndeuncatalizadoraumentalavelocidaddelareaccióndirectaeinversaporloquenoseaumentaelrendimientoenNO .
d)Falso.Siseaumentaelvolumenatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoyledisminuyelapresión.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenel sentido en el que aumente la presión, es decir, hacia dondemásmoléculas gaseosashaya,enestecasohacialaformacióndeNOyO porloquedisminuyeelrendimientodeNO .
Comolatemperaturapermanececonstantelaconstantedevelocidadnocambia.Además,comolareacciónsedesplazahacialaformacióndeNOyO ,lasconcentracionesdeestasespeciesaumentanporloquetambiénaumentalavelocidaddelareacción.
Ningunadelasrespuestasescorrecta.
5.102.Enunareacciónenequilibrio:a)Loúnicoquepuedemodificarlasconcentracionesdeloscomponentesesuncambioenlatemperatura.b)Uncambioenlatemperaturanocambiaránuncalasconcentracionesdeloscomponentes.c)Uncambioenlapresiónbastaráparacambiarlasconcentracionesdeloscomponentes.d)Un cambio en la concentración de cualquiera de los componentes cambiará todas lasconcentraciones.
(O.Q.L.Asturias2005)
a‐b)Falso.Lasconcentracionesdeloscomponentesdeunamezclaenequilibriocambianademásdeconlatemperaturaconloscambiosenelnúmerodemoles,presiónyvolumen.
c) Falso.Un cambio en lapresiónnoproduceningún cambio en los equilibrios comoelsiguiente:
H (g)+Cl (g)2HCl(g)
enlosqueexisteelmismonúmerodemolesdegasenproductosyreactivos.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 331
d)Verdadero.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,uncambioenlaconcentracióndeunadelasespeciesdelequilibriohacequeelsistemasedesplaceenelsentidoopuestoloquehacecambiarlasconcentracionesdetodaslasespeciespresentes.
Larespuestacorrectaeslad.
5.103.Siparaelequilibrio:
2 (g)+ (g)2 (g)Se suponeque las concentraciones inicialesde todas lasespecies son2,0M, ¿cuálesde lossiguientesgruposdevaloresnosonposiblescomoconcentracióndeequilibrio?
a)1,8 1,9 2,2b)2,2 2,1 1,8c)2,4 2,4 1,6d)1,4 1,7 2,6
(O.Q.L.Asturias2005)
Suponiendo que la reacción transcurre hacia la derecha, la tabla de concentracionescorrespondientealequilibrioes:
Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
SO O SOcinicial 2 2 2ctransformado 2x x cformado 2x Xcequilibrio 2–2x 2– x 2+2x
a)Posible.Suponiendoquex=0,1Mlosvaloreselequilibrioson:
[SO ]=1,8M [O ]=1,9M [SO ]=2,2M
d)Posible.Suponiendoquex=0,3Mlosvaloreselequilibrioson:
[SO ]=1,4M [O ]=1,7M [SO ]=2,6M
Suponiendo que la reacción transcurre hacia la izquierda, la tabla de concentracionescorrespondientealequilibrioes:
SO O SOcinicial 2 2 2ctransformado 2xcformado 2x x cequilibrio 2+2x 2+x 2– 2x
b)Posible.Suponiendoquex=0,1Mlosvaloreselequilibrioson:
[SO ]=2,2M [O ]=2,1M [SO ]=1,8M
c) No posible. En este caso no se cumple la estequiometría para ninguno de los dossentidos ya que es imposible que partiendo de las mismas cantidades iniciales lascantidadesenelequilibriodeSO yO seaniguales.
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 332
5.104. ¿Cuál de los siguientes equilibrios se desplazará hacia la formación de reactivoscuandoaumentaelvolumendelareacción?a) (g)+3 (g)2 (g)b) (g)+ (g)2HI(g)c)2 (g)2 (g)+ (g)d)2 (g)3 (g)e) (g)+ (g)2HF(g)f)C(s)+ (g)2CO(g)g)CO(g)+ (g) (g)+NO(g)
(O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005)(O.Q.L.LaRioja2011)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si se aumenta el volumen a temperatura constante, de acuerdo con la ley de Boyledisminuyelapresión.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenel sentido en el que aumente la presión, es decir, hacia dondemásmoléculas gaseosashaya.
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseosos‐Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
a)Δν=2−4=‐2.Sedesplazahacialosreactivos.
b‐e‐g)Δν=2−2=0.Noafectaalequilibrio.
c‐d)Δν=3−2=1.Sedesplazahacialosproductos.
f)Δν=2−1=1.Sedesplazahacialosproductos.
Larespuestacorrectaeslaa.
(Lasdiferentespropuestasestánrepartidasenlastresolimpiadas).
5.105.Paralasiguientereacción:+ 2AB
el gráfico de concentración de las especiesimplicadasfrentealtiempoes:Elvalordelaconstantedeequilibrioes:a)1b)2c)4d)8
(O.Q.L.Madrid 2005)(O.Q.L.LaRioja2005)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[AB]2
A [B ]
Segúnelgráfico,losvaloresdelasconcentracionesdelasespeciesenelequilibrioson:
[AB]=2M [A ]=[B ]=1M
Sustituyendo:
Concentración/M
Tiempo
[A2 ]=[B2]
[AB]
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 333
K =2 2
1 2 =4
Larespuestacorrectaeslac.
5.106.Siladensidaddelgrafitoesaproximadamente2g· yladelfullereno1,5g· ,¿enquésentidodesplazaráelequilibriolaaplicacióndeunapresiónelevada?a)Hacialaformacióndegrafito.b)Hacialaformacióndefullereno.c)Nohaydesplazamiento.d)Seformancantidadesaproximadamenteigualesdeambasvariedadesalotrópicas.
(O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005)
Conesosvaloresde ladensidad, las sustanciaspropuestasnosecomportancomogasesideales por lo que no se les puede aplicar el principio de Le Châtelier sobre eldesplazamientodelequilibrio.
Larespuestacorrectaeslac.
5.107.Paralareacción:
(s)+2 (g)Sn(s)+2 (g)a 750°C la presión total del sistema es 32,0mmHg, siendo la presión parcial del agua23,7mmHg.Laconstantedeequilibrioparadichareacciónes:a) =7,30b) =5,25c) =3,80d) =8,15
(O.Q.L.CastillaLaMancha2005)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p 2
p 2
LapresiónparcialdeH es:
32,0mmHg–23,7mmHg=8,3mmHg
Sustituyendoseobtiene:
K =23,7mmHg
1atm760mmHg
2
8,3mmHg 1atm760mmHg
2 =8,15
Larespuestacorrectaeslad.
5.108.Paraelequilibriodedisociacióndelcomplejodecobreconamoníaco:
+4 Laafirmacióncorrectaes:a)Laadicióndemás destruyeelcomplejo.b)LaadicióndeCudesplazaelequilibriohacialaderecha.c)LaadicióndeKCldesplazaelequilibriohacialaizquierda.d)Alcalentar,paraeliminar ,elequilibriosedesplazahacialaderecha.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 334
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a) Falso. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, si se añade NH el equilibrio sedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaestasustancia,esdecir,sedesplazahacialaformacióndelcomplejo(izquierda).
b‐c) Falso. Las especies Cu y KCl no están presentes en el equilibrio por lo que no loafectan.
d)Verdadero.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,siseelimina elequilibriosedesplazaenelsentidoenelqueserepongaestasustancia,esdecir,sedesplazahacialaderechadeformaquesedestruyeelcomplejo.
Larespuestacorrectaeslad.
5.109.Paralareacciónquímica:
A(l)+B(l)C(g) ΔH<0Sepuedepuedeafirmar:a)Lareacciónquímicaesespontánea.b)Soloseráespontáneaatemperaturasbajas.c)Unaumentodelapresióndesplazaelequilibriohacialosproductos.d)Lareacciónquímicanoseveráalteradapormodificacionesdepresión.
(O.Q.L.CastillayLeón2005)
LaespontaneidaddeunprocesoserelacionaconelvalordedeΔG°.
ΔG°>0procesonoespontáneo
ΔG°<0procesoespontáneo
LaexpresiónquepermitecalcularelvalordeΔG°es:
ΔG°=ΔH° TΔS°
Comosetratadeunprocesoenelqueaumentaeldesorden,ΔS°>0,yaquenohaygasesen los reactivos y sí en los productos, se trata de una reacción que es espontánea acualquiertemperatura.
a)Verdadero.Segúnsehajustificado.
b)Falso.Segúnsehajustificado.
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
c‐d)Falso.Siaumentalapresión,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmero de moléculas gaseosas presentes en el equilibrio. Como solo existe gas en losproductossedesplazahacialosreactivos.
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 335
5.110.Unaumentodelapresiónenelrecipientedereacciónenelqueseestáproduciendo:
(g)+ (g)2HF(g)haráque:a)Latemperaturadisminuya.b)Elequilibriosedesplacehacialaderecha.c)Elequilibriosedesplacehacialaizquierda.d)Noseafectealequilibrio.
(O.Q.L.CastillayLeón2005)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p p
p 2
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
K =p y p y
p yHF2 K =
y y
yHF2
Portanto,siseaumentalapresiónelequilibrionoseafecta.
Larespuestacorrectaeslad.
5.111.Un recipiente cerrado contiene una cierta cantidad de líquido en equilibrio con suvapor.Sielvolumendelrecipientedisminuye,¿quésucedecuandoseestableceelequilibrio?a)Disminuyelatemperatura.b)Condensapartedelvapor.c)Aumentalapresión.d)Disminuyelapresión.e)Partedellíquidopasaalafasevapor.
(O.Q.N.Vigo2006)
Si la temperatura permanece constante, la presión de vapor del líquido tambiénpermanececonstanteyaqueéstasolodependedelatemperatura.
Deacuerdoconlaecuacióndeestadodelosgasesideales:
p=nRTV
para que p se mantenga constante, si V disminuye n debe disminuir, es decir debecondensarpartedelvapor.
Larespuestacorrectaeslab.
5.112.Seintroduceunaciertacantidadde 4 10(s)enunrecipientea400Kyseesperaaquesealcanceelequilibriodelasiguientereacción:
4 10(s) 4(g)+5 (g)Silapresióntotalesde1,86atm,elvalordela adichatemperaturaes:a)9,61·10 b)11,16 c)2,78 d)0,36 e)41,41
(O.Q.N.Vigo2006)
Cuesti
Setra
Deac
Deac
Susti
Lare
5.113laprea)Seb)Sec)Sed)Pa
Setra
Deac
Si seLeChH Osistem
Tamb
ionesyProble
atadeuneq
K p
cuerdoconl
p =5p
cuerdoconl
pt=p +
ituyendoen
K 5p6
espuestacor
3.Unrecipieesiónmanteeformarámáformarámásublimarápartedelagua
atadelequil
H O(s)
cuerdocone
“cualquiersistema,cacambioen
e aumentahâtelier,els(l)esmásdmasedesp
biénpuedev
masdelasOlim
quilibriohet
p 5
laestequiom
=5p
laleydeDal
p =6p
laexpresión
K
rrectaeslac
entecontieneeniendoconsáshielo.áslíquido.partedelhiealíquidapas
librio:
H O(l
elprincipio
r cambioenuausaundesplavariablem
la presiósistemaseddensaqueelazahacial
verseapart
mpiadasdeQu
terogéneoy
metríadela
ltondelasp
p=
ndeK :
K 5 0,31
c.
eenequilibrstantelatem
lo.saráavapor
l)
deLeChâte
unadelasvaplazamientomodificada”
n, disminudesplazaenelhieloelvolaformació
tirdeldiagra
uímica.Volume
laexpresión
reacción:
presionespa
pt6
atm 6 2,7
riohieloyagmperatura:
r.
elierquedice
ariablesqueodelequilibr”.
ye el volumelsentidoeolumenqueóndemáslí
amadefase
Enelaumesepas
Lares
en2.(S.Menar
ndeK es:
arciales:
p=1,86
6
77
gualíquida
(O.Q.L.
eque:
edeterminanrioenelsen
men, de acenelquedesocupaellíqíquido.
sdelagua:
puntoBcontarlapressaalpuntoB
spuestacorr
rgues&F.Latre
atm6
=0,31
a0°Cy1at
Murcia2006)
nelestadodtidoquetien
cuerdo consciendaelvquidoesme
existenH OiónatempeB’dondesol
rectaeslab.
e)
atm
tm.Siseaum
(O.Q.L.Madrid
deequilibriondeaopone
el principvolumen.Conor,portan
O(s)yH OeraturaconslohayH O(
.
336
menta
d2009)
deunerseal
io de moelnto,el
(l),alstante,(l).
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 337
5.114.Dadalasiguientereacción:
2 (g)+ (g)2 (g)larelaciónentrelasconstantesdeequilibrio y es:a) = b) = ½c) = d) = e) = f) =
(O.Q.L.Madrid2006)(O.Q.L.Cádiz2008)(O.Q.L.Murcia2012)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=2–3=‐1
Portanto:
K =K (RT)1obienK =K (RT)–1
Larespuestacorrectaeslac.
(EnMurcia2012eyfreemplazanabyd).
5.115Seintroduce (s)enunrecipientede1La25°Cysealcanzaelequilibriodelasiguientereacción:
(s) (g)+ (g) =1,6·10 .Laconcentraciónmolarenelequilibriode (g)es:a)1,3·10 Mb)3,2·10 Mc)1,3·10 Md)1,6·10 M
(O.Q.L.Madrid2006)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NH ][H S]
Deacuerdoconlaestequiometríadelareacción:
[NH ]=[H S]
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K NH
Elvalorde[NH ]enelequilibrioes:
NH = K = 1,6·10 =1,3· M
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 338
5.116Alaumentarlatemperatura,laconstantedeequilibriodeunareacciónexotérmica:a)Aumentab)Disminuyec)Nodependedelatemperatura.d)Aumentaenlasreaccionesexotérmicasydisminuyeenlasendotérmicas.
(O.Q.L.Madrid2006)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Paraelequilibrio:
A(g)B(g) ΔH<0
siseaumenta latemperatura,deacuerdoconelprincpiodeLeChâtelierelsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasíbajelatemperatura.Altratarsedeunprocesoexotérmico la reacciónsedesplazahacia la formaciónde losreactivos.
Laexpresióndelaconstantedeequilibrioes:
K=[B][A]
Si aumenta [A] y, por tanto, disminuye [B] el valor de la constante de equilibriodisminuye.
Larespuestacorrectaeslab.
(EstacuestiónessimilaralapropuestaenTarazona2003).
5.117.¿Cuáldelassiguientescaracterísticascorrespondeaunestadodeequilibrio?a)Paraquesealcanceelestadodeequilibrioquímicoelsistemadebesercerrado.b)Unverdaderoequilibrioquímicosolosealcanzapartiendodelosreactivosdelareacción.c) El equilibrio se caracteriza por la constancia de algunas propiedades como laconcentración,porloquesetratadeunsistemadecomposiciónconstante.d)Inclusodespuésdealcanzarseelequilibrioquímicocontinúanproduciéndoselasreccionesdirectaeinversaanivelmicroscópico.
(O.Q.L.Asturias2006)
a)Falso.Esacondiciónsoloesnecesariaparalosequilibriosenfasegaseosa.
b) Falso. El estado de equilibrio de un sistema puede alcanzarse tanto partiendo dereactivos,deproductosodeambos.
c) Falso. El estado de equilibrio de un sistema no se caracteriza porque se mantengaconstantelaconcentracióndelassustancias,sinoporelvalordelaconstantedeequilibrio.Esdecir,aunamismatemperatura,sepuedetenerelmismovalordelaconstanteKccondiferentesvaloresdelasconcentracionesdereactivosyproductos.
d)Verdadero. El estadode equilibrio se caracteriza por ser dinámico, es decir, que lasreaccionesdirectaeinversacontinúanunavezquesehaalcanzadoéste.
Larespuestacorrectaeslad.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 339
5.118.Dadoelequilibrioquímicorepresentadoporlasiguienteecuación:
(g)+3 (g)2 (g)Siunavezestablecidoelequilibrioseañadeunaciertacantidadde (g),sepuededecir,sinerror,queparaalcanzardenuevoelequilibrio:a)El sistemaevolucionarádisminuyendo lamasade (g)ypermaneciendoconstanteelrestodelosgases.b)Disminuirálamasade (g)yaumentarálade (g),permaneciendoconstantelade(g).
c)El (g)actuarádereactivolimitanteporloqueseconsumirácompletamente.d)Elsistemaevolucionará,peronosepuededecir,enprimeraaproximación,si lamasade
(g)aumentaráodisminuirá.(O.Q.L.Asturias2006)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Siseañade ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustancia.Seconsume yseforma .
Ningunarespuestaescorrecta.
5.119.Dadoelsiguienteequilibrio:
(s) (g)+HCl(g) ΔH>0señalacuáldelassiguientesafirmacionesrespectoalsistemaesfalsa:a) Aumentando la temperatura a presión constante el equilibrio se desplaza hacia laformacióndelosproductos.b)Añadiendomás 4 (s)elequilibriosedesplazahacialaformacióndelosproductos.c)Aumentando lapresióna temperaturaconstantedisminuye lacantidaddegasesque seencuentranenelequilibrio.d)Enelestadodeequilibrio,el 4 (s)seformaysedescomponeconlamismavelocidad.
(O.Q.L.Asturias2006)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero.Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendalatemperatura. Al tratarse de un proceso endotérmico la reacción se desplaza hacia laderecha,esdecirhacialaformacióndeproductos.
b)Falso.Setratadeunequilibrioheterogéneo,porloqueelNH4Cl(s)nointervieneenlaexpresióndelaconstanteK ,portanto,elequilibrionosemodifica.
c) Verdadero. Al aumentar la presión, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresióntotal,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.
d)Verdadero.Elestadodeequilibriodeunsistemasecaracterizaporquelasespeciesquelointegranseformanysedescomponenconlamismavelocidad.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 340
Larespuestacorrectaeslab.
5.120.Dadoelsistemarepresentadopor:
2NO(g)+ (g)2NOCl(g)únicamentesepuedeafirmarque:a)Esunsistemaenelquesecumpleque[NO]eq=[NOCl]eq.b)En esteproceso siempre sedebehacer reaccionar inicialmente eldoblede cantidaddeNO(g)quede 2(g).c)Secumplesiempre,deacuerdoconlaestequiometríadelareacción,quelarelaciónmolardelassustanciaspresentesenelequilibrioesNO: 2:NOCles2:1:2.d)Unavezalcanzadoelequilibrio,existeunarelaciónentrelasconcentracionesquesiempreesconstanteeindependientedelascantidadesinicialspuestasareaccionar.
(O.Q.L.Asturias2006)(O.Q.L.LaRioja2009)(O.Q.L.LaRioja2011)
a) Falso. Cuando el sistema se encuentra en equilibrio no tiene porqué cumplirse que[NO =[NOCl .
b) Falso. El equilibrio se alcanza independientemente de cuáles sean las cantidadesinicialesdeNOyCl .
c) Falso. La relación de especies en el equilibrio no tiene nada que ver con la relaciónmolardadaporlaestequiometriadelproceso.
d) Verdadero. Cuando se alcanza el equilibrio, se mantienen constantes lasconcentraciones de todas las especies implicadas en el equilibrio y estas sonindependientes de cuáles hayan sido las cantidades inciales que se hayan hechoreaccionar.
Larespuestacorrectaeslad.
5.121.Dadaslassiguientesecuaciones:
(g)+ (g)2HI(g)
½ (g)+½ (g)HI(g)
2HI(g) (g)+ (g) Secumpleque:a) = = b) = =1/ c) = ½= 1/ ½d) = 1/ ½=
(O.Q.L.Asturias2006)
La expresión de las constantes K , K y K para los equilibrios dados son,respectivamente:
K =[HI]2
H [I ]K =
[HI]
[H ]½[I ]½K =
H [I ]
[HI]2
Larelaciónentrelasdiferentesconstanteses:
=1 = ½ = ½
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 341
5.122.Laconstantedeequilibriodeunprocesosumadeotrosdosesigual:a)Alasumadesusconstantes.b)Alproductodesusconstantes.c)Aladiferenciadesusconstantes.
(O.Q.L.LaRioja2006)
Lasconstantesdeequilibrionosonaditivas.Cuandounprocesoeselresultadodelasumadeotrosdos,suconstantedeequilibrioeselproductodelasconstantesdelasreaccionessumadas.
Larespuestacorrectaeslab.
5.123.Lapresenciadeuncatalizadorenelequilibrio:
(g)+3 (g)2 (g) ΔH=‐22kcala)Lodesplazahacialaderecha.b)Noinfluye.c)Lodesplazahacialaizquierda.
(O.Q.L.LaRioja2006)
Un catalizador disminuye la energía de activación tanto de la reacción directa comoinversa,portantonoinfluyeenelequilibrio.
Larespuestacorrectaeslab.
5.124. Alcanzado un equilibrio, se añaden reactivos, sin variar la temperatura. ¿Qué lesucederáa ?a)Aumentaráb)Disminuirác)Novariará
(O.Q.L.LaRioja2006)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Siseinyectanreactivoselsistemaenelequilibrioatemperaturaconstanteelequilibriosedeplaza en el sentido en el que estos se consuman, es decir, hacia los productos. Noobstante,comolatemperaturanovaríalaconstantedeequilibrionocambia.
Larespuestacorrectaeslac.
5.125.Paraelprocesoatemperaturaambiente:
A(g)+B(g)C(g)a) = b) > c) <
(O.Q.L.LaRioja2006)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=2–1=1
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 342
Enestecasosecumpleque:
K =K RT >
Larespuestacorrectaeslab.
5.126.Unasustanciagaseosasedisociasegúnelequilibrio:
A(g)B(g)+C(g)
Enunaexperienciaseintroducen0,2molesdeAenunrecipientevacíode2Ldecapacidada300K.Cuandosehaalcanzadoelequilibriolapresióntotalesde4,3atm.Apartirdeestosdatos,laconstante adichatemperaturaes:a)5,46b)0,22c)0,74(Dato.R=0,082atm·L· · )
(O.Q.L.LaRioja2006)
Latablademolesdelareacciónes:
A B Cninicial 0,2 ntransformado x nformado x xnequilibrio 0,2–x x x
ntotal =(0,2–x)+x+x=(0,2+x)
Elvalordeptotal permite calcularx. :Considerandoque losgases se comportande formaidealseaplicalaecuacióndeestado:
0,2+x =4,3atm·2L
0,082atm·L·mol 1 K 1 100+273 Kx=0,15mol
Laspresionesparcialesenelequilibrioson:
pA=p0,2‐x0,2+x
=4,3atm0,2‐0,15 mol0,2+0,15 mol
=0,61atm
pB=pC=px
0,2+x=4,3atm
0,15mol0,2+0,15 mol
=1,84atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K pB pCpA
1,84 2
0,61 5,5
Larespuestacorrectaeslaa.
5.127.Paraunareacciónquímicadada,indiquequéafirmaciónesfalsa:a)Elvalordelaconstantedeequilibrioaunatemperaturadadaessiempreelmismo.b) Un aumento de presión desplaza siempre el equilibrio hacia la obtención de mayorcantidaddeproductos.c) Si la reacción es exotérmica y transcurre con aumento de entropía será siempreespontánea.d) Cuando un proceso tiene lugar a volumen constante el calor de reacción es igual a lavariacióndeenergíainternadelsistema..
(O.Q.L.CastillayLeón2006)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 343
a)Verdadero.Deacuerdoconlaleydelequilibrioquímicoexisteunvalordelaconstantedeequilibrioparacadatemperatura.
b)Falso.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Siaumentalapresión,esprecisoconocer laestequiometríade lareacciónyelestadodeagregacióndelasespeciesqueintervienenenlamismaparapoderpredecirelsentidoenelquesedesplazaelequilibrio.
c)Verdadero.LaespontaneidaddeunprocesoserelacionaconelvalordeΔG.
ΔG>0procesonoespontáneo
ΔG<0procesoespontáneo
LaexpresiónquepermitecalcularelvalordeΔGes:
ΔG=ΔH TΔS
Comosetratadeunprocesoexotérmico,ΔH<0,enelqueaumentaeldesorden,ΔS>0,setrata de una reacción en la que se cumple que ΔG < 0 que esespontáneaa cualquiertemperatura.
d) Verdadero. La variación de energía interna, ΔU, es el calor desprendido medido avolumenconstante.
Larespuestacorrectaeslab.
5.128.Enunrecipientede2Lseintroducen0,6molesdeunasustanciagaseosaA.Unavezalcanzado el equilibrio quedan 0,2 moles de A. La constante de equilibrio para lareacción:
A(g)2B(g)+C(g)a)0,16b)0,32c)1,28d)0,64
(O.Q.L.CastillayLeón2006)(O.Q.L.CastillayLeón2007)
Latablademolesdelareacciónes:
A B Cninicial 0,6 ntransformado x nformado 2x xnequilibrio 0,6–x 2x x
Enelequilibrio:
0,6–x=0,2 seobtiene x=0,4moles
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =B [C][A]
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 344
Sustituyendo
K =
2·0,42
0,42
0,22
=0,32
Larespuestacorrectaeslab.
5.129. Las energías libres estándar de formación de (g) y de (g) sonrespectivamente12,39 kcal/mol y23,59 kcal/mol. ¿Cuál es el valorde a25°Cpara elequilibrio:
(g)2 (g)?a)7,459b)0,134c)1,2·10 d)2,25e)2,3·10 (Datos.R=8,314J· · ;1cal=4,184J)
(O.Q.N.Córdoba2007)
La variación de energía de Gibbs asociada al proceso puede calcularse a partir de laexpresión:
ΔG°=Σ νi·GioproductosΣ νi·Gi
oreactivos
Sustituyendo:
ΔG°=2molNO12,39kcalmolNO
1molN O23,59kcalmolN O
=1,19kcal4,184kJ1kcal
=4,98kJ·mol
LaexpresiónquerelacionaK conΔG°es:
K exp‐ΔG°RT
Sustituyendo:
K exp‐4,98kJ mol
8,314·10 kJ mol K 25+273 K 0,134
Larespuestacorrectaeslab.
5.130.Enunmatrazserealizaelvacíoysellenaconmetanoa0°Cy1,00atm,alcalentara1000°Clapresiónseelevarápidamentea4,66atmperoseincrementadespuéshastallegara6,34atmdebidoaladisociación:
(g)C(s)+2(g).
¿Cuáleselvalorde paraelequilibrioanterior?a)1,68b)2,36c)3,79d)0,036e)2,2·10
(O.Q.N.Córdoba2007)
Latabladepresionesdelareacciónes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 345
CH Hpinicial 4,66 ptransformado p pformado 2ppequilibrio 4,66–p 2p
Elvalordepes:
p= 6,34–4,66 atm=1,68atm
Laspresionesparcialesenelequilibrioson:
p =4,66–pp = 4,66–1,68 atm=2,98atm
p =2pp =2 1,68atm =3,36atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K p 2
p
3,36 2
2,98 3,79
Larespuestacorrectaeslac.
5.131.Enunmatrazde2Lseponehidrógenocarbonatodesodiosólido,sepracticaelvacíoysecalientaa100°C.Aestatemperaturalapresióndelequilibrio:
2 (s) (s)+ (g)+ (g),esde0,962atm.Lamasade (s)quesehadescompuestoserá:a)0,231gb)0,031gc)2,67gd)4,36ge)5,28g
(Dato.R=0,082atm·L· · )(O.Q.N.Córdoba2007)
Deacuerdoconlaestequiometríadelareacción:
p =p =p
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
pt=p +p =2pp=pt2=0,962atm
2=0,481atm
Considerandoquelosgasessecomportandeformaidealseaplicalaecuacióndeestado:
n=p V
RT=
0,481atm·2L0,082atm·L·mol 1 K 1 100+273 K
=0,0315molCO
RelacionandoCO yNaHCO seobtienelamasadesólidoquesedescompone:
0,0315molCO2molNaHCO1molCO
84gNaHCO1molNaHCO
=5,28g
Larespuestacorrectaeslae.
Cuesti
5.132
Siseémboa)Aub)Elc)Eld)Ele)Au
SiseNH
Deac
a‐e)meno
b)Fa
c)Ve
d)Fa
Lare
5.133proce
a)15b)21c)84,d)10e)30
Setra
ionesyProble
2.Imaginem
inyectaaguolofijoylateumentarálaequilibrionequilibrioseequilibrioseumentarála
inyectaH Odisminuyey
cuerdocone
“cualquiersistema,cacambioen
Falso. Se coores.
also.Elequil
erdadero.S
also.Seform
espuestacor
3. La compoeso:C(s)+ (g
5,15%de y1,01%de y4,85%de y0,20%de y0,15%de y
atadeuneq
K =p
p
masdelasOlim
osunsistem
uaconlajeriemperaturaconcentracioseafecta.edesplazahedesplazahconcentraci
Oenelsisteyelequilibr
elprincipio
r cambioenuausaundesplavariablem
onsumenH
librioserom
eformaNH
maNH .
rrectaeslac
osición volu
(g)
y84,85%dey78,99%dey15,15%dey89,80%dey69,85%de
quilibriohet
mpiadasdeQu
magaseosoe
inguillaJ(elconstante.ióndehidróg
acialaformacialadescoióndenitróg
ma,elNH ioserompe
deLeChâte
unadelasvaplazamientomodificada”
y N para
mpealdisolv
.
c.
métrica de
(g) (
e e e e
terogéneoy
uímica.Volume
enequilibrio
lamoníaco
geno.
macióndeamomposicióngeno.
sedisuelvee.
elierquedice
ariablesqueodelequilibr”.
a formarNH
verseelNH
lamezcla
=5,60)a
laexpresión
en2.(S.Menar
comoeldel
esmuysolub
moníaco.deamoníaco
(O.Q.N.C
enéstacon
eque:
edeterminanrioenelsen
H por lo su
enagua.
gaseosa qu
1000°Ces:
ndelaconst
rgues&F.Latre
lafigura.
bleenagua)
o.
Córdoba2007)
loquelapr
nelestadodtidoquetien
us concentra
e se obtiene
(O
tanteK es:
e)
),mantenien
)(O.Q.L.Galicia
resiónparci
deequilibriondeaopone
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e en el sigu
(O.Q.N.Córdoba
:
346
ndoel
a2010)
ialdel
deunerseal
hacen
uiente
a2007)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 347
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
p =p·y p =p·y
Portratarsedeunamezclabinaria:
y +y =1y =1y
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K =p·y
p 1y
5,60=y
1yy =0,8485
La composición de la mezcla expresada en porcentaje en moles es 84,85% de y15,15%de .
Larespuestacorrectaeslaa.
5.134.Dadaslasconstantesdeequilibriodelassiguientesreacciones:
(g)+½ (g) (g)
(g)+ (g)2NO(g) ¿Cuálserálaconstantedeequilibrioparaelproceso?
(g)+½ (g)2NO(g)a)K= + b)K= − c)K= / d)K=
(O.Q.L.Murcia2007)
LaexpresióndelasconstantesK yK paralosequilibriosdadosson:
K =[N ON [O ½K =
[NO 2
N O
LaexpresióndelasconstanteKparaelequilibriosolicitadoes:
K=[NO 2
[N O [O ½
Despejando[N ]delasexpresionesdeK yK2eigualando:
N =[N O
K [O ½
N =[NO 2
K O
[N O
K [O ½ =[NO 2
K O
Simplificandoyordenandoseobtiene:
K=[NO 2
[N O [O ½ =
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 348
Larespuestacorrectaeslac.
5.135.Lasformacionesdeestalactitasyestalagmitassondepósitosde queseoriginanapartirdebicarbonatodecalcio, ,disueltoenaguaquesefiltraatravésdelasgrietasdelterreno.Elequilibrioqueseestableceentreestasdossustanciases:
(aq) (s)+ (g)+ (l)deacuerdoconesteequilibrio, lasmejorescondicionespara la formacióndeestalactitasyestalagmitassepresentancuando:a)Seevapora ,peronosedesprende .b)Cristalizael .c)Sedesprende ,peronoseevapora .d)Sedesprende yseevapora simultáneamente.
(O.Q.L.Murcia2007)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Para que se favorezca el depósito de CaCO es preciso que el equilibrio se encuentredesplazadohacialaderecha,esdecir,quesedesprendaCO yseevaporeH O.
Larespuestacorrectaeslac.
5.136.ElpHdelasangreescrítico.SielpHcaepordebajode7,4resultaloquesedenominacomoacidosis.ElpHdelasangresemantienecomoconsecuenciadelsiguienteequilibrio:
(g)+ (l) (aq)+ (aq)portantosepuedereducirlaacidosis:a) Introduciendo agua en la sangre desde las células para desplazar el equilibrio a laderecha.b)Adicionandounaenzimaquecataliceestareacción.c)IntroduciendoclorurodesodioenlasangreparacambiarelpH.d)Forzandounarespiraciónintensaparareducirlosnivelesde ensangre.
(O.Q.L.Murcia2007)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
ParareducirelcontenidodeH+enlasangreyasíaumentarelpHesprecisodesplazarelequilibriohacialaizquierda.SiseeliminaCO delasangre,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenesesentidoparareponerelCO eliminado.
Larespuestacorrectaeslad.
5.137.Sielequilibrio:
2ICl(g) (g)+ (g)
tienedeconstante4,8·10 a25°C,esoindicaqueenlasituacióndeequilibrio:a)Haymuchomenos y queICl.b)HabráeldobledeIClquede .c)LaspresionesdeICl, y seránlasmismas.d)Habrámuchomás y queICl.
(O.Q.L.Murcia2007)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 349
Laexpresióndelaconstantedeequilibriodelareacciónes:
K =I2 Cl2ICl
ElqueelvalordeK =4,8·10 quieredecirque[I2][Cl2]<< .
Larespuestacorrectaeslaa.
5.138.Consideralareacciónenequilibrioa1000°C:
2CO(g)+ (g)2 (g) ΔH=‐566kJ¿Cuáldelassiguientesmodificacionesconduciráaunaumentodelaconcentraciónde ?a)Undescensodelvolumentotal.b)Unincrementodelatemperatura.c)Laadicióndeuncatalizador.d)UnadisminucióndelapresiónparcialdelCO(g).
(O.Q.L.Murcia2007)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero. Al disminuir el volumen total del recipiente a temperatura constante,según la leydeBoyle aumenta lapresióndel sistema.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresióntotal,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Enestecasocomohaymenornúmerodemoléculasgaseosasaladerechadelaecuación,elsistemasedesplazahacialaformaciónde .
b) Falso. Si se aumenta la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendalatemperatura. Al tratarse de un proceso exotérmico la reacción se desplaza hacia laizquierda,esdecirhacialaformacióndeCOyO .
c) Falso. Un catalizador disminuye la energía de activación tanto de la reacción directacomoinversa,portantoelequilibrionosemodifica.
d)Falso.SidisminuyelapresiónparcialdelCO,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,el sistema se desplaza en el sentido en el que aumente dicha presión, es decir, hacia laformacióndeCO.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.139.Sielvalorde para lareacciónA Bes2,ysemezclan2molesdeAcon2molesdeB,paraalcanzarelequilibrio:a)AumentaráelnúmerodemolesdeA.b)AumentaráelnúmerodemolesdeB.c)AumentarátantoelnúmerodemolesdeAcomodeBd)Nopasaránada,porqueyaseestáenlasituacióndeequilibrio
(O.Q.L.Murcia2007)
Laexpresióndelaconstantedeequilibriodelareacciónes:
K =BA=2
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 350
ElvalordeK =2ysepartedelosmismosmolesdeAyB,entoncesQ =1,ycomoK >Q paraquesealcanceelequilibrioelsistemadebedesplazarsehacialaformacióndeB,portanto,enelequilibrioaumentaelnúmerodemolesdeBydisminuyeelnúmerodemolesdeA.
LarespuestacorrectaeslaB.
5.140.¿Encuálde lassiguientesreaccionesunaumentodevolumenconduceaunaumentodelaformacióndelosproductos?a) (s) (g)+ (g)b)2 (g) (g)c) (g)+ (g)2HI(g)d)2 (g)+ (g)2 (g)
(O.Q.L.Madrid2007)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si seaumentael volumendel recipientea temperatura constante, según la leydeBoyle,disminuyelapresión.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquesubalapresión,esdecir,enelsentidoelqueaumenteelnúmerodemoléculas gaseosas presentes en el equilibrio. Esto ocurre en las reacciones en las queΔν>0,donde:
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseosos‐Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
a)Δν=2−0=2.Sedesplazahacialosproductos.
b)Δν=1−2=‐1.Sedesplazahacialosreactivos.
c)Δν=2−2=0Noafectaalequilibrio.
d)Δν=2−3=‐1.Sedesplazahacialosreactivos.
Larespuestacorrectaeslaa.
(CuestiónsimilaralapropuestaenMadrid2005).
5.141.Consideralosdosequilibriosgaseososa25C:(g)+½ (g) (g)
2 (g)2 (g)+ (g) ¿Cuáldelassiguientesrelacionesesverdadera?a) = b) = 1/ c) = d) =1/
(O.Q.L.CastillayLeón2007)(O.Q.L.Asturias2011)
LaexpresióndelaconstanteK paraambosequilibrioses:
K =p
p pK =
p (p )
p
Larelaciónexistenteentreambasconstanteses:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 351
=
Larespuestacorrectaeslab.
5.142.Enlareacciónenfasegaseosa
+3 2 (ΔH°<0)¿Cuáldelassiguientesaccionesdesplazaráelequilibriohacialaformacióndelproductodereacción?a)Elaumentodelapresiónatemperaturaconstante.b)Laadicióndeuncatalizador.c)Elaumentodelatemperaturadelsistema.d)Laadiciónde atemperaturaypresiónconstante.
(O.Q.L.CastillayLeón2007)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero.Alaumentarlapresióndelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, el sistema sedesplaza en el sentido en el que baje la presión, es decir, en elsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Enestecasohacialaformacióndelproducto .
b) Falso. Un catalizador disminuye la energía de activación tanto de la reacción directacomoinversa,portantoelequilibrionosemodifica.
c) Falso. Si se aumenta la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier elsistema se desplaza en el sentido en el que se consuma el calor aportado y así baje latemperatura. Al tratarse de un proceso exotérmico la reacción se desplaza hacia laformacióndelosreactivos.
d) Falso. Si se añade NH , de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustancia,esdecir,hacialaformacióndelosreactivos.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.143. Indica cuál de los siguientes cambios no afecta a la descomposición térmica del.
a)Laelevacióndelatemperatura.b)Ladisminucióndelapresión.c)Lavariacióndelaconcentraciónde .d)Unaumentodelacantidadinicialdesustancia.
(O.Q.L.CastillayLeón2007)
LaecuaciónquímicacorrespondientealadescomposicióntérmicadelCaCO es:
CaCO (s)CaO(s)+CO (g)
Laconstantedeequilibriocorrespondientees:
K =[CO ]
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 352
a)Falso.Deacuerdocon la leydel equilibrioquímico, todos losequilibrios sealteranalmodificarlatemperatura,yaquelaconstantedeequilibriodependedelatemperatura.
b)Falso.Aldisminuirlapresióndelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquesubalapresión,esdecir,enelsentidoelqueaumenteelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.EnestecasohacialaformacióndeCaCO .
c)Falso.Sisecambia[CO ],cambialaconstantedeequilibrioyelsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseanuleelcambio.
d)Verdadero. Si se aumenta la cantidad inicialde , no cambia el valor de laconstantedeequilibrioyelsistemapermaneceinalterado.
Larespuestacorrectaeslad.
5.144.Alaumentarlapresión,elequilibrio:
3Fe(s)+4 (g) (s)+4 (g)sedesplaza:a)Hacialaderecha.b)Hacialaizquierda.c)Noinfluyelapresión.d)DependedelacantidadinicialdeFe(s).
(O.Q.L.LaRioja2007)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =p
p =
p y
p y=
y
y
Estetipodeequilibriosenlosqueexisteelmismonúmerodemolesdegasenproductosqueenreactivosnoestáafectadoniporvariacionesdepresiónnidevolumen.
Larespuestacorrectaeslac.
(CuestiónmuyparecidaalapropuestaenNavacerrada1996).
5.145.Paraelequilibrio:
2 (s) (s)+ (g)+ (g)adeterminadatemperatura,secumpleque:a) = b) = c) =4 d) =
(O.Q.L.LaRioja2007)(O.Q.L.LaRioja2008)(O.Q.L.CastillayLeón2012)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=2–0=2
Portanto:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 353
Kc=Kp(RT)–2obienKp=Kc(RT)
2
Larespuestacorrectaeslab.
5.146.Enelsistemaenequilibrio:
AB(s)A(g)+B(g)SisedoblalaconcentracióndeA,laconcentracióndeBenelequilibrioessiempre:a)¼desuvalororiginal.b)⅓desuvalororiginal.c)½desuvalororiginal.d)Unvalordistintodelosanteriores.
(O.Q.L.Asturias2007)
Laconstantedeequilibriocorrespondientees:
K =[A][B]
Sielnuevovalorde[A]es:
A =2[A0]
paraquesemantengaelvalordeK esprecisoque:
B =[B0]2
Larespuestacorrectaeslac.
5.147.¿Quéseverificaparalareacción:
(g)2Br(g)
con =4·10 a250°C y =3·10 a1500°C, si se empieza con1molde enunrecipientede1L?a)Sisealcanzaelequilibrioa250°Chabrácantidadesigualesde yBr.b)Sisealcanzaelequilibrioa250°ChabráfundamentalmenteátomosdeBr.c)Sisealcanzaelequilibrioa1500°Chabrácasiexclusivamente .d)Sisealcanzaelequilibrioa1500°Chabrácantidadesapreciablesde yBr.
(O.Q.L.Asturias2007)
a‐b)Falso.Comolaconstantedeequilibrioa250°CesmuypequeñaquieredecirqueenelequilibrioexistirácasitodoBr .
c)Verdadero.Resolviendoelequilibrioplanteadocuandoseintroduce1moldeBr enunrecipientede1L:
K =Br[Br ]
3·10 =2x1‐x
x=0,027molBr 1‐x =0,973molBr
LocualquieredecirqueenelequilibrioexistirácasitodoBr .
d)Falso.Comosehavistoenelapartadoanterior,lacantidaddeBresmuchomenorqueladeBr .
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 354
5.148. La siguiente afirmación: “la constante de equilibrio de una reacción exotérmicadisminuyecuandoaumentalatemperatura”.a)Esciertasoloparareaccionesespontáneas.b)Esciertasiempre.c)Esciertasoloparareaccionesnoespontáneas.d)Esciertasoloparareaccionesenfasegaseosa.
(O.Q.L.Asturias2007)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,siseaumentalatemperaturaenunareacciónexotérmica,elsistemasedesplazahacialosreactivosparaquedeesaformaseconsumacaloryasídesciendalatemperatura.
Comolaconstantedeequilibrio
K =[productos][reactivos]
Si[reactivos]aumentay[productos]disminuye,elvalordeK disminuye.
Larespuestacorrectaeslab.
5.149.Parasiguientereacción:
2 (g)+2 (g)2 (g)+3S(s)larelaciónentrelasconstantes y es:a) = b) = c) = d) =
(O.Q.L.Madrid2008)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=2–3=‐1
Sustituyendo:
=
Larespuestacorrectaeslad.
5.150.SabiendoquelavariacióndeenergíadeGibbsestándardeformación, °,delHI(g)es1,70kJ· ,laconstantedeequilibrioparaladisociacióndelHI(g)ensuselementosa298Kserá:a)0,205b)0,502c)0,686d)1,99
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.L.Madrid2008)
LarelaciónentrelaconstantedeequilibrioK ylavariacióndeenergíadeGibbsΔGvienedadaporlaexpresión:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 355
K =exp ‐ΔG°/RT
Sustituyendo:
K exp ‐1,70
8,314·10 2980,504
ObtenidoelvalordeK delareaccióndeformacióndelHI(g),elvalordelaconstanteparalareaccióndedisociacióndelHI(g)seráelinverso:
K 1
0,504 1,99
Larespuestacorrectaeslad.
5.151.Sabiendoquelasconstantesdeequilibriodelassiguientesreaccionesson y
2NO(g) (g)+ (g)
2NO(g)+ (g)2NOBr(g) LaconstantedeequilibrioparalaformacióndeunmoldeNOBr(g)apartirdesuselementosenestadogaseososepuedeexpresarpora) − b) / c) + d) /
(O.Q.L.Madrid2008)
LareaccióncorrespondientealaformacióndelNOBr(g)apartirdesuselementoses:
12N (g)+
12O (g)+
12Br (g)NOBr(g)
LaexpresióndelaconstanteK delareacciónproblemaes:
K =pNOBr
p ½ p ½ p ½
Lasexpresionesdelasconstantesdeequilibriodelasreaccionesdadasson:
K =p ·p
pNOK =
pNOBr pNO p
Comoseobserva,elvalordepNOnoapareceenlaexpresióndelaK acalcular,portantodespejandodichovalorenlasexpresionesanterioreseigualandoseobtiene:
pNO =p ·p
K
pNO =pNOBrK p
K2K1=
pNOBrp ·p ·p
SacandoraízcuadradaseobtieneelvalordelaconstanteK :
K =pNOBr
p ½ p ½ p ½
K2K1
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 356
Comoseobserva,larespuestaobtenidanocoincideconningunadelaspropuestas.
5.152.Lasiguientereacciónseutilizaenalgunosdispositivosparalaobtenciónde :
4 (s)+2 (g)2 (s)+3 (g) =28,5a25°C
Se añade una cierta cantidad de (g) y (s) a unmatraz en el que se ha hechopreviamenteelvacíoysedejaqueseestablezcaelequilibrio.Silapresiónparcialdel enelequilibrioes0,050atm,lapresiónparcialdel es:a)0,74atmb)0,41atmc)0,37atmd)1,2atm
(O.Q.L.Madrid2008)(O.Q.L.Asturias2011)
LaexpresióndelaconstanteK delareacciónes:
K =p
p
Sustituyendo:
28,5=p
0,05 p =0,41atm
Larespuestacorrectaeslab.
5.153.Paralareacción:
(s)+2 (g)2 (g)+Sn(l)con a900Kes1,5ya1100Kes10.Paraconseguirunareducciónmáseficientedel (s)deberánemplearse:a)Temperaturaselevadas.b)Altaspresiones.c)Temperaturasbajas.d)Bajaspresiones.
(O.Q.L.Asturias2008)(O.Q.L.Cádiz2009)
a)yc)Paradeterminarsilareacciónesexotérmicaoendotérmicaapartirdelvalordelaconstantedeequilibrio,seaplicalaecuacióndevan’tHoffquerelacionadichasconstantesdeequilibrioconlatemperatura:
lnK
K
ΔH°R
1T1
1T2
ΔH° RlnKK
1T1 1T2
Enestecasolaconstantedeequilibrioaumentaalaumentarlatemperatura.Portantosecumpleque:
Si
T2>T11T1
1T2
>0
K >K lnK
K>0
ΔH°=R(>0)(>0)
>0
Comoseobserva,tantoelnumeradorcomoeldenominadortienenelmismosigno,porlotanto,ΔH°>0,procesoendotérmico.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 357
Si seaumenta la temperatura, de acuerdo con el principio deLeChâtelier, el sistemaevolucionará de forma que se produzca un descenso de la temperatura, es decir en elsentidoenelqueseconsumacalor.Altratarsedeunareacciónendotérmica(seabsorbecalor),elsistemasedesplazahacialaformacióndeSn(l).
Propuestaa):esverdaderoquelastemperaturaselevadasconsiganunareducciónmáseficientedelSnO .
Propuestac):esfalsoquelastemperaturasbajasconsiganunareducciónmáseficientedelSnO .
b)yd)Teniendoencuentaquesetratadeunequilibrioheterogéneo, laexpresiónde laconstantedeequilibrio,K ,es:
K =p
p =
p y
p y=
y
y
Comoseobserva,laconstante nodependedelvalordelapresión.
LaexpresiónquerelacionaK yK :
K =K RT
donde:
ν=coef.esteq.productosgaseosos–coef.esteq.reactivosgaseosos
DesdeelpuntodevistadelprincipiodeLeChâtelier,enestecasosetienequeν=0, loquequieredecirquesetratadeunequilibrioenelquenoafectanlasvariacionesdelapresiónydevolumen.
Propuestab):esfalsoquelaspresioneselevadasconsiganunareducciónmáseficientedelSnO .
Propuestad):esfalsoquelaspresionesbajasconsiganunareducciónmáseficientedelSnO .
Larespuestacorrectaeslaa.
5.154.Eldióxidodeazufre, reacciona con eloxígeno y forma trióxidodeazufre, según lareacción:
(g)+½ (g) (g) ΔH=‐98,9kJ¿Cuálesdelassiguientesafirmacionessonciertas?
1.Aldisminuirlapresiónseelevarálaconcentraciónde .2.Elrendimientodeesteprocesodisminuyealelevarlatemperatura.3.Paraaumentarlaconcentraciónde setienequeefectuarlareacciónenpresenciadeuncatalizador.4.Sisedejaexpandirlamezclaenequilibrio,disminuirálaconcentraciónde enelmedio.
a)1y4.b)2y3.c)2y4.d)1y2.
(O.Q.L.Asturias2008)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 358
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
1.Falso.Aldisminuirlapresión,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplaza en el sentido en el que aumente la presión, es decir, en el sentido en el queaumenteelnúmerodemoléculasgaseosasenelequilibrio.Como todas lasespecies songaseosasyhaymásgasenlosreactivos,elsistemasedesplazaenesesentidoporloquenoaumentalaconcentracióndeSO .
2.Verdadero. Al elevar la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelatemperaturagastandoelcaloraportado.Comosetratadeunprocesoexotérmicoelsistemasedesplazahacialaformacióndelosreactivosconloquedisminuyeelrendimientodelproceso.
3.Falso.LaadicióndeuncatalizadoraumentalavelocidaddelareaccióndirectaeinversaporloquenoaumentalaconcentracióndeSO .
4.Verdadero.Sielsistemaseexpandeatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoyle disminuye la presión. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplaza en el sentido en el que aumente la presión, es decir, en el sentido en el queaumenteelnúmerodemoléculasgaseosasenelequilibrio.Como todas lasespecies songaseosasyhaymásgasenlosreactivos,elsistemasedesplazaenesesentidoporloquedisminuyelaconcentracióndeSO .
Larespuestacorrectaeslac.
5.155.Alcanzadounequilibrioquímico,seañadenreactivos,sinvariarlatemperatura.¿Quélesucederáa ?a)Aumentaráb)Disminuirác)Novariarád)Dependerádelacantidaddereactivosañadidos.
(O.Q.L.Asturias2008)
Unavezqueunsistemaalcanzaelequilibriolatemperaturasemantieneconstante.
Si se añaden reactivos sin variar la temperatura, de acuerdo con el principio deLe Châtelier, el sistema se desplaza hacia la formación de productos para consumir losreactivosañadidosperomanteniendoelvalordelaconstantedeequilibrioK .
Larespuestacorrectaeslac.
5.156.Lasiguientereaccióntranscurrea150°C:
(g)2 (g) con =3,20¿Cuáldebeserelvolumendelavasijaenlaqueserealizaparaqueesténenequilibriounmolde condosmolesde ?a)1,60Lb)1,25Lc)0,80Ld)0,625L
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008)
LaexpresióndelaconstanteK delareacciónes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 359
K =[NO ]2
[N O ]=
nV
2
nV
=n
n ·V
Sustituyendo:
3,2=2 2
1·VV=1,25L
Larespuestacorrectaeslab.
5.157.Suponiendoquesealcanzaelequilibriodelproceso:
2CO(g)+ (g)2 (g) ΔH=‐567kJ¿Cómosepodríaobtenerunmayorrendimientode ?a)Bajandolatemperaturaylapresión.b)Elevandolatemperaturaylapresión.c)Elevandolatemperaturaybajandolapresión.d)Bajandolatemperaturayelevandolapresión.
(O.Q.L.CastillayLeón2008)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si se baja la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistemaevolucionará de forma que se produzca un aumento de la temperatura, es decir en elsentidoenelqueseproduzcacalor.Altratarsedeunareacciónexotérmica(sedesprendecalor),elsistemasedesplazahacialaformaciónde (g).
Si se aumenta la presión, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoenelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosasenelequilibrio.Comotodaslasespeciessongaseosasyhaymenosgasenlosproductos,elsistemasedesplazahacialaformaciónde (g).
Larespuestacorrectaeslad.
5.158.Considerandolareaccióndeequilibrio:
CO(g)+2 (g) (g)Sisecomprimeelsistemahastaunvolumenmenor,elequilibriosedesplazará:a)Hacialaderecha.b)Hacialaizquierda.c)Noinfluye.d)Dependedelapresióntotal.
(O.Q.L.LaRioja2008)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si se aumenta la presión, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoenelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosasenelequilibrio.Comotodaslasespeciessongaseosasy
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 360
haymenosgasenlosproductos,elsistemasedesplazahacialaformaciónde (g),esdecir,hacialaderecha.
Larespuestacorrectaeslaa.
5.159.Considerandoelequilibrio:
(g)+ (g)2HCl(g)¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesválida?a)Cuandolareacciónalcanzaelequilibrio,noseproduceningunareacciónmás.b)A cualquier temperatura, cuando se establece el equilibrio, el número demoles de losreactivosesigualqueelnúmerodemolesdelosproductos.c) Cuando se establece el equilibrio, la concentración de cada sustancia en el sistema esconstanteconeltiempo.d)Cuandoseestableceelequilibrio,lavelocidaddereacciónescero.
(O.Q.L.LaRioja2008)
a‐d) Falso. El equilibrio es cinético, lo cual quiere decir que la reacción transcurre enambossentidosconlamismavelocidad.
b)Falso.Cuandosealcanzaelequilibrio,elnúmerodemolesdelasdiferentesespeciesnotieneporquéserelmismo.
c) Verdadero. Cuando se alcanza el equilibrio, el número de moles de las diferentesespecies semantieneconstante conel tiempoy su relaciónproporciona la constantedeequilibrioK :
K =[HCl]2
[H2][Cl2]
Larespuestacorrectaeslac.
5.160.¿Encuáldelassiguientesreaccionesunaumentodevolumendereacciónfavorecelaformacióndeproductos?a)2NO(g)+ (g)2 (g)b) (g)+4 (g) (g)+2 (g)c)CO(g)+ (g) (g)+ (g)d)4 (g)+5 (g)4NO(g)+6 (g)e) (g)+½ (g) (g)
(O.Q.N.Ávila2009)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si seaumentael volumendel recipientea temperatura constante, según la leydeBoyle,disminuyelapresión.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquesubalapresión,esdecir,enelsentidoelqueaumenteelnúmerodemoléculas gaseosas presentes en el equilibrio. Esto ocurre en las reacciones en las queΔν>0,donde:
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseosos‐Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
a)Δν=2−3=‐1.Sedesplazahacialosreactivos
b)Δν=3−5=‐2.Sedesplazahacialosreactivos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 361
c)Δν=2−2=0.Noafectaalequilibrio
d)Δν=10−9=1.Sedesplazahacialosproductos
e)Δν=1–1,5=‐0,5.Sedesplazahacialosreactivos
Larespuestacorrectaeslad.
(CuestiónsimilaralapropuestaenMadrid2007).
5.161.Paralasiguientereacción
(s) (g)+ (g)¿Cuáleselefectodelaadiciónde (s)sobrelaposicióndeequilibrio?a)Lareacciónsedesplazahacialaderecha.b)Lareacciónsedesplazahacialaizquierda.c)Nohayningúncambio.d)ElvalordeKpaumenta.e)Senecesitandatostermodinámicosdelareacción.
(O.Q.N.Ávila2009)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =p ·p
Comoseobserva,laespecieNH HSnoapareceenlaexpresióndelaconstanteportratarsedeunasustanciasólida.Estoquieredecirquelaadicióndeestasustanciaalequilibrionoproduceningúncambioenelmismo.
Larespuestacorrectaeslac.
5.162.Sepreparaunadisolucióncon[ ]=[ ]=0,050My[ ]=0,150M.Sabiendoquelaconstantedeequilibrioparalasiguientereacciónes =2,98
+ Ag(s)+ Sepuedeafirmarque:a)Seproduciráunareaccióndeizquierdaaderecha.b)Seproduciráunareaccióndederechaaizquierda.c)Lareacciónseencuentraenequilibrio.d)Nosepuedepredecirelsentidodelareacción.e)Estosreactivosnopuedenreaccionar.
(O.Q.N.Ávila2009)
ElvalordeQ secalculaconlasconcentracionesantesdealcanzarseelequilibrio:
Q =[Fe ]
[Ag ][Fe ]=
0,1500,050 2 =60
Comoseobserva,Q >K ,yparaquesealcanceelequilibrioQ debehacersemenorhastaigualarseaK .Paraellodebedisminuirelnumeradoryaumentareldenominador,porloque la reacción tiene lugar de derecha a izquierda, suponiendo que existe cantidadsuficientedeAg(s).
Larespuestacorrectaeslab.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 362
5.163.Laconstantedeequilibrio, ,paralasiguientereacciónes56a900K:
(g)+½ (g) (g)Elvalorde alamismatemperaturaparalareacción
2 (g)2 (g)+ (g) es:
a)1,79·10 b)3,19·10 c)7,16·10 d)8,93·10 e)3,14·10
(O.Q.N.Ávila2009)
LaexpresióndelaconstanteK paraelequilibriocuyaconstanteesconocidaes:
K =[SO3]
[SO2][O2 ½ =56
LaexpresióndelaconstanteK paraelequilibriocuyaconstantesedeseaconoceres:
K '=[SO2 2[O2][SO3 2
Larelaciónentreambasconstantesdeequilibrioes:
K ' 1K 2
156 2 3,19·10
Larespuestacorrectaeslab.
5.164.A350°C, =0,12mol/Lpara:
2NOCl(g)2NO(g)+ (g)Elvalorde alamismatemperaturaparalareacción:
NO(g)+½ (g)NOCl(g)a)0,12mol/Lb)0,6mol/Lc)2,88 / ½d)1,66mol/L
(O.Q.L.Murcia2009)
LaexpresióndelaconstanteK paraelequilibriocuyaconstanteesconocidaes:
K =[Cl2][NO 2
[NOCl 2=0,12
LaexpresióndelaconstanteK paraelequilibriocuyaconstantesedeseaconoceres:
K '=[NOCl]
[Cl2 ½[NO]
Larelaciónentreambasconstantesdeequilibrioes:
K '1KK '
10,12
2,88
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 363
5.165.Dadoelsistemaenequilibrioa25°C:
(s) (aq)+ (aq) ΔH=+3,5kcal/mol¿Cuáldelossiguientescambiosdesplazaráelequilibriohacialaderecha?a)Descensodelatemperaturaa15°C.b)Aumentodelatemperaturaa35°C.c)AdicióndeNaClsólidoalamezclaenequilibrio.d)Adiciónde alamezclaenequilibrio.
(O.Q.L.Murcia2009)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a) Falso. Si se disminuye la temperatura, de acuerdo con el principio deLeChâtelier elsistema se desplaza en el sentido en el que se produzca calor y, por tanto, aumente latemperaturadelsistema.Comosetratadeunprocesoendotérmico,elsistemasedesplazahacialaizquierdaformandoNH Cl.
b)Verdadero.Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierelsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumacalory,portanto,disminuyalatemperatura del sistema. Como se trata de un proceso endotérmico, el sistema sedesplazahacialaderechaformandolosiones.
c‐d)Falso.SiseañadenNaCloNH NO ,seañaden,respectivamente,losionesNH yCl ,portanto,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumandichosiones,esdecir,hacialaizquierdaformandoNH Cl.
Larespuestacorrectaeslab.
5.166.Enunrecipientecerradoseencuentraelsiguienteequilibrio:
(g)NO(g)+ (g)Quéocurrirásobreelequilibriocuando:
1)Sedisminuyeelvolumen2)SeretirapartedelNO(g)
a)Elequilibriosedesplazahacialaderechaenlosdoscasos.b)Elequilibriosedesplazahacialaderechaenel1)yhacialaizquierdaenel2).c)Elequilibriosedesplazahacialaizquierdaenel1)yhacialaderechaenel2).d)Enelcaso1)elequilibrionosedesplazayenel2)sedesplazahacialaizquierda.
(O.Q.L.Madrid2009)(O.Q.L.CastillayLeón2010)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
1) Si se disminuye el volumen del recipiente a temperatura constante, según la ley deBoyle, aumenta la presión. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,enestecaso,hacialaizquierda.
2)SiseextraeNO,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseproduzcaestasustancia,esdecir,hacialaderecha.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 364
Larespuestacorrectaeslac.
5.167.Determinaelvalordelaconstantedeequilibriodelareacción:
2NOCl(g)+ (g)2 (g)+ (g)Apartirdelasconstantesdelassiguientesreacciones:
2NOCl(g)2NO(g)+ (g) =1,7·10
2 (g)2NO(g)+ (g) =5,9·10 a)1,0·10 b)1,0·10 c)3,5·10 d)2,9·10
(O.Q.L.LaRioja2009)
LaexpresióndelaconstanteK delareacciónproblemaes:
K =p ·p
pNOCl p
LaexpresióndelaconstanteK delasreaccionesdadases:
K =pNO ·p
pNOCl=1,7·10 K =
pNO p
p =5,9·10
Comoseobserva,elvalordepNOnoapareceenlaexpresióndelaK acalcular,portantodespejandodichovalorenlasecuacionesanterioreseigualandoseobtiene:
pNO =KpNOClp
pNO =Kp
p
K
K=
p ·p
pNOCl p
SustituyendolosvaloresdelasconstantesK yK seobtieneelvalordelaconstanteK :
K =K
K=1,7·10
5,9·10=2,9·10
Larespuestacorrectaeslad.
(CuestiónsimilaralapropuestaenMadrid2008).
5.168.SiΔG°paraunareaccióna25°Ces30,5kJ .¿CuáleselvalordeK?a)2,2·10 b)1,1c)0,86d)4,5·10
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.L.LaRioja2009)
LaexpresiónquerelacionaK conΔGes:
K exp‐ΔG°RT
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 365
sustituyendo:
K exp30,5kJ mol
8,314·10 kJ mol K 25 273 K2,2·10
Larespuestacorrectaeslaa.
5.169¿Cuáleslaexpresiónde a250°Cparaestareacción?
2 (g) (g)+3 (g)a) = / b) = / c) = d) =
(O.Q.L.LaRioja2009)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=4–2=2
Portanto:
= /
Larespuestacorrectaeslab.
5.170.Enun recipientede5,00 L se introducen0,284molde (g)a50°C, el cual sedescomponeen .Al llegaralequilibrio lapresiónesde2,00atm.Calcularelgradodedisociaciónaesatemperatura.a)0,329b)0,567c)0,123d)0,673
(Dato.R=0,082atm·L· · )(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
N O NOninicial 0,284 ntransformado x nformado 2xnequilibrio 0,284–x 2xntotal (0,284–x)+2x=0,284 + x
Considerandocomportamientoideal,elnúmerototaldemolesenelequilibrioes:
npVRT
0,284+x2atm·5,00L
0,082atm·L·mol 1 K 1 50+273 Kx=0,093mol
ElgradodedisociacióndelN O es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 366
α=molesdisociadosmolesiniciales
=0,093mol0,284mol
=0,329
Larespuestacorrectaeslaa.
5.171.Enlossiguientescasos:
i) (g)2Cl(g)
ii)2 (g)3 (g)
iii)2NO(g)+ (g)2 (g)señalarcuandounaumentodepresiónfavorecealosreactivosycuandoalosproductos.a)i‐reactivos,ii‐productos,iii‐productosb)i‐reactivos,ii‐reactivos,iii‐reactivosc)i‐productos,ii‐reactivos,iii‐productosd)i‐reactivos,ii‐reactivos,iii‐productos
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si se aumenta la presión el sistema se desplaza en el sentido en el que la presióndisminuya,esdecir,haciadondeseformenmenosmolesdegas.
i)SedesplazahacialaformacióndeCl (1mol2mol):reactivos.
ii)SedesplazahacialaformacióndeO (2mol3mol):reactivos.
i)SedesplazahacialaformacióndeNO (3mol2mol):productos.
Larespuestacorrectaeslad.
5.172.Paralasiguientereacción:
2NO(g)+O2(g)2 (g) ΔH°=‐114,1kJ¿Cuáldelossiguientescambiosconduceaunaumentode enelequilibrio?a)Aumentodelatemperatura.b)Aumentodelapresión.c)Aumentodelvolumen.d)Adiciónde avolumenconstante.e)Ningunodeloscambiosanteriores.
(O.Q.N.Sevilla2010)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Falso.Si seaumenta la temperatura,el sistemasedesplazaenel sentidoenelqueseconsuma calor y, por tanto, disminuya la temperatura del sistema. Como se trata de unprocesoexotérmico,elsistemasedesplazahacialaformacióndeNO.
b)Verdadero.Siseaumentalapresiónelsistemasedesplazaenelsentidoenelquelapresióndisminuya,esdecir,haciadondeseformenmenosmolesdegas,enestecasoNO .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 367
c)Falso.Siseaumentaelvolumenatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoyledisminuyelapresión.Sisedisminuyelapresiónelsistemasedesplazaenelsentidoenelque lapresiónaumente,esdecir,haciadondese formenmásmolesdegas,enestecasoNO.
d)Falso.SiseañadeN (uninerte)aVconstante,elresultadoesunaumentodelapresión,peromanteniéndoseconstanteslaspresionesparcialesdeloscomponentesdelequilibrio,lo que hace que no cambie K , por tanto, la adición del inerte en estas condiciones noproduceningúndesplazamientodelequilibrio.
e)Falso.Lapropuestacarecedesentido.
Larespuestacorrectaeslab.
5.173.Enunrecipienteherméticosetieneelsiguientesistemaenequilibrio:
2A(g)+B(s)2C(s)+2D(g) ΔH<0a)Siseaumentalapresiónelequilibriosedesplazahacialaderecha.b)Siseañadeuncatalizadorsedesplazahacialaizquierda.c)SiseaumentalaconcentracióndeBsedesplazahacialaderecha.d)Siseaumentalatemperaturasedesplazahacialaizquierda.
(O.Q.L.Murcia2010)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Falso.Siseaumentalapresión,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplaza en el sentido en el que baje la presión total, es decir, en el sentido el quedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Enestecaso,hayhayelmismonúmerodemoléculasgaseosasenambosmiembrosdelareacción,portantoelequilibrioelequilibrionosemodifica.
b) Falso. Un catalizador disminuye la energía de activación tanto de la reacción directacomoinversa,portantoelequilibrionosemodifica.
c) Falso. Como se trata de un equilibrio heterógeneo los sólidos no aparecen en laexpresión de la constante de equilibrio, por tanto, el aumento de la cantidad de B nomodificaelequilibrio.
d)Verdadero.Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendala temperatura. Al tratarse de un procesoexotérmico la reacción se desplazahacia laizquierda,esdecirhacialaformacióndeAyB.
Larespuestacorrectaeslad.
5.174.Paraunareacciónenlaque > ,sepuedeafirmarque:a)Seencuentraenequilibrio.b)Sedesplazahacialaizquierda.c)Sedesplazahacialaderecha.d)Esexotérmica.
(O.Q.L.Madrid2010)
ElvalordeQ secalculaconlasconcentracionesantesdealcanzarseelequilibrio.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 368
SiQ >K paraquesealcanceelequilibrioQ debehacersemenorhasta igualarseaK .Paraellodebedisminuirelnumeradoryaumentareldenominador,porloquelareaccióntienelugardederechaaizquierda.
Larespuestacorrectaeslab.
5.175.Sienelsistemaequilibrio
(s) (g)+HBr(g)seaumentaelvolumendereacciónaldoble:a)Elvalorde seduplica.b)Seproduceunaumentodelatemperatura.c)Elequilibriosedesplazahacialaderecha.d)Elequilibriopermaneceinalteradoporquehayunafasesólida.
(O.Q.L.Madrid2010)
a)Falso.K permanececonstantemientrasnocambielatemperatura.
b)Falso.EsimposibledeterminarsinconocerelvalordeΔH.
c)Verdadero.Siseaumentaelvolumenatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoyledisminuyelapresión.Sibajalapresión,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquelapresiónaumente,esdecir,haciadondeseformenmásmolesdegas,enestecasohacialaderecha.
d)Falso.SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =p ·p
Comoseobserva,laespecieNH Brnoapareceenlaexpresióndelaconstanteportratarsedeunasustanciasólida.Estonoquieredecirqueelequilibrionosealtereal cambiarelvolumen.
Larespuestacorrectaeslac.
5.176. ¿En cuáles de las siguientes reacciones el equilibrio se desplazará al disminuir lapresiónenelmismosentidoquealaumentarlatemperatura?
A) (g)+ (g)2NO(g) ΔH<0B)2CO(g)+ (g)2 (g) ΔH<0C)2 (g)2H2(g)+ (g) ΔH>0D)4 (g)+5 (g)4NO(g)+6 (g) ΔH>0
a)AyDb)ByCc)Todasd)B,CyD
(O.Q.L.Asturias2010)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si se disminuye la presión, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquesubalapresión,esdecir,enelsentidoelqueaumenteelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseosos‐Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 369
A)Δν=2−2=0(nosedesplaza) B)Δν=2−3=‐1(hacialosreactivos)
C)Δν=3−2=1(hacialosproductos) D)Δν=10−9=1(hacialosproductos)
Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplaza en el sentido en el que se consuma el calor aportado y así descienda latemperatura:
En un proceso endotérmico (ΔH> 0) la reacción se desplaza hacia la derecha, es decir,hacialaformacióndelosproductos.
En un proceso exotérmico (ΔH < 0) la reacción se desplaza hacia la izquierda, es decir,hacialaformacióndelosreactivos.
A)ΔH<0(hacialosreactivos) B)ΔH<0(hacialosreactivos)
C)ΔH>0(hacialosproductos) D)ΔH>0(hacialosproductos)
Larespuestacorrectaeslad.
5.177.Unrecipientecerradode10Ldecapacidad,quesemantieneatemperaturaconstante,está llenodeaguahasta lamitad.Sidelmismoseextraen2 lde líquido,¿semodificaráelnúmerodemoléculasvaporizadas?a)No,yaquelaconcentracióndemoléculasenelvaporesigual.b)No,porquelatemperaturanocambia.c)No,porquelaPveslamisma.d)Sí,porqueaumentóelvolumendisponibleparaelvapor.
(O.Q.L.Asturias2010)
Setratadelequilibrio:
H O(l)H O(g)
enelqueelvalordelaK es:
K =p
Estevalor,deacuerdoconlaleydelequilibrio,esunaconstanteparacadatemperatura.
Larespuestacorrectaeslab.
5.178.El (s) sedescomponeporcalcinacióngenerandoCaO (s)y (g) según laecuación:
(s)CaO(s)+ (g)Dos experimentadores colocaron lamisma cantidad de (s), uno en un cápsula deporcelana abierta al exterior (primer experimento), el otro en un recipiente cerradoherméticamente (segundo experimento).Ambos calentaron lamuestra a 900°C. Señala laafirmacióncorrecta:a)Enambosexperimentospodrádescomponertodoel (s)inicial.b)Enelsegundoexperimentopodrádescomponermayorcantidadde (s)queenelprimero.c)Soloenelprimerexperimentopodrádescomponertodoel (s).d)Soloenelsegundoexperimentopodrádescomponertodoel (s).
(O.Q.L.Asturias2010)
Enelprimerexperimentosetrabajaenunsistemaabierto,porloqueseintercambiamateriaconelentornoynosealcanzaelequilibrio,deformaquesedescomponetodoel (s).
Cuesti
Eninterdesc
Elequnre
Enca
Lare
5.179laecu
Enlalos dcambminua)Aub)Auc)Sed)Dis
Deac
a‐d)prodtemp
c) Fareacccanti
b)Veelsislatemhaciacanti
Lare
5.180
a)Sob)Soc)Iyd)IIy
ionesyProble
n el segundrcambia maomponeto
quilibrioseaecipientede
K =p
asocontrari
espuestacor
9.Lareaccióuación:
(g)+afigura,semdiferentes cobioseejercióutodos?umentolaprumentolateañadió (isminuyóelv
cuerdocone
“cualquiersistema,cacambioen
Falso.Setrauctos y reaperaturacon
also. Si se aciona con IidadesdeH
erdadero.Sstemasedesmperatura.a la izquieridadesaume
espuestacor
0.¿Paracuál
I)2 (g)II)C(s)+III) (g
olamenteIIolamenteIIIIIIyIII
masdelasOlim
do experimteria con eodoel
alcanzasupvolumenV
o,sepodría
rrectaeslac
ónentreel
(g)muestralavomponentesósobreelsi
resiónmperatura(g)volumendel
elprincipio
r cambioenuausaundesplavariablem
atadeuneqactivos, pornstante.
añade H (g (g) y el eq(g)ydeHI
SiseaumensplazaenelComosetrarda, es decentanylaH
rrectaeslab
ldeestasrea
+ (g)(g)
(g)2
mpiadasdeQu
mento se trel entorno y(s).
poniendoquparaquese
descompon
c.
(g)yel
2HI(g)variacióndes en funciónistemaeneq
recipiente.
deLeChâte
unadelasvaplazamientomodificada”
quilibrioener lo que no
), de acuerdquilibrio seI(g)aument
ntalatempesentidoeneatadeunprir, hacia laI(g)dismin
b.
acciones
2 ( (g)
(g)
uímica.Volume
rabaja en uy se alcanz
ueseintroduealcanceele
nertodoelC
(g)sedesc
ΔH<elaconcentrn del tiempquilibrioap
elierquedice
ariablesqueodelequilibr”.
elqueexisteo le afectan
do con el pdesplazahatanyladeH
eratura,deelquesecorocesoexotéformaciónuye.
= ?
(g)
en2.(S.Menar
un sistemaza el equil
ucecantidadequilibrioa
CaCO (s).
cribepor
0racióndepo. ¿Quépartirdel
eque:
edeterminanrioenelsen
enelmismolos cambio
principio deacia formacH (g)dismin
acuerdoconnsumaelcaérmico(ΔHdeH (g) y
rgues&F.Latre
aislado, poibrio, de fo
dsuficienteesatempera
(O
nelestadodtidoquetien
onúmerodeos de presi
LeChâtelieióndeHI (gnuye.
nelprincipialoraportad<0)lareacy deH (g).
(
e)
or lo que norma que n
edeCaCO (atura:
O.Q.L.Asturias
deequilibriondeaopone
emolesdegión o volum
er, esta sust(g). Por tant
iodeLeChâdoyasídesccciónsedes. Por tanto,
(O.Q.L.LaRioja
370
no seno se
(s)en
2010)
deunerseal
gasenmen a
tanciato, las
telier,ciendasplazaestas
a2010)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 371
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgaseosos–Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
ParaqueK =K esprecisoqueΔ=0.
Delosequilibriospropuestos,elúnicoenelquesecumplequeΔ=0es:
C(s)+ (g) (g) enestecaso,Δ=1–1=0
Larespuestacorrectaeslaa.
5.181.¿Paracuáldelassiguientesreaccionesunadisminuciónenelvolumenatemperaturaconstantecausaráundescensoenlacantidaddeproductos?a) (g)+3 (g)2 (g)b)HCl(g)+ (l) (aq)+ (aq)c) (s)+4 (g)3Fe(s)+4 (g)d) (s)CaO(s)+ (g)
(O.Q.L.LaRioja2010)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Sisedisminuyeelvolumendelrecipienteatemperaturaconstante,segúnlaleydeBoyle,aumentalapresión.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoelquedesciendaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseosos‐Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
a)Δν=2−4=‐2.Sedesplazahacialosproductos.
b)Δν=0−1=‐1.Sedesplazahacialosproductos.
c)Δν=4−4=0.Noafectaalequilibrio.
d)Δν=1−0=1.Sedesplazahacialosreactivos.
Larespuestacorrectaeslad.
5.182.Enrecipientede5La690K,semezclan0,5molde ,0,5molde y0,3moldeCO,yseestableceelsiguienteequilibrioadichatempeatura,segúnlareacción:
(g)+ (g)CO(g)+ (g)Lamezclaenequilibriocontiene0,114molde (g).Calculelaconcentracióndeequilibriode (g)enmol· .a)2,00b)0,023c)0,090d)0,077e)Senecesitalaconstantedeequilibrioparaelcálculo.
(O.Q.N.Valencia2011)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 372
CO H CO H Oninicial 0,5 0,5 0,3 ntransformado x x nformado x xnequilibrio 0,5−x 0,5−x 0,3+x x
ElnúmerodemolesdeH Oenelequilibrioes,x=0,114mol
Elvalorde[CO ]enelequilibrioes:
CO =0,5 0,114 mol
5L=0,077mol·
Larespuestacorrectaeslad.
5.183.Calculeelvalorde paralareacción:
2 (g)+ (g)2 (g)Apartirdelossiguientesdatosa1200K:
i)C(grafito)+ (g)2CO(g) =0,64
ii) (g)+ (g)CO(g)+ (g) =1,4
iii)C(grafito)+½ (g)CO(g) =10
a)2,19·10 b)4,79·10 c)6,02·10 d)5,64·10 e)3,24·10
(O.Q.N.Valencia2011)
LaexpresióndelaconstanteK delareacciónproblemaes:
K =[H2O]
2
[H2]2[O2]
LaexpresióndelaconstanteK delasreaccionesdadases:
K =[CO]2
[CO ]=0,64K =
[CO][H2O][CO ][H2]
=1,4K =[CO
[O2]½ =10
Como se observa, [CO ] se encuentra enK yK y se puede eliminar diviendo ambasexpresionesentresí:
K
K=
[CO][H2O][CO2][H2]
[CO]2
[CO2]
K
K=
[H2O][CO][H2]
MultiplicandoestaexpressionporK seelimina[CO]:
K
K·K =
[H2O][CO][H2]
[CO
[O2]½
K
K·K =
[H2O]
[H2][O2]½
Elevandotodoalcuadradoseobtieneelvalordelaconstantedelareacciónproblema:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 373
Kc=K
K·K Kc=
1,40,64
108 =4,79·10
Larespuestacorrectaeslab.
5.184.SedisponedeunrecipientequecontieneC(s), (g), (g)yCO(g)enequilibriosegún:
C(s)+ (g) (g)+CO(g) °=131,3kJ· ¿Cuálocuálesdelassiguientesproposicioneses/soncorrectas?
I.DisminuirálaconcentracióndeCOalelevarlatemperatura.II.AumentarálaconcentracióndeCOalintroducirC(s)enelrecipienteatemperaturaconstante.III.Aumentaráelvalordelaconstantedeequilibrioalaumentarlatemperatura.IV.Disminuiráelvalordelaconstantedeequilibrioalaumentarlapresión.V.DisminuirálacantidaddeC(s)siseaumentalatemperatura.
a)IyIIb)IIIyVc)IyVd)IyIIIe)IyIV
(O.Q.N.Valencia2011)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
I.Falso.Alelevarlatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelatemperaturagastandoelcaloraportado.Comosetrata de un proceso endotérmico el sistema se desplaza hacia la formación de losproductos(CO)conloqueaumentasuconcentración.
II. Falso. Se trata de un equilibrio heterogéneo, por lo que el C (s) no interviene en laexpresióndelaconstanteK ,portanto,elequilibrionosemodifica.
III.Verdadero.Alelevarlatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelatemperaturagastandoelcaloraportado.Comosetratadeunprocesoendotérmicoelsistemasedesplazahacialaformacióndelos productos (CO y H ) aumentando la cantidad de estos y disminuyendo la de losreactivos(CyH O),portanto,aumenta laconstantedeequilibrioynoserecuperalatemperaturainicial.
IV.Falso.Alaumentarlapresión,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoenelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosasenelequilibrio.Comohaymenosgasenlosreactivos,elsistemasedesplazaenesesentido,sinembargo,elvalordelaconstantedeequilibrionocambiayaquesesuponequesemantieneconstantelatemperatura.
V.Verdadero.Alelevar latemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelatemperaturagastandoelcaloraportado.Comosetratadeunprocesoendotérmicoelsistemasedesplazahacialaformacióndelosproductos (CO y H ) aumentando la cantidad de estos y disminuyendo la de losreactivos(CyH O).
Larespuestacorrectaeslab.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 374
5.185.El esuncompuestoque seutilizaen la investigaciónradiográficadel tractogastrointestinalporqueesopacoa laradiaciónymuypocosoluble.Setieneunadisoluciónsaturadade enequilibrioconlasalsólida:
(s) (aq)+ (aq) queesunprocesoendotérmico
Sedeseareducirlaconcentraciónde (aq),¿quémétodosepuedeutilizar?a)Aumentarlatemperatura.b)Añadirmás (s).c)Reducirlacantidaddedisoluciónsaturadaqueestáenpresenciadelsólido.d)Añadirdisoluciónde .e)Ningunodelosanteriores.
(O.Q.N.Valencia2011)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Sisedeseareducir[Ba ]esnecesarioqueelequilibriosedesplacehacialaizquierda.
a)Falso.Alelevarlatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelatemperaturagastandoelcaloraportado.Comosetrata de un proceso endotérmico el sistema se desplaza hacia la formación de losproductosBa (aq).
b)Falso.Setratadeunequilibrioheterogéneo,porloqueelBaSO (s)nointervieneenlaexpresióndelaconstanteK ,portanto,elequilibrionosemodifica.
c)Falso.Lareduccióndelacantidaddedisoluciónsaturadanomodificaelequilibrio.
d)Verdadero.Añadirdisoluciónde aportaSO (aq)alequilibrio,porloquedeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,paradisminuirestaespecieelsistemasedesplazahacialaformaciónde (s)conlaconsiguientedisminucióndeBa (aq).
Larespuestacorrectaeslad.
5.186.LasustanciagaseosaAsedescomponeenotrasdossustanciasgaseosasByCsegúnelequilibrio:
A(g)B(g)+C(g) =0,25mol· SemezclanByCenunmatrazde10Ldecapacidadysedejaquereaccionenhastaquesealcance el equilibrio, y en esas condiciones, lamezcla gaseosa contiene igual número demolesdeA,ByC.¿Cuántosmoleshayenelmatraz?a)0,75b)2,00c)2,50d)7,50
(O.Q.L.Asturias2011)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =B CA
LlamandoxalosmolesdeA,ByCenelequilibrioysustituyendo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 375
0,25=
x10x10
x=2,50mol
Elnúmerototaldemolesenelequilibrioes3x,esdecir,7,50moles.
Larespuestacorrectaeslad.
(SimilaralpropuestoenMurcia2000)
5.187.Laexpresiónde paralareacción:
2S(s)+3 (g)2 (g) es:a) =2[ ]/(2[Hg]+[ ])b) =2[ ]/3[ ]c) =[ /[S [ d) =[ /[
(O.Q.L.LaRioja2011)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
=[SO3]
2
[O2]3
Larespuestacorrectaeslad.
5.188.Paraelequilibrio:
2C(s)+ (g)2CO(g) ΔH=‐221kJpuededecirseque:a)AlañadirC(s)noinfluyeenelequilibrio.a)Alaumentarlatemperaturaelequilibriosedesplazahacialaderecha.c)SiseaumentaelvolumendelrecipienteseformarámenosCO(g).d)Pararomperelequilibriosenecesitauncatalizador.
(O.Q.L.Murcia2011)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero.Setratadeunequilibrioheterogéneo,porloqueelC(s)nointervieneenlaexpresióndelaconstanteK ,portanto,elequilibrionosemodifica.
b) Falso. Si se aumenta la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendalatemperatura. Al tratarse de un proceso exotérmico la reacción se desplaza hacia laizquierda,esdecirhacialaformacióndereactivos.
c) Falso. Si se aumenta el volumen a temperatura constante, según la ley de Boyledisminuyelapresión.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueaumentelapresióntotal,esdecir,enelsentidoelquesehagamayorelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Enestecaso,sedesplazahacialaformacióndeCO(g)porloquelacantidaddeésteaumenta.
d)Falso.Lapresenciadeuncatalizadorsolobajalaenergíadeactivacióndelasreaccionesdirectaeinversa,portanto,nomodificaelestadodeequilibrio.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 376
Larespuestacorrectaeslaa.
5.189.¿Cuándocoincidenlosvaloresdelasconstantesdeequilibrio y ?a)Nunca.b)Cuandohaylosmismosmolestotalesdereactivosquedeproductos.c)Cuandohaylosmismosmolesdereactivosgaseososquedeproductosgaseosos.
(Valencia2011)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas
SielvalordeΔ=0,entoncessecumplequeKc=Kp.
Larespuestacorrectaeslac.
5.190.Enlareacciónexotérmica:
2A(g)+2B(g)C(g)unaformadehaceraumentarlaconcentracióndeCenelequilibrioes:a)Aumentandoelvolumendeldisolvente.b)Aumentarlaconcentracióndeunodelosreactivos,AoB,conloquetambiénseaumentalaproduccióndeC.c)Disminuir la temperaturade lamezcla, con loque se tenderáadesplazar el equilibriohaciadondesedesprendacalor,esdecirhacialaderecha,generándosemásC.d)Aumentandolatemperaturadelamezclaporloque,alserexotérmica,segenerarámásproductoC.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a) Falso. Se trata de una propuesta absurda, en una reacción en fase gaseosa no tienesentidohablardedisolvente.
b)Verdadero.AlaumentarlaconcentracióndeunodelosreactivosAoB,deacuerdocon el principio de Le Châtelier, para disminuir cualquiera de estas concentraciones elsistemasedesplazahacialaformacióndeC.
c) Verdadero. Si se disminuye la temperatura, de acuerdo con el principio de LeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueaumentelatemperaturaycomosetrata de un proceso exotérmico, estos solo están favorecidos por un descenso de latemperatura.PorestemotivoelequilibriosedesplazahacialaformacióndeC.
d)Falso. Si seaumenta la temperatura, de acuerdo conelprincipiodeLeChâtelier, elsistema se desplaza en el sentido en el que baje la temperatura y como se trata de unprocesoexotérmico,estossoloestánfavorecidosporundescensodelatemperatura.PorestemotivoelequilibriosedesplazahacialaformacióndeAyB.
Lasrespuestascorrectassonayc.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 377
5.191.Laexpresióncorrectaparalaconstantedeequilibriodelareacción:
2 (g)+7 (g)2 (g)+4 (l)
a) =[ /[ [ b) =[ [ /[ c) =[ [ /[ [ d) =[ [ /[ ]
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
=[NH3]
2
[NO2]2[H2]
7
Larespuestacorrectaeslaa.
5.192.Paralareacción:
(g)+4 (g) (g)+2 (g) ΔH=‐231,6kJelequilibriosedesplazahacialaderechacuando:a)Seaumentadelatemperatura.b)Seaumentaelvolumendelrecipientemanteniendolatemperaturaconstante.c)Seadicionauncatalizador.c)Sequema .
(O.Q.L.CastillayLeón2011)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Falso. Si seaumenta la temperatura, de acuerdo conelprincipiodeLeChâtelier, elsistema se desplaza en el sentido en el que baje la temperatura y como se trata de unprocesoexotérmico,estossoloestánfavorecidosporundescensodelatemperatura.Porestemotivoelequilibriosedesplazahacialaizquierda.
b)Verdadero.Siseaumentaelvolumenatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoyledisminuye lapresión.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueaumentelapresión,esdecir,haciadondemásmoléculasgaseosashaya,enestecasohacialaderecha.
c) Falso. La adición de un catalizador aumenta la velocidad de la reacción directa einversaporloquenoseaumentaelrendimientoenCH .
d)Falso.NosepuedequemarCH sinqueexistaO enelrecipiente.
Larespuestacorrectaeslab.
5.193.Paraelsistemaenequilibrio:
(s)CaO(s)+ (g) ΔH°=178,4kJ· .Laformacióndel sefavorecemediantelassiguientesalteracionesdelequilibrio:a)Adiciónde (s)avolumenconstante.b)EliminacióndeCaO(s)avolumenconstante.c)Aumentodelatemperaturaapresiónconstante.d)Disminucióndelatemperaturaapresiónconstante.e)Aumentodelapresiónatemperaturaconstante
(O.Q.N.ElEscorial2012)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 378
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndeK es:
K =p
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a‐b)Falso.Comoseobservaenlaexpresióndelaconstantedeequilibrionoaparecenlasespeciessólidas,portanto,loscambiosenellasnoafectanparanadaalequilibrio.
c)VerdaderoSiseaumenta latemperatura,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumacalory,portanto,disminuyalatemperaturadelsistema.Comosetratadeunprocesoendotérmico,elsistemasedesplazahacialaformaciónde .
d)Falso.Deacuerdoconelrazonamientoanterior.
e)falso.Siseaumentalapresiónelsistemasedesplazaenelsentidoenelquelapresióndisminuya,esdecir,haciadondeseformenmenosmolesdegas,enestecasohacialosreactivos.
Larespuestacorrectaeslac.
5.194.Paralareaccióndedescomposicióndel2‐propanol:
(g) (g)+ (g)=0,444a452K.¿CuáleselvalordeΔG°?
a)0b)3,05·10 J· c)3,05J· d)1,32·10 J· e)1,32J·
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.N.ElEscorial2012)
LaexpresiónquerelacionaK conΔG°es:
ΔG°=‐RTlnK
Sustituyendo:
ΔG°= ‐8,314·10 kJ·mol ·K 452K ln0,444 =3,05kJ·
Larespuestacorrectaeslab.
5.195.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescierta?a) Un valor negativo de la constante de equilibrio significa que la reacción inversa esespontánea.b) Para una reacción exotérmica se produce un desplazamiento hacia la formación deproductosalaumentarlatemperatura.c) En una reacción a temperatura constante con igual número de moles gaseosos dereactivosyproductosnoseproducedesplazamientodelequilibriosisemodificalapresión.d)Paraunareacciónatemperaturaconstantedondeúnicamentesongaseslosproductos,elvalor de la constante de equiibrio disminuye al cuando se disminuye el volumen delrecipiente.
(O.Q.L.Canarias2012)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 379
a)Falso.Laconstantedeequilibrionuncapuedetenervalornegativo.
ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
b) Falso. Al aumentar la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloraportadoyasídesciendalatemperatura. Al tratarse de un proceso exotérmico la reacción se desplaza hacia laformacióndelosreactivos.
c) Verdadero. Al aumentar la presión a temperatura constante, de acuerdo con elprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelelsentidoenelquesubalabajetotal,esdecir,enelsentidoelquedisminuyaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Sielsistemaposeeigualnúmerodemolesdegasenreactivosyproductos,elsistemapermaneceinalterado.
d)Falso.Enunareacciónenlaqueúnicamenteseangaseslosproductoslaexpresióndelaconstantedeequilibrioes:
Kc=[productos]
Haciendoaparecerelvolumenenestaexpresión:
Kc=n
V
Comoseobserva,elvalorlaconstanteKcesinversamenteproporcionalalvolumenV.Portanto,siestedisminuye,Kcaumenta.
Larespuestacorrectaeslac.
5.196.Enunrecipientecerradosetieneelequilibrio:
A(g)2B(g) ΔH°<0ParaincrementarlaconcentracióndeBsedebe:a)Aumentarlapresióndelrecipiente.b)Añadiruncatalizador.c)Aumentarlatemperatura.d)Enfríarelrecipiente.
(O.Q.L.Murcia2012)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a) Falso. Al aumentar la presión del recipiente, de acuerdo con el principio de LeChâtelier, el sistema se desplaza en el sentido en el que baje la presión, es decir, en elsentidoelquedesciendaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Eneste caso comohaymenosmoléculas gaseosas en los reactivos el equilibrio sedesplazahacialaformacióndeA.
b)Falso.Uncatalizador disminuye laenergíadeactivación tantode la reaccióndirectacomoinversa,portantoelequilibrionosemodifica.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 380
c) Falso. Si seaumenta la temperatura, de acuerdo con el principio deLeChâtelier elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcaloryasíbajelatemperatura.AltratarsedeunprocesoexotérmicolareacciónsedesplazahacialaformacióndeA.
d)Verdadero. Si se enfría el recipiente,disminuye la temperatura, de acuerdo con elprincipiodeLeChâtelierelsistemasedesplazaenelsentidoenelquesegenereelcaloreliminado y así aumente la temperatura. Al tratarse de un proceso exotérmico lareacciónsedesplazahacialaformacióndeB.
Larespuestacorrectaeslad.
5.197.ElvalordeΔG°alatemperaturade25°Cparaunareacciónesiguala‐8,5kJ· .¿Cuáleselvalordelaconstantedeequilibrioaesatemperatura?a)3,1·10 b)3,1·10 c)3,1d)31
(Dato.R=8,314J· · )(O.Q.L.CastillayLeón2012)
LaexpresiónquerelacionaK conΔGes:
K exp‐ΔG°RT
Sustituyendo:
K =exp‐8,5kJ·mol
8,314·10 kJ·mol ·K 25+273 K=3,1·10
Larespuestacorrectaeslab.
5.198.Paraelequilibrio:
+ + ¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta?a)Cuandoseadicionametanolseobtienemáséster.b)Elequilibriosedesplazahacialaizquierdasiseañadeácidoacético.c)Laadiciónconjuntadeácidoacéticoymetanolnoafectaalequilibrio.d)Elequilibriosedesplazahacialaderechacuandoseextraeunacantidaddeéster.
(O.Q.L.CastillayLeón2012)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero.Siseañademetanol(CH OH),deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,el sistemasedesplazaenel sentidoenelqueseconsumaesta sustancia.La reacciónsedesplazahacialaformacióndeéster(CH CO CH ).
b) Falso. Si se añade ácido acético (CH CO H), de acuerdo con el principio de LeChâtelier, el sistema se desplaza en el sentido en el que se consuma esta sustancia. Lareacciónsedesplazahacialaformacióndeéster(CH CO CH ).
c)Falso.Segúnsehajustificadoenayb.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 381
d)Falso.Siseextraeéster(CH CO CH ),deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistema se desplaza en el sentido en el que se reponga esta sustancia. La reacción sedesplazahacialaformacióndeéster(CH CO CH ).
Larespuestacorrectaeslaa.
5.199.Laexpresiónde paraelsiguienteequilibrio:
CO(g)+2 (g) (l)a) =[ ]/2[CO][ ]b) =[ ]/[CO][ c) =1/2[CO][ ]d) =1/[CO][
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
=1
[CO [H2]2
Larespuestacorrectaeslad.
5.200.Sobreelequilibrio
2 (g)+ (g)2 (g) ΔH<0 sepuedeafirmar:a)Sidisminuyelatemperaturaelequilibriosedesplazahacialaderecha.b)Alaumentarlapresiónelequilibriosedesplazahacialaizquierda.c)Sidisminuyeelvolumenelequilibriosedesplazahacialaizquierda.b)Alaumentarlapresiónparcialdel elequilibriosedesplazahacialaderecha.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Verdadero.Sidisminuyelatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueaumentelatemperaturaycomosetratadeunprocesoexotérmico,estossoloestánfavorecidosporundescensodelatemperatura.Porestemotivoelequilibriosedesplazahacialaformaciónde (derecha).
b) Falso. Al aumentar la presión del recipiente, de acuerdo con el principio de LeChâtelier, el sistema se desplaza en el sentido en el que baje la presión, es decir, en elsentidoelquedesciendaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Enestecasocomohaymenosmoléculasgaseosasenlosproductoselequilibriosedesplazahacialaformaciónde (derecha).
c) Falso. Sidisminuye el volumen a temperatura constante, de acuerdo con la ley deBoyle aumenta la presión. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplaza en el sentidoenelquebaje lapresión, esdecir, haciadondemenosmoléculasgaseosashaya,enestecasohacialaformaciónde (derecha).
d)Falso.Alaumentarlapresiónde ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajedichapresión,esdecir,enelsentidoelqueconsumaSO .Elequilibriosedesplazahacialaformaciónde (izquierda).
Larespuestacorrectaeslaa.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 382
5.201.A573Kypresióntotalde6atm,elamoniacosedisociaenun60%.Portanto,sepuedeafirmar:a) = b) =0,4 c) =19,2 d)Elgradodedisociacióndelamoniacoesα=60.
(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012)
Elequilibriocorrespondientealadisociacióndelamoniacoes:
2NH (g)(g)N (g)+3H (g)
Elgradodedisociación,α,sedefinecomo:
α=molesdisociadosmolesiniciales
=xn
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelgradodedisociación,α,ydelacantidadinicial,n,es:
NH N Hninicial n — —ntransformado nα — —nformado — ½nα 1½nαnequilibrio n–nα ½nα 1½nαntotal n–nα +½nα+1½nα=n 1+α
AplicandolaleydeDaltonsecalculanlaspresionesparciales:
p =pn 1αn 1+α
p =610,601+0,60
=1,500atm
p =pnα
2n 1+αp =6
0,602 1+0,60
=1,125atm
p =p3nα
2n 1+αp =6
3·0,602 1+0,60
=3,375atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =p p
pK =
1,125 3,3751,500
=19,2
Alaconstantelesobranlasunidadesyaqueesadimensional
Larespuestacorrectaeslac.
5.202.Enlassiguientesreaccionesseñalaaquellacuya seaiguala :
a)2CO(g)+ (g)2 (g)b) (g)+ (g)2HCl(g)c)C(s)+ (g)2CO(g)d) (g) (g)+ (g)
(O.Q.L.LaRioja2012)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 383
siendo
Δ=Σcoef.esteq.productosgaseosos–Σcoef.esteq.reactivosgaseosos
ParaquesecumplaqueK =K esprecisoqueΔ=0.
a)Falso.YaqueΔ=2–(2+1)=‐1.
b)Verdadero.YaqueΔ=2–(1+1)=0.
c)Falso.YaqueΔ=2–(1+0)=1.
d)Falso.YaqueΔ=(1+1)–1=1.
Larespuestacorrectaeslab.
(CuestiónsimilaralapropuestaenMurcia1999).
5.203.Seaelequilibrio:
4HCl(g)+ (g)2 (g)+2 (g)Sienunrecipientede1Lsepartede1moldeHCl(g)y4molesde ,¿cuálseríalafracciónmolarde enelequilibrio?
a)
52 2
b)
5+2
c)
52 +2
d)25
(O.Q.L.Asturias2012)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
HCl O H O Clninicial 1 4 ntransformado x 4x nformado 2x 2xnequilibrio 1–x 4 – 4x 2x 2xntotal (1–x)+(4 – 4x)+2x+2x=5– x
LafracciónmolardelCl es:
y =2x5x
Larespuestacorrectaeslad.
5.204.Paraunciertosistemaenequilibrio,K=1·10 .Estosignificaque:a)Lareacciónocurrelentamente.b)Lareacciónocurrerápidamente.c)Elsistemaenequilibriocontienesobretodoproductos.r)Elsistemaenequilibriocontienesobretodoreactivos.
(O.Q.L.Asturias2012)
Laconstantedeequilibriodeunareacciónsedefinecomo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 384
K=[productos][reactivos]
Sielvalordelaconstantedeequilibrioesmuygrande(K>>)quieredecirqueenelequilibriolosproductosabundanmásquelosreactivos.
Sielvalorde laconstanteequilibrioesmuypequeño(K<<)quieredecirqueenelequilibriolosreactivosabundanmásquelosproductos.
Larespuestacorrectaeslad.
5.205. El primer éxito en la síntesis de diamantes a partir de grafito se obtuvo en loslaboratoriosdela“GeneralElectric”en1955.Dadoelsiguienteequilibrio:
C(grafito)C(diamante) ΔH>0y sabiendoque ladensidaddeldiamanteesmayorque ladelgrafito, ¿qué condicionesdepresiónytemperaturafavoreceránlaformacióndeldiamante?a)Altaspresionesyaltastemperaturas.b)Bajaspresionesybajastemperaturas.c)Altaspresionesybajastemperaturas.d)Bajaspresionesyaltastemperaturas.
(O.Q.L.Asturias2012)
DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si se eleva la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistemaevolucionará de forma que se produzca un descenso de la temperatura, es decir en elsentidoenelqueseconsumacalor.Altratarsedeunareacciónendotérmica(seabsorbecalor),elsistemasedesplazahacialaformacióndeCdiamante(g).
De acuerdo con la ley de Boyle, si se aumenta lapresión a temperatura constante seproduce un descenso del volumen, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, cuandodisminuye el volumen el sistema se desplaza en el sentido en el que se ocupe menorvolumen.Comoeldiamanteesmásdensoqueelgrafitoocupamenosvolumen,portanto,elsistemasedesplazahacialaformacióndeCdiamante(g).
Larespuestacorrectaeslaa.
5.206.Setieneelsiguienteequilibrio:
CO(g)+ (g) (g) =5En un recipiente se introducen las concentraciones siguientes: [CO] = 2M; [ ] = 2M;[CO ]=20M.a)Elsistemaseencuentraenequilibrioynocambianlasconcentracionesinciales.b)Elsistemanoseencuentraenequilibrioyaumentan[CO]y[ ].c)Elsistemanoseencuentraenequilibrioyaumenta[ ].d)Introduciendouncatalizadoraumentarán[ ],[CO]y[ ].
(O.Q.L.Asturias2012)
ElvalordeQ secalculaconlasconcentracionesantesdealcanzarseelequilibrio:
Q =COClCO Cl
Q =202 2
=5
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 385
Como se observa, = , y por tanto, el sistema se encuentra en equilibrio y nocambianlasconcentracionesinciales.
Larespuestacorrectaeslab.
5.207.Considerelareacciónavolumenconstante:
2 (g)+ (g)2 (g)Para una concentración inicial de dióxido de azufre y de oxígeno de 2,0 y 1,5 M,respectivamente,laconcentraciónenelequilibriodeoxígenoes0,8M.¿Cuáleselvalordelaconstante paraestareacción?a)6,8b)2,9c)0,34d)0,15
(O.Q.L.Galicia2012)
Latablademolesdelareacciónes:
SO O SOninicial 2,0 1,5 ntransformado 2x x nformado 2xnequilibrio 2,0–2x 1,5 – x 2x
Enelequilibrio:
1,5–x=0,8 seobtiene x=0,7M
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =SO
SO [O ]
Sustituyendo
K =2·0,7
0,6 0,8=6,8
Larespuestacorrectaeslaa.
5.208.Paralasíntesisdelamoniaco:
(g)+3 (g)2 (g)tieneunvalorde1,2a375°C.¿Cuáleselvalorde aesatemperatura?
a)4,1·10 b)4,2·10 c)1,3·10 d)3,4·10 (Dato.R=0,082atm·L· · )
(O.Q.L.Galicia2012)
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
siendo
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 386
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=2–(3+1)=‐2
Sustituyendo:
K =1,2 0,082 375 273 =4,2·10
Larespuestacorrectaeslab.
5.209.Dadaslasconstantesdeequilibrio:
A(g)+B(g)C(g) =0,003
C(g)D(g)+E(g) =0,050
laconstantedelequilibrioA(g)+B(g)D(g)+E(g)será:a)0,053b)0,047c)1,5·10 d)0,06e)Ningunadelasanteriores.
(O.Q.L.Valencia2012)
LaexpresióndelaconstanteK delareacciónproblemaes:
K =p p
p p
LaexpresióndelaconstanteK delasreaccionesdadases:
K =pC
p p=0,003
K =p p
p=0,050
Comoseobserva,elvalordepCnoapareceenlaexpresióndelaK acalcular,portantodespejandodichovalorenK yK eigualandoseobtiene:
pC=K p p
pC=p p
K
K ·K =p p
p p
SustituyendolosvaloresdelasconstantesK yK seobtieneelvalordelaconstanteK :
K =K ·K K = 0,003 0,050 K =1,5·10 4
Larespuestacorrectaeslac.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 387
6.PROBLEMASdeEQUILIBRIOQUÍMICO
6.1.Enunrecipientede2,5Lse introducen12gdeflúory23gdetetrafluorurodeazufre,ambosgaseosos.Alcalentarhasta150°Cseobtienehexafluorurodeazufregaseoso.Aestatemperaturalaconstante =23.Calcula:a)Losgramosdelastresespeciespresentesenelequilibrio.b)Elvalordelasconstantes y alamismatemperatura.Silareacciónanterioresendotérmica:c)¿Cómocambianlasconstantesalvariarlatemperatura?d)Sialsistemaanteriorenelequilibrioseleañaden2gdehexafluorurodeazufre,¿cuálesseránlasconcentracionesalalcanzarsedenuevoelequilibrio?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias1992)
a)Elnúmerodemolesinicialesdecadaespeciees:
12gF1molF38gF
=0,316molF 23gSF1molSF108gSF
=0,213molSF
Elequilibrioaestudiares:
F (g)+SF (g)SF (g)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
F SF SFninicial 0,316 0,213 —ntransformado x x —nformado — — xnequilibrio 0,316–x 0,213x x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[SF ]
[F ][SF ]
Sustituyendo
23
x2,5
0,316–x2,5
0,213–x2,5
x 0,133mol
Elnúmerodemolesylamasadecadagasenelequilibrioson,respectivamente:
n =0,133molSF 0,133molSF146gSF1molSF
19,42g
n = 0,213–0,133 =0,080molSF 0,080molSF108gSF1molSF
8,64g
n = 0,316–0,133 =0,183molF 0,183molF38gF1molF
6,95g
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 388
b)LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
donde
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1–2=‐1
Sustituyendo:
K =23[0,082· 150+273 =0,663
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p
pSF4 p
De acuerdo con la ley deDalton de las presiones parciales la expresión anterior quedacomo:
K =p·y
p·y p·yK =
1p
y
y y=1pK
Considerando comportamiento ideal, la presión que ejerce la mezcla gaseosa en elequilibrioes:
n =(0,133+0,080+0,183)mol=0,396mol
p=0,396mol 0,082atm·L·mol ·K 150+273 K
2,5L=5,5atm
ElvalordelaconstanteK es:
K =0,663·5,5=3,64
c) La ecuación de van’t Hoff permite estudiar la variación de la constante K con latemperatura:
lnK
K=ΔHR
1T–
1T
SuponiendoqueΔH>0(procesoendotérmico)ysi:
T >T 1T
1T2
>0
Entoncessecumpleque:
lnK
K>0K >K enunprocesoendotérmico,siTaumenta, aumenta.
d)Sialamezclaenequilibrioanteriorseleañaden2gdeSF ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaelsentidoenelqueseconsumaSF ,esdecir,hacialaformacióndeSF yF :
19,42+2 gSF1molSF146gSF
0,147molSF
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 389
Elequilibrioaestudiares:
F (g)+SF (g)SF (g)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
F SF SFninicial 0,183 0,080 0,147ntransformado — — xnformado x x —nequilibrio 0,183+x 0,080+x 0,147– x
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
23=0,147–x 2,5
0,183+x 0,080+xx 3,7·10 mol
Elnúmerodemolesylaconcentracióndecadagasenelequilibrioson,respectivamente:
nSF6= 0,147–3,7·10 =0,1433molSF [SF ]=0,1433mol
2,5L0,0573M
n = 0,183+3,7·10 =0,1867molSF [SF ]=0,1867mol
2,5L0,0745M
n = 0,080+3,7·10 =0,0837molF [F ]=0,0837mol
2,5L0,0335M
6.2.Enunrecipientede1L,enelquesehahechovacío,seintroducen0,013molesde gaseosoysecalientaa250°C.Aesatemperaturaseproduceladescomposiciónen y gaseososycuandosealcanzaelequilibriolapresiónenelinteriordelrecipienteesde1atm.Calcula:a)Lapresiónparcialdel .b)Elvalordelasconstantes y aesatemperatura.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias1995)
a)Elequilibrioaestudiares:
PCl (g)PCl (g)+Cl (g)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
PCl PCl Clninicial 0,013 — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 0,013–x x xntotal 0,013–x +x+x= 0,013+x
El valor de la presión en el equilibrio permite calcular el valor del número de molestransformados.Considerandocomportamientoideal:
0,013+x mol=1atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 250+273 Kx=8,3·10 mol
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 390
p =p =p·y p =1atm8,3·10 mol
0,013+8,3·10 mol=0,39atm
b)DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
p +p +p =1atmp =0,22atm
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p p
p
Sustituyendo
K =0,39·0,39
0,22,
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
donde
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
Sustituyendo:
K =0,69[0,082· 250+273 =1,5·
6.3. El bromuro de amonio es un sólido cristalino que se descompone en un procesoendotérmicodandoamoníacoybromurodehidrógenogaseosos.Enunrecipienteenelquese ha alcanzado el equilibrio anterior, explica si la presión delHBr (g) y la cantidad de
(s)aumenta,disminuyeonosemodificasi:a)Seintroduce (g)enelrecipiente.b)Seduplicaelvolumendelrecipiente.Deducesielvalordelaconstantedeequilibrioa400°Cserámayor,igualomenorquea25°C.
(Canarias1995)
Elequilibrioaestudiares:
NH Br(g)NH (g)+HBr(g) ΔH°>0
ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Siseañade ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustanciareaccionandoconHBrhacialaformacióndeNH Br.Porlotanto,lapresióndelHBrdisminuyeylacantidaddeNH4Braumenta.
b)Siseduplicaelvolumen a temperaturaconstante,deacuerdocon la leydeBoyle lapresión se hace la mitad. Si se disminuye la presión, de acuerdo con el principio deLeChâtelier, el sistemasedesplazaenel sentidoenelque lapresiónaumente,esdecir,haciadondese formenmásmolesdegas,enestecasohacia laformacióndeNH yHBr.Porlotanto,lapresióndelHBraumentaylacantidadde disminuye.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 391
La ecuación de van’t Hoff permite estudiar la variación de la constante K con latemperatura:
lnK
K=ΔHR
1T–
1T
SabiendoqueΔH>0(procesoendotérmico)ysi:
T >T 1T
1T
>0
Entoncessecumpleque:
lnK
K>0K >K enunprocesoendotérmico,siTaumenta, aumenta.
6.4.Dadoelsiguienteequilibrio:
2 (g)+ (g)2 (g) ΔH=‐47kJIndicacómoafectaalequilibrio:a)Unadisminucióndelapresión.b)Unaumentodelatemperatura.c)Unaadiciónde .
(Canarias1996)(Canarias2000)
ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Sisedisminuyelapresión,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquelapresiónaumente,esdecir,haciadondeseformenmásmolesdegas.Enestecasoelequilibriosedesplazahacialaformaciónde y .
b)Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemase desplaza en el sentido en el que se consuma calor y, por tanto, disminuya latemperatura del sistema. Como se trata de un proceso exotérmico, el equilibrio sedesplazahacialaformaciónde y .
c)Siseañade ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustanciareaccionandoconSO .Elequilibriosedesplazahacialaformaciónde .
6.5.Enunmatrazde1Ldecapacidadseintroducen6gdepentaclorurodefósforosólido.Sehaceelvacío,secierraelmatrazysecalientaa250°C.El pasaalestadodevaporysedisociaparcialmenteen y ycuandosealcanzaelequilibrio lapresiónesde2,078atm.Calculaelgradodedisociacióndel ylaconstante adichatemperatura.Paradichadescomposición ΔH=87,9kJ. ¿Cómo seesperaque sea ladisociacióna480K,mayoromenor?Expliqueelefectosobreladistribucióndeespeciesenelequilibriosi:a)Seaumentalapresión.b)Seaumentalaconcentracióndecloro.c)Existeunamayorconcentracióndepentaclorurodefósforo.d)Existelapresenciadeuncatalizador.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias1997)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 392
Elnúmerodemolesinicialeses:
n=6gPCl1molPCl208,5gPCl
0,029molPCl
Elequilibrioaestudiares:
PCl (g)PCl (g)+Cl (g)
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
PCl PCl Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα nαnequilibrio n–nα nα nαntotal n–nα +nα+nα=n 1+α
Elvalorde lapresiónenelequilibriopermitecalcularelvalordelgradodedisociación.Considerandocomportamientoideal:
0,029 1+α mol=2,078atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 250+273 Kα=0,525 , %
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p p
p
De acuerdo con la ley deDalton de las presiones parciales la expresión anterior quedacomo:
K =p·y p·y
p·yK =p
nαn 1+α
nαn 1+α
n 1–αn 1+α
=pα2
1–α2
Sustituyendo
K =2,078(0,5251–(0,525
=0,79
La ecuación de van’t Hoff permite estudiar la variación de la constante Kp con latemperatura:
lnK
K=ΔHR
1T–
1T
SabiendoqueΔH>0(procesoendotérmico)ysi:
T <T 1T–
1T
<0
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 393
Entoncessecumpleque:
lnK
K<0K <K enunprocesoendotérmico,siTdisminuye,Kpdisminuye.
ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Siseaumenta lapresión, de acuerdo con el principio deLeChâtelier, el sistema sedesplaza en el sentido en el que la presión disminuya, es decir, hacia donde se formenmenosmolesdegas.Enestecaso,elequilibriosedesplazahacialaformaciónde .Lascantidadesde y disminuyenyladePCl5aumenta.
b)Siseaumentalaconcentraciónde ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustanciareaccionandoconPCl .El equilibrio se desplaza hacia la formación de PCl . Las cantidades de y disminuyenylade aumenta.
c)Siexistemayorconcentraciónde ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistema se desplaza en el sentido en el que consuma esta sustancia. El equilibrio sedesplazahacialaformacióndePCl yCl .Lascantidadesde y aumentanylade
disminuye.
d)Siseañadeuncatalizador, el equilibriopermanece inalteradoyaqueel catalizadordisminuye la energía de activación de las reacciones directa e inversa modificandoúnicamenteeltiempoquetardaenalcanzarseelequilibrio.Lascantidadesde , y
permanecenconstantes.
6.6. A temperaturas elevadas el carbono y el dióxido de carbono reaccionan según laecuaciónquímicaenequilibrio:
C(s)+ (g)2CO(g)Elcarbonatodecalciotambiénsedescomponeatemperaturaselevadasdeacuerdocon laecuaciónquímica:
(s)CaO(s)+ (g)A1000K,laconstantedeequilibrio paralaprimerareacciónvale1,72atm,mientrasqueparalasegunda =0,006mol· .Enunrecipientese introducencantidadessuficientesdecarbonoydecarbonatodecalcio,ambos sólidos, se cierra herméticamente y se calienta hasta 1000 K. Calcular, una vezestablecido el equilibrio, las presiones parciales de cada uno de los gases presentes en elrecipiente, lapresión totala laque está sometido este, y las concentracionesde todas lasespeciesgaseosas.(Datos.Elvolumenocupadoporlamezcladegasesenequilibrioesde10litros.ConstanteR=0,082atm·L· · )
(Murcia1997)
Considerando que en el equilibrio existen x moles de CO e y moles CO , y que existecomportamientoideal,laconstantedeequilibriodelaprimerareacción,K ,es:
K =pCOp
K =
xRTVyRTV
=xyRTV=1,72
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 394
Laconstantedeequilibriodelasegundareacción,K ,es:
K = CO =yV=0,006y=0,06molCO
SustituyendoestevalorenlaecuacióndeK :
x= 1,72VRT
y= 1,7210
0,082 10000,06=0,112molCO
Laspresionesparcialesson:
pCO=0,112mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
10L=0,920atm
p =0,06mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
10L=0,492atm
Lapresióntotaldelamezclaes:
p =(0,920+0,492)atm=1,412atm
Lasconcentracionesdelasespeciesgaseosassecalculanapartirdelascorrespondientespresionesparcialesutilizandolaecuacióndeestadodelosgasesideales:
[CO]=0,920atm
0,082atm·L·mol ·K 1000K=0,0112M
CO =0,492atm
0,082atm·L·mol ·K 1000K=0,006M
Otraformaderesolverelproblemaperosinutilizarelvolumensería:
Si las cantidades de CaCO y C son suficientes, se formará CO para mantener esteequilibriodedisociacióndelCaCO3yconseguirquesealcanceelsiguiente:
C(s)+CO (g)2CO(g)
Laconstantedeequilibrioparalasegundareacción,K ,es:
K =p
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
Sustituyendo:
K =0,006 0,082·1000 =0,492
LapresiónparcialdelCO :
p =K =0,492atm
Laconstantedeequilibriodelaprimerareacción,K ,es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 395
K =pCOp
LapresiónparcialdelCO:
pCO= K K pCO= 0,492 1,72=0,92atm
Lapresióntotaldelamezclaes:
p =(0,920+0,492)atm=1,412atm
6.7.Conrespectoalsiguienteequilibrioenfasegaseosa:
2A(g)B(g)+C(g)Comentelassiguientesafirmacionesindicandodeformarazonadasiteparecencorrectasocorrigiéndolasensucaso:a) El número demoles de C se incrementa disminuyendo el volumen del recipiente quecontienelamezclagaseosaenequilibrio.b)ElnúmerodemolesdeBseincrementasiseadicionaunanuevacantidaddeCalamezclaenequilibrio.c)ElnúmerodemolesdeByCseincrementasielcitadoequilibrioseestableceenpresenciadeuncatalizador.
(Canarias1998)
ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
a)Incorrecto.Siseaumentaelvolumenatemperaturaconstante,deacuerdoconlaleydeBoylelapresióndisminuye.SisedisminuyelapresióndeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquelapresiónaumente,esdecir,haciadondeseformenmásmolesdegas,enestecasocomoexisteigualnúmerodemolesdegasenambosladosdelareacción,elequilibrionosedesplazaenningúnsentido.
La frasecorrectaes:ElnúmerodemolesdeCnocambiadisminuyendoelvolumendelrecipientequecontienelamezclagaseosaenequilibrio.
b) Incorrecto.SiseañadeC, de acuerdo con el principiodeLeChâtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelqueconsumaestasustanciareaccionandoconB.ElequilibriosedesplazahacialaformacióndeA.
La frase correcta es: El número de moles de B disminuye si se adiciona una nuevacantidaddeCalamezclaenequilibrio.
c)Incorrecto.Siseañadeuncatalizador,elequilibriopermanece inalteradoyaqueelcatalizador disminuye la energía de activación de las reacciones directa e inversamodificandoúnicamenteeltiempoquetardaenalcanzarseelequilibrio.LascantidadesdeA,ByCpermanecenconstantes.
La frase correcta es: El número demoles de B y Cno cambia si el citado equilibrio seestableceenpresenciadeuncatalizador.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 396
6.8.Enunrecipientede5 litrosdecapacidadseintroducen0,1moldeunasustanciaA,0,1moldeotrasustanciaBy0,1moldeotraC.Elsistemaalcanzaelequilibrioalatemperaturade500K,deacuerdoalaecuaciónquímica:
2A(g)+B(g)2C(g)siendoentonceslapresiónenelrecipientede2,38atm.Sesabeque estácomprendidaentre100y150.Conestosdatos:a)Razonarenquésentidoevolucionarálareacciónhastaquealcanceelequilibrio.b)Calcularlasconcentracionesdecadaespecieenelequilibrio.c)Determinarelvalorexactode .d)¿Cuálserálapresiónparcialdecadaunodelosgasesenelequilibrio?e)Calcularelvalorde .
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia1998)(Asturias2010)
a)Previamente,secalculaelvalordelcocientedereacción,Q ysecomparaconelvalordeK :
Q =[C]0
2
[A]02[B]0
Q =
0,15
0,15
0,15
=50
ComoQ <K lareacciónevolucionaenelsentidoenelQ =K .Paraqueestoocurradebeaumentar el numerador de Q y disminuir su denominador. La reacción evolucionahacialaformacióndeC.
b)Seconstruyelatablademolescorrespondiente:
A B Cninicial 0,1 0,1 0,1ntransformado 2x x —nformado — — 2xnequilibrio 0,1–2x 0,1– x 0,1+2xntotal 0,1–2x + 0,1– x + 0,1+2x = 0,3– x
El valor de la presión en el equilibrio permite calcular el valor del número de molestransformados.Considerandocomportamientoideal:
0,3–x =2,38atm·5L
0,082atm·L·mol ·K 500Kx=0,01mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
A =0,1–2xV
=0,1–2·0,01 mol
5L=0,016M
B =0,1–xV
=0,1–0,01 mol
5L=0,018M
C =0,1+2xV
=0,1+2·0,01 mol
5L=0,024M
c)ElvalordelaconstanteK es:
K =[C
[A [B]K =
0,0240,016 0,018
=125
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 397
d)Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesson:
pA= 0,016mol·L 0,082atm·L·mol ·K 500K=0,66atm
pB= 0,018mol·L 0,082atm·L·mol ·K 500K=0,74atm
pC= 0,024mol·L 0,082atm·L·mol ·K 500K=0,98atm
e)ElvalordelaconstanteK es:
K =pC
pA pB)K =
0,980,66 0,74)
=3
6.9.Alcalentarlo,elNOBrsedisociasegúnlaecuación:
NOBr(g)NO(g)+½ (g)Cuandoseintroducen1,79gdeNOBrenunrecipientede1Lysecalientaa100°C,lapresiónenelequilibrioesde0,657atm.Calcula:a)Laspresionesparcialesdelostresgasesenelequilibrio.b)Elvalordelaconstante aesatemperatura.c)ElgradodedisociacióndelNOBr.(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )
(Canarias1998)
a‐c)Elnúmerodemolesinicialeses:
n=1,79gNOBr1molNOBr208,5gNOBr
0,0163molNOBr
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
NOBr NO Brninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα ½nαnequilibrio n–nα nα ½nαntotal n–nα +nα+½nα=n 1+½α
Elvalorde lapresiónenelequilibriopermitecalcularelvalordelgradodedisociación.Considerandocomportamientoideal:
0,0163 1+½α mol=0,657atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 100+273 Kα=0,636 , %
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
pNOBr=p·yNOBr=pn 1–αn 1+½α
pNOBr=0,657atm1–0,636
1+½·0,636=0,181atm
pNO=p·yNO=pnα
n 1+½αpNO=0,657atm
0,6361+½·0,636
=0,317atm
p =p·y =p½nα
n 1+½αp =0,657atm
½ 0,6361+½·0,636
=0,159atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 398
b)LaexpresióndelaconstanteK es:
K =pNO p ½
pNOBrK =
0,317 0,159 ½
0,181=0,7
6.10.Enunmatrazde2Ldecapacidad,sinaire,hayhidrógenocarbonatodesodiosólido.Secalientahasta100°Cy seproduce ladescomposición formando carbonatode sodio sólido,dióxidodecarbonoyaguaenfasegaseosa.Lapresióntotaldelsistemaenequilibrioa100°Cesde0,962atm.a)Calculalaconstantedeequilibriodelsistema.b)Lacantidaddehidrógenocarbonatodesodiodescompuesto.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia1998)
a)A100°Csealcanzaelequilibrio:
2NaHCO (s)Na CO (s)+CO (g)+H O(g)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
NaHCO Na CO CO H Oninicial n — — —ntransformado 2x — — —nformado — x x xnequilibrio n–2x x x x
LaconstanteK es:
K =p ·p
Lapresióntotaldelamezclagaseosa:
p =p +p
Deacuerdoconlaestequiometría,lascantidadesdeCO yH Oenelequilibriosoniguales,luego:
p =p =p2p =
0,962atm2
=0,481atm
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K = 0,481 =0,231
b)AplicandolaecuacióndeestadoseobtieneelnúmerodemolesdeCO formados:
x=0,481atm·2L
0,082atm·L·mol ·K 100+273 K=0,0315molCO
RelacionandoCO conNaHCO :
0,0315molCO2molNaHCO 1molCO
84gNaHCO 1molNaHCO
=5,284g
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 399
6.11.Setieneelsiguientesistemaenequilibrio:
(g)+ (g)CO(g)+ (g)Si se comprime lamezcla a temperatura constante, la cantidad de CO (g) en el sistema¿aumentará,disminuiráonosemodificará?Razonalarespuesta.
(Valencia1998)
DeacuerdoconelPrincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”,
Si se aumenta lapresión total a temperatura constante, el sistema se desplaza en elsentidoenelquebajelapresión,paraellodebedesplazarseenelsentidoeneldesciendael número de moléculas gaseosas en el equilibrio. Como existe el mismo número demoléculas de gas tanto en los productos como en los reactivos el sistema permaneceinalteradoynosemodificalacantidaddeCO(g).
6.12. En un recipiente a 227°C en el que se ha hecho previamente el vacío, se introducecloruro de nitrosilo, NOCl, y se deja que se alcance el equilibrio. La presión total en elequilibrioesde1,5atm.Silacantidadde enlamezclaesel10,8%envolumen,calculalaconstantedeequilibrioparaelproceso:
2NOCl(g) (g)+2NO(g)(Valencia1998)
Deacuerdoconla leydeAvogadro,paraunamezclagaseosalacomposiciónvolumétricacoincide con la composición molar. Si la mezcla en equilibrio contiene un 10,8% envolumen(moles)deCl ,deacuerdoconlaestequiometríadelareacciónlacantidaddeNOpresente en el equilibrio es el doble, es decir, 21,6% en moles. El resto de la mezclagaseosaenequilibrio,67,6%correspondealNOCl.
Apartirdelacomposiciónmolarseobtienenlascorrespondientesfraccionesmolaresquepermitencalcularlasrespectivaspersionesparciales:
10,8%Cl y =0,108
21,6%NOyNO=0,216
67,6%NOClyNOCl=0,676
AplicandolaleydeDaltonsecalculanlaspresionesparciales:
p =p·y p =1,5atm·0,108=0,162atm
pNO=p·yNOpNO=1,5atm·0,216=0,324atm
pNOCl=p·yNOClpNOCl=1,5atm·0,676=1,014atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =p pNOpNOCl
K =0,162 0,324
1,014=1,65·10
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 400
6.13.QuierecalcularselaconstanteKcparaelequilibrio:
(l)+ (l) (l)+ (l)Paraello,semezclan6mLdeetanolabsolutocon4mLdeácidoacéticoglacial,añadiéndoseadichamezcla10mLdeácidoclorhídrico3,00Mqueactúacomocatalizador.Sedejaquesealcance el equilibrio y se valoran (conNaOH y fenolftaleína como indicador) 5mL de ladisolución,gastándose24,2mLdehidróxidodesodio0,90M.Calculaelvalordelaconstantedeequilibrioconlossiguientesdatos:Densidades(g· ):etanol=0,79;ácidoacético=1,05.Masade10mLdeHCl3,00M=10,4g.Volumentotaldeladisoluciónenequilibrio=19 .(Losvolúmenesnosonaditivos).Dato. Puesto que el ácido clorhídrico actúa como catalizador, se recupera intacto en lamezclaenequilibrio.Así,alvalorarconNaOH,sevaloratantoelácidoacéticocomoelácidoclorhídricodelamezclaenequilibrio.
(Valencia1998)
Llamando, AcH al CH COOH, EtOH al CH CH OH y AcEt al CH COOCH CH , lasconcentracionesmolaresdelasdosespeciesinicialesson:
[AcH]=4mLAcH
19mLmezcla1,05gAcH1mLAcH
1molAcH60gAcH
10 mLmezcla1Lmezcla
=3,684M
[EtOH]=6mLEtOH19mLmezcla
0,79gEtOH1mLEtOH
1molEtOH46gEtOH
10 mLmezcla1Lmezcla
=5,423M
Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
AcH EtOH AcEt H2Oninicial 3,684 5,423 — —ntransformado x x — —nformado — — x xnequilibrio 3,684x 5,423x x x
Las ecuaciones químicas correspondientes a las reacciones de neutralización de los dosácidosconNaOHson:
AcH(l)+NaOH(aq)NaAc(aq)+H O(l)
HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H O(l)
LamezclaenelequilibriocontendrátodoelHCl(catalizador)quenoseconsumeyelAcHquehaquedadosinreaccionar.
LosmolestotalesdeNaOHempleadosenlaneutralizacióndetodoelácidopresenteenelequilibrioson:
19mLmezcla24,2mLNaOH0,90M
5mLmezcla
0,90molNaOH10 mLNaOH0,90M
=8,28·10 molNaOH
LosmolesdeHClusadoscomocatalizadoryqueseneutralizanson:
10mLHCl3,00M3,00molHCl
10 mLHCl3,00M=3,00·10 molHCl
Teniendo en cuenta que ambos ácidos reaccionan conNaOHmol amol, el resto de losmoles de NaOH que quedan corresponden a los que se neutralizan con el AcH que haquedadosinreaccionaralalcanzarseelequilibrio:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 401
8,28·10 3,00·10 molNaOH1molAcH1molNaOH
=5,28·10 molAcH
LaconcentracióndeAcHenelequilibrioes:
5,28·10 molAcH19mLmezcla
10 mLmezcla1Lmezcla
=2,779M
Este valor permite calcular la concentración molar correspondiente a la cantidadtransformada,x:
3,684x =2,779x=0,905M
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =AcEt H OAcH EtOH
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K =x2
3,684x 5,423xK =
0,9052,779 5,4230,905
=6,52·
6.14.Enunrecipientede10 litrosse introducen2molesde y1molde .Secalientaelsistemahasta1000K,alcanzándoseelequilibrio:
2 (g)+ (g)2 (g)Poranálisisvolumétricodelamezclasedeterminóqueel63%era .Calcular:a)Lacomposicióndelamezclagaseosaa1000K.b)Lapresiónparcialdecadagasenlamezclaenequilibrio,c)Losvaloresde y adichatemperatura.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia1999)
a)Seconstruyelatablademolescorrespondientealequilibrio:
SO O SOninicial 2 1 —ntransformado 2x x —nformado — — 2xnequilibrio 2–2x 1– x 2xntotal 2–2x + 1– x +2x= 3– x
Sabiendoqueenelequilibrioel63%delamezclaesSO sepuededeterminarelvalordex:
n
nt=
2x3–x
=63100
x=0,72mol
Lacomposicióndelamezclaenelequilibrioes:
n =2 0,72mol =1,44mol
n = 1–2·0,72mol =0,56mol
n = 1–0,72mol =0,28mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 402
b)Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesson:
p =1,44mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
10L=11,8atm
p =0,56mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
10L=4,6atm
p =0,28mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
10L=2,3atm
c)ElvalordelaconstanteK es:
K =p
p pK =
11,84,6 2,3
=2,9
ElvalordelaconstanteK es:
K =SO
SO OK =
1,4410
2
0,5610
2 0,2810
=236
6.15.Enunrecipientevacíoseintroduceunacantidaddehidrógenotrioxocarbonato(IV)desodio(bicarbonatosódico).Secierraherméticamenteelrecipienteysecalientahastaquelatemperatura se estabiliza en 120°C, en esemomento la presión interior alcanza los 1720mmHg.¿Quéprocesoquímico tiene lugar en el interiordel recipiente? ¿Cuál será su constantedeequilibrio,referidaalapresión?
(Galicia1999)
A120°Csealcanzaelequilibrio:
2NaHCO (s)Na CO (s)+CO (g)+H O(g)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
NaHCO Na CO CO H Oninicial n — — —ntransformado 2x — — —nformado — x x xnequilibrio n–2x x x x
LaconstanteK es:
K =p ·p
Lapresióntotaldelamezclagaseosa:
p =p +p
Deacuerdoconlaestequiometría,lascantidadesdeCO yH Oenelequilibriosoniguales,luego:
p =p =p2p =
1720mmHg2
1atm
760mmHg=1,13atm
SustituyendoenlaexpresióndeK :
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 403
K = 1,13 =1,28
(SimilaralproblemapropuestoenC.Valenciana1998).
6.16.Paralareacción:
(g) (g)+ (g)
a182°C, vale9,324·10 atm.Enunrecipientede0,4litrosseintroducen0,20molesde ysutemperaturaseelevaa182°Chastaqueseestableceelequilibrio.Unavezestablecidoeste,calcule:a)Laconcentracióndelasespeciespresentes.b)Lapresióndelamezclagaseosa.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Extremadura1999)
a)LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
Sustituyendo:
K =9,324·10 [0,082·(182+273) =2,5·10
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
SbCl SbCl Clninicial 0,20 — —ntransformado x — —nformado — X xnequilibrio 0,20–x X x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[SbCl ][Cl ][SbCl ]
Sustituyendo
2,5 10
x0,4
x0,4
0,20–x0,4
x 1,37 10 mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[SbCl ]=[Cl ]=1,37 10 mol
0,4L0,034M
[SbCl ]=0,20–1,37·10 mol
0,4L0,466M
b)Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesson:
p =p = 0,034mol·L 0,082atm·L·mol ·K 182+273 K=1,27atm
p = 0,466mol·L 0,082atm·L·mol ·K 182+273 K=17,4atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 404
Lapresióntotaldelamezclaes:
p = 1,27+1,27+17,4 atm=19,9atm
6.17.Contestaverdaderoofalsoalassiguientesafirmaciones,justificandolarespuesta:a)Enunrecipientede1Lexisten2molesde (g)y1molde (g).Elrecipientesecalientahastaunatemperaturadeequilibrio.SilaconstantedeequilibrioesK=4para:
(g)+ (g)2HI(g)lareacciónsedesplazarádeizquierdaaderecha.b)Paralamismareacción,lamismatemperaturaylamismaK,siinicialmentehay2molesde (g), 1mol de (g) y 2moles de HI (g) la reacción se desplazará de derecha aizquierda.c)Enlascondicionesdeb)sedesplazarádeizquierdaaderecha.d)Siinicialmentehay35,4molesde (g)y0,075molesdeHI(g)lareacciónsedesplazarádederechaaizquierda.e)Siinicialmentehay0,5molesde (g),0,5molesde (g)y0,5molesdeHI(g)lareacciónsedesplazarádeizquierdaaderecha.
(Valencia1999)
a)Verdadero.Yaquecomosóloexisteninicialmentelasespeciesdelaizquierdayenelequilibriodebenestarpresentestodas,lareaccióntranscurrehacialaformacióndeHIqueeslaespeciequefalta.
b) Falso. Al existir inicialmente todas las especies del equilibrio, es preciso calcular elvalor del cociente de reacción Q para saber en que sentido evoluciona el sistema paraalcanzar el equilibrio. Teniendo en cuenta que el volumen no afecta al valor de laconstanteK:
Q=[HI
[H [I=
22 1
=2
ComoseobservaQ<K,porloqueparaquesealcanceelequilibrioQdebehacersemayor,poresemotivoelsistemasedesplazahacialaderecha.
c)Verdadero.Setratadelcasoopuestoalanterior.
d)Verdadero.YaquecomosóloexisteninicialmentelasespeciesH yHIyenelequilibriodeben estar presentes todas, la reacción transcurre hacia la formación de I que es laespeciequefalta.
e)Verdadero.Alexistirinicialmentetodaslasespeciesdelequilibrio,esprecisocalcularelvalordelcocientedereacciónQparasaberenquesentidoevolucionaelsistemaparaalcanzar el equilibrio. Teniendo en cuenta que el volumen no afecta al valor de laconstanteK:
Q=0,5
0,5 0,5=1
Como se observa Q < K, se trata delmismo caso que el apartado b), por esemotivo elsistemasedesplazahacialaderecha.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 405
6.18.Enun recipiente vacíode0,4L se introducen1,15gde .Cuando sealcanza elequilibrio:
(g)2 (g)a100°C, lapresión en el interiordel recipiente esde1300mmHg.Calcula el valorde lasconstantes y yelporcentajedemolesde queha reaccionadoalalcanzarse elequilibrioadichatemperatura.a)Sienunrecipientede1Lseintroducen1molde y1molde a100°C,calculalacomposicióndelamezclaenequilibrio(enmoles).b) Calcula el grado de disociación del así como losmoles de que se han deintroducir en un recipiente vacío de 1 L a 100°C para que al alcanzarse el equilibrio lapresióntotalseade3atm.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia1999)
ElnúmerodemolesdeN O queseintroduceninicialmenteenelreactores:
1,15gN O1molN O92gN O
=0,0125molN O
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
N O NOninicial 0,0125 —ntransformado x —nformado — 2xnequilibrio 0,0125x 2xntotal 0,0125x +2x= 0,0125+x
Considerando comportamiento ideal de la mezcla, la presión en el equilibrio permitecalcularelporcentajedemolesdeN O transformados:
0,0125+x mol=1300mmHg
1atm760mmHg 0,4L
0,082atm·L·mol ·K 100+273 Kx=9,9·10 mol
ElporcentajeenmolesdeN O transformadoes:
9,9·10 molN O (transformado)0,0125molN O (inicial)
100=79,2%
Lasconcentracionesdelasespeciesenelequilibrioson:
N O =0,01259,9·10 mol
0,4L=0,0065M
NO =2 9,9·10 mol
0,4L=0,0495M
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =[NON O
K =0,04950,0065
=0,377
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 406
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1
K =0,377·[0,082· 100+273 ]=11,5
a)Alexistir inicialmentetodaslasespeciesdelequilibrio,esprecisocalcularelvalordelcocientedereacciónQ parasaberenquesentidoevolucionaelsistemaparaalcanzarelequilibrio:
Q =[NON O
=1/11/1
=1
Comoseobserva,Q >K ,por loqueparaque se alcanceel equilibrioQ debehacersemenor,poresemotivoelsistemasedesplazahacialaizquierda(formacióndeN O ).
Latablademoleses:
N O NOninicial 1 1ntransformado — 2xnformado x —nequilibrio 1+x 12x
Teniendo en cuenta que el volumen es de 1 L y sustituyendo en la expresión de laconstanteK :
12x1+x
=0,377x=0,168mol
Lacomposicióndelamezclaenequilibrioes:
n = 1+0,168 mol=1,168mol
n = 12·0,168 mol=0,664mol
b) La tabla de moles en función del grado de disociación, α, y del número de molesiniciales,n,es:
N O NOninicial n —ntransformado nα —nformado — 2nαnequilibrio n–nα 2nαntotal n–nα +2nα=n 1+α
DeacuerdoconlaleydeDaltonlaspresionesparcialesson:
p =p·y p =pn 1αn 1+α
=p1α1+α
p =p·y p =p2nα
n 1+α=p
2α1+α
SustituyendolaspresionesparcialesenlaexpresióndelaconstanteK :
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 407
K =p
pK =
p2α1+α
p1α1+α
=p4α1α
11,5=34α1α
α=0,770%
LosmolesdeN O necesariosparaconseguiresevalordelapresiónydeαson:
n=3atm·1L
1+0,70 mol 0,082atm·L·mol ·K 100+273 K=0,0577mol
6.19.SedisponedeunrecipientequecontieneC(s), (g)y (g)enequilibriosegún:
C(s)+2 (g) (g) ΔH=‐75kJIndicasilaconcentracióndemetanoaumentará,disminuiráopermaneceráconstantesi:a)Aumentalatemperatura.b)Disminuyelatemperatura.c)AumentalapresiónaTconstante.d)SeintroduceC(s)enelrecipienteaTconstante.e)Seeliminapartedel (g)presenteaTconstante.Indicacómosemodificarálaconstantedeequilibriosi:f)Aumentalatemperatura.g)Aumentalapresión.h)Seeliminametanodelrecipiente.i)Seintroduce (g)enelrecipiente.
(Valencia1999)
ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Suaplicaciónsirveparavercómoafectaráalsistemaenequilibriocadaunodeloscambiospropuestos.
LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK es:
K =[CH ][H
a‐f)Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcalorañadidoyasíbajelatemperatura.Teniendoencuentaquesetratadeunprocesoexotérmicoelsistemasedesplazahacialaformación de C (s) y H (g) por lo que la concentraciónde (g) en el equilibriodisminuyeyelvalordelaconstantedeequilibriodisminuye.
b) Si se disminuye la temperatura la concentración de (g) en el equilibrioaumenta,yaquesetratadelcasoopuestoalapartadoa).
c‐g)Siseaumenta lapresióna temperatura constante,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,paraellodebedesplazarse en el sentido en el descienda el número de moléculas gaseosas en elequilibrio.Comoaladerechahaymenosmoléculasdegas,elsistemasedesplazahaciala
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 408
formacióndeCH (g)porloquelaconcentracióndeCH4(g)enelequilibrioaumentayelvalordelaconstantedeequilibrioaumenta.
d)SiseintroduceC(s)enelrecipienteaTconstante,elsistemapermaneceinalteradoyaquecomosetratadeunasustanciasólidanoapareceen laexpresiónde laconstantedeequilibrioyporlotantosusvariacionesnolamodificanpor loquelaconcentraciónde
(g)enelequilibriopermanececonstante.
e) Si se elimina (g) a temperatura constante, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueserepongaelH (g)extraídoporloqueelsistemasedesplazahacialaformacióndeestasustanciaylaconcentraciónde (g)enelequilibriodisminuye.
h)Si seelimina (g) del recipiente, de acuerdo con el principio deLeChâtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueserepongaelCH (g)extraído,por loqueelsistemasedesplazahacialaformacióndeestasustanciaaumentandosuconcentraciónyconelloelvalordelaconstantedeequilibrio.
i)Siseintroduce (g)enelrecipiente,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenel sentidoenelqueseconsumaelH (g)añadido,por loqueseformaCH (g)aumentandosuconcentraciónyelvalordelaconstantedeequilibrio.
6.20.Eletileno( )seprepara industrialmentemediante ladescomposicióntérmicadeletano:
(g) (g)+ (g)A 1000K, la reacción está caracterizada por una constante de equilibrio, = 2,5; y uncambiodeentalpía,ΔH=147kJ/mol.Siinicialmente,unreactorde5Ldevolumencontiene40gde .Calcula:a)Lapresiónenelinteriordelreactorunavezquesealcanceelequilibrio.b)Siunavezalcanzadoelequilibrio,seañaden25gde (g),¿cuálserálanuevapresiónunavezquesealcanceelequilibrionuevamente?c) ¿Cómoafectará la expansión isotermade lamezcla en equilibrioa las concentracionesfinalesdereactivosyproductos?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia1999)
a)ElnúmerodemolesdeC H queseintroduceninicialmenteenelreactores:
40gC H1molC H30gC H
=1,333molC H
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
C H C H Hninicial 1,333 — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 1,333x x xntotal 1,333x +x+x= 1,333+x
LaexpresióndelaconstanteKces:
Kc=C H H
C H=
nV
nV
nV
=n n
V n
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 409
Sustituyendovalores:
2,5=x
5 1,333xx=1,215mol
Paracalcularlapresiónseaplicalaecuacióndeestadodelosgasesideales:
p=1,333+1,215 mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
5L=41,8atm
b) Al añadir H al sistema en equilibrio, de acuerdo con el principio deLeChâtelier, elsistema sedesplaza en el sentido en el que se consuma elH añadido, esdecir hacia laformacióndeC H .
ElnúmerodemolesdeH añadidoes:
25gH1molH2gH
=12,5molH
Teniendoencuentaqueelsistemaenequilibriocontenía 1,3331,215 =0,118molesdeC H ,1,215molesdeC H ydeH yquesehanañadidoalreactor12,5molesdeH lanuevatablademoleses:
C H C H Hninicial 0,118 1,215 1,215+12,5ntransformado — x xnformado x — —nequilibrio 0,118+x 1,215x 13,715xntotal 0,118+x + 1,215x + 13,715x = 15,048x
Procediendodeigualformaqueenelapartadoanterior:
2,5=1,215x 13,715x
5 0,118+xx=0,565mol
Paracalcularlapresiónseaplicalaecuacióndeestadodelosgasesideales:
p=15,0480,565 mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
5L=237,5atm
c)Alrealizarenelsistemaunaexpansiónisotermaseproduceunadisminucióndelapresiónqueejercelamezclaenequilibrio.DeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplaza enelsentidoenelquesuba lapresión,paraellosedesplazaenelsentidoenelqueaumenteelnúmerodemoléculasdegaspresentes enel equilibrio, esdecirhacialaformaciónde y .
6.21.Paraelequilibrio:
(g)+ (g)2HI(g)A 400°C, la constante = 64. Calcula los gramos deHI que se formarán cuando en unrecipientecerrado,semezclen2molesde con2molesde ysedejequesealcanceelequilibrioaesatemperatura.
(Canarias2000)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 410
I H HIninicial 2 2 —ntransformado x x —nformado — — 2xnequilibrio 2–x 2– x 2x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[HI
[I ][H ]
Sustituyendo en la expresión de la constante y teniendo en cuenta que el volumen noafectaalamisma:
64=2x 2–x
2x=3,2molHI
LamasadeHIqueseformaes:
3,2molHI128gHI1molHI
=410gHI
6.22. A temperaturas elevadas el pentafluoruro de bromo ( ) se descomponerápidamentedeacuerdoalaecuaciónquímica:
2 (g) (g)+5 (g)En un recipiente herméticamente cerrado, de 10,0 L, se inyectaron 0,1 moles delpentafluoruroysedejóqueelsistemaalcanzaseelequilibriocalentándolohasta1500K.Sienelequilibriolapresióndelosgasesencerradosenelrecipienteerade2,12atm,calcular:a)Elnúmerototaldemolesgaseososexistentesenelequilibrio.b)Elnúmerodemolesdecadagas.c)Laspresionesparcialescorrespondientesacadagas.d)Losvaloresde y alacitadatemperatura.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2000)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
BrF Br Fninicial 0,1 — —ntransformado 2x — —nformado — x 5xnequilibrio 0,1–2x x 5xntotal 0,1–2x +x+5x= 0,1+4x
El valor de la presión en el equilibrio permite calcular el valor del número de molestransformados.Considerandocomportamientoideal:
0,1+4x =2,12atm·10L
0,082atm·L·mol ·K 1500Kx=0,018mol
Elnúmerodemolesenelequilibrioes:
n = 0,1+4·0,018 mol=0,172mol
b)Lacomposicióndelamezclaenelequilibrioes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 411
nBrF5= 0,1–2·0,018 mol=0,064mol
n =0,018mol
n = 5·0,018 mol=0,090mol
c)Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesson:
p =0,064mol 0,082atm·L·mol ·K 1500K
10L=0,79atm
p =0,018mol 0,082atm·L·mol ·K 1500K
10L=0,22atm
p =0,090mol 0,082atm·L·mol ·K 1500K
10L=1,11atm
d)ElvalordelaconstanteK es:
K =p p
pK =
1,11 0,220,79
=0,59
ElvalordelaconstanteK es:
K =F BrBrF 2 K =
0,09010
5 0,01810
0,06410
2 =2,6 –
6.23.La formacióndetetraóxidodedinitrógenogasseexplicamediante la formulacióndedosequilibriosconsecutivos:a)Monóxidodenitrógenogasmásoxígenomoleculargasparadardióxidodenitrógenogas,cuyaconstantedeequilibrioes =5·10 aunatemperaturade700K.b) Dióxido de nitrógeno gas para dar tetraóxido de dinitrógeno gas, cuya constante deequilibrioes =1,82·10 aunatemperaturade700K.¿Qué relación guardan las constantes de equilibrio de las reacciones anteriores con laconstantedeequilibrioquelasengloba?
(Galicia2000)
Laprimerareacciónes:
2NO(g)+O (g)2NO (g)
Laexpresióndesuconstantedeequilibrioenfuncióndelaspresioneses:
K =pNO2
pNO pO2=5·10
Lasegundareacciónes:
2NO (g)N O (g)
Laexpresióndesuconstantedeequilibrioenfuncióndelaspresioneses:
Kp2=pN2O4(pNO2
=1,82·10
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 412
Comoseobserva,elvalordepNOnoapareceenlaexpresióndelaK acalcular,portantodespejandodichovalorenK yK eigualandoseobtiene:
pNO2 =K pNO pO2
pNO2 =pN2O4K
K K =pN2O4
pNO pO2
SustituyendolosvaloresdelasconstantesseobtieneelvalordelaconstanteK :
K =K K K = 5·10 1,82·10 =9,1·10
Estaconstantedeequilibriocorrespondealareacciónglobal:
2NO(g)+O (g)N O (g)
6.24.Seconsideraelequilibrio:
(g)CO(g)+ (g)Unrecipientedeun litrodecapacidadcontiene inicialmenteunmoldefosgeno( )enequilibrioconunmoldemonóxidodecarbonoy0,25molesdedicloro,aunatemperaturaT.Se desea doblar el número de moles de CO añadiendo fosgeno ¿Cuánto deberíaañadirsesilatemperaturasemantieneconstante?
(Extremadura2000)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[CO][Cl ][COCl ]
TeniendoencuentaqueV=1L,elvalordeK es:
K =1·0,25
1=0,25
Llamando n a la cantidad de COCl a añadir al equilibrio anterior, la tabla de molescorrespondientees:
COCl CO Clninicial 1+n 1 0,25ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 1+n –x 1+x 0,25+x
ComosedeseaqueelnúmerodemolesdeCOseaeldoble:
1+x molCO=2molCO x=1mol
SustituyendoenlaexpresióndeK :
0,25=2·1,25
nn=10molCOCl2
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 413
6.25. Cuando se calienta cloruro de amonio sólido en un recipiente cerrado a 275°C, sedescomponesegúnlareacción:
(s) (g)+HCl(g)Cuandosealcanzaelequilibrio, lapresióntotalenelinteriordelrecipienteesde0,18atm.Calculalascantidadesde ,HCly cuandosealcanzaelequilibrioenlossiguientescasos:a)Enunrecipientede10Lseintroducen10gde ysecalientaa275°C.b)Enunrecipientede10Lse introducen10gde ,10gdeHCly10gde ysecalientaa275°C.c)Enunrecipientede10Lseintroducen10gde y10gde ysecalientaa275°C.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2000)
a) Para calcular las cantidades de sustancias presentes en el equilibrio es precisodeterminar previamente el valor de la constante de equilibrio. La tabla de molescorrespondientealequilibrioes:
NH Cl NH HClninicial n — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio nx x x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p ·pHCl
Lapresióntotaldelamezclagaseosa:
pt=p +pHCl
De acuerdo con la estequiometría, en el equilibrio existe elmismonúmerodemolesdeNH yHCl,porloquesuspresionesparcialesserániguales:
p =pHCl=pt2p =
0,18atm2
=0,09atm
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K = 0,09 =8,1·10
Paracalcularelnúmerodemolesseaplicalaecuacióndeestadodelosgasesideales:
x=0,09atm·10L
0,082atm·L·mol ·K 275+273 K=0,02mol
Lasmasasdesustanciasenelequilibrioson:
0,02molNH 17gNH1molNH
=0,34g
0,02molHCl36,5gHCl1molHCl
=0,73gHCl
10gNH4Cl0,02molNH Cl53,5gNH Cl1molNH Cl
=8,93g
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 414
b)SiademásdelNH Cl,elrecipientecontieneunascantidadesdeNH yHClquehacequelascorrespondientespresionesparcialessean:
pNH3=10gNH
1molNH17gNH 0,082atm·L·mol ·K 275+273 K
10L=2,643atm
pHCl=10gHCl
1molHCl36,5gHCl 0,082atm·L·mol ·K 275+273 K
10L=1,231atm
Al existir inicialmente todas las especies del equilibrio, es preciso calcular el valor delcocientedereacciónQpparasaberenquesentidoevolucionaelsistemaparaalcanzarelequilibrio:
Q = pNH3 pHCl = 1,231 2,643 =3,254
Como seobservaQ >K por loqueparaque se alcance el equilibrioQ debehacersemenor,poresemotivoelsistemasedesplazahacialaizquierda(formacióndeNH4Cl).
Latabladepresioneses:
NH Cl NH HClpinicial n 1,231 2,643ptransformado — y ypformado x — —pequilibrio n+x 1,231y 2,643y
LlamandoyalapresiónparcialequivalentealosmolestransformadosysustituyendoenlaexpresióndeK :
8,1·10 = 1,231y 2,643y y=1,225atm
Paracalcularelnúmerodemolestransformadoscorrespondientesaesapresiónseaplicalaecuacióndeestadodelosgasesideales:
x=1,225atm·10L
0,082atm·L·mol ·K 275+273 K=0,273mol
Lasmasasdesustanciasenelequilibrioson:
10gNH 0,273molNH17gNH1molNH
=5,359g
10gHCl0,273molHCl36,5gHCl1molHCl
=0,036gHCl
10gNH Cl+0,273molNH Cl53,5gNH Cl1molNH Cl
=24,606g
c) Si además del NH Cl, el recipiente contiene una cantidad de NH que hace que supresiónparcialsea:
pNH3=10gNH
1molNH17gNH 0,082atm·L·mol ·K 275+273 K
10L=2,643atm
ParaquesealcanceelequilibrioelsistemasedesplazahacialaderechayaquefaltaHCl:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 415
NH Cl NH HClpinicial n 2,643 —ptransformado x — —pformado — y ypequilibrio nx 2,643+y y
LlamandoyalapresiónparcialequivalentealosmolestransformadosysustituyendoenlaexpresióndeK :
8,1·10 =y 2,643+y y=3,1·10 atm
Paracalcularelnúmerodemolestransformadoscorrespondientesaesapresiónseaplicalaecuacióndeestadodelosgasesideales:
x=3,1·10 atm·10L
0,082atm·L·mol ·K 275+273 K=6,9·10 mol
Lasmasasdesustanciasenelequilibrioson:
10gNH +6,9·10 molNH17gNH1molNH
=10,012g
6,9·10 molHCl36,5gHCl1molHCl
=0,025gHCl
10gNH Cl6,9·10 molNH Cl53,5gNH Cl1molNH Cl
=9,963g
6.26. El hidrógenosulfuro de amonio, (s), es un compuesto inestable que sedescomponefácilmenteenamoníaco, (g),ysulfurodehidrógeno, (g).
(s) (g)+ (g)Seconocenlossiguientesdatostermodinámicos,a25°C:
Compuesto °(kJ· ) S°(J· · ) (s) ‐156,9 113,4 (g) ‐45,9 192,6 (g) ‐20,4 205,6
a)Justifique,sienlascondicionesindicadaselprocesoesexotérmicooendotérmico.b)Justifique,sienlascondicionesindicadaselprocesoesespontáneoonoespontáneo.c)Determinelaconstantedeequilibrio paraestareaccióna25°C.d)Supongaquesecoloca1,00molde (s)enunrecipientevacíode25,00litrosysecierra este. ¿Cuál será la presión reinante en el recipiente cuando se haya llegado alequilibrioalatemperaturade25°C?
(Datos. Constante R = 8,314·10 kJ· · . Considere despreciable el volumen de(s))
(Murcia2001)
a) La variación de entalpía puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos.
Δ H°=Σ νiH°i productos–Σ νiH°i reactivos
Paralaecuacióncitada:
Δ H°= 1molH S‐20,4kJmolH S
+1molNH‐45,9kJmolNH
1molNH HS‐156,9kJmolNH HS
=90,6kJ
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 416
Comoseobserva, °>0,porloquesetratadeunprocesoendotérmico.
b)ParadeterminarlaespontaneidaddelareacciónesnecesariocalcularelvalordeΔ G°.LavariacióndeenergíalibredeGibbssecalculamediantelasiguienteexpresión:
Δ G°=Δ H°–T·Δ S°
ElvalordeΔ S°secalculaapartirdelasentropíasmolaresdeproductosyreactivos:
Δ S°=Σ νiS°i productos–Σ νiS°i reactivos
Δ S°= 1molH S205,6JK·mol
+1molNH192,6JK·mol
1molNH HS113,4JK·mol
=284,8JK
SustituyendoenlaexpresióndelaenergíalibredeGibbs:
Δ G°=90,6kJ–298K284,8JK
1kJ
103J=5,7kJ
Setratadeunprocesonoespontáneoa25°C,yaqueelvalorde °>0.
c)LarelaciónentreK ylaenergíalibredeGibbsvienedadaporlaexpresión:
Δ G°=‐RTlnK
despejandoK :
K =exp ‐Δ G°RT
=exp ‐5,7
8,314·10 298=0,1
d)Latablademolescorrespondientees:
NH HS NH H Sninicial 1,00 — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 1–x x x
delamismasededuceque:
p =p =p
DelaexpresióndelaconstanteK :
Kp=p p =p2p= K = 0,1=0,316atm
Lapresióntotaldelamezclaenelequilibrioes:
pt=p +p pt=2 0,316atm =0,632atm
6.27.A473K y2atmdepresión, el sedisocia enun50% en y .Calcule lapresiónparcialdel enelequilibrioyelvalordelaconstante .
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(CastillayLeón2001)
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 417
PCl PCl Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα nαnequilibrio n–nα nα nαntotal n–nα +nα+nα=n 1+α
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p p
p
De acuerdo con la ley deDalton de las presiones parciales la expresión anterior quedacomo:
K =p·y p·y
p·yK =p
nαn 1+α
nαn 1+α
n 1–αn 1+α
=pα2
1–α2
Sustituyendo:
K =20,50
1– 0,50=0,667
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
Sustituyendo:
K =0,666[0,082·473 =1,7·
Deacuerdoconlaestequiometríadelareacción,secumpleque:
p =p =p
ydeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
p +p +p =2atmpPCl5=2–2p
SustituyendoenlaexpresióndeK :
0,667=p
2–2pp=p = ,
6.28.Laconstantedeequilibriocorrespondientealareacciónentreel yel paraformarHItienevalor50a448°C.a)Calculeenquéproporciónmolarsehandemezclar con adichatemperaturaparaquereaccioneel80%delacantidadde mezclada.b)Indiquecuálseríadichaproporciónmolarsilapresiónseelevasehastaalcanzarunvalordoblequeladelapartadoanterior.
(CastillayLeón2001)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 418
I H HIninicial n n —ntransformado x x —nformado — — 2xnequilibrio n –x n – x 2x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[HI
[I ][H ]
Sustituyendo en la expresión de la constante y teniendo en cuenta que el volumen noafectaalamisma:
50=2x
n –x n –x
Sielvalordex=0,8n ,laexpresiónanteriorquedacomo:
50=2·0,8n
n –0,8n n –0,8n
Simplificandoyreordenando:
50=1,6 n
0,2 n –0,8n
n –0,8n
n=
1,650 0,2
n
n–0,8=0,256
n
n=1,056
b)Setratadeunequilibrioenelloscoeficientesdelasespeciesgaseosassonlosmismosenambosladosdelareacción(Δυ=0),locualquieredecirqueestetipodeequilibriosnosevenafectadosporlasvariacionesdepresiónovolumen,portanto,laproporcióneslamismaquelaanterior.
6.29.Enunacámaradereacciónde80Ldecapacidadseintroducen2,5molesde (g)ysecalientaa450K.Aestatemperaturayalapresiónde1,5atmel sedisociaun30%segúnlareacción:
(g) (g)+ (g)Calcula:a)Lasconstantes y a450K.b)Simanteniendolatemperaturaconstante,elvolumensereducealamitad,¿cuálessonlosmolesdecadasustanciaenelequilibrio?Comparalosresultadosobtenidosyjustifícalos.c)SuponiendoqueΔHparalareacciónanteriorfuese<0,¿cómoesperaríasquefuese a325K?¿Mayoromenorquelaanterior?Justificalarespuesta.(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )
(Canarias2001)
a) La tabla de moles correspondiente al equilibrio en función del número de molesinicialesydelgradodedisociaciónes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 419
SbCl SbCl Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα nαnequilibrio n–nα nα nαntotal n–nα +nα+nα=n 1+α
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p p
p
De acuerdo con la ley deDalton de las presiones parciales la expresión anterior quedacomo:
K =p·y p·y
p·yK =p
nαn 1+α
nαn 1+α
n 1–αn 1+α
=pα2
1–α2
Sustituyendo:
K =1,50,30
1– 0,30= ,
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
Sustituyendo:
K =0,148[0,082·450 =4,0·
b)ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Sisereduceelvolumena lamitad a temperaturaconstante,deacuerdocon la leydeBoyle la presión se duplica. Si se aumenta la presión, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquelapresióndisminuya,esdecir,haciadondeseformenmenosmolesdegas,enestecasohacialaformacióndeSbCl5.
Siahoralapresióneseldobledelaanterior(3,0atm)alamismatemperatura,elgradodedisociación,segúnloqueprediceelprincipiodeLeChâtelier,serámenor:
0,148=3,0α2
1–α2α=0,21721,7%
Enlasiguientetablasemuestraelnúmerodemolesdecadaespecieenelequilibrioparacadaunadelaspresiones:
p=1,5atm p=3,0atmn n 1–α 2,5 1–0,30 =1,750mol 2,5 1–0,217 =1,958mol
n =n nα 2,5·0,30=0,750mol 2,5·0,217=0,543mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 420
Comoseobserva,aldisminuirelvolumen(aumentarlapresión),elnúmerodemolesdeaumenta,mientraselde y disminuye.
c) La ecuación de van’t Hoff permite estudiar la variación de la constante K con latemperatura:
lnK
K=ΔHR
1T–
1T
SabiendoqueΔH<0(procesoexotérmico)ysi:
T <T 1T–
1T
<0
Entoncessecumpleque:
lnK
K>0K >K enunprocesoexotérmico,siTdisminuye,Kpaumenta.
6.30.Seintrodujoenunrecipienteunamezclade11,02milimolesde y5,48milimolesde, juntoconuncatalizadordePt,estableciéndoseel siguienteequilibrio,a700°Cy762
mmHg:
2 (g)+ (g)4 (g)+ (g)Lamezcladereacciónseseparódelcatalizadoryseenfriórápidamentehastatemperaturaambiente, a la cual la velocidad de las reacciones directa e inversa son despreciables. Alanalizarlamezclaseencontraron0,711milimolesde .a)Calculelasconstantes , y a700°C.b)Expliquecómoafectaríaalequilibrio:
b1)Unaumentodelapresióntotal.b2)Unadisminucióndelaconcentraciónde .b3)Unaumentodelatemperaturasi,a700°C,elprocesoesexotérmico.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Extremadura2001)(Asturias2002)(Extremadura2003)
a)Latablacorrespondienteexpresadaenmmol:
H S CH H CSninicial 11,02 5,48 — —ntransformado 2x x — —nformado — — 4x xnequilibrio 11,02–2x 3,48– x 4x x
Comox=0,711mmol,lascantidadesenelequilibrioson:
H S CH H CSnequilibrio 9,598 4,769 2,844 0,711
Eltotaldemolesenelequilibrioes:
n = 9,598+4,769+2,844+0,711 mmol=17,922mmol
ylasrespectivasfraccionesmolares:
x =n
n=
9,598mmol17,922mmol
=0,536x =n
n=
4,769mmol17,922mmol
=0,266
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 421
x =n
n=
2,844mmol17,922mmol
=0,159x =n
n=
0,711mmol17,922mmol
=0,040
Laconstantedeequilibriodelareacciónenfuncióndelasfraccionesmolares(K ),mejorllamarleK ,yaquesetratadeunamezclaenfasegasesosa:
K =y y
y y=
0,040 0,1590,266 0,536
=3,35·10
DeacuerdoconlaleydeDalton,laspresionesparcialesenelequilibrioson:
p =p·y p =762Torr·0,0401atm
760Torr=0,040atm
p =p·y p =762Torr·0,1591atm
760Torr=0,159atm
p =p·y p =762Torr·0,2661atm
760Torr=0,266atm
p =p·y p =762Torr·0,5361atm
760Torr=0,536atm
Laconstantedeequilibriodelareacciónenfuncióndelaspresionesparciales,K ,es:
K =p p
p pK =
0,040 0,1590,266 0,536
=3,35·10
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.Esteq.ProductosgaseososΣcoef.Esteq.Reactivosgaseosos=5–3=2
Sustituyendo:
K =3,35·10 [0,082· 700+273 =5,26· –
b)ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
b1)Siseaumentalapresión,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplaza en el sentido en el que la presióndisminuya, es decir, hacia donde se formenmenosmolesdegas,enestecasohacialaformaciónde y .
b2)Sidisminuyelaconcentraciónde ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaráenelsentidoenelqueaumentelaconcentracióndeCH ,esdecir,hacialaformaciónde y .
b3)Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaráenelsentidoenelquedesciendalatemperatura,esdecir,enelsentidoenelque se consumacalory comose tratadeunprocesoexotérmico, el sistemasedesplazahacialaformaciónde y .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 422
(EsteproblemaapareceresueltoenO.Q.N.CiudadReal1997yenAsturias2002sedanlascantidadesincialesengramos).
6.31. El es de color pardo y el es incoloro. Cuando se tiene un recipiente quecontiene y enequilibrio,seapreciaquesucolorseoscurecealintroducirloenaguacaliente.Indicasielproceso2 esexotérmicooendotérmico.
(Valencia2001)
Enlareaccióndedimerización,dosmoléculasdeNO seunenparaformarunamoléculadeN O .Teniendoencuentaquesiemprequeseformaunenlacesedesprendeenergía,ladimerizacióndel esunprocesoexotérmico,ΔH<0.
Porotrolado,elhechodequeenaguacaliente lamezclatengauncolorpardoyquesinagua caliente sea incolora, indicaquea temperaturas altas el equilibrio estádesplazadohacia la formación de NO , (color pardo‐rojizo) mientras que a temperaturas bajas elequilibrioestádesplazadohacialaformacióndeN O .(incoloro)
De acuerdo con el Principio de Le Châtelier, un sistema en el que al aumentar latemperatura se desplaza hacia la formación de reactivos corresponde a un procesoexotérmico,porlotantoladimerizacióndel esunprocesoexotérmico.
6.32.Lasconstantesdeequilibrio,a1273K,delassiguientesreacciones:
a)C(s)+ (g)2CO(g)
b) (g)+ (g)CO(g)+ (g)son,respectivamente,121,5y1,59.Apartirdeestosdatoscalcula,a1273K,laconstantedeequilibriodelareacción:
C(s)+ (g)CO(g)+ (g)(Valencia2001)
LaexpresióndelaconstanteK delareacciónproblemaes:
K =pCO p
p
LaexpresióndelaconstanteK delasreaccionesdadases:
K =pCOp
=121,5
K =p pCOp p
=1,59
Comoseobserva,elvalordep noapareceenlaexpresióndelaK acalcular,portantodespejandodichovalorenK yK eigualandoseobtiene:
p =pCOK
p =1K
p pCO
p
K
K=
p pCOp
SustituyendolosvaloresdelasconstantesK yK seobtieneelvalordelaconstanteK :
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 423
Kp=K
KK =
121,51,59
=76,4
6.33.Cuandoseintroducen3,13gde enunrecipientede200mLysecalientaa450K,seestableceelequilibrio:
(g) (g)+ (g)ylapresióntotalenelequilibrioes3,69atm.Calcula:a) y .b) El grado de disociación del a 450 K y a una presión total de 5 atm, partiendoinicialmentede .c)Sienunrecipientede1Lseintroducen0,1molesde ,0,1molesde y0,1molesde
ysecalientaa450K,calculalacomposicióndelsistemaenequilibrio.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2001)
a)ElnúmerodemolesdePCl queseintroduceninicialmenteenelrecipientees:
3,13gPCl1molPCl208,5gPCl
=0,015molPCl
Latablademoleses:
PCl PCl Clninicial 0,015 — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 0,015x x xntotal 0,015x +x+x= 0,015+x
Aplicando la ecuaciónde estadode los gases ideales y a partir de la presión total de lamezclaseobtieneelnúmerodemolesformados:
0,015+x =3,69atm·0,2L
(0,082atm·L·mol ·K )450Kx=5·10 mol
Laspresionesparcialesenelequilibrioson:
pPCl3=pCl2=5·10 mol 0,082atm·L·mol ·K 450K
0,2L=0,9225atm
pPCl5=0,0155·10 mol 0,082atm·L·mol ·K 450K
0,2L=1,845atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteKp:
K =p p
pK =
0,92251,845
=0,461
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =[PCl ][Cl2][PCl ]
=
nV ·
nV
nV
K =5·10
0,2 0,0155·10=1,25·
b)Elgradodedisociación,α,sedefinecomo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 424
α=molesdisociadosmolesiniciales
=xn
AplicandolaleydeDaltonlaspresionesparcialesson:
p =p =px
n+x=p
nαn 1+α
=pα1+α
p =pnxn+x
=pn 1αn 1+α
=p1+α1+α
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =p
α1+α p
α1+α
p1α1+α
=pα1α
Sustituyendolosvaloresdados:
0,461=5α1α
α=0,2929%
c)Alexistirinicialmentetodaslasespeciesdelequilibrio,esprecisocalcularelvalordeQ parasaberenquesentidoevolucionaelsistemaparaalcanzarelequilibrio:
Q =[PCl [Cl2
[PCl=
nPCl3 nCl2V nPCl5
=0,10,2·0,1
=0,5
Como se observa Q > K por lo que para que se alcance el equilibrioQ debe hacersemenor,poresemotivoelsistemasedesplazahacialaizquierda(formacióndePCl5).
Lanuevatablademoleses:
PCl PCl Clninicial 0,1 0,1 0,1ntransformado — x xnformado x — —nequilibrio 0,1+x 0,1x 0,1x
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
1,25·10 =0,1x
0,2 0,1+xx=7,885·10 mol
Lacomposicióndelamezclaenequilibrioes:
[PCl ]=[Cl ]=0,17,885·10
0,2=0,1058M
[PCl ]=0,1+7,885·10
0,2=0,8943M
ValoresquereproducenelvalordelaconstanteK .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 425
6.34.Laconstantedeequilibriodelareacciónqueseindicaes0,022a200°Cy34,2a500°C:
(g) (g)+ (g)a)Indicasiel esmásestable,esdecir,sedescomponemásomenosatemperaturaaltaobaja.b)Lareaccióndedescomposicióndel ,¿esendotérmicaoexotérmica?c)¿Aquiéncorresponderámayorenergíadeactivación,aladescomposiciónoalaformacióndel ?
(Canarias2002)
a‐b)Laconstantedeequilibriodelareacciónes:
K =p p
p
Si aumenta la temperatura, el valorde la constantedeequilibrio sehacemayor, lo cualquieredecirque:
setratadeunareacciónendotérmica
elPCl sedescomponemás,loqueindicaqueesmásestableatemperaturasbajas.
c) El diagrama de energía correspondiente a unareacciónendotérmicaes:
Como se observa, en toda reacción endotérmica elvalorde > .
6.35.Elhidrógenocarbonatodesodio( )sedescomponealsuministrarle laenergíacaloríficasuficiente,deacuerdoalaecuaciónquímica
2 (s) (s)+ (g)+ (g)Unamuestrade100gde secolocaenunrecipientecerradode5litrosdecapacidadysecalientahasta160°C,temperaturaalaquesedescomponeelhidrógenocarbonatodesodio.Después de alcanzarse el equilibrio queda algo de hidrógenocarbonato de sodio sindescomponer,siendolapresiónenelrecipientede7,76atm.a)¿Cuántosmolesdeaguasehanformado?b)¿Cuántosgramosdehidrógenocarbonatodesodioquedaránsindescomponer?c)Escribalaexpresióndelaconstantedeequilibrio ycalculesuvalorparalascondicionesindicadas.d)¿Cuálhabríasido lapresiónenelrecipientesienvezdecolocar100gsehubiesecolocado110gdehidrógenocarbonatodesodioysehubiesecalentadohastalatemperaturaindicada?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2002)
a)Setratadeunequilibrioheterogéneoylatablademolescorrespondientealmismoes:
NaHCO Na CO CO H Oninicial n — — —ntransformado 2x — — —nformado — x x xnequilibrio n–2x x x x
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 426
Apartirdelapresión,sepuedeobtenerelnúmerodemolesdegas,yaque,elnúmerototaldemolesdegasenelequilibriovienedadoporlosmolesdeCO ydeH Oformados:
n =n +n n =x+x=2x
Considerandocomportamientoideal:
2x=7,76atm·5L
0,082atm·L·mol ·K 160+273 Kx=0,546mol
b)LamasadeNaHCO quesedescomponees:
0,546molH O2molNaHCO1molH O
84gNaHCO1molNaHCO
=91,7gNaHCO
LamasadeNaHCO quequedasindescomponerenelequilibrioes:
100gNaHCO (inicial)–91,7gNaHCO (transformado)=8,3g
c)LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p ·p
Lapresióntotaldelamezclaes:
p =p +p
De acuerdo con la estequiometría de la reacción, las cantidades de CO2 y H2O en elequilibriosoniguales:
p =p =p2=pp=
7,76atm2
3,88atm
SustituyendoenlaexpresióndeKp:
K = 3,88 =15,1
d)Si latemperaturapermanececonstante,elvalorde laconstantedeequilibrionocambia,luegolapresiónenelrecipienteseríalamisma.
LaúnicadiferenciaestaríaenlacantidaddeNaHCO quepermaneceríaenelequilibrio.Alhaberseintroducidoinicialmente10gmásdeestasustancia,enelequilibrioapareceríanesos10gdemás.
(ProblemasimilaralpropuestoenC.Valenciana1998).
6.36.Lasiguientemezclaenequilibrio:
(g)+ (g)CO(g)+ (g)estácontenidaa1007°Cenunrecipientede6Ldecapacidad.Laspresionesparcialesdelassustanciasreaccionantesson(atm): =6,31; =21,1;pCO=84,2y =31,6.Sehaquitadobastante delrecipientehastareducir lapresiónparcialdelCOa63atmmanteniendolatemperaturaconstante.a)Calculalapresiónparcialdel enelnuevosistemaenequilibrio.b)Paralareacciónpropuesta,¿cómoserelacionanentresílasconstantes y ?c)Suponiendoqueelvolumendelnuevosistemaenequilibriotrascomprimirloconunpistón,sehareducidohastalos3L,¿cuálserálanuevapresiónparcialdel ?
(Canarias2002)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 427
a)LaexpresióndelaconstanteK es:
K =pCO p
p pK =
84,2 31,66,31 21,1
=20
LlamandoxalapresióndeCO extraídayteniendoencuentaqueelequilibriosedesplazahacialaformacióndeCO ,lanuevatabladepresioneses:
CO H CO H Opinicial 6,31–x 21,1 84,2 31,6ptransformado — — p ppformado p p — —pequilibrio 6,31–x +p 21,1+p 84,2– p 31,6– p
ElvalordelapresióndelCOenelequilibriopermitecalcularelrestodelaspresionesenelequilibrio:
pCO=63= 84,2–p p=21,2atm
p = 31,6–p p = 31,6–21,2 =10,4atm
p = 21,1+p p = 21,1+21,2 =42,3atm
p = 6,31–x +pp = 6,31–x +21,2= 27,51–x atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
20=63·10,4
27,51–x ·42,3x=26,73atm
ElvalordelapresióndelCO enelequilibrioes:
p = 27,51–26,73 atm=0,78atm
b)LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=0
K =K =20
c)LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[CO][H O][CO ][H ]
=
nCOV
nV
nCO2V
nV
K =nCO n
n n
Comoseobserva,elvolumennoafectaalvalordelaconstantedeequilibrio.Portanto,siatemperaturaconstanteelvolumensereducealamitad,deacuerdoconlaleydeBoyle,lapresiónseduplica.Portanto,lanuevapresióndelCO es:
p =2 0,78atm =1,56atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 428
6.37.Enunrecipientede1Lenelqueinicialmentesehahechoelvacío,seintroducen2gdeC(s),4,4gde (g)y0,28gdeCO(g).Alcalentara1000Ksealcanzaelequilibrio:
C(s)+ (g)2CO(g)yelsistemacontiene1,97gdeCsólido.Calcula:a)Lasconstantes y .b)Lacomposicióndelequilibriocuandoenunrecipientede2Lseintroducen,a1000K,1gdeC(s),0,1molesde (g)y0,1molesdeCO(g).c)Indicaquéocurrecuandoenunrecipientede1Lseintroducen0,12gdeC(s),0,5molesde
(g)y0,01molesdeCO(g)ysecalientaa1000K.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2002)
a)Elnúmerodemolesinicialesdecadaespeciees:
2gC1molC12gC
=0,167molC
4,4gCO1molCO44gCO
=0,100molCO
0,28gCO1molCO28gCO
=0,010molCO
Al alcanzarse el equilibrio el sistema contienemenosCque al principio,por lo tanto, lareaccióntranscurrehacialaformacióndeCO.
Latablademoleses:
C CO CO ninicial 0,167 0,100 0,010ntransformado x x —nformado — — 2xnequilibrio 0,167x 0,100x 0,010+2x
ElnúmerodemolestransformadossecalculaapartirdelacantidaddeC:
x= 21,97 gC1molC12gC
=2,5·10 molC
Conocido el valor de x y aplicando la ecuación de estado del gas ideal se obtienen laspresionesparcialesenelequilibrio:
pCO=0,010+2·2,5·10 mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
1L=1,23atm
p =0,1002,5·10 mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
1L=7,995atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =pCOp
K =1,237,995
=0,189
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 429
K =[CO[CO ]
=nCO V·n
K =0,010+2·2,5·101 0,1002,5·10
=2,3·
b)Elnúmerodemolesinicialesdecadaespeciees:
1gC1molC12gC
=0,083molC0,100molCO 0,100molCO
Alexistir inicialmentetodaslasespeciesdelequilibrio,esprecisocalcularelvalordeQ parasaberenquesentidoevolucionaelsistemaparaalcanzarelequilibrio:
Q =[CO
[CO=
nCOV n
Q =0,12·0,1
=0,05
Comoseobserva,Q >K ,por loqueparaque se alcanceel equilibrioQ debehacersemenor,poresemotivoelsistemasedesplazahacialaizquierda(formaciónde ).
Lanuevatablademoleses:
C CO CO ninicial 0,083 0,100 0,100ntransformado — — 2xnformado x x —nequilibrio 0,083+x 0,100+x 0,1002x
SustituyendoenlaexpresióndeKc:
2,3·10 =0,1002x2 0,100+x
x=3,74·10 mol
Lacomposicióndelequilibrioes:
1gC + 3,74 10 molC12gC1molC
=1,449gC
0,1molCO + 3,74·10 molCO )=0,137mol
0,1molCO 2 3,74·10 molCO =2,5· – molCO
c)Elnúmerodemolesinicialesdecadaespeciees:
0,12gC1molC12gC
=0,010molC0,500molCO 0,010molCO
Alexistir inicialmentetodaslasespeciesdelequilibrio,esprecisocalcularelvalordeQ parasaberenquesentidoevolucionaelsistemaparaalcanzarelequilibrio:
Q =0,011·0,5
=2,0·10
Comoseobserva,Q <K ,por loqueparaque se alcanceel equilibrioQ debehacersemayor,poresemotivoelsistemasedesplazahacialaderecha(formacióndeCO).
Lanuevatablademoleses:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 430
C CO CO ninicial 0,010 0,500 0,010ntransformado x x —nformado — — 2xnequilibrio 0,010x 0,500x 0,010+2x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
2,3·10 =0,010+2x1 0,500x
x=1,18·10 mol
Como se observa, la cantidad de carbono que debe reaccionar es superior a lacantidaddecarbonoinicial:
1,18·10 molC(reaccionado)>10 molC(inicial)
por tanto, conesa cantidad inicialdeCes imposible que sealcanceelequilibrio a esatemperatura.
6.38.Calcula a1100Kparalasiguientereacción:
C(s)+ (g)+2 (g)2 (g)sabiendoqueaesatemperatura:
C(s)+ (g)2CO(g) =1,3·10
(g)CO(g)+ (g) =1,7·10 (Valencia2002)
LaexpresióndelaconstanteK delareacciónproblemaes:
K =p
p p
LaexpresióndelaconstanteK delasreaccionesdadases:
K =pCOp
=1,3·10
K =pCO p
p=1,7·10
Comoseobserva,elvalordepCOnoapareceenlaexpresióndelaK acalcular,portantodespejandodichovalorenK yK eigualandoseobtiene:
pCO =K p
pCO = K pp
KK
=p
p p
SustituyendolosvaloresdelasconstantesK yK seobtieneelvalordelaconstanteK :
K =K
K=
1,3·101,7·10
=4,5·
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 431
6.39.Dadoelsiguienteequilibrio:
(g)+C(s) (g)+ (g)Se sabe que a 900°C es 0,003;mientras que a 1200°C es 0,2. Responde de formarazonadaalassiguientescuestiones:a)¿Cuáleslatemperaturamásadecuadaparafavorecerlaproducciónde ?b)¿Cómoafectaríaalareacciónunaumentodepresión?c)Siseelimina amedidaquesevaformando,¿haciadóndesedesplazaelequilibrio?d)Dadoquealaumentarlatemperaturalareacciónsedesplazahacialaformaciónde ,¿lareacciónesexotérmicaoendotérmica?
(Canarias2003)
a‐d)Laconstantedeequilibriodelareacciónes:
K =[CO ][H ][H O]
Si aumenta la temperatura, el valorde la constantedeequilibrio sehacemayor, lo cualquiere decir que se trata de una reacción endotérmica. Por tanto, se favorece laproducciónde siseaumentalatemperatura.
ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
b) Si aumenta la presión, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoenelquedisminuyael número de moléculas gaseosas presentes en el equilibrio, en este caso hacia laformaciónde O.
c)Siseelimina ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, el sistemasedesplazahacialaformaciónde .
6.40. Se introduce1molde cloruro denitrosilo (NOCl) enun recipiente de10 La500Kestableciéndoseelsiguienteequilibrio:
NOCl(g)NO(g)+½ (g)Silapresiónenelequilibrioesde5atm.Calcula:a)ElgradodedisociacióndelNOCl.b)Elnúmerodemolesdecadaespecieenelequilibrio.c)Losconstantes y aesatemperatura.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2003)
a) La tabla de moles correspondiente al equilibrio en función del número de molesinicialesydelgradodedisociaciónes:
NOCl NO Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα ½nαnequilibrio n–nα nα ½nαntotal n–nα +nα+½nα=n 1+½α
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 432
Elvalorde lapresiónenelequilibriopermitecalcularelvalordelgradodedisociación.Considerandocomportamientoideal:
1 1+½α mol=5atm·10L
0,082atm·L·mol ·K 500Kα=0,4444%
b)Elnúmerodemolesdecadaespecieenelequilibrioes:
nNOCl= 1–1·0,44 mol=0,56mol
nNO= 1·0,44 mol=0,44mol
n = 1–0,5·0,44 mol=0,22mol
c)LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NO][Cl ½
[NOCl]=
nNO n ½
nNOCl) V ½ K =0,44 0,22 ½
0,56 10 ½ = ,
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1,5–1=0,5
K =0,116 0,082·500 ½=0,743
6.41.A27°Cy1atm,el estáparcialmentedisociadoen .Sienestascondicionesladensidaddelamezclagaseosaes3,12g/L,calcula .
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Galicia2003)
Elequilibrioaestudiares:
N O (g)2NO (g)
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
N O NOninicial n —ntransformado nα —nformado — 2nαnequilibrio n–nα 2nαntotal n–nα +2nα=n 1+α
Modificandolaecuacióndeestadodelosgasesidealessepuedeobtenerelvalordelgradodedisociaciónenfuncióndeladensidadypresióndelamezclaaciertatemperatura:
pV=ntRTpV=n 1+α RTpV=mM
1+α RT
pM=mV
1+α RTpV=ρ 1+α RT
ElvalordelgradodedisociacióndelN2O4es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 433
1+α =1atm 92g·mol
3,12g·L 0,082atm·L·mol ·K 27+273 K
Seobtiene,α=0,220%.
LaleydeDaltonpermitecalcularlaspresionesparcialesdecadagasenelequilibrio:
p =p·y =pn 1–αn 1+α
p =1atm1–0,21+0,2
=0,667atm
p =p·y =p2nα
n 1+αp =1atm
2·0,21+0,2
=0,333atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =p
pK =
0,3330,667
,
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
Sustituyendo:
Kc=0,167[0,082(27+273) =6,8·
6.42.Considereelequilibriodedescomposicióndel (g)establecidoa182°C:
(g) (g)+ (g)Enunreactorquímicose introduce yseelevasu temperaturahasta182°C.Unavezalcanzado el equilibrio, sedetermina que elporcentaje en volumende cloro en lamezclagaseosaesdel10%,siendolapresiónenelinteriordelreactorde7,46atm.Calcule:a)Laspresionesparcialesdecadagasenelequilibrio.b)Elvalorde y .c)Elporcentajeenvolumende si lamezclaseexpansionahasta2atm,manteniéndoseconstantelatemperatura.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2003)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
SbCl SbCl Clninicial n — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio n–x x x
De acuerdo con la ley deAvogadro, la composición en volumen de unamezcla gaseosacoincideconsucomposiciónmolar.Porlotanto,silamezclacontieneun10%envolumendeCl2ysegúnlatablademolesenelequilibriosepuedeescribirque:
y =y =0,1
ySbCl5=1– y +y =0,8
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 434
dondeyrepresentalafracciónmolardecadacomponente.
LaleydeDaltonpermitecalcularlaspresionesparcialesdecadagasenelequilibrio:
p =p =p·y p =7,46atm·0,1=0,746atm
p =p·y p =7,46atm·0,8=5,968atm
b)SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =p p
pK =
0,746 0,7465,968
=9,3·
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
Sustituyendo:
K =9,3·10 [0,082(183+273) =2,5·
c)DeacuerdoconlaleydeDalton,sepuededesarrollarlaexpresióndeK :
K =p·y p·y
p·y=p
y y
y
LlamandoyalafracciónmolardelCl2enlamezclagaseosaalalcanzarseelequilibrio,lacomposicióndelamezclaenequilibrioserá:
y =y =y
y =1– y +y =1–2y
SustituyendoestosvaloresenlaexpresióndeK enelcasodeunaexpansiónisotérmicahastaquep=2atm:
9,3·10 =2y
1–2y =yCl2 =0,174
ElvalorobtenidoesconcordanteconloqueprediceelprincipiodeLeChâtelier,quedicequesidesciendelapresiónenelsistema,éstesedesplazaenelsentidoenelqueaumenteelnúmerodemoléculasdegasenelequilibrioparadeestaformacompensareldescensoenlapresión.
6.43.LadescomposicióndelHgO(s)a420°Cserealizasegúnlareacción:
2HgO(s)2Hg(g)+ (g)SeintroduceenunmatrazunaciertacantidaddeHgOysecalientaa420°C.Lapresiónenleinteriordelmatrazunavezestablecidoelequilibrioesde0,510atm.Calcula:a)Laconstantedeequilibrio delprocesoanterior.b)LacantidaddeHgOquesehadescompuestosielmatraztieneunacapacidadde5,0L.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2003)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 435
a)A420°Csealcanzaelequilibrio:
2HgO(s)2Hg(g)+O (g)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
HgO Hg Oninicial n — —ntransformado 2x — —nformado — 2x xnequilibrio n–2x 2x x
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K = pHg p
Segúnlaestequiometría,lacantidaddeHgenelequilibrioeseldoblequeladeO :
pHg=2p =2p
DeacuerdoconlaLeydeDalton,lapresióntotaldelamezclagaseosaes:
p =pHg+p =2p+p=3pp =p3=0,510atm
3=0,170atm
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K = 2p ·p=4p K =4 0,470 =1,97·10
b)Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdeO formadoses:
x=0,170atm·5L
0,082atm·L·mol ·K 420+273 K=1,5·10 molO2
RelacionandoO conHgO:
1,5·10 molO2molHgO1molO
216,6gHgO1molHgO
=0,65gHgO
6.44.Dadalareacción:
(s)+2 (g)Sn(s)+2 (g) ΔH=160kcala)Calculalaconstante a500°Cparaelequilibrioanteriorsabiendoqueunamezcladelascuatrosustanciasdioenequilibrio0,1molesdeaguay0,1molesdehidrógenomolecularenunrecipientede1L.b)¿Cuántovalelaconstante ?c)Siseañaden3gdehidrógenomolecularalequilibrioanterior,¿cuálesserán lasnuevasconcentracionesdelassustanciasenelequilibrio?d)Siseaumentalatemperatura,¿seformarámásagua?Contestadeformarazonada.e) Si se disminuye la presión, ¿se obtendrámás cantidad de agua o por el contrario seobtendrámáscantidaddehidrógeno?
(Asturias2003)
a)LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK es:
K =[H O]2
[H ]2
Sustituyendoteniendoencuentaelvolumennoafectaalvalordelaconstante:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 436
K =0,1 2
0,1 2 =1
b)LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=0
K =K =1
c) Si se añaden a la mezcla en equilibrio 3 g de H , de acuerdo con el principio deLe Châtelier, el equilibrio se desplaza en el sentido en el que se consuma la sustanciaañadida,esdecir,hacialaformacióndeH O.
ElnúmerodemolesdeH añadidoes:
3gH1molH2gH
=1,5molH
Latablademolesenelequilibrioes:
H H Oninicial 0,1+1,5 1ntransformado 2x —nformado — 2xnequilibrio 1,6–2x 0,1+2x
SustituyendoenlaexpresióndelaconstantedeequilibrioKc:
0,1+2x1,62x
=1x=0,375mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[H O =0,1+2·0,375 mol
1L=0,85M
[H =(1,6–2·0,375)mol
1L=0,85M
ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
d)Siaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquedesciendalatemperatura.Comosetratadeunprocesoendotérmico,elequilibriosedesplazaenelsentidoenelqueseconsumacalor,esdecir,hacialaformaciónde ,portantolacantidadde aumenta.
e) Sidisminuye lapresión, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquesubalapresión,esdecir,enelsentidoenelqueaumenteelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Comosetratadeunprocesoen el que hay la mismo cantidad de gas en productos que en reactivos el equilibriopermaneceinalterado,portantolacantidadde permanececonstante.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 437
6.45.Unamuestrade25gdecarbamatoamónicosólidoseintroduceenunrecipientevacíode3litrosyalcalentara225°Csedescomponesegúnlareacción:
(s)2 (g)+ (g)Enelequilibriolapresióntotaldelsistemaesde6atmósferas.Calcule:a)Lasconstantesdeequilibrio y .b)Eltantoporcientodecarbamatoamónicoquesehadescompuesto.c)Lafracciónmolarenamoniaco.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2003)
a)SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K = p p
Segúnlaestequiometría,lacantidaddeNH enelequilibrioeseldoblequeladeCO :
p =2p =2p
DeacuerdoconlaleydeDalton,lapresióntotaldelamezclagaseosaes:
p =p +p =2p+p=3pp =p3=6atm3
=2atm
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K = 2p ·p=4p K =4 2 =32
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=3–0=3
Sustituyendo:
K =32[0,082(225+273) =4,7·
Construyendolatablademolescorrespondientealequilibrio:
NH CO NH NH COninicial n — —ntransformado x — —nformado — 2x xnequilibrio n–x 2x x
Considerandocomportamientoideal,apartirdelapresión,sepuedeobtenerelnúmerodemolesdeCO formados:
x=2atm·3L
0,082atm·L·mol ·K 225+273 Kx=0,147molCO
b)LamasadeNH CO NH quesedescomponees:
0,147molCO1molNH CO NH
1molCO78gNH CO NH1molNH CO NH
=11,5gNH CO NH
ElporcentajedeNH CO NH quesehadescompuestoes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 438
11,5gNH CO NH transformado
25,0gNH CO NH inicial100=46%
c)LafracciónmolardeNH enelequilibrio:
y 2x3x=0,67
6.46.Enunrecipientede5Lseintroducen0,1700gdeamoníaco(g)y0,7290deHCl(g).Alcalentara275°Cy,despuésdealcanzadoelequilibrio,seobserva laformaciónde0,1497gde sólido.Calculalasconstantes y delequilibrio:
(s) (g)+HCl(g)Calculalacomposiciónenelequilibrioenloscasossiguientes:a)Enunrecipientede1Lse introducen1,000gde (s)y0,1700gde (g)ysecalientaa275°C.b)Enunrecipientede3Lse introducen0,100gde (s)y0,1700gde (g)ysecalientaa275°C.c)Enunrecipientede5Lse introducen0,0680gde (s)y0,2916gde (g)ysecalientaa275°C.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2003)
Para poder calcular la composición de unamezcla en equilibrio es preciso determinar,previamente,elvalordelaconstantedeequilibrioaesatemperatura.
ElnúmerodemolesinicialesdeNH yHCles:
0,1700gNH1molNH17gNH
=0,01molNH
0,7290gHCl1molHCl36,5gHCl
=0,02molHCl
Latablademoleses:
NH Cl NH HClninicial — 0,01 0,02ntransformado — x xnformado x — —nequilibrio x 0,01x 0,02x
LacantidaddeNH Clenelequilibriopermitedeterminarlosmolesformados:
x=0,1497gNH Cl1molNH Cl53,5gNH Cl
=2,8·10 molNH Cl
ElnúmerodemolesdeNH yHClenelequilibrioes:
n = 0,012,8·10 molNH =7,2·10 molNH
nHCl= 0,022,8·10 molHCl=1,72·10 molHCl
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =[NH ][HCl]K =7,2 10
51,72 10
5=4,95·10
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 439
Considerandocompotamientoideallaspresionesenelequilibrioson:
p =7,2 10 mol 0,082atm·L·mol ·K 275+273 K
5L=0,0647atm
pHCl=1,72 10 mol 0,082atm·L·mol ·K 275+273 K
5L=0,1546atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K = p pHCl K = 0,0647 0,1546 =0,01
a)Siinicialmenteelsistemacontiene1,000gdeNH ClyademásunnúmerodemolesdeNH :
0,1700gNH1molNH17gNH
=0,01molNH
ParaquesealcanceelequilibrioelsistemasedesplazahacialaformacióndeHCl,laúnicaespecienopresente.Latablademoleses:
NH Cl NH HClninicial n 0,01 —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio nx 0,01+x x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
4,95·10 =0,01+x
1·x1x=4,73·10 mol
Lascantidadesdelasespeciespresentesenelequilibrioson:
0,17gNH + 4,73 10 molNH17gNH1molNH
=0,178g
4,73·10 molHCl36,5gHCl1molHCl
=0,017gHCl
1,000gNH Cl 4,73 10 molNH Cl53,5gNH Cl1molNH Cl
=0,975g
b)Esteapartadoesidénticoalanteriorconlasdiferenciasdelvolumendelrecipiente,3L,ylacantidadinicialdeNH Clqueahoraes0,1g.
SustituyendoenlaexpresióndeK :
4,95·10 =0,01+x
3·x3x=3,34·10 mol
Lascantidadesdelasespeciespresentesenelequilibrioson:
0,100gNH Cl 3,34 10 molNH Cl53,5gNH Cl1molNH Cl
=‐0,079g
Comoseobserva,elresultadoobtenidoparael esabsurdo,locualquieredecirquela cantidad inicial de esta sustancia es inferior a lamínima necesaria para que sealcanceelequilibrioaesatemperatura.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 440
ApartirdelvalordeK sepuedecalcularcuáldeberíaseresacantidad:
Kp= p pHCl =0,01pNH3=pHCl=0,1atm
x=0,1atm·3L
0,082atm·L·mol ·K 275+273 K=6,67·10 mol
6,67·10 molNH Cl53,5gNH Cl1molNH Cl
=0,357g
La cantidad calculada es la mínima necesaria para que se alcance el equilibrio en lascondicionespropuestas(275°Cy3L)ylacantidadinicialdada(0,100g)esinferioraéstaporloquetodoelsólidosedescomponeynosealcanzaelequilibrio.
c)Esteapartadoescomoelanteriorconlaúnicadiferenciadelvolumenquees5L.
Delamismamaneraquesehizoenelapartadoanterior,lacantidadmínimanecesariadeNH Clparaquesealcanceelequilibrioes:
x=0,1atm·5L
0,082atm·L·mol ·K 275+273 K=1,11·10 mol
1,11·10 molNH Cl53,5gNH Cl1molNH Cl
=0,595g
La cantidad inicial (0,0680 g) es aúnmenor que lamínima necesaria para que sealcance el equilibrio en esas condiciones (275°C y 5 L) por lo que todo el sólido sedescomponeynosealcanzaelequilibrio.
6.47.SetieneunsistemaenequilibrioformadoporC(s), (g)y (g):
C(s)+2 (g) (g) ΔH<0Justificacomosedesplazaelequilibriocuando:a)Aumentalapresióntotal.b)Aumentalatemperatura.c)Seañadecarbonosólidoalrecipiente.d)Disminuyelapresiónparcialdelmetano.
(Valencia2003)
ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Suaplicaciónsirveparavercómoafectaráalsistemaenequilibriocadaunodeloscambiospropuestos.
a)Siseaumentalapresióntotalatemperaturaconstante,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,paraellodebedesplazarse en el sentido en el descienda el número de moléculas gaseosas en elequilibrio.Comoaladerechahaymenosmoléculasdegas,elsistemasedesplazahacialaformaciónde (g).
b)Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelcalorañadidoyasíbajelatemperaturayteniendoencuentaquesetratadeunprocesoexotérmicoelsistemasedesplazahacialaformaciónde (g).
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 441
c)SiseañadeC(s)alsistemaenelequilibrio,elsistemapermaneceinalteradoyaquecomo se trata de una sustancia sólida no aparece en la expresión de la constante deequilibrioyporlotantosusvariacionesnolamodifican.
d) Si se disminuye la presión parcial delmetano, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueaumentelapresiónparcialdeestasustanciapor loquedebeaumentar lacantidadde lamismaenelequilibrio loquehacequeelsistemasedesplacehacialaformaciónde (g).
6.48.AlatemperaturaT,paraelequilibrio:
(s)CaO(s)+ (g) =a.
Indicaloqueocurreencadaunodeloscasossiguientes:a)Enunrecipienteseintroducen (s),CaO(s)y (g)aunapresiónb,dondeb>a.b)Enunrecipienteseintroducen (s),y (g)aunapresiónb,dondeb>a.c)Enunrecipienteseintroducen (s),CaO(s)y (g)aunapresiónb,dondeb<a.d)Enunrecipienteseintroducen (s),y (g)aunapresiónb,dondeb<a.
(Valencia2003)(Valencia2004)
LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK es:
K =p
a)ElrecipientecontienetodaslasespeciesyQ =b.
ComoQ >K ,paraquesealcanceelequilibrioesprecisoquedisminuyaelvalordeQ hasta que se iguale al valor de K , para ello el sistema debe desplazarse hacia laformaciónde .
b)ElrecipientecontienesóloCaCO (s),CO (g)yQ =b.
ComoQ >K ,paraquesealcanceelequilibrioesprecisoquedisminuyaelvalordeQ hasta que se iguale al valor de K , para ello el sistema debería desplazarse hacia laformacióndeCaCO peroalfaltardentrodelrecipientelaespecieCaOesimposiblequesealcanceelequilibrio.
c)ElrecipientecontienetodaslasespeciesyQ =b.
ComoQ <K , paraque se alcance el equilibrio esprecisoque aumente el valordeQ hasta que se iguale al valor de K , para ello el sistema debe desplazarse hacia laformacióndeCaO(s)y (g)siemprequeexistaunamínimacantidaddeCaCO paraquesealcanceelequilibrio.
d)ElrecipientecontienesóloCaCO (s),CO (g)yQ =b.
ComoQ <K , paraque se alcance el equilibrio esprecisoque aumente el valordeQ hasta que se iguale al valor de K , para ello el sistema debe desplazarse hacia laformacióndeCaO(s)y (g)siemprequeexistaunamínimacantidaddeCaCO paraquesealcanceelequilibrio.
6.49.Seintroducen0,50molesde y0,50molesde enunrecipientede2,34La2000K,alcanzándoseelequilibrio:
(g)+ (g) (g)+CO(g) siendo =4,40
Calculalaconcentracióndecadaespecieenelequilibrio.(Canarias2004)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 442
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=0
K =K =4,40
Latablademolesenelequilibrioes:
CO H CO H Oninicial 0,50 0,50 — —ntransformado — — x xnformado x x — —nequilibrio 0,5–x 0,5– x x x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[CO][H O][CO ][H ]
nCOV
nV
nV
nV
K =nCO n
n n
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
4,40=x
0,50–xx=0,338mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[CO]=[H O]=0,338mol2,34L
=0,144M
[CO ]=[H ]=0,5–0,338 mol
2,34L=0,069M
6.50.El gaseososedisociaa1000Ksegúnelequilibrio:
(g)CO(g)+ (g)Calcula el valorde cuando lapresióndel sistema en equilibrio es1atm y elgradodedisociacióndel49%.
(Canarias2004)
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
COCl CO Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα nαnequilibrio n–nα nα nαntotal n–nα +nα+nα=n 1+α
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =pCO p
p
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 443
De acuerdo con la ley deDalton de las presiones parciales la expresión anterior quedacomo:
K =p·yCO p·y
p·y=p
nαn 1+α
nαn 1+α
n 1–α)n 1+α)
K =pα1–α
Sustituyendo:
K =10,49
1– 0,49=0,316
6.51.Paraelequilibrio:
2NO(g)+2CO(g) (g)+ (g) ΔH°<0Indica tres formasdeactuar sobre el equilibrioque reduzcan la formacióndeCO,ungasextremadamentetóxico.
(Canarias2004)
Parareducir lacantidaddeCOpresenteenelsistemasedebedesplazarelequilibriodeformaqueseconsumaestasustanciayseformemásCO .
ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Sidisminuyelatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplaza en el sentidoenel queaumente la temperatura. Comose tratadeunprocesoexotérmico,elequilibriosedesplazaenelsentidoenelquesedesprendacalor,esdecir,hacialaformaciónde ,portantolacantidaddeCOdisminuye.
Si aumenta la presión, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,esdecir,enelsentidoenelquedesciendaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio.Comosetratadeunprocesoen el que hay lamenos cantidad de gas en productos que en reactivos el equilibrio sedesplazahacialaformaciónde ,portantolacantidaddeCOdisminuye.
Siextrae ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueformeestasustancia,portantolacantidaddeCOdisminuye.
6.52. El sulfato de cobre (II) pentahidratado absorbe energía a 23°C y se transforma deformaespontáneaensulfatodecobretrihidratadoyvapordeagua.Entreambossólidosseestablece,enunrecipientecerradoa23°C,unequilibriocuya es1,0·10 atm.a)Escribelareacciónquímicadelproceso.b)Calculalapresión(mmHg)delvapordeaguaalalcanzarseelequilibrio.c)¿Enquésentidosedesplazarálareacciónsiseelevalatemperatura?d)Conociendoquelapresióndevapordelaguapuraa23°Cesde23,8mmHg,razonaenquésentidosedesplazarálareacciónanteriorsilamezclaenequilibrioa23°Csedepositaenunrecipientecerradoconunahumedadrelativadel50%.
(Asturias2004)(Galicia2006)(Murcia2008)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealequilibrioes:
·5 (s) ·3 (s)+2 (g)
b)SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 444
K = p
Delaexpresiónanteriorseobtiene:
p = K p = 1,0·10 =10 atm760mmHg1atm
=7,6mmHg
c)ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Siaumenta la temperatura, de acuerdo con el principio deLeChâtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquedisminuyalatemperatura.Comosetratadeunprocesoendotérmico,elequilibriosedesplazaenelsentidoenelqueseconsumacalor,esdecir,hacialaformaciónde .
d)Si lamezclaenequilibriose introduceenunrecipienteconunahumedadrelativadel50%quieredecirqueelvapordeaguaquecontieneelrecipienteejerceunapresión:
p =0,5·23,8mmHg=11,9mmHg
Comoelvalordelapresióninicial(11,9mmHg)esmayorquelapresióndeequilibrio(7,6mmHg)elequilibriosedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaH O(g)hastaqueseconsigalapresióndeequilibrio,esdecir,hacialaformaciónde ·5 .
6.53.Enunrecipientedevolumenfijosecalentóa1000Kunamezcladecarbonoydióxidode carbono. Una vez alcanzado el equilibrio, se analizó lamezcla gaseosa existente y seencontróun40%envolumende .Sabiendoqueadichatemperatura, =13,5paraelequilibrio:
C(s)+ (g)2CO(g)Calcule:a)Lapresiónquesemediráenelrecipiente.b)Laconcentraciónmolardelosgasesdelamezcla.c) ¿Cómo afectará un aumento de presión a este equilibrio si semantiene constante latemperatura?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2004)
a)Enelequilibriosetieneunamezclaformadapordosgases,CO yCO.SielcontenidodeCO esdel40%envolumen,el60%restantecorrespondealCO.
De acuerdo con la ley deAvogadro, en unamezcla gaseosa la composición en volumencoincideconlacomposiciónmolar,porlotanto,lasfraccionesmolaresrespectivasserán:
y =0,4yCO=1–y =0,6
AplicandolaleydeDaltondelaspresionesparciales,sepuededesarrollarlaexpresióndeK :
K =pCOp
=p yCOp·y
K =pyCOy
Sustituyendolosvaloresdadosseobtieneelvalordepresióndelamezcla:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 445
13,5=p0,60,4
p=
b)Laspresionesparcialesson:
p =15atm·0,4=6atm
pCO=15atm·0,6=9atm
Considerandocomportamientoideal,lasconcentracionesson:
[CO ]=p
RT[CO ]=
6atm0,082atm·L·mol ·K 1000K
=0,073M
[CO]=pCORT
[CO]=9atm
0,082atm·L·mol ·K 1000K=0,110M
c)ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si seproduceunaumentode lapresión a temperatura constante, de acuerdo con elprincipio de Le Châtelier, el sistema se desplaza en el sentido en el que descienda lapresión,paraellosedesplazadeformaquedesciendaelnúmerodemoléculasdegasenelequilibrio.Elsistemasedesplazahacialaformaciónde .
6.54.Laconstantedeequilibriodelprocesoenestadogaseoso:
AB+C es =4a27°C.Adichatemperaturayenunrecipientede3Ldecapacidad,inicialmentevacío,seintroducen1moldeAy1moldeB.Calcule:a)LaconcentracióndelaespecieCenelequilibrio.b)Laspresionesinicialydeequilibrioenelrecipiente.c)Laconstante .
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(CastillayLeón2004)(Cádiz2007)
a)Seconstruyelatablademolescorrespondiente:
A B Cninicial 1 1 —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 1–x 1+x x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[B][C][A]
Sustituyendo
4=1+x x1–x 3
x=0,866mol
LaconcentracióndeCenelequilibrioes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 446
C =0,866mol
3L=
0,1+2·0,01 mol5L
=0,288M
b)Considerandocomportamientoideal,laspresionesenelequilibrioson:
pA=1–0,866 mol 0,082atm·L·mol ·K 27+273 K
3L=1,1atm
pB=1+0,866 mol 0,082atm·L·mol ·K 27+273 K
3L=15,3atm
pC=0,866mol 0,082atm·L·mol ·K 27+273 K
3L=7,1atm
c)ElvalordelaconstanteK es:
K =pB·pCpA
K =15,3 7,1
1,1=98,8
6.55.Seintroducen14,2gde enunrecipientecerradode0,5litrosa32°C.Alcanzadoelequilibrio,unanálisisrevelaquesehadescompuestoel50%del segúnlareacción:
(g) (g)+ (g)Calcule:a)Concentracionesdecadacomponenteenelequilibrio.b)Laconstante .c)Porcentajededisociaciónypresionesparcialescuandoseduplicaelvolumen.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2004)
a)Elnúmerodemolesinicialeses:
n=14,2gPCl1molPCl208,5gPCl
=0,068molPCl
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
PCl PCl Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα nαnequilibrio n–nα nα nαntotal n–nα +nα+nα=n 1+ α
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[PCl ]=[Cl ]=0,5 0,068mol
0,5L=0,068M
[PCl ]=1–0,5 0,068mol
0,5L=0,068M
b)LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[PCl ][Cl ][PCl ]
K =0,068·0,068
0,068=6,8·10
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 447
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
Sustituyendo:
K =6,8·10 [0,082· 32+273 =1,7
Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesylapresióntotalson:
p =p = 0,068mol·L 0,082atm·L·mol ·K 32+273 K=1,7atm
pPCl5= 0,068mol·L 0,082atm·L·mol ·K 32+273 K=1,7atm
pt= 1,7+1,7+1,7 atm=5,1atm
c)De acuerdo con la ley deDalton de las presiones parciales la expresióndeK quedacomo:
K =p·y p·y
p·y=p
nαn 1+α
nαn 1+α
n 1–α)n 1+α)
K =pα1–α
Si se duplica el volumen a temperatura constante, de acuerdo con la ley de Boyle, lapresiónsereducealamitad(2,55atm).Sustituyendo:
1,7=3·1,72
α1–α
α=0,63263,2%
Lasconcentracionesalalcanzarsedenuevoelequilibrioson:
[PCl ]=[Cl ]=0,632 0,068mol
1,0L=0,043M
[PCl ]= 1–0,632 0,068mol
1,0L=0,025M
6.56.A400°Cyunapresióntotalde10atm,elamoníacoestádisociadoenun98%.Calculalasconstantes y delequilibrio:
2 (g) (g)+3 (g)
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2004)
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelgradodedisociación,α,ydelacantidadinicial,n,es:
NH N Hninicial n — —ntransformado nα — —nformado — ½nα 1½nαnequilibrio n–nα ½nα 1½nαntotal n–nα +½nα+1½nα=n 1+α
AplicandolaleydeDaltonsecalculanlaspresionesparciales:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 448
p =pn 1αn 1+α
p =1010,981+0,98
=0,101atm
p =pnα
2n 1+αp =10
0,982 1+0,98
=2,475atm
p =p3nα
2n 1+αp =10
3·0,982 1+0,98
=7,424atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =p p
pK =
2,475 7,4240,101
=9,93·104
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2
K =9,93·104 0,082·673 =32,6
6.57.Elfosgeno( )esunimportanteproductointermedioenlafabricacióndealgunosplásticos.A500°CsedescomponeenCO(g)y (g)estableciéndoseelsiguienteequilibrio:
(g)CO(g)+ (g) ΔH<0a)A500°C,yunavezalcanzadoelequilibrio,laspresionesparcialesdeCO, y son0,413atm,0,237atmy0,217atm,respectivamente.Calculeelvalordelasconstantes y a500°C.b) Inicialmente,unmatrazde5,00Lcontiene , yCOa laspresionesparcialesde0,689atm,0,250atmy0,333atm,respectivamente:b1)Justificaqueenesascondicioneselsistemanoestáenequilibrio.b2)Despuésdeestablecerseelequilibrioa500°C,lapresiónparcialde es0,501atm.CalculelaspresionesparcialesdeCOy enelequilibrio.b3)Calculelasconcentracionesmolaresdecadaunadelasespeciesenelequilibrio.b4)Calculeelgradodedisociacióndel .c)¿Enquésentidosedesplazaráelsistemaenequilibriosi?:c1)elsistemaseexpande.c2)seañadeHe.c3)seelimina .c4)seaumentalatemperatura.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Sevilla2004)
a)ElvalordelaconstanteK es:
K =pCO p
pK =
0,413·0,2370,217
=0,451
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
Sustituyendo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 449
K =0,451[0,082· 500+273 =7,1·10
b1)ParasabersielsistemaseencuentraenequilibriosecalculaelvalordelcocientedereacciónQ ysecomparaconelvalordeK :
Q =pCO p
pQ =
0,333·0,2500,689
=0,121
Comoseobserva, ,porlotanto,elsistemanoseencuentraenequilibrio.
Para que se alcance este a la misma temperatura, el valor de Q debe aumentar hastaigualarsealvalordeK .
ParaellopCOyp debenaumentaryp debedisminuir,por lotanto,elsistemase
desplazahacialaformacióndeCOy .
b2)Seconstruyelatabladepresionescorrespondiente:
COCl CO Clpinicial 0,689 0,333 0,250ptransformado p — —pformado — p ppequilibrio 0,689–p 0,333+p 0,250+p
Laspresionesenelequilibrioson:
p = 0,689–p =0,501p=0,188atm
pCO= 0,333+0,188 atm=0,521atm
p = 0,250+0,188 atm=0,438atm
b3)Considerandocomportamientoideal,lasconcentracionesson:
[COCl ]=p
RT=
0,501atm0,082atm·L·mol ·K 500+273 K
=7,9·10 M
[CO]=pCORT
=0,521atm
0,082atm·L·mol ·K 500+273 K=8,2·10 M
[Cl ]=p
RT=
0,438atm0,082atm·L·mol ·K 500+273 K
=6,9·10 M
b4) El grado de disociación, α, se obtiene relacionando la presión (moles) de fosgenodisociadoconlapresión(moles)defosgenoinicial:
α=n disociado
n inicial=
pp
α=0,1880,689
=0,27327,3%
c)ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 450
c1) Si el sistema se expande disminuye la presión. De acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquesubalapresión.Paraellodebedesplazarseenelsentidoenelqueseaumenteelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,enestecaso,elsistemasedesplazahacialaformacióndeCOy .
c2)SiseañadeHe(gasinerte)alsistemapuedehacersededosformas:
a V cte: sólo aumenta la presión total del sistema por adición de un nuevocomponentegaseososinqueseproduzcamodificacióndelequilibrio.
apcte:seproduceunaumentodelvolumenaTcte.Estasituacióneslamismaqueladelapartadoc1).
c3) Si se elimina cloro, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaráenelsentidoenelqueserepongaelcloroextraído,porlotanto,elsistemasedesplazahacialaformacióndeCOy .
c4)Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaráenelsentidoenelquedesciendalatemperatura.Comosetratadeunprocesoexotérmico,paraqueseconsumacalorelsistemasedesplazahacia la formaciónde
.
También se puede explicar por medio de la ecuación de van’t Hoff que indica ladependenciadelaconstantedeequilibrioconlatemperatura:
lnK
K=ΔHR
1T–
1T
SabiendoqueΔH<0(procesoexotérmico)ysi:
T >T 1T
1T
>0
Entoncessecumpleque:
lnK
K<0K <K siKpdisminuyeelsistemasedesplazahacialosreactivos.
6.58. Los ésteres se utilizan en la elaboración de aditivos alimentarios debido a sucaracterísticoolora frutas.Elbutanoatodeetiloproporcionaelsaborapiñatropicalyseobtienemediantelasiguientereacción:
+ + Enunrecipienteseintroducen1moldeácidobutanoicoy1moldeetanola293K.Unavezque sehaalcanzadoelequilibrio lamezcla resultantecontiene0,67molesdeéstery0,67molesdeagua.Calcula:a)Losmolesdeetanolyácidobutanoicoquehanquedadosinreaccionarenelequilibrio.b)Elvalordelaconstante .
(Canarias2005)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
CH CH CH COOH CH CH OH CH CH CH COOCH CH H Oninicial 1 1 — —ntransformado x x — —nformado — — x xnequilibrio 1–x 1– x x x
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 451
Teniendoencuentaquex=0,67moles,losmolesdelosreactivosenelequilibrioson:
1–0,67 mol=0,33mol
1–0,67 mol=0,33mol
b)LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[CH CH CH COOCH CH ][H O][CH CH CH COOH][CH CH OH]
Teniendoencuentaqueelvolumennoafectaalvalordelaconstante:
K =0,67 0,670,33 0,33
=4,1
6.59.Cuandoenunmatrazde1Lseintroducen0,07molesde ysecalientaa35°Ctienelugarlasiguientereacción:
(g)2 (g)Cuandosealcanzaelequilibrio,lapresióntotaldelamezclaesde2,17atm.Calcula:a)Elgradodedisociación.b)Lapresiónparcialdel enelequilibrio.c)Elvalordelaconstante .
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2005)
a) La tabla de moles correspondiente al equilibrio en función del número de molesiniciales,n,ydelgradodedisociación,α,es:
N O NOninicial n —ntransformado nα —nformado — 2nαnequilibrio n–nα 2nαntotal n–nα +2nα=n 1+α
ConsiderandocomportamientoidealsepuedeobtenerelgradodedisociacióndelN O apartirdelapresióndelamezcla:
0,07 1+α =2,17atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 35+273 Kα=0,22722,7%
b)LapresiónparcialdelNO enelequilibrioes:
p = 2·0,07·0,227 mol 0,082atm·L·mol ·K 35+273 K
1L=0,8atm
c)LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK es:
K =[NO[N O ]
=4nα
V 1–α
Sustituyendo:
K =4 0,07 0,227 1 1–0,227
=1,87·10
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 452
6.60.Se sabequea150°Cy200atmósferasdepresión elamoníaco sedisociaenun30%según:
2 (g) (g)+3 (g)Sepidecalcular:a)Laconcentracióndecadaespecieenelequilibrio.b)Laconstante .c)Laconstante .d) ¿En qué sentido se desplazará el equilibrio si se adicionan al sistema, manteniendoconstanteslatemperaturayelvolumen,3molesdeHe?Justifiquelarespuesta.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2005)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelgradodedisociación,α,ydelacantidadinicial,n,es:
NH N Hninicial n — —ntransformado nα — —nformado — ½nα 1½nαnequilibrio n–nα ½nα 1½nαntotal n–nα +½nα+1½nα=n 1+α
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
p =pn 1αn 1+α
p =20010,301+0,30
=107,7atm
p =pnα
2n 1+αp =200
0,302 1+0,30
=23,1atm
p =p3nα
2n 1+αp =200
3·0,302 1+0,30
=69,2atm
Considerandocomportamientoideal,lasconcentracionesenelequilibrioson:
[NH ]=p
RT=
107,7atm0,082atm·L·mol ·K 150+273 K
=3,10M
[N ]=p
RT=
23,1atm0,082atm·L·mol ·K 150+273 K
=0,67M
[H ]=p
RT=
69,2atm0,082atm·L·mol ·K 150+273 K
=2,00M
b)ElvalordelaconstanteK es:
K =[N ][H[NH
K =0,67 2,00
3,10=0,56
c)ElvalordelaconstanteK es:
K =p p
pK =
23,1 69,2107,7
=6,6·102
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 453
d)Alañadir3moldeHe (sustancia inerte) a volumen y temperatura constantes, soloaumentalapresióndelsistemaenequilibrioporadicióndelnuevocomponentegaseosoyelequilibrionosedesplazaenningúnsentido.
(EnGalicia2001yC.Valenciana2004seproponeproblemasimilarperoa400°C,10atmy98%dedisociación).
6.61.Calculeelgradodedisociacióndelyodurodehidrógenoa400°C,segúnlareacción:
2HI(g) (g)+ (g)silaconstantedeequilibrio ,aesatemperatura,vale64.
(Extremadura2005)
Latablademolescorrespondientealequilibrioen funcióndelgradodedisociación,α,ydelnúmerodemolesiniciales,n,es:
HI I Hninicial n — —ntransformado nα — —nformado — ½nα ½nαnequilibrio n–nα ½nα ½nαntotal n–nα +½nα+½nα=n
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparcialeslaexpresióndeK quedacomo:
K =p p
pHI=
p·y p·y
p·yHI=
½nαn
½nαn
n 1–αn
K =α
4 1–α
Sustituyendo:
64=α2
4 1–αα=0,998 , %
6.62.Paralareacción:
(g)+CO2(g)CO(g)+ (g) =1,6a990°C.Unrecipientede1Lcontieneinicialmenteunamezclade0,2molesde ,0,3molesdeCO2,0,4molesde y0,4molesdeCOa990°C.a)Justificaporquéesamezclanoestáenequilibrio.b)Silamezclareaccionallegandoalequilibrioa990°C,calculalasconcentracionesdecadagas.
(Galicia2005)
a)Alexistir inicialmentetodaslasespeciesdelequilibrio,esprecisocalcularelvalordelcocientedereacciónQ parasabersielsistemaseencuentraenequilibrio:
Q =[CO [H O[CO [H
Q =0,4 0,40,3 0,2
=2,7
Comoseobserva, ,porlotanto,lamezclaNOestáenequilibrio.
b)Paraquesealcanceelequilibrio,Q debehacersemenor,poresemotivoelsistemasedesplazahacialaizquierda.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 454
CO H CO H Oninicial 0,2 0,3 0,4 0,4ntransformado — — x xnformado x x — —nequilibrio 0,2+x 0,3+x 0,4– x 0,4– x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[CO][H O][CO ][H ]
nCOV
nV
nV
nV
K =nCO n
n n
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
1,6=0,4–x
0,2+x 0,3+xx=0,04mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[CO]=[H O]=0,4–0,04 mol
1L=0,36M
[CO ]=0,3+0,04 mol
1L=0,34M
[H ]=0,2+0,04 mol
1L=0,24M
(ProblemasimilaralpropuestoenCanarias2004).
6.63.Seintrodujociertacantidadde enunrecipientevacío.A120°Cseestablecióelsiguienteequilibrio:
2 (s) (s)+ (g)+ (g) ΔH=50kJ/molcuandolapresiónera1720mmHg.Calcula:a)Laspresionesparcialesdel y enelequilibrio.b)Elvalordelasconstantes y .c)Lasconcentracionesdelassustanciasenelequilibrio.d)Siseañade1gde ,¿quéleocurriráalacantidadde ?e)Sisequiereobtenermáscantidaddeagua,¿quésepuedehacer?f)¿Haciadóndesedesplazaelequilibriosiseañadeuncatalizador?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Asturias2005)
a) De acuerdo con la estequiometría de la reacción, las cantidades de CO y H O en elequilibriosoniguales:
p =p =pt2=pp=
1720mmHg2
1atm
760mmHg=1,13atm
b)LaexpresióndelaconstanteK es:
K = p p =p2K = 1,13 =1,28
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 455
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2
K =1,28 0,082 120+273 =1,23·10
c) Considerando comportamiento ideal, a partir de la presión parcial se obtiene laconcentraciónenelequilibrio:
[H O]=[CO ]=pRT
=1,13atm
0,082atm·L·mol ·K 120+273 K=0,035M
d)Comoseobserva,setratadeunequilibrioheterogéneoyelNaHCO3noapareceen laexpresióndelaconstanteK ,estoquieredeciresnecesariaunacantidadmínimadeestasustancia para que se alcance el equilibrio en un recipiente de ese volumen a esatemperatura,portanto,siseañademás elequilibriopermaneceinalterado.
Si la temperatura permanece constante, el valor de la constante de equilibrio nocambia,luegolapresiónenelrecipienteseríalamisma.
e)ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Paraobtenermás ,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,esnecesarioextraercualquieradelosdosproductosgaseososyaqueelsistemasedesplazaráenelsentidoenelquesereponganestassustancias.
f) La adicióndeun catalizador disminuye por igual las energías de activación de lasreacciones directa e inversa con lo que se consigue que la reacción seamás rápida sinalterarparanadaelequilibrio.
6.64.Enunrecipientede1Lya100°Cseencontróque lasconcentracionesde y eran,respectivamente,0,10My0,12M.Si =0,212paralareacción:
(g)2 (g)a) Razone si el sistema se encuentra en equilibrio. Si no lo está, ¿cómo deben variar lasconcentracionesdeambassustanciasparaquesealcanceelequilibrioaesatemperatura?b)Calculelasconcentracionesde y enelequilibrio.c)Calcule ylaspresionesenelequilibrio.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2005)
a)Para saber si el sistema se encuentra enequilibrio se calcula el valordel cocientedereacciónQ ysecomparaconelvalordeK :
Q =[NO[N O
Q =0,120,10
=0,144
Comoseobserva, ,porlotanto,elsistemanoseencuentraenequilibrio.
ParaqueelsistemaalcanceelequilibrioaestatemperaturaelvalordeQ debeaumentarhastaigualarseaK .Paraello,[NO ]debeaumentary[N O ]debedisminuir,porlotanto,elsistemasedesplazahacialaformaciónde .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 456
b)Paracalcularlasconcentracionesdeequilibriodeunareacciónseconstruyelatabladeconcentracionesenelequilibrio:
N O NOcinicial 0,10 0,12ctransformado x —cformado — 2xcequilibrio 0,10–x 0,12+2x
LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK es:
K =[NO[N O ]
Sustituyendo:
0,212=0,12+2x0,10–x
x=9,3·10 M
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[NO ]= 0,12+ 2·9,3·10 M=0,139M
[N O ]= 0,10–9,3·10 M=0,091M
c)LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
K =0,212[0,082 100+273 =6,5
Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesson:
p = 0,139mol·L 0,082atm·L·mol ·K 100+273 K=4,25atm
p = 0,091mol·L 0,082atm·L·mol ·K 100+273 K=2,77atm
ConestosvalorestambiénsepuedecalcularlaconstanteKp:
K =p
pK =
4,252,77
= ,
6.65. El fosgeno ( ) se descompone a elevada temperatura dandomonóxido de decarbono(CO)ycloro( ).Enunaexperienciaseinyecta0,631gdefosgenoenunrecipientede432 decapacidada1000K.Sealcanzaelsiguienteequilibrio:
(g)CO(g)+ (g)Cuandosehaestablecidoelequilibrioseobservaquelapresióntotaldelrecipienteesiguala2,175atm.Calcula:a)La y delequilibrio.b)Lapresiónparcialdecadagas.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2005)
a)ElnúmerodemolesdeCOCl es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 457
n=0,631gCOCl1molCOCl99gCOCl
=6,37·10 molCOCl
Para calcular la constante de equilibrio de una reacción se construye la tabla demolescorrespondientealmismo:
COCl CO Clninicial n — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio n–x x xntotal n–x +x+x= n+x
Considerandocomportamientoideal,apartirdelapresiónsepuedeobtenerelvalordex
6,37·10 +x =2,175atm·0,432L
0,082atm·L·mol ·K 1000Kx=5,09·10 mol
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =Cl CO COCl
=
xV
xV
n–xV
=x
n–x V
Sustituyendo
K =5,09·10
6,37·10 –5,09·10 0,432=4,6·10
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
K =4,6 10 0,082 1000 =3,8
b)Laspresionesparcialesson:
p =pCO=5,09·10 mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
0,432L=0,965atm
p =6,37·10 –5,09·10 mol 0,082atm·L·mol ·K 1000K
0,432L=0,245atm
ConestosvalorestambiénsepuedeobtenerelvalordelaconstanteK :
K =p pCOp
=0,9650,245
=3,8
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 458
6.66.Enunrecipientede400Lenelquepreviamentesehahechoelvacío,seintroducen36gdecarbonosólidoy132gde (g).Alcalentara900Kseestableceelequilibrio:
C(s)+ (g)2CO(g)ylapresióntotaldelosgasesenelequilibrioesde0,69atm.Calcula:a)MolesdeC(s), (g)yCO(g)presentesenelequilibrio.b) y a900K.c1)La composicióndel sistemaen equilibrio sia900K se introducen enun recipientede400L,2molesde ,2molesdeCOy24gdecarbono.c2)La composicióndel sistemaen equilibrio sia900K se introducen enun recipientede400L,3molesde ,1moldeCOy1gdecarbono.d1)SedisponedeunreactorquecontieneC(s), (g)yCO(g)enequilibrio,indicaloquepasarási,atemperaturaconstante,seintroduceC(s)enelreactor.d2)SedisponedeunreactorquecontieneC(s), (g)yCO(g)enequilibrio,indicaloquepasarási,atemperaturaconstante,seintroduceseintroduceCO2(g)enelreactor.d3)SedisponedeunreactorquecontieneC(s), (g)yCO(g)enequilibrio,indicaloquepasarási,atemperaturaconstante,seeliminaCO(g)delreactor.d4)SedisponedeunreactorquecontieneC(s), (g)yCO(g)enequilibrio,indicaloquepasarási,atemperaturaconstante,seaumentalapresión.e) Las entalpíasde formacióndelCO ydel son ‐111 y ‐394 kJ/mol, respectivamente.IndicaloquepasaráalaumentarlatemperaturadeunreactorquecontieneC(s), (g)yCO(g)enequilibrio.(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )
(Valencia2005)
a)Siinicialmenteelsistemacontienelassiguientescantidades:
36gC1molC12gC
=3molC132gCO1molCO 44gCO
=3molCO
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
C CO CO ninicial 3 3 —ntransformado x x —nformado — — 2xnequilibrio 3x 3x 2xntotal 3x +2x=3+x
La presión de la mezcla en equilibrio proporciona el número de moles transformados.Considerandocomportamientoideal:
3x =0,69atm·400L
0,082atm·L·mol ·K 900Kx=0,74mol
Lascantidadesdelasespeciespresentesenelequilibrioson:
30,74 molC=2,26molC
30,74 molCO2=2,26mol
2 0,74 molCO=1,48molCO
b) Partiendo del número demoles en el equilibrio calculado en el apartado anterior yaplicando la ecuación de estado del gas ideal se calculan las presiones parciales en elequilibrio:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 459
p =2,26mol 0,082atm·L·mol ·K 900K
400L=0,417atm
pCO=1,48mol 0,082atm·L·mol ·K 900K
400L=0,273atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =pCOp
K =0,2730,417
=0,179
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =[CO]2
[CO ]=
nCOV n
K =1,48
400 2,26=2,4·10
c1)Alexistirinicialmentetodaslasespeciesdelequilibrio,esprecisocalcularelvalordelcocientedereacciónQ parasaberenquesentidoevolucionaelsistemaparaalcanzarelequilibrio:
Q =[CO[CO
=nCO
V nQ =
2400 2
=5,0·10
Como se observa, Q >K por lo quepara que se alcance el equilibrioQ debehacersemenor,poresemotivoelsistemasedesplazahacialaizquierda.
Lanuevatablademoleses:
C CO CO ninicial n 2 2ntransformado — — 2xnformado x x —nequilibrio n+x 2+x 22x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
2,4·10 =22x
400 2+xx=0,26mol
Lascantidadesdelasespeciespresentesenelequilibrioson:
24gC +0,26molC12gC1molC
=27,12gC
2+0,26 molCO =2,26mol
22·0,26 molCO=1,48molCO
c2)Alexistirinicialmentetodaslasespeciesdelequilibrio,esprecisocalcularelvalordelcocientedereacciónQ parasaberenquesentidoevolucionaelsistemaparaalcanzarelequilibrio:
Q =1
400 3=8,3·10
Como se observa,Q <K , por loqueparaque se alcance el equilibrioQc debehacersemayor,poresemotivoelsistemasedesplazahacialaderecha(formacióndeCO).
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 460
Lanuevatablademoleses:
C CO2 CO ninicial n 3 1ntransformado x x —nformado — — 2xnequilibrio nx 3x 1+2x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
2,4·10 =1+2x
400 3xx=0,304mol
Lascantidadesdelasespeciespresentesenelequilibrioson:
1gC 0,304molC12gC1molC
=‐2,65gC
Comoseobserva, seobtieneun resultadoabsurdo loquequieredecirqueseconsumetodoelC(s)yporlotantonosealcanzaelequilibrio.
ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
d1)SiseañademásCalamezclaenequilibrio,noseejerceningúnefectosobreelequilibrio,yaquecomoseobservaenlaexpresióndelaconstantedeequilibrio,elCnoformapartedelamisma.
d2)Sise introducemás en el reactor a temperatura constante,de acuerdo con elprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaestasustancia,esdecir,hacialaformacióndeCO.
d3)SiseeliminaCOdelreactoratemperaturaconstante,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, el sistemasedesplazaenel sentidoenelquese repongaestasustancia,esdecir,hacialaformacióndeCO.
d4) Si aumenta la presión del reactor a temperatura constante, de acuerdo con elprincipio de Le Châtelier, el sistema se desplaza en el sentido en el que disminuya lapresión, es decir, desplazándose en el sentido en el descienda el número demoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,esdecir,hacialaformaciónde .
e) Previamente, hay que calcular la variación de entalpía de la reacción a partir de lasentalpías de formación de reactivos y productos. El valor de la entalpía sirve paradeterminarsielprocesoesexotérmicooendotérmico.
Δ H°=Σ νiH°i productos–Σ νiH°i reactivos
Sustituyendo:
Δ H°=2molCO‐111kJmolCO
1molCO‐394kJmolCO
=172kJ
Siaumenta la temperatura, de acuerdo con el principio deLeChâtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquedesciendalatemperatura.Comosetratadeunprocesoendotérmico,elequilibriosedesplazaenelsentidoenelqueseconsumacalor,esdecir,hacialaformacióndeCO.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 461
6.67. Se colocan 0,10 moles de HI en un matraz de 5 mL a 450°C. ¿Cuáles serán lasconcentracionesdehidrógeno,yodoyyodurodehidrógenoenelequilibrio,sabiendoque laconstantededisociacióndedichocompuestoa450°Ces0,0175?
(Canarias2006)
ElequilibriocorrespondientealadisociacióndelHIes:
2HI(g)I (g)+H (g)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
HI I Hninicial 0,10 — —ntransformado 2x — —nformado — x xnequilibrio 0,10–2x x x
LaexpresióndeK es:
K =[I ][H ][HI
SustituyendoteniendoencuentaqueelvolumennoinfluyeenelvalordeK :
0,0175=x
0,102xx=1,05·10 mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[H ]=[I ]=1,05·10 mol
5·10 L=2,1M
[HI]=0,10–2·1,05·10 mol
5·10 L=15,8M
6.68.Lareacciónenequilibrio:
2NOCl(g)2NO(g)+ (g)Sehaestudiadoa462°Cyaunvolumenconstantede1,00L.Inicialmentesedepositaron2,00molesdeNOClenelrecipiente,ycuandoseestablecióelequilibrio,seobservóquesehabíadisociado el 33% delNOCl.A partir de estos datos, calcule la constante de equilibrio esatemperatura.
(Canarias2006)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
NOCl NO Clninicial 2,00 — —ntransformado 2x — —nformado — 2x xnequilibrio 2,00–2x 2x x
Elvalordelgradodedisociaciónproporcionaelvalordex:
2xmoles disociados2,00moles iniciales
=0,33x=0,33moles
LaexpresióndeK es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 462
K =[NO [Cl ][NOCl
SustituyendoteniendoencuentaqueV=1L:
K =0,66 0,332,00–2·0,33
=8·10
6.69.Enunreactorde5Lseintroduceninicialmente0,8molesde y0,8molesde .Cuando,a300°C,seestableceelequilibrio:
(g)+4 (g) (g)+2 (g)laconcentraciónde esde0,025moles/L.Calcule:a)Lacomposicióndelamezclaenelequilibriob) y adichatemperatura.c)Presióndelamezclagaseosaenequilibrio.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2006)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
CS H CH H Sninicial 0,8 0,8 — —ntransformado x 4x — —nformado — — x 2xnequilibrio 0,8–x 0,8– 4x x 2x
Apartirde[CH ]seobtieneelvalordex:
0,025mol·L =x5L
x=0,125mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[H S]=2 0,125 mol
5L=0,050M
[H ]=0,8–4·0,125 mol
5L=0,060M
[CS ]=0,8–0,125 mol
5L=0,135M
b)ElvalordeK es:
K =[H S [CH ][H [CS ]
K =0,050 0,0250,060 0,135
=35,7
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=3–5=‐2
K =35,7[0,082 300+273 =1,6·10
c)Considerandocomportamientoideal,lapresiónparcialdecadagases:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 463
p = 0,050mol·L 0,082atm·L·mol ·K 300+273 K=2,35atm
p = 0,025mol·L 0,082atm·L·mol ·K 300+273 K=1,17atm
p = 0,060mol·L 0,082atm·L·mol ·K 300+273 K=2,82atm
p = 0,135mol·L 0,082atm·L·mol ·K 300+273 K=6,34atm
6.70.Enunrecipientecerradode1,00Lenelquesehahechoelvacíoseintroducen1,988gdeyodosólido( ).Secalientagastaalcanzarunatemperaturade1473K,alcanzándoseunapresión de 1,33 atm. En estas condiciones todo el yodo se encuentra vaporizado yparcialmentedisociadosegún:
(g)2I(g)Calcula:a)Elgradodedisociacióndelyodo.b)Losvaloresde y .
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2006)
Elnúmerodemolesinicialesdeyodoes:
1,988gI254gI1molI
=7,8·10 molesI
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
I2 Ininicial 7,8·10 —ntransformado x —nformado — 2xnequilibrio 7,8·10 –x 2xntotal 7,8·10 –x +2x= 7,8·10 +x
El valor de x se obtiene a partir de la presión en el equilibrio. Considerandocomportamientoideal:
7,8·10 +x =1,33atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 1473Kx=3,2·10 mol
Elgradodedisociaciónes:
α=3,2·10 molI2 disociados
7,8·10 molI2 iniciales=0,4141%
b)Teniendoencuentaqueelvolumenes1L,elvalordelaconstanteK es:
K =I I2
=
2xVn–xV
=4xn–x V
K =4 3,2·10
7,8·10 –3,2·10=8,9·10
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 464
K =8,9·10 0,082·1473 =1,1
6.71.Ladescomposicióndelfosgenoseproducesegúnlareacción:
(g)CO(g)+ (g)Encondicionesdeequilibriounrecipientede1litrocontiene1molde ,1moldeCOy0,25molde .Calcule:a)Elvalordelaconstantedeequilibrio.b) Los moles de fosgeno que deben añadirse al equilibrio inicial para que una vezrestablecidoelequilibrio,sehayaduplicadoelnúmerodemolesdefosgeno.
(Córdoba2006)
a)Teniendoencuentaqueelrecipienteesde1L,elvalordelaconstanteK es:
K =Cl CO COCl
K =0,25 1
1=0,25
b) Llamandon al númerodemoles de COCl que se añaden al sistema en equilibrio, latablademolescorrespondientealmismoes:
COCl CO Clninicial 1+n 1 0,25ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 1+n –x=2 1+x 0,25+x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
0,25=1+x 0,25+x
2x=0,175mol
ElnúmerodemolesdeCOCl quesehanañadidoalsistemaes:
1+n –0,175=2n=1,175mol
6.72.Dadalasiguientereacción:
2NO(g)+2 (g) (g)+2 (g)Apartirdelosdatosdelatabla:
Experiencia [NO mol/L mol/L (mol/L·s)1 0,15 0,15 0,00252 0,15 0,30 0,00503 0,30 0,15 0,0100
a)Calculalaecuacióndevelocidadyelordendelareacción.b)Paralareacciónanterior,enunrecipientede10La800K,seencierra1moldeNO(g)y1molde .Cuandosealcanzaelequilibriosehallanpresentes0,30molesdemonóxidodenitrógeno.Calcula:b1)Lasconcentracionesdeloscuatrogasesenelequilibrio.b2)Elvalordelasconstantes y .b3)Lapresiónparcialdecadaunodeloscompuestosenelequilibrio.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Asturias2006)
a)Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
r=k[NO [H
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 465
Sustituyendolosvaloresdelasexperienciasrealizadas:
r =k 0,15 0,15 =0,0025
r =k 0,15 0,30 =0,0050
r =k 0,30 0,15 =0,0100
Relacionandolasvelocidades:
rr
k 0,15 0,30k 0,15 0,15
=0,00500,0025
=22 =2y=1
rr
k 0,30 0,15k 0,15 0,15
=0,01000,0025
=42 =4x=2
Elordentotaldelareacciónes x+y = 2+1 =3.
Elvalordeconstantedevelocidadsepuedeobtenerapartirdelosvaloresobtenidosenunodelosexperimentos(porejemplo,el1):
k=0,0025mol·L ·s
0,15mol·L 0,15mol·L=0,741L ·mol ·s
Laecuacióndevelocidaddelareacciónes:
r=0,741[NO [ ]
b)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
NO H N H Oninicial 1 1 — —ntransformado 2x 2x — —nformado — — x 2xnequilibrio 1–2x 1– 2x x 2x
ApartirdelnúmerodemolesdeNOenelequilibrioseobtieneelvalordex:
1–2x=0,3molesx=0,35molesformados.
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[NO]=[H ]=0,3mol10L
=0,030M
[N ]=0,35mol10L
=0,035M
[H O]=2(0,35mol)
10L=0,070M
c)ElvalordelaconstantedeequilibrioK es:
K =[N ][H O[NO [H
K =0,035 0,070 0,030 0,030
=
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=3–4=‐1
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 466
K =212 0,082·800 =3,23
d)Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesson:
pNO=p = 0,030mol·L 0,082atm·L·mol ·K 800K=1,97atm
p = 0,035mol·L 0,082atm·L·mol ·K 800K=2,30atm
p = 0,070mol·L 0,082atm·L·mol ·K 800K=4,59atm
6.73.Enunrecipientede10L,dondepreviamentesehahechoelvacío,seintroducen10gdecarbonatodecalcio.Alcalentara800°Cseestableceelequilibrio:
(s)CaO(s)+ (g)Lapresiónenelequilibrioesde170mmHg.Calcula:a) y paraelequilibrioindicado.b)Losgramosde ,CaOy presentesenelequilibrio.c) La composición del sistema en equilibrio cuando en un recipiente de 5 L, en el quepreviamentesehahechoelvacío,calentandoa800°Cseintroducen:c1)1gde (s),1gdeCaO(s)y1gde (g)c2)1gde (s),0,3gdeCaO(s)y1gde (g)c3)1gde (s)y1gdeCaO(s).
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2006)
a) Se trata de un equilibrio heterogéneo y como hay un único componente gaseoso laexpresióndeK es:
K =p
Por tanto, la presión en el equilibrio, expresada en atm, proporciona el valor de laconstanteK :
K =170mmHg1atm
760mmHg=0,224
LaexpresióndeK es:
K = CO
ElvalordelapresiónproporcionalaconcentracióndeCO enelequilibrioyelvalordeK :
K =p
RT=
0,224atm0,082atm·L·mol ·K 800+273 K
=2,55·10
b)LapresióndelCO proporcionaelnúmerodemoles formadosdeestasustanciay,deacuerdo con la estequiometría de la reacción, el número de moles formados de CaO ytransformadosdeCaCO .Aplicandolaecuacióndeestadodelgasideal:
x=0,224atm·10L
0,082atm·L·mol ·K 800+273 K=2,55·10 molCO
Lasmasasdelasespeciesenelequilibrioson:
2,55·10 molCO44gCO1molCO
=1,12g
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 467
2,55·10 molCO1molCaO1molCO
56gCaO1molCaO
=1,43gCaO
10gCaCO 2,55·10 molCO1molCaCO1molCO
100gCaCO1molCaCO
=7,45g
c1)Comolatemperaturasemantieneconstanteelvalordelaconstantedeequilibrionocambiaporloqueapartirdelamismasepuedededucirlacomposicióndeequilibrio.
ComoinicialmenteelmatrazcontieneCO esprecisoconocerelvalordeQ parasaberenquésentidosedesplazarálareacciónparaalcanzarelequilibrio:
Q =p =1gCO
1molCO44gCO 0,082atm·L·mol ·K 800+273 K
5L=0,4atm
EstevaloresmayorqueK ,por loqueparaquesealcanceelequilibriodeberáhacersemenor.Portanto,lareacciónsedesplazahacialaformacióndeCaCO .
Llamando p la cantidad de CO que se transforma, la presión del CO al alcanzarse elequilibrioserá 0,4–p .SustituyendoenlaexpresióndeK setiene:
0,224= 0,4p p=0,176atm
EstevalordelapresiónproporcionaelnúmerodemolesdeCO quesehantransformado.Aplicandolaecuacióndeestadodelgasideal:
x=0,176atm·5L
0,082atm·L·mol ·K 800+273 K=0,01molCO
Lascantidadesdelasespeciesenelequilibrioson:
1gCO 0,01molCO44gCO 1molCO
=0,56g
1gCaO 0,01molCO1molCaO1molCO
56gCaO1molCaO
=0,44gCaO
1molCaCO +0,01molCO1molCaCO1molCO
100gCaCO1molCaCO
=2,00g
c2) Las cantidades son las mismas que las del apartado anterior, salvo en la cantidadinicialdeCaO(0,3g)que,comoseobserva,esmenorquelaquesetransformaenCaCO (0,56g),loqueindicaquesetransformacompletamenteynosealcanzaelequilibrio.
c3)Comolatemperaturaeslamisma,semantieneelvalordelaconstantedeequilibrioyparaquesealcanceelequilibriodebedisociarseCaCO hastaquesealcancelapresióndeequilibriodel enunciado.Por tanto, elnúmerodemolesdeCO enel equilibrio en esascondicioneses:
x=0,224atm·5L
0,082atm·L·mol ·K 800+273 K=0,0127molCO
Lamasadesólidoquedebedisociarsees:
0,0127molCO1molCaCO1molCO
100gCaCO1molCaCO
=1,27g
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 468
Comoseobserva,esacantidaddeCaCO esmayorquelainicial(1,0g)loqueindicaquesetransformatodoelCaCO ynosealcanzaelequilibrio.
6.74.Paralareacción:
(g)2Br(g) elvalorde es1,04·10 a1012°C.
Siunavezquesealcanzaelequilibrioenunrecipientede200 quedan4,5·10 molesde:
a)¿CuántosmolesdeBr(atómico)estaránpresentesenelequilibrio?b)Sisesabequelareaccióndedisociacióndel esendotérmica,¿cómosepuedeaumentarlacantidaddebromoatómico?c)¿Cuálesdelasmedidasqueseproponenenelapartadob)puedenafectaralvalorde ?
(Canarias2007)
a)LaexpresióndelaconstanteK es:
K =Br Br
Sustituyendolosvaloresdados:
1,04·10 =Br
4,5·100,2
[Br]=1,5·10 M
ElnúmerodemolesdeBrenelequilibrioes:
200cm 1,5·10 molBr
10 cm=3,0·10 molBr
b)ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
De acuerdo con el Principio de Le Châtelier, si la reacción de disociación del bromo esendotérmica,paraquelareacciónsedesplacehacialaderecha(formacióndeBr)esnecesarioqueseproduzcaunaumentodelatemperatura.
Comonoexistelamismacantidaddemoléculasgaseosasenlosreactivosyproductos,deacuerdo con el Principio de Le Châtelier, para que la reacción se desplace hacia laderecha es necesario que se produzca un descenso de presión a temperaturaconstanteounaumentodelvolumendelrecipiente(leydeBoyle).
Tambiénsefavoreceladisociacióndelbromomolecular,siseproducelaextracciónelbromoatómicoamedidaquesevaformando.Dichodeotraformasisedisminuye[Br].
c) De acuerdo con la ley del equilibrio químico, la constante de equilibrio de unareacciónsoloseveafectadaconloscambiosenlatemperatura.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 469
6.75.Eldióxidodenitrógenosedisociasegúnlasiguientereacción:
2 (g)2NO(g)+ (g)Unrecipientemetálicode2Ldecapacidadcontienesolamente a25°Cy21,1atmdepresión. Se calienta el recipiente hasta 300°Cmanteniéndose constante el volumen y seobservaquelapresióndeequilibrioenelrecipienteesde50atm.Calcula:a)Lasconcentracionesdelasespeciesenelequilibrio.b)Elgradodedisociacióndel .c)Elvalorde paraelequilibriodedisociacióndel .
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2007)
a) Considerando comportamiento ideal, el número demoles de NO que se introduceninicialmenteenelrecipientees:
n=21,1atm·2L
0,082atm·L·mol ·K 25+273 K=1,73mol
Latablademolesenelequilibrioes:
NO NO Oninicial 1,73 — —ntransformado 2x — —nformado — 2x xnequilibrio 1,73–2x 2x xntotal 1,73–2x +2x+x= 1,73+x
Considerandocomportamientoideal,apartirdelapresiónsepuedeobtenerelnúmerodemolestotalesenelequilibrio:
1,73+x =50atm·2L
0,082atm·L·mol ·K 300+273 Kx=0,40mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[NO ]=n–2xV
=1,73– 2·0,40 mol
2L=0,465M
[NO]=2xV=2·0,40mol
2L=0,400M
[O ]=xV=0,40mol2L
=0,200M
b)Elgradodedisociaciónes:
α=molesdisociadosmolesiniciales
=2xn=2·0,40mol1,73mol
=0,46246,2%
c)Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesenelequilibrioson:
p = 0,465mol·L 0,082atm·L·mol ·K 300+273 K
1L=21,8atm
pNO= 0,400mol·L 0,082atm·L·mol ·K 300+273 K
1L=18,8atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 470
p =0,200mol·L 0,082atm·L·mol ·K 300+273 K
1L=9,4atm
ElvalordelaconstanteK es:
K =pNO p
pK =
18,8 9,421,8
=7,0
6.76.Enun recipientede10L seponen208,5gdepentaclorurode fósforo; se calientaa360°C, provocando la descomposición de dicho compuesto según la siguiente reacciónendotérmica:
(g) (g)+ (g)cuyaconstantedeequilibrio =0,010mol/La360°C.Calcule:a)Lacomposición,α,laspresionesparcialesenelequilibrioy .b)Sisobreelequilibrioanteriorseagrega1molde (V=cte),calculelasconcentracionesyelgradodedisociacióncorrespondientesalnuevoequilibrio.c)Sisobreelequilibriodelapartadoa)sereduceelvolumendelrecipientea5L,calculelasconcentracionesyelgradodedisociacióncorrespondientesalnuevoequilibrio.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2007)
a)Elnúmerodemolesinicialeses:
n=208,5gPCl1molPCl208,5gPCl
1molPCl
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
PCl PCl Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα nαnequilibrio n–nα nα nα
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[PCl ][Cl ][PCl ]
=
nαV
nαV
n 1–αV
=nα
V 1–α
Sustituyendo
0,01=α
10 1–αα=0,2727%
Lasconcentracionesalalcanzarseelequilibrioson:
[PCl3]=[Cl ]=1·0,27mol
10L=0,027M
[PCl ]=1mol 1–0,27
10L=0,073M
Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesson:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 471
p =p = 0,027mol·L 0,082atm·L·mol ·K 360+273 K=1,4atm
p = 0,073mol·L 0,082atm·L·mol ·K 360+273 K=3,8atm
ElvalordelaconstanteK es:
K =pPCl3 p
pK =
1,4·1,43,8
=0,52
b) Si al equilibrio anterior se le añade 1 mol de Cl , de acuerdo con el principio deLe Châtelier, el equilibrio se desplaza hacia la formación de PCl para así conseguirconsumirelCl añadido.Latablademolescorrespondientealnuevoes:
PCl PCl3 Clninicial 0,73 0,27 (1+0,27)ntransformado — x xnformado x — —nequilibrio 0,73+x 0,27– x 1,27– x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
0,01=(0,27–x)(1,27–x)10(0,73+x)
x=0,185mol
Lasconcentracionesalalcanzarseelequilibrioson:
[Cl ]= 0,27–0,185 mol
10L=0,0085M
[PCl ]= 1,27–0,185 mol
10L=0,1085M
[PCl ]=0,73+0,185 mol
10L=0,0915M
Elgradodedisociación,medidorespectodelacantidadinicialdelapartadoa),es:
α=molesdisociadosmolesiniciales
=[1– 0,73+0,185 ]mol
1,0mol=0,0858,5%
c) Si al equilibrio anterior se le reduce el volumen a lamitad, de acuerdo con la ley deBoyle, la presión se hace el doble; y de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elequilibrio se desplaza hacia donde menos moles de gas haya para que descienda lapresión,esdecir,hacialaformacióndePCl .Latablademolescorrespondientealnuevoes:
PCl PCl Clninicial 0,73 0,27 0,27ntransformado — x xnformado x — —nequilibrio 0,73+x 0,27– x 0,27– x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
0,01=0,27–x 1,27–x5 0,73+x
x=0,07mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 472
Lasconcentracionesalalcanzarseelequilibrioson:
[Cl ]=[PCl ]= 0,27–0,07 mol
5L=0,04M
[PCl ]=0,73+0,07 mol
5L=0,16M
Elgradodedisociación,medidorespectodelacantidadinicialdelapartadoa),es:
α=molesdisociadosmolesiniciales
=[1– 0,73+0,07 ]mol
1,0mol=0,220%
6.77.UnrecipientecuyovolumenesdeVLcontieneunamezcladegasesenequilibrioquesecomponede2molesdepentaclorurodefósforo,2molesdetriclorurodefósforoy2molesdecloro.Lapresiónenelinteriordelrecipienteesde3atmylatemperaturade266°C.Seintroduceahoraunaciertacantidaddegascloro,manteniendoconstanteslapresiónylatemperatura,hastaqueelvolumendeequilibrioesde2VL.Sedeseasaber:a)ElvolumenVdelrecipiente.b)Elvalordelasconstantes y .c)Elnúmerodemolesdecloroañadido.d)Losvaloresdelaspresionesparcialesenelequilibriotraslaadicióndelcloro.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Asturias2007)
a)Considerandocomportamientoideal,elvolumendelrecipientees:
V=2+2+2 mol 0,082atm·L·mol ·K 266+273 K
3atm=88,4L
b)LaexpresióndeK es:
K =pPCl3 p
p
Comoelnúmerodemolesdecadaespecieeselmismo,laspresionesparcialestambiénloson,portanto,laexpresiónanteriorquedasimplificadacomo:
K =pPCl3=p·yPCl3K =326=1
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–1=1
K =1[0,082 266+273 =2,3·
c) Si se introducen xmoles de Cl en el recipiente, a p y T constantes, de formaque elvolumensehace2V,considerandocomportamientoideal:
6+x mol=3atm 2·88,4L
0,082atm·L·mol ·K 266+273 Kx=6mol
d)AlintroducirmásCl serompeelequilibrioylanuevatablademoleses:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 473
PCl PCl Clninicial 2 2 8ntransformado — x xnformado x — —nequilibrio 2+x 2– x 8– xntotal (2+x)+(2– x)+(8– x)=12– x
c)De acuerdo con la ley deDalton de las presiones parciales la expresióndeK quedacomo:
K =p
2–x12–x p
8–x12–x
p2+x12–x
K =p2–x 8–x2+x 12–x
1=32–x 8–x2+x 12–x
x=0,56mol
Laspresionesparcialesalalcanzarseelequilibrioson:
p =3atm2–0,56 mol12–0,56 mol
=0,378atm
p =3atm8–0,56 mol12–0,56 mol
=1,951atm
p =3atm2+0,56 mol12–0,56 mol
=0,671atm
6.78.Enunrecipientede2Lseintroducen4,90gdeCuOysecalientahasta1025°Cenquesealcanzaelequilibriosiguiente:
4CuO(s)2 (s)+ (g)Lapresiónquesemideentoncesesde0,5atm.Calcula:a)Losmolesdeoxígenoquesehanformado.b)Lasconstantes y aesatemperatura.c)LosgramosdeCuOquequedansindescomponer.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2007)
a)Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdeO es:
n=0,5atm·2L
0,082atm·L·mol ·K 1025+273 K=9,4·10–3
b)SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =p ,
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1–0=1
K =0,5[0,082 1025+273 =4,7·
c)LamasadeCuOquesedescomponees:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 474
9,4·10 molO4molCuO1molO
79,5gCuO1molCuO
=2,99gCuO
LamasadeCuOquequedasindescomponerenelequilibrioes:
4,90gCuO inicial –2,99gCuO descompuesto =1,91gCuO
6.79.Consideraelequilibriosiguiente,paraelcualΔH°<0:
2 (g)+ (g)2 (g)¿Cómoafectarácadaunode los siguientescambiosaunamezclaenequilibriode los tresgases?a)Seadiciona (g)alsistema.b)Lamezcladereacciónsecalienta.c)Seduplicaelvolumendelrecipientedereacción.d)Seañadeuncatalizadoralamezcla.e)Seaumentalapresióntotaldelsistemaañadiendoungasnoble.f)Seretira (g)delsistema.
(Valencia2007)
ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Suaplicaciónsirveparavercómoafectaráalsistemaenequilibriocadaunodeloscambiospropuestos.
a) Si se adiciona (g) al sistema en el equilibrio, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelO (g)añadido,esdecir,hacialaformacióndeSO3(g).
b)Sisecalienta lamezcla en equilibrio, de acuerdo con el principiodeLeChâtelier,elsistema se desplaza en el sentido en el que se consuma el calor añadido y baje latemperatura. Teniendo en cuenta que se trata de un proceso exotérmico el sistema sedesplazahacialaformaciónde (g).
c)Siseduplicaelvolumendelrecipienteatemperaturaconstante,segúnlaleydeBoylela presión se hace lamitad. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplazaenelsentidoenelquesubalapresión,paraellodebedesplazarseenelsentidoenelaumenteelnúmerodemoléculasgaseosasenelequilibrio.Comoalaizquierdahaymásmoléculasdegas,elsistemasedesplazahacialaformaciónde (g).
d) Si se añade un catalizador a la mezcla en equilibrio el sistema permaneceinalterado ya que el catalizador disminuye por igual las energías de activación de lasreaccionesdirectaeinversaconsiguiendoqueelequilibriosealcanceenmenostiempo.
e)Siseaumentalapresiónañadiendoungasinerteysuponiendoqueestecambioserealizaatemperaturayvolumenconstantes,elsistemapermaneceinalteradoyaqueloschoquesconlasmoléculasdeinertenoproducenningúntipodereacción.
f) Si se retira (g) del sistema en el equilibrio, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueserepongaelSO (g)extraído,esdecir,hacialaformaciónde (g).
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 475
6.80.Conlosdatosqueseindicanenlatabla,referidosa25°C,calculalaconstante a25°Cy160°Cparaelequilibrio:
2 (s) (s)+ (g)+ (g)
(s) (s) (g) (g)°(kJ· ) ‐949 ‐1131 ‐394 ‐242
S°(J· · ) 102 136 214 189
Dato.R=8,314J· · Para resolver esta cuestión hay que suponer que ° es constante en el intervalo detemperaturaconsiderado,quelafasegaseosapuedeconsiderarseidealyquelavariacióndeconlapresióntotalesdespreciable.
(Valencia2007)
LaconstanteK puedecalcularsepormediodelaecuación:
Δ G°=‐RTlnK
ElvalordeΔ G°secalculaapartirdelaexpresión:
Δ G°=Δ H°TΔ S°
Los valores de Δ H° y Δ S° se calculan aplicando el concepto de entalpía y entropía dereacción:
Δ H°=Σ νiH°i productos–Σ νiH°i reactivos=
= 1molH O‐242kJmolH O
+1molCO‐394kJmolCO
+1molNa CO‐1131kJ
molNa CO
2molNaHCO‐949kJ
molNaHCO=131kJ
Δ S°=Σ νiS°i productos–Σ νiS°i reactivos=
= 1molH O189J
molH O·K+1molCO
214JmolCO ·K
+1molNa CO136J
molNa CO ·K
2molNaHCO102J
molNaHCO ·K=335
JK1kJ
103J=0,335
kJK
SustituyendoenlaexpresióndeΔ G°:
Δ G°=131kJ0,335kJK
25+2273 K=31,17kJ103J1kJ
=31170J
ComoΔ G°>0setratadeunprocesonoespontáneoa25°C.
ElvalordeK a25°Ces:
K ° =exp‐Δ G°RT
K ° =exp‐31770
8,314 25+273=3,4·
Laecuacióndevan’tHoffpermitecalcularladependenciadeK conlatemperatura:
lnK
K=∆H°R
1T1
1T2
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 476
SustituyendoseobtieneelvalordelaconstanteK a160°C:
lnK °
3,4·10=
1318,314·10
1273+25
1
273+160K ° =49,1
6.81.Setieneelequilibrio:
(s) (g)+ (g) cuyaconstantees =1,7a50°C.
a)Enunrecipientede1L,dondepreviamentesehahechoelvacío,seintroducen20,4gde,ysecalientaa50°C.Calculalosmolesdecadaespeciepresentesenelequilibrio.
b)¿Quépasasielrecipienteesde100Lenlasmismascondicionesqueelapartadoanterior?Calculalosmolesdecadaespeciepresentesenelequilibrio.c) Calcula la composición del sistema en equilibrio si en un recipiente de 1 L, en dondepreviamentesehahechoelvacío,seintroducen0,2molesde y0,1molesde a50°C.d) Calcula la composición del sistema en equilibrio si en un recipiente de 1 L, en dondepreviamente sehahechoelvacío,se introducen0,001molesde y0,1molesde a50°C.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2007)
a)ElnúmerodemolesincialesdeNH HSes:
20,4gNH HS1molNH HS51gNH HS
=0,4molNH HS
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K = p p
Latablademoleses:
NH HS NH H Sninicial 0,4 — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 0,4–x x x
Deacuerdoconlaestequiometríadelareacción,existeelmismonúmerodemolesdeNH yH Sporloquesuspresionesparcialesserániguales:
p=p =p
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K =p =1,7p=1,30atm
ParacalcularelnúmerodemolesdeNH yH Scorrespondientesaesapresiónseaplicalaecuacióndeestadodelosgasesideales:
x=1,30atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 50+273 K=0,049mol y
LosmolesdeNH HSenelequilibrioson:
0,4molNH HS 0,049molNH1molNH HS1molNH
=0,351mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 477
b)Comolatemperaturaeslamisma,semantieneelvalordelaconstantedeequilibrioyconellalaspresionesparcialesdelosgases:
p =p =1,30atm
ElnúmerodemolesdeNH yH Scorrespondientesaesapresiónparaunrecipientede100Les:
x=1,30atm·100L
0,082atm·L·mol ·K 50+273 K=4,9mol y
Comoseobserva,elnúmerodemolesdegasqueseformany,portanto,deNH HSquesetransforman (4,9) es mayor que el número de moles de NH HS iniciales (0,4) lo cualquieredecirqueenunmatrazde100LtodoelNH HSsedescomponeynosealcanzaelequilibrio.
c)LaspresionescorrespondientealosmolesinicialesdeNH yH Sson:
p =0,2mol 0,082atm·L·mol ·K 50+273 K
1L=5,30atm
p =0,1mol 0,082atm·L·mol ·K 50+273 K
1L=2,65atm
ElsistemasedesplazahacialaizquierdaparalaformacióndeNH HSyquesealcanceelequilibrio.Latabladepresioneses:
NH HS NH H Spinicial — 5,30 2,65ptransformado — p ppformado x — —pequilibrio x 5,30– p 2,65– p
SustituyendoenlaexpresióndeK :
1,7= 5,30–p 2,65–p p=2,12atm
Elnúmerodemolescorrespondientesaesapresiónes:
x=2,12atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 50+273 K=0,08molNH yH S
Losmolesdelasespeciesenelequilibrioson:
0,20,08 molNH =0,12mol
0,10,08 molH S=0,02mol
0,08molNH1molNH HS1molNH
=0,08mol
d)LaspresionescorrespondientealosmolesinicialesdeNH yH Sson:
p =0,01mol 0,082atm·L·mol ·K 50+273 K
1L=0,0265atm
p =0,1mol 0,082atm·L·mol ·K 50+273 K
1L=2,65atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 478
ElsistemasedesplazahacialaizquierdaparalaformacióndeNH HSyquesealcanceelequilibrio.Latabladepresioneses:
NH HS NH H Spinicial — 0,0265 2,65ptransformado — p ppformado x — —pequilibrio x 0,0265– p 2,65– p
SustituyendoenlaexpresióndeK :
1,7= 0,0265–p 2,65–p p=3,19atm
El valor de la presión obtenido carece de sentido, ya que es mayor que las presionesparciales inicialesdeambosgases.Estoquieredecirque lascantidadesdeNH yH Ssegastan completamente para formar NH HS y no se alcanza el equilibrio en esascondicionesdepresiónytemperatura.
6.82.A700°C, =20,4paralareacción:
(g)+½ (g) (g)
a)¿Cuáleselvalorde paralareacción (g) (g)+½ (g)?b)¿Cuáleselvalorde paralareacción2 (g)+ (g)2 (g)?c)¿Cuáleselvalorde paralareacción2 (g)+ (g)2 (g)?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2007)
LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK delareaccióndadaes:
K =[SO ]
[SO ][O ½ =20,4
a)LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK delareacciónpropuestaes:
K =[SO ][O ½
[SO ]
Comparandoestaconstanteconlaconstantedelareaccióndadaseobservaquelarelaciónentreambases:
K =1K1=
120,4
=0,049
b)LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK delareacciónpropuestaes:
K =[SO
[SO [O ]
Comparandoestaconstanteconlaconstantedelareaccióndadaseobservaquelarelaciónentreambases:
K = K1 K = 20,4 =416,2
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 479
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=‐1
K =416,2[0,082 700+273 ] =5,2
6.83. La formación del tetróxido de dinitrógeno ( ) se explica mediante las dosreaccionessiguientes:
2NO(g)+ (g)2 (g)
2 (g) (g)a) ¿Qué relación existe entre las constantes de los dos equilibrios con la constante deequilibriodelareacciónglobal?b)¿Haciadóndesedesplazaelequilibrioglobalsiseaumentalaconcentracióndeoxígeno?
(Canarias2008)(Canarias2009)
a)Sumandoambasreaccionesseobtienelareacciónglobal:
2NO(g)+O (g)N O (g)
Laconstantedeequilibrio,K ,delaprimerareacciónes:
K =[NO
[O ][NO
Laconstantedeequilibrio,K ,delasegundareacciónes:
K =[N O ][NO
Laconstantedeequilibrio,K,delareacciónglobales:
K=[N O ]
[O ][NO
Comoseobserva,[NO noapareceenlareacciónglobal,portanto,despejandoestevalorenK yK eigualandoseobtiene:
[NO =K1[O ][NO
[NO =[N O ]K2
K= · =[N O ]
[O ][NO
b)ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Siseaumenta laconcentraciónde el sistema sedesplazaráenel sentidoenelquedisminuyalaconcentracióndeO ,esdecir,hacialaformaciónde .
6.84. El azufre funde a 119°C y hierve a 445°C. Escribe la expresión de la constante deequilibriopara la formacióndesulfurodehidrógeno( )apartirdeazufreehidrógenogaseosoalassiguientestemperaturas:a)30°Cb)160°Cc)520°C
(Canarias2008)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 480
LosequilibrioscorrespondientesalaformacióndelH Sadiferentestemperaturasson:
a)Alatemperaturade30°C:
S(s)+H (g)H S(g)
Laconstantedeequilibrio,K ,dedichareacciónes:
K =p
p
b)Alatemperaturade160°C:
S(l)+H (g)H S(g)
Laconstantedeequilibrio,K ,dedichareacciónes:
K =p
p
c)Alatemperaturade520°C:
S(g)+H (g)H S(g)
Laconstantedeequilibrio,K ,dedichareacciónes:
K =p
pS p
6.85.Unamezclagaseosaconstituidainicialmentepor3,5molesdehidrógenoy2,5deyodo,secalientaa400°Cenunrecipientede10litros.Cuandosealcanzaelequilibrioseobtienen4,5molesdeHI.Calcula:a)Elvalordelasconstantesdeequilibrio y .b) La concentración de los compuestos si el volumen se reduce a lamitadmanteniendoconstantelatemperaturaa400°C.
(Canarias2008)(Canarias2011)
a)Elequilibrioaestudiares:
H (g)+I (g)2HI(g)
Latablademolescorrespondientealequilibrio
H I HIninicial 3,5 2,5 —ntransformado x x —nformado — — 2xnequilibrio 3,5–x 2,5– x 2x
ApartirdelnúmerodemolesdeHIenelequilibrioseobtieneelvalordex:
2x=4,5molesx=2,25mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[H ]=3,52,25 mol
10L=0,125M
[I ]=2,52,25 mol
10L=0,025M
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 481
[HI]=4,5mol10L
=0,450M
SustituyendoenlaexpresióndelaconstantedeequilibrioK :
K =[HI
[H ][I ]K =
0,4500,125 0,025
=64,8
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–2=0
K =K =64,8
b)ElprincipiodeLeChâtelierdice:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Sielvolumensereducealamitad,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedeberíadesplazarenel sentidoenelque se anule lamodificación realizada.Comoelsistemaocupaelmismovolumenenproductosyenreactivos,elsistemanosedesplazaylasconcentracionessehaceneldoble.
6.86.A400°Cyunapresióntotalde10atm,elamoníaco( )contenidoenunrecipienteseencuentradisociadoensuselementos( e )enun80%.a)Calculaelvalordelapresiónenelrecipientesiladisociaciónfuesedel50%sinvariarnielvolumennilatemperatura.b)Latemperaturaquedeberíaalcanzarelrecipienteparaqueladisociaciónvolvieraaserdel80%,sinvariarelvolumennilapresiónaplicadaenelapartadoa).
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2008)(Canarias2012)
ElequilibriocorrespondientealadisociacióndelNH es:
2NH (g)N2(g)+3H (g)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelgradodedisociación,α,ydelnúmerodemolesiniciales,n,es:
NH N Hninicial n — —ntransformado nα — —nformado — ½nα 1½nαnequilibrio n–nα ½nα 1½nαntotal n–nα +½nα+1½nα=n 1+α
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
p =pn 1αn 1+α
=1010,801+0,80
=1,11atm
p =pnα
2n 1+α=10
0,802 1+0,80
=2,22atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 482
p =p3nα
2n 1+α=10
3·0,802 1+0,80
=6,66atm
ElvalordelaconstanteK es:
K =p p
pK =
2,22 6,661,11
=532
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =p
nα2n 1+α p
3nα2n 1+α
3
pn 1αn 1+α
2 =27p α16 1α
Lapresiónnecesariaparaqueα=50%manteniendoVyTconstanteses:
532=27p 0,516 10,5
p=53,3atm
b) Considerando comportamiento ideal, y que V y n deben permanecer constantes, secumplelaleydeCharles:
c=nV
pRT
=pRT
pT=pT
10atm400+273 K
=53,3atm
TT =3587K
(EnCanarias2012solosepreguntaelapartadoa).
6.87.Enun reactor se introduceunamezcladegases,gasgasógeno,cuyacomposiciónenvolumenes:25%deCO,5%de ,3%de ,10%de e57%de .Elmonóxidodecarbonoreaccionaconaguaformándosehidrógenoydióxidodecarbono,siendolaconstantedeequilibrio1,6a1000K.¿Cuáleslacomposicióndelosgasescuandosealcanzaoequilibrioa1000K?
(Galicia2008)
Elequilibrioaestudiareselsiguiente:
CO(g)+H O(g)CO (g)+H (g)
Deacuerdo con la leydeAvogadro, la composiciónvolumétricadeunamezcla gaseosoacoincide con su composición molar, así que teniendo en cuenta que inicialmente seencuentranpresentestodaslasespeciessedebecalcularelcocientedereacción,Q ,parasaberenquésentidoevolucionaelsistemaparaalcanzarelequilibrio:
Q =[CO ]0[H ]0[CO]0[H2O]0
=
0,03V
0,05V
0,25V
0,10V
=0,06
Como se observa, , por lo tanto, la mezcla no está en equilibrio y para que sealcance este, Q debe hacersemayor, por esemotivo el sistema sedesplazahacia laderecha.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 483
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
CO H O CO H ninicial 0,25 0,10 0,03 0,05ntransformado x x — —nformado — — x xnequilibrio 0,25–x 0,10– x 0,03+x 0,05+x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[CO ][H ][CO][H O]
=
nV
nV
nV
nV
K =n n
nCO n
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
1,6=0,03+x 0,05+x0,25–x 0,10–x
x=6,4·10 mol
Lascantidadesdelosgasesqueintervienenenelequilibrioson:
nCO= 0,25–6,4·10 mol=0,186molCO20,5%CO
n = 0,10–6,4·10 mol=0,036molH O3,6%
n = 0,03+6,4·10 mol=0,094molCO 9,4%
n = 0,05+6,4·10 mol=0,114molH 11,4%
Elresto,57%,correspondenal quesecomportacomoinerte.
Comoseobserva,lacantidadtotaldemezclagaseosasiguesiguiendounmol,yaquequelaestequiometríadelareacciónhacequeseconserveelnúmerodemoles.
6.88.A25°Celequilibrio:
2ICl(s) (s)+ (g)poseeunvalordelaconstante =0,24.Sisecolocan2molesdecloroyunexcesodeyodoenunrecipientede1L,calcule:a)Lapresióndecloroysuconcentraciónenelequilibrio.b)Elvalordelaconstantedeequilibrio .c)LacantidaddeIClformado.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2008)
a)SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
K =p =0,24
Considerandocomportamientoideal,laconcentracióndeCl enelequilibrioes:
[Cl ]=0,24atm
0,082atm·L·mol ·K 25+273 K=9,8·10
b)LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 484
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1–0=1
K =0,24[0,082(25+273) =9,8·
c)LamasadeIClqueseformaes:
9,8·10 molCl2molICl1molCl
162,5gICl1molICl
=3,2gICl
6.89.Lasconcentracionesdeequilibriocorrespondientesalareacciónentreeltriclorurodefósforoyelcloroparadarpentaclorurodefósforo,todosellosenfasegaseosa,seexpresanenmol/Lysonrespectivamente,0,20;0,10y0,40.Elprocesoserealizaenunmatrazde1,0Ly,una vezalcanzado el equilibrio seañaden0,10molde clorogaseoso.Calcule cuál será lanuevaconcentracióndepentaclorurodefósforoexpresadaeng/L.
(CastillayLeón2008)
TeniendoencuentaqueV=1L,elvalordelaconstanteK es:
K =[PCl ]
[PCl ][Cl ]K =
0,400,20 0,10
=20
Si al equilibrio anterior se le añade 0,10 mol de Cl , de acuerdo con el principio deLe Châtelier, el equilibrio se desplaza hacia la formación de PCl para así conseguirconsumirelCl añadido.Latablademolescorrespondientealnuevoes:
PCl Cl PClninicial 0,20 (0,10+0,10) 0,40ntransformado x x —nformado — — xnequilibrio 0,20−x 0,20−x 0,40+x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
20=0,40+x
0,20–x 0,20–xx=0,05mol
LaconcentracióndePCl alalcanzarseelnuevoequilibrioes:
[PCl ]=(0,40+0,05)molPCl
1L208,5gPCl1molPCl
=93,8g·
6.90.ElmétodoSolvayseutilizaparafabricarcarbonatodesodioanivelindustrial.Constadeunaseriedeetapas,obteniéndoseelproductoporcalcinacióndelbicarbonatodesodio,deacuerdoconelequilibriosiguiente:
2 (s) (s)+ (g)+ (g)En un recipiente de 2 L de capacidad se introducen 5 g de bicarbonato de sodio que secalientana400°C.Silapresiónenelequilibrioes972mmHg,calcula:a)Lasconstantes y paraelequilibrioindicado.b)Losgramosde , , y presentesenelequilibrio.c)Lacomposicióndelsistemaenequilibriocuandoenunrecipientevacíode1L,calentadoaa400°C,seintroducen:c1)2gde (s),3gde (s),1gde (g)y1gde (g).c2)0,5gde (s)y1gde (s).
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2008)
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 485
a)LaconstanteK :
K = p p
Lapresióntotaldelamezclagaseosa:
p =p +p
Deacuerdoconlaestequiometría,lascantidadesdeCO yH Oenelequilibriosoniguales,luegosuspresionestambiénloserán:
p =p =pt2=972mmHg
2
1atm760mmHg
=0,64atm
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K =(0,64)2=0,409
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2
Kc=0,409[0,082·673) =1,34·
b)Apartirdelapresiónenelequilibriosepuedencalcularlosmolesdegaspresentesenéste, así como las cantidades de sólido formado y transformado. Considerandocomportamientoidealdelosgases:
x=0,64atm·2L
0,082atm·L·mol ·K 400+273 K=2,32·10 molCO yH O
Lasmasasdeambosgasesson:
2,32·10 molCO44gCO1molCO
=1,020g
2,32·10 molH O18gH O1molH O
=0,417g
RelacionandoCO conNa CO yconNaHCO :
2,32·10 molCO1molNa CO 1molCO
106gNa CO1molNa CO
=2,459g
2,32·10 molCO 2molNaHCO1molCO
84gNaHCO1molNaHCO
=3,898gNaHCO transf.
5,000gNaHCO inic. 3,898gNaHCO transf. =1,102g equil.
c1)LaspresionescorrespondientealosmolesinicialesdeCO yH2Oson:
p =1gCO
1molCO44gCO 0,082atm·L·mol ·K 400+273 K
1L=1,254atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 486
p =1gH O
1molH O18gH O 0,082atm·L·mol ·K 400+273 K
1L=3,066atm
Al existir inicialmente todas las especies del equilibrio, es preciso calcular el valor delcocientedereacciónQ parasaberenquesentidoevolucionaelsistemaparaalcanzarelequilibrio:
Q = p p Q = 3,066 1,254 =3,845
Comoseobserva,Q >K ,por loqueparaquesealcanceelequilibrioQ debehacersemenor, por ese motivo el sistema se desplaza hacia la izquierda (formación de
).
Llamandop la cantidad de CO y deH Oque se transforma en términos de presión, latablacorrespondientealequilibrioes:
NaHCO Na CO CO H Oninicial n n’ 1,254 3,066ntransformado — x p pnformado 2x x — —nequilibrio n+2x n’x 1,254–p 3,066– p
SustituyendoenlaexpresióndeK :
0,409= 1,254–p 3,066–p p=1,051atm
Laspresionesparcialesenelequilibrioson:
p =(1,2541,051)atm=0,203atm
p =(3,0661,051)atm=2,015atm
Lasmasascorrespondientesenelequilibrioson:
m =0,203atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 400+273 K44gCO1molCO
=0,162g
m =2,015atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 400+273 K18gH O1molH O
=0,657g
Elnúmerodemolesdesólidoseobtieneapartirdelapresióndelgastransformado:
x=1,051atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 400+273 K=1,9·10 molCO
RelacionandoCO conNa CO yconNaHCO :
1,9·10 molCO1molNa CO 1molCO
106gNa CO1molNa CO
=2,018gNa CO
3,000gNa CO inic. 2,018gNa CO transf. =0,981g equil.
1,9·10 molCO2molNaHCO1molCO
84gNaHCO1molNaHCO
=3,192gNaHCO form.
2,000gNaHCO inic. +3,192gNaHCO form. =5,192g equil.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 487
c2)Alexistirinicialmentesólolossólidos,paraquesealcanceelequilibrioelsistemasedesplazahacialaderecha.
Comolatemperaturaeslamismaqueenelapartadoanterior,losvaloresdelaconstanteyde las presiones en el equilibrio también lo son. El número de moles de sólidodescompuestoseobtieneapartirdelapresióndelgasformado:
x=0,64atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 400+273 K=1,16·10 molCO
RelacionandoCO conNa CO yconNaHCO :
1,16·10 molCO2molNaHCO1molCO
84gNaHCO1molNaHCO
=1,950gNaHCO transf.
ComoseobservalamasadeNaHCO quesedescompone(1,95g)esmayorquelamasadeNaHCO inicial (0,5 g) lo cual quiere decir que enunmatraz de 1 L todo elNaHCO setransformaynosealcanzaelequilibrio.
6.91.DadoelprocesoenfasegaseosaA+BC:a)Establecelarelaciónentrelasconstantesdeequilibrio y .b) Si el proceso es endotérmico, ¿qué influencia ejerce sobre el mismo un aumento detemperatura?c)Sielprocesoesexotérmico,¿quéinfluenciaejercesobreelmismounaumentodepresión?
(Canarias2009)
a)LaexpresióndelaconstantedeequilibrioK delareacciónes:
K =[C]
[A][B]
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1–2=‐1
=
ElprincipiodeLeChâtelierquediceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistema,causaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
b)Siseaumentalatemperatura,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemase desplaza en el sentido en el que se consuma calor y, por tanto, disminuya latemperatura del sistema. Como se trata de un proceso endotérmico, el sistema sedesplazahacialaformacióndelaespecieC.
Si se aumenta la presión, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, el sistema sedesplaza en el sentido en el que la presión disminuya, es decir, hacia donde se formenmenos moles de gas, en este caso el sistema se desplaza hacia la formación de laespecieC.
c)Lasvariacionesdepresión (ovolumen)son independientesdequeelprocesoseaexotérmicooendotérmico.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 488
6.92.Lareacción:
CO(g)+ (g) (g)+ (g),tieneunaconstante de8,25a900°C.Enunrecipientede25litrossemezclan10molesdeCOy5molesde a900°C.Calculaenelequilibrio:a)Lasconcentracionesdetodosloscompuestos;b)Lapresióntotaldelamezcla.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2009)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
CO H O CO Hninicial 10 5 — —ntransformado — — x xnformado x x — —nequilibrio 10–x 5– x x x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[CO ][H ][CO][H O]
=
nV
nV
nV
nV
K =n n
nCO n
8,25=x
(10–x)(5–x)x=4,54mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[H ]=[CO ]=4,54mol25L
=0,1816M
[CO]=104,54 mol
25L=0,2184M
[H O]=54,54 mol
25L=0,0184M
b)Elconcentracióntotallamezclaenelequilibrioes:
c = 0,1816+0,1816+0,2184+0,0184 M=0,6M
Considerando comportamiento ideal, la presión ejercida por la mezcla gaseosa en elequilibrioes:
p =c RT=0,6M· 0,082atm·L·mol ·K 900+273 K=57,7atm
6.93.Laconstantedeequilibriodelareacción:
2 (g)+ (g)2 (l)+3S(s) es =3,94·10 a25°C.
Calculaelnúmerodemolesdecadagasenelequilibriocuandosetrata1moldeaguaconexcesodeazufreenunrecipientecerradode10litrosa25°C.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2009)
SetratadeunequilibrioheterogéneoylaexpresióndelaconstanteK es:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 489
K =1
(p )2(p )
DeacuerdoconlaleydeDalton:
pt=p +p p =2p
p =p
SustituyendoenlaexpresióndeK :
3,94·1017=1
2p pp=8,6·10 atm
Elnúmerodemolesdecadagasenelequilibrioes:
n =2p·VRT
=2(8,6·10 atm)10L
0,082atm·L·mol ·K 25+273 K=7,0·10 mol
n =p·VRT
=8,6·10 atm·10L
0,082atm·L·mol ·K 25+273 K=3,5·10 mol
6.94.Enunrecipientede1litroseintroduceclorurodenitrosilo(NOCl)ysecalientaa240°C.Antes de producirse la descomposición la presión es de 0,88 atm. Una vez alcanzado elequilibrio:
2NOCl(g)2NO(g)+ (g)lapresióntotalesde1atm.Calcule:a)Composicióndelamezclaenequilibriob)Gradodedisociaciónc)Presiónparcialdecadaunodelosgasesenlamezclad) y adichatemperatura.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2009)(Asturias2011)
a‐b)Considerandocomportamientoideal,elvalordelapresióninicialpermitecalcularelvalordelnúmerodemolesdeNOClqueseintroducenenelrecipiente:
n=0,88atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 240+273 K=2,1·10 molNOCl
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
NOCl NO Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα ½nαnequilibrio n–nα nα ½nαntotal n–nα +nα+½nα=n 1+½α
Elvalordelapresiónenelequilibriopermitecalcularelvalordelgradodedisociación:
2,1·10 1+½α mol=1atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 240+273 K = ,
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 490
Elnúmerodemolesdecadaespecieenelequilibrioes:
nNOCl=2,1·10 mol 1–0,273 =1,5·10 mol
nNO=2,1·10 mol 0,273 =5,7·10 mol
nCl2=2,1·10 mol 0,273
2=2,9·10 mol
c)Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesson:
pNOCl=1,5·10 mol 0,082atm·L·mol ·K 240+273 K
1L=0,63atm
pNO=5,7·10 mol 0,082atm·L·mol ·K 240+273 K
1L=0,24atm
p =2,9·10 mol 0,082atm·L·mol ·K 240+273 K
1L=0,12atm
d)TeniendoencuentaqueV=1L,elvalordelaconstanteK es:
K =[NO][Cl ½
[NOCl]=
nNO n ½
nNOCl V ½ K =5,7·10 2,9·10 ½
1,5·10=2,1·10
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1½–1=½
K =2,1·10 [0,082 240+273 ½=0,14
6.95.Enunrecipientesetiene a15°Cy1atmdepresión.Enestascondicionesel contieneun52%envolumendemoléculasde .Calcula:a)Elgradodedisociaciónde .b)Laconstantedeequilibrio .c)¿Cuálseráelgradodedisociación,alamismatemperatura,silapresiónesde3atm?
(CastillayLeón2009)
a)DeacuerdoconlaleydeAvogadro,lacomposiciónvolumétricadeunamezclagaseosoacoincide con su composiciónmolar, así que si lamezcla en equilibrio contiene 52% envolumen(moles)deNO ,elresto,48%enmolesesN O .Elgradodedisociaciónesdel48%.
b)Latablademolesenelequilibrioes:
N O NOninicial n ntransformado nα —nformado — 2nαnequilibrio n–nα 2nαntotal n–nα +2nα=n 1+α
DeacuerdoconlaleydeDalton,laconstantedeequilibrioK puedeescribirsecomo:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 491
K =p
p=
p2nα
n 1+α
2
pn 1αn 1+α
=4pα1α
Teniendoencuentaquep=1atm,elvalordelaconstantees:
K =4 0,481 0,48
=1,2
c)Elvalordelgradodedisociaciónparaunapresiónde3atmes:
1,2=4 3α1α
α=0,30230,2%
EstevalorescoherenteconloqueprediceelprincipiodeLeChâtelierparaunaumentodelapresión, que el sistemadebedesplazarsehaciadondehayamenosmolesde gasparadisminuirlapresión.
6.96.Enlaactualidadseestáestudiandolautilizacióndel paraalmacenarenergíasolar.El ,essituadoenunacámaracerrada,sedisociaaaltatemperaturacuandoincidesobreél laenergíasolarproduciendo (g).Aunaciertatemperaturaeltrióxidoseencuentradisociadoenun52%y lapresión totalque sealcanzadentrode lacámaraesde2,8atm.Calcule:a)Lapresiónparcialdecadagas.b)Laconstante .
(Cádiz2009)
a)ElequilibriocorrespondientealadisociacióndelSO es:
SO (g)SO (g)+½O (g)
LatablademolesdelequilibrioenfuncióndelacantidadinicialdeSO ,n,ydelgradodedisociación,α,es:
SO SO Oninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα ½nαnequilibrio n–nα nα ½nαntotal n–nα +nα+½nα=n 1+½α
DeacuerdoconlaleydeDalton,laspresionesparcialesenelequilibrioson:
p =p·y =pn 1α n 1+½α
p =2,8atm10,52
1+ 0,5·0,52=1,07atm
p =p·y =pnα
n 1+½αp =2,8atm
0,521+ 0,5·0,52
=1,16atm
p =p·y =pnα
2n 1+½αp =2,8atm
0,522 1+ 0,5·0,52
=0,58atm
b)ElvalordelaconstanteK es:
K =p p ½
p=
1,16 0,58 ½
1,07=0,826
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 492
6.97. La descomposición térmica del hidrógenocarbonato de sodio (sólido) producecarbonatodesodio(sólido),dióxidodecarbono(gas)yagua(gas).Poresoseutilizaen lafabricación del pan, ya que, el dióxido de carbono que se desprende produce pequeñasburbujasenlamasa,haciendoqueésta"suba"alhornearelpan.a)Ajustalareacción,escribiendolasfórmulasdetodosloscompuestosqueintervienenenlamisma.b)Calculaelcalordereacciónencondicionesestándaryelintervalodetemperaturasenelquelareacciónseráespontánea,apartirdelossiguientesdatostermodinámicos:
Compuesto H°(kJ·mol–1)S°(J·mol–1·K–1)Hidrógenocarbonatodesodio(s) ‐947,7 102,1Carbonatodesodio(s) ‐1131,0 136,0Dióxidodecarbono(g) ‐393,5 213,6Agua(g) ‐241,8 188,7
c)Determinalosvaloresdelasconstantesdeequilibrio y ,a25°C.d)Sisecalientana25°C100gdehidrógenocarbonatodesodioenunrecipientecerradode2Ldecapacidad:d‐1)¿Quévalortendrálapresiónparcialdecadaunodelosgasesylapresióntotalendichorecipientecuandosealcanceelequilibrio?d‐2)¿Quémasadehidrógenocarbonatodesodiosehabrádescompuestoaesatemperaturayquémasatotaldesólidoquedaráenelrecipiente?Suponerentodosloscasosuncomportamientoidealdelosgases.
(Datos.ConstanteR=8,314J· · =0,082atm·L· · )(Asturias2009)(CastillayLeón2010)
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealadescomposicióntérmicadelNaHCO es:
2 (s) (s)+ (g)+ (g)
b) La entalpía de reacción puede calcularse a partir de las entalpías de formación deproductosyreactivos.
ΔrH°=Σ νiH°i productos–Σ νiH°i reactivos=
= 1molH O‐241,8kJmolH O
+1molCO‐393,5kJmolCO
+1molNa CO‐1131,0kJmolNa CO
–
– 2molNaHCO‐947,7kJ
molNaHCO=129,1kJ
ParasabersisetrataonodeunprocesoespontáneoesnecesariocalcularΔrG°:
ΔrG°=ΔrH°–T·ΔrS°
ComoΔrH°yaesconocido,secalculaΔrS°apartirdelasentropíasmolaresdeproductosyreactivos:
ΔrS°=Σ νiS°i productos–Σ νiS°i reactivos
= 1molH O188,7J
K molH O+1molCO
213,6JK molCO
+1molNa CO136,0J
K molNa CO–
– 2molNaHCO102,1J
K molNaHCO=334,1
JK
LavariacióndeenergíalibredeGibbses:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 493
ΔrG°=129,1kJ–298K334,1JK
1kJ
103J=29,5kJ
Setratadeunprocesonoespontáneoa25°CyaqueelvalordeΔrG°>0.EnestetipodereaccionesenlasqueΔrH°<0yΔrS°>0,lareacciónsehaceespontáneaatemperaturasaltas.Paradeterminarapartirdequé temperaturaocurreestoesprecisodeterminar latemperaturadeequilibrio(ΔrG=0):
T=ΔrH°ΔrS°
T=129,1kJ
334,1·10 kJ/K=386,4K113,3°C
Lareacciónsevuelveespontáneaporencimade113,3°C.
c) A partir del valor de ΔrG° se puede obtener el valor de la constante de equilibriomediantelaecuación:
ΔrG°=‐RTlnK
Sustituyendoseobtieneelvalordelaconstantedeequilibrioa25°C:
Kp=exp ‐ΔrG°RT
Kp=exp ‐29,5kJ
8,314·10 kJ·K 25+273 K=6,7·10
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–0=2
Kc=6,7·10 [0,082 25+273 =1,1·10
d‐1)Construyendolatablademolescorrespondientealequilibrio:
NaHCO Na CO CO H Oninicial n — — —ntransformado 2x — — —nformado — x x xnequilibrio n–2x x x x
LaexpresióndelaconstanteK es:
Kp= p p
De acuerdo con la estequiometría de la reacción, las cantidades de CO y H O en elequilibriosoniguales:
p =p =p
SustituyendoenKp:
Kp=p p= Kp= 6,7·10 =2,6·10 atm
pt=p +p =2ppt=2 2,6·10 atm =5,2·10 atm
d‐2) Considerando comportamiento ideal, a partir de la presión del gas se obtiene elnúmerodemoles:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 494
nCO2=2,6·10 atm·2L
0,082atm·L·mol ·K 25+273 K=2,1·10 molCO
LamasadeNaHCO quesedescomponees:
2,1·10 molCO2molNaHCO1molCO
84gNaHCO1molNaHCO
=0,036g
LamasadeNaHCO quequedasindescomponerenelequilibrioes:
100gNaHCO inic. –0,036gNaHCO transf. =99,964g equil.
LamasadeNa CO queseformaes:
2,1·10 molCO1molNa CO1molCO
106gNa CO1molNa CO
=0,022g
Lamasatotaldesólidos(NaHCO yNa CO )enelequilibrioes:
99,964gNaHCO +0,022gNa CO =99,986gsólidos
(EsteproblemaeselmismoqueelpropuestoenNavacerrada1996perotodoa25°C,enelproblema propuesto en Castilla y León 2010 solo se preguntan los tres primerosapartados,yelcálculodelaconstanteessimilaralpropuestoenValencia2007).
6.98.Dadoelequilibriocorrespondientealasíntesisdelamoníaco:
(g)+3 (g)2 (g)ΔH=‐92kJJustificasilasafirmacionessiguientessonverdaderasofalsas:a)Cuandoaumentalapresiónelequilibriosedesplazahacialaderecha.b)Laexpresióndelaconstantedeequilibrioes:
K=]
c) Al aumentar la temperatura la constante de equilibrio permanece invariable y elequilibriosedesplazahacialaizquierda.d)Paraobtenermayorcantidadde (g)enelequilibrio,lascondicionesmásfavorablesson:bajastemperaturasypresioneselevadas.
(Valencia2009)
ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Suaplicaciónsirveparavercómoafectaráalsistemaenequilibriocadaunodeloscambiospropuestos.
a)Verdadero.Siaumenta lapresión del reactor a temperatura constante, de acuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elequilibriosedesplazaenelsentidoenelquedisminuyalapresión,esdecir,desplazándoseenelsentidoeneldesciendaelnúmerodemoléculasgaseosaspresentesenelequilibrio,esdecir,hacialaformaciónde (derecha).
b)Verdadero.Deacuerdoconlaleydelequilibrioquímico,laconstantedeequilibrioenfunciónde lasconcentracioneses la relaciónentre lasconcentracionesde losproductos(derecha)y lasconcentracionesdelosreactivos(izquierda)cadaunadeellaselevadasasuscorrespondientescoeficientesestequiométricos.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 495
c) Falso. Si aumenta la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelquedesciendalatemperatura.Comosetratadeunprocesoexotérmico,elequilibriosedesplazaenelsentidoenelqueseconsumacalor,esdecir,hacialaformaciónde y (izquierda).Sinembargo,comolasconcentracionesdelosproductosdisminuyenylasdelosreactivosaumentan,laconstantedeequilibrioalcanzaotrovalor.
d)Verdadero.Talcomosehavistoenlosapartadoa)yc),respectivamente,laformaciónde sevefavorecidaporelaumentodepresiónyeldescensodelatemperatura.
6.99.Unamezcla de volúmenes iguales de y ,medidos a lamisma temperatura ypresión,secolocóenunreactorde4L.Cuandoa727°Cseestableceelequilibrio:
2 (g)+ (g)2 (g)lasconcentracionesde y sonigualesylapresióndelsistemade114,8atm.I.Calcula:a)Númerodemolesinicialesdecadaespecie.b)Númerodemolesdecadaespecieenelequilibrio.c)Elvalordelasconstantes y a727°C.II.Enun recipientede1L se introduce1molde .Calcula la composicióndel sistemacuandosealcanzaelequilibrioa727°C.Planteaunaecuaciónperonoesnecesarioque laresuelvas.III.Sedisponedeunamezclade , y enequilibrio. Indicaelsentidoenelquesedesplazaelequilibriocuando:a)Seaumentalapresión.b)Seelimina delreactor.c)Seintroduce enelreactor.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2009)
I. Llamando n al número de moles de iniciales de SO y O , la tabla de molescorrespondientealequilibrioes:
SO O SOninicial n n —ntransformado 2x x —nformado — — 2xnequilibrio n–2x n– x 2xntotal n2x + n–x +2x= 2n+x
Comoenelequilibrio[SO ]=[SO ]:
n2x mol4L
=2xmol4L
n=4x
Considerandocomportamientoidealdelamezcla,seobtienenlosvaloresdexyn:
2n+x mol=114,8atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 727+273 K
x=0,8mol
n=3,2mol
a)Elnúmerodemolesinicialeses:
n=4x=3,2molesde yde
b)Elnúmerodemolesenelequilibrioes:
3,2–2·0,8 =1,6moles
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 496
3,2–0,8 =2,4moles
2·0,8=1,6moles
c)ElvalordelaconstanteK es:
K =[SO
[SO Ocomo[SO =[SO Kc=
1O
=42,4
=1,67
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=‐1
K =1,67·[0,082 273+727 =2,04·10
II.Paraconocerlacomposicióndelsistemaenequilibrio,latablademoleses:
SO O SOninicial — — 1ntransformado — — 2xnformado 2x x —nequilibrio 2x x 1– 2x
TeniendoencuentaqueV=1L,delaexpresióndelaconstanteK seobtiene:
1,67=12xx 2x
6,68 4 2x+1=0
III.ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Suaplicaciónsirveparavercómoafectaráalsistemaenequilibriocadaunodeloscambiospropuestos.
a) Si se aumenta lapresión a temperatura constante, de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelquebajelapresión,paraellodebedesplazarse en el sentido en el descienda el número de moléculas gaseosas en elequilibrio.Comoaladerechahaymenosmoléculasdegas,elsistemasedesplazahacialaformaciónde (g).
b)Siseelimina (g)delreactor,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueserepongaelO (g)extraídoporloqueelsistemasedesplazahacialaformación y .
c) Si se introduce (g) del reactor, de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueseconsumaelSO (g)añadido,porloqueelsistemasedesplazahacialaformación y .
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 497
6.100.Elequilibrio:
(g) (g)+ (g)seestablececalentando10,4gde a150°Cunrecipientede1Ldevolumen:a)Calculeelvalorde yelporcentajededisociacióndel ,sabiendoquelapresiónenelequilibrioesde1,91atm.b)Si lamezclaanterior secomprimehastaunV=0,5L,calcule lasconcentracionesenelequilibrio.c)¿Cuáleslapresiónenelnuevoequilibrio?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2009)
a)Elnúmerodemolesinicialeses:
n=10,4gPCl1molPCl208,5gPCl
=0,05molPCl
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
PCl PCl Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα nαnequilibrio n–nα nα nαntotal n–nα +nα+nα=n 1+α
Lapresiónenelequilibriopermitecalcularelvalordeα:
1+α =1,91atm·1L
0,05mol 0,082atm·L·mol ·K 150+273 Kα=0,10110,1%
TeniendoencuentaqueV=1L,elvalordelaconstanteK es:
K =[PCl ][Cl ][PCl ]
=
nαV
nαV
n 1‒αV
=nα
V 1‒αK =
0,05 0,1011–0,101
=5,7·10‒4
Elnúmerodemolesdecadaespecieenelequilibrioes:
n =n =0,05mol 0,101 =0,00505mol
n =0,05mol 1‒0,101 =0,04495mol
b) Si al equilibrio anterior se le reduce el volumen a lamitad, de acuerdo con la ley deBoyle, la presión se hace el doble; y de acuerdo con el principio de Le Châtelier, elequilibrio se desplaza hacia donde menos moles de gas haya para que descienda lapresión,esdecir,hacialaformacióndePCl .Latablademolescorrespondientealnuevoes:
PCl PCl Clninicial 0,04495 0,00505 0,00505ntransformado — x xnformado x — —nequilibrio 0,04495+x 0,00505– x 0,00505– x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 498
5,7·10‒4=0,00505–x 0,00505–x
0,5 0,04495+xx=0,0014mol
Lasconcentracionesalalcanzarseelequilibrioson:
[Cl ]=[PCl ]= 0,00505–0,0014 mol
0,5L=0,0073M
[PCl ]= 0,04495+0,0014 mol
0,5L=0,0927M
c)Lapresiónenelnuevoequilibrioes:
p= 0,0073+0,0073+0,0927 mol·L 0,082atm·L·mol ·K 150+273 K=3,7atm
6.101.Enunmatrazseintroducen0,1molde a25°C.Seproduceladisociaciónquedalugaralaformaciónde ,ycuandosealcanzaelequilibrio:
(g)2 (g)seobservaquelafracciónmolardel es0,29.Si =0,142a25°C,calcula:a)Presióntotalypresionesparcialesdelosgasesenequilibrio.b)Kcygradodedisociación.c)Sienelrecipientehubieraunamezclade0,5molde y1,5molde ,¿estaría lamezclaenequilibrio?Denoserasí¿enquésentidoevolucionaríaelequilibrio?(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )
(Murcia2010)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
N O NOninicial 0,1 —ntransformado x —nformado — 2xnequilibrio 0,1–x 2xntotal 0,1–x +2x= 0,1+x
AploicandolaleydeDaltonlaexpresióndelaconstanteK es:
K =p
p=
p·y
p·yK =p
y
y
Sustituyendo:
0,142=p0,290,71
p=1,2atm
Laspresionesparcialesdecadagasenelequilibrioson:
p =1,2atm 0,29 =0,35atm
p =1,2atm 0,71 =0,85atm
b)Apartirdelafracciónmolarsepuedeobtenerelgradodedisociación:
y =2x
0,1+x0,29=
2x0,1+x
x=0,017mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 499
α=0,017mol0,1mol
=0,1717%
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1
K =0,142[0,082 25+273 =5,8·
c)Suponiendounrecipienteconunvolumende1L,parasabersielsistemaseencuentraenequilibriosecalculaelvalordelcocientedereacciónQ ysecomparaconelvalordeK :
Q =[NO[N O
Q =1,50,5
=4,5
Comoseobserva, ,porlotanto,elsistemanoseencuentraenequilibrio.
Paraqueel sistemaalcanceelequilibrioaesta temperaturaelvalordeQ debehacersemenorhastaigualarseaK .Paraello,[NO ]debedisminuiry[N O ]debeaumentar,porlotanto,elsistemasedesplazahacialaformaciónde .
6.102.Seañade1moldegasNOClaunrecipientede4La25°C.ElNOClsedescomponeyformaNOy gaseosos.A25°C, =2,0·10 paraequilibrio:
2NOCl(g)2NO(g)+ (g)a)¿Cuálessonlasconcentracionesdelasespeciesenequilibrio?b)Calcula alamismatemperatura.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2010)
a)Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
NOCl NO Clcinicial 0,25 — —ctransformado 2x — —cformado — 2x xcequilibrio 0,25–2x 2x x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NO]2[Cl ]
[NOCl]2
Sustituyendo
2,0·10 =x 2x0,25–2x
x=1,3·10 M
Laconcentracióndecadaespecieenelequilibrioes:
[NO]=2 1,3·10 M =2,6·10 M
[Cl ]=1,3·10 M
[NOCl]= 0,25– 2·1,3·10 M=0,2497M
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 500
b)LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1
K =2,0·10 [0,082 25+273 =4,9·10
6.103.Alponerencontacto4,4gdedióxidodecarbonoconcarbonosólidoenunrecipientecerradode10La850°Cseestableceelsiguienteequilibrio:
C(s)+ (g)2CO(g)Elvalorde paraesteequilibrioa850°Cesde0,153.Calcular:a)Elvalorde a850°C.b)Lapresióntotalenelequilibrio.c)Lapresióndelmonóxidodecarbonoenelequilibrio.d)Lamasadedióxidodecarbonoenelequilibrio.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(CastillayLeón2010)
a)LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=1
K =0,153[0,082 850+273 ]=14
b‐c)Elnúmerodemolesinicialeses:
4,4gCO1molCO44gCO
=0,1molCO
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
C CO COninicial n 0,1 —ntransformado x x —nformado — — 2xnequilibrio n–x 0,1– x 2xntotal 0,1–x +2x= 0,1+x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[CO[CO ]
=
2xV0,1–xV
K =4x
V 0,1–x
Sustituyendo
0,153=4x
10 0,1–xx=0,082mol
Considerandocomportamientoideal,lapresióntotalylaparcialdelCOson:
ptotal=0,1+0,082 mol 0,082atm·L·mol ·K 850+273 K
10L=1,676atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 501
pCO=2·0,082 mol 0,082atm·L·mol ·K 850+273 K
10L=1,510atm
d)LamasadeCO enelequilibrioes:
4,4gCO 0,082molCO44gCO1molCO
=0,792g
6.104.El yel reaccionansegúnlaecuación:
(g)+ (g)NO(g)+ (g)Unavezalcanzadoelequilibrio, lacomposiciónde lamezclacontenidaenunrecipientede1Ldecapacidades0,6molde ;0,4moldeNO;0,1molde y0,8molde .Calculeelvalorde enesascondicionesy lacantidadenmolesdeNOquehabríaqueañadiralrecipiente,enlasmismascondiciones,paraquelacantidadde fuera0,3mol.
(Córdoba2010)
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[NO][SO ][NO ][SO ]
=
nV
nV
nV
nV
K =n n
n n
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =0,6 0,40,1 0,8
=3
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=0
K =K =3
Latablademolesdelanuevasituacióndeequilibrioes:
NO SO NO SO ninicial 0,1 0,8 0,4+n 0,6ntransformado — — x xnformado x x — —nequilibrio 0,1+x 0,8+x 0,4+n − x 0,6−x
LacantidaddeNO enelequilibriopermiteconocerelvalordex:
0,1+x =0,3x=0,2mol
SustituyendoenlaexpresióndeK sepuedecalcularelvalordenañadido:
3=0,2+n 0,40,3 1,0
n=2,05molNO
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 502
6.105.Puedeobtenerse clorodeacuerdo con la siguiente reacciónque tiene lugaren fasegas:
4HCl+ 2 +2 a)Obtengalaexpresióndelaconstantedeequilibrio enfuncióndelapresióntotal(p)ydelosmoles(x)deoxígenoquereaccionan,suponiendoquesemezclan4molesdeHClcon1molde .b)Sia390°Csemezclan0,080molesdeHCly0,100molesde ,seforman0,0332molesde
a lapresión totalde1atm.Calculeelvalorde aesa temperaturayelvolumendelrecipientequecontienelamezcla.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2010)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
HCl O Cl H Oninicial 4 1 — —ntransformado 4x x — —nformado — — 2x 2xnequilibrio 4–4x 1– x 2x 2xntotal 4–4x + 1–x +2x+2x= 5– x
ElvalordelaconstanteK es:
K pH2O
2 pCl22
pHCl 4 pO2
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales:
pHCl=p·yHCl=p4 1x5x
p =p·y =p1x5x
p =p =p·y =p2x5x
LaexpresióndelaconstanteK quedacomo:
K = p
2x5x
2 p
2x5x
2
p4 1x5x
4
p1x5x
K = 5x 16p 1x
b)Latablademolescorrespondientealequilibrioesahora:
HCl O Cl H Oninicial 0,080 0,100 — —ntransformado 4x x — —nformado — — 2x 2xnequilibrio 0,080–4x 0,100– x 2x 2xntotal (0,080–4x)+(0,100–x)+2x+2x=(0,180– x)
ConocidoelnúmerodemolesdeCl enelequilibrio:
n =0,0332=2xx=0,0166mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 503
Laspresionesparcialesenelequilibrioson:
pHCl=1atm0,0804·0,0166 mol0,1800,0166 mol
=0,083atm
p =1atm0,1000,0166 mol0,1800,0166 mol
=0,510atm
p =1atm0,0332mol
0,1800,0166 mol=0,203atm
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K = 0,203 0,2030,083 0510
=69,6
Considerandocomportamientoideal,elvolumendelrecipientees:
V=0,1800,0166 mol 0,082atm·L·mol ·K 390+273 K
1atm=8,88
6.106.Laconstantedeequilibriodelareacción:
(g)2 (g)vale0,671a45°C.Calculelapresióntotalenelequilibrioenunrecipientequesehallenadocon a10atmyadichatemperatura.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2011)
Latabladepresionescorrespondientealequilibrioes:
N O NOpinicial 10 —ptransformado p —pformado — 2ppequilibrio 10–p 2p
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =p
p0,671=
2p10p
p=1,21atm
Lapresióntotaldelamezclaenelequilibrioes:
p=p +p 1,21= 10p +2pp=11,21atm
6.107.Paraelequilibrio:
C(s)+ (g)2CO(g) =0,17a900K
Enunrecipienteherméticode100Lseintroduce a0,8atmy900K.Siexistecarbonoenexceso,calcular:a)MolesdeCOenelequilibrio.a)Lapresiónenelrecipiente.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2011)
a)Latabladepresionescorrespondientealequilibrioes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 504
CO COninicial 0,8 —ntransformado p —nformado — 2pnequilibrio 0,8–p 2p
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =pp
SustituyendolosvaloresdadosseobtieneelvalordepresiónparcialdelCO:
0,17=2p0,8p
p=0,164atm
LapresiónparcialdelCOes:
p =2 0,164atm =0,328atm
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemoleses:
n =0,328atm·100L
0,082atm·L·mol ·K 900K=0,44molCO
b)LapresiónparcialdelCO es:
p = 0,80,164 atm=0,636atm
DeacuerdoconlaleydeDalton,lapresióntotaldelamezclaes:
pt=p +p p = 0,636+0,328 atm=0,964atm
6.108.Seintroducen10gdehidrógenocarbonatodesodiosólidoenunrecipientede1Lysecalientaa120°Ctransformándoseencarbonatodesodiosólido,dióxidodecarbonogaseosoyvapordeaguasegúnlareacción:
2 (s) (s)+ (g)+ (g)Laconstantedeequilibriodeestareaccióntieneelvalor =1,28.Calcule lapresión totalenel equilibrioyelporcentajeenpesodehidrógenocarbonatodesodiodescompuesto.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2011)
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
NaHCO Na CO CO H Oninicial n — — —ntransformado 2x — — —nformado — x x xnequilibrio n–2x x x x
LaconstanteK es:
K =p ·p
Lapresióntotaldelamezclagaseosa:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 505
p =p +p
Deacuerdoconlaestequiometría,lascantidadesdeCO yH Oenelequilibriosoniguales,luego:
p =p =p2
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K =p4
p = 4 1,28p =2,26atm
LapresiónparcialdelCO es:
p =2,262
p =1,13atm
ConsiderandocomportamientoidealsecalculaelnúmerodemolesdeCO formados:
x=1,13atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 120+273 K=0,035molCO
RelacionandoCO conNaHCO :
0,035molCO2molNaHCO 1molCO
84gNaHCO 1molNaHCO
=5,9gNaHCO
ElporcentajedeNaHCO transformadoes:
5,9gNaHCO transformado10gNaHCO inicial
100=59%
6.109. Se introducepentaclorurode fósforo ( ) enun recipientedonde sehahecho elvacío y, cuando se calienta a 500 K y una atmósfera de presión total, se descomponeparcialmenteentriclorurodefósforoycloro.Lamezclaenequilibriodelostresgasestieneunadensidadde2,83g/L.Calcula,enestascondiciones, , yelgradodedisociacióndelpentaclorurodefósforo.Sia500Kseintroducenenunrecipientede1L:a)0,1molesde ,0,1molesde y0,1molesdeCl2b)0,1molesde y0,1molesde c)0,1molesde y0,1molesde d)0,1molesdePCl3y0,1molesde Calcula,encadacaso,lacomposicióndelamezclaenequilibrio.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Valencia2011)
Latablademolescorrespondientealequilibrioenfuncióndelnúmerodemolesinicialesydelgradodedisociaciónes:
PCl PCl Clninicial n — —ntransformado nα — —nformado — nα nαnequilibrio n–nα nα nαntotal n–nα +nα+nα=n 1+α
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 506
Considerandocomportamientoideal,laecuacióndeestadodelosgasessepuedeescribircomo:
pV=n 1+α RTpV=mM
1+α RTpM=ρ 1+α RT
Elvalordelgradodedisociaciónes:
α=1atm 208,5g·mol
2,83g L 0,082atm·L·mol ·K 500K–1=0,80α=80%
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =p p
p
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparcialeslaexpresióndeK quedacomo:
K =p·y p·y
p·y=p
nαn 1+α
nαn 1+α
n 1–α)n 1+α)
K =pα1–α
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =1 0,81 0,8
=1,8
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δ=Σcoef.esteq.productosgas–Σcoef.esteq.reactivosgas=2–1=1
K =1,8[0,082500 =0,043
a) Si inicialmente hay 0,1moles de cada componente es preciso calcular el cociente dereacciónparaverenquésentidosedesplazaelequilibrio:
Elcocientedereacciónes:
Q =[PCl ]0[Cl ]0
[PCl ]0Q =
0,1·0,10,1
=0,1
ComoQ >K ,paraqueelsistemaalcanceelequilibrioQ debehacersemenorporloelsistemadebedesplazarsehacialaformaciónPCl5.
Latablademolescorrespondientealnuevoequilibrioes:
PCl PCl Clninicial 0,1 0,1 0,1ntransformado — x xnformado x — nequilibrio 0,1+x 0,1– x 0,1– x
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK yteniendoencuentaqueV=1L:
0,043=0,1–x 0,1–x
0,1+xx=0,0263mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 507
Lacomposicióndelamezclaenequilibrioes:
PCl = Cl =0,1–0,0263 mol
1L=0,0737M
PCl =0,1+0,0263 mol
1L=0,1263M
b)Siinicialmentehay0,1molesdePCl y0,1molesdePCl elequilibriosedesplazahacialaformacióndeCl .
Latablademolescorrespondientealnuevoequilibrioes:
PCl PCl Clninicial 0,1 0,1 ntransformado x x xnformado — — nequilibrio 0,1–x 0,1+x x
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK yteniendoencuentaqueV=1L:
0,043=x 0,1+x 0,1–x
x=0,0255mol
Lacomposicióndelamezclaenequilibrioes:
PCl =0,1+0,0255 mol
1L=0,1255M
Cl =0,0255mol
1L=0,0255M
PCl =0,1–0,0255 mol
1L=0,0745M
c)Siinicialmentehay0,1molesdePCl y0,1molesdeCl elequilibriosedesplazahacialaformacióndePCl .Esteapartadoesidénticoalalanterioryconelmismoresultadoparax.
d)Siinicialmentehay0,1molesdePCl y0,1molesdeCl elequilibriosedesplazahacialaformacióndePCl .
Latablademolescorrespondientealnuevoequilibrioes:
PCl PCl Clninicial 0,1 0,1ntransformado — — nformado x x xnequilibrio x 0,1– x 0,1– x
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK yteniendoencuentaqueV=1L:
0,043= 0,1–x 0,1–x
xx=0,0525mol
Lacomposicióndelamezclaenequilibrioes:
PCl = Cl =0,1–0,0525 mol
1L=0,0475M
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 508
PCl =0,0525mol
1L=0,0525M
6.110. El amoniaco es una sustancia muy importante en la sociedad actual al serimprescindibleen laobtenciónde tintes,plásticos, fertilizantes,ácidonítrico,productosdelimpieza,comogascriogénico,explosivosyfibrassintéticasentreotrosproductos.Susíntesisfue realizadaporF.Haber en1908,mientrasqueK.Boschdesarrolló laplanta industrialnecesariaparaelloen1913.Elprocesoquetienelugaresunequilibrioenfasegaseosa:
1
2 (g)+ 3
2 (g) (g)
Algunosdatostermodinámicosdelasespeciesimplicadasserecogenenlasiguientetabla:Tabla1
Sustancia H°(kJ· ) S°(J· · )H2(g) 0 +131N2(g) 0 +192NH3(g) ‐46 +193HaberobtuvoelPremioNobeldeQuímicade1918porsudescubrimientoy,eneldiscursoderecepcióndelpremio,diolossiguientesdatosreferentesalequilibriocitadomásarriba:
Tabla2T(°C) Fracciónmolarde enelequilibrio
1atm 30atm 100atm 200atm200 0,66 26 0,15 0,68 0,81 0,86400 0,014 0,76 4,4·10 0,11 0,25 0,36600 1,5·10−3 0,11 4,9·10 0,014 0,045 0,083800 3,6·10−4 0,032 1,2·10 3,5·10 0,012 0,0221000 1,4·10−4 0,014 4,4·10 1,3·10 4,4·10 8,7·10
El proceso tiene lugar introduciendo nitrógeno e hidrógeno (obtenidos previamente) enproporciónestequiométricaenel reactorenunas condicionesde450°Cyentre200y700atmdepresión,usandouncatalizador.Enlascondicionesindicadaslaconversiónenunsolopaso (ver tabla 2) es muy baja por lo que los gases que salen del reactor se enfríancondensandoyeliminandoelamoniacoformadoyreintroduciendoelnitrógenoehidrógenonocombinadosdenuevoenelreactor.Las condiciones de presión y temperatura vienen fijadas por criterios no sólotermodinámicossinotambiéncinéticos;elcatalizadoreshierropreparadoespecialmentedemodoquetengaunagransuperficie.a) A partir de los datos termodinámicos de la tabla 1 y suponiendo, en primeraaproximación, que las magnitudes termodinámicas no varían con la temperatura,determinar el intervalo de temperaturas en el que el proceso directo de formación delamoniacoseráespontáneo.b) Representar y etiquetar el diagrama energético del proceso tanto si ocurriese en fasegaseosayausenciadelcatalizadorcomoenpresenciadelmismocomentandolasdiferenciasentreamboscasos.c) Justificar, con detalle, la variación observada de los valores de la fracción molar deamoniacoenelequilibrio(tabla2),enfuncióndelatemperaturaypresión.d) Justificar la influencia que tiene el catalizador y la eliminación del amoniaco formadosobreelrendimientoenlaproduccióndeamoniacoe)Enunaexperienciade laboratorio se introdujeronunmoldenitrógenoy tresmolesdehidrógenoenunrecipientede0,58Ldecapacidadaunatemperaturade300°Cy200atmdepresión.Analizadalamuestraenelequilibrio,seencontróquelafracciónmolardeamoniacoes0,628.¿Cuáleselvalordelaconstantedeequilibrioenesascondiciones?
(Asturias2011)
Cuesti
a)PaLava
La vprod
Elva
Δ
Susti
Setraelval
b) Encatal
c)Enla temrespe
ionesyProble
aradeterminariacióndee
Δ G°=Δ H
variación deuctosyreac
Δ H°=Σ ν
= 1m
lordeΔ S°s
Δ S°=Σ νiS
= 1mo
ituyendoen
T=‐46k
‐99,5J
atadeunprlorde °
n la figura 1izada.
nlassiguientmperaturaectivamente
masdelasOlim
narlaesponenergíalibre
H°–T·Δ S°
e entalpía pctivos.
νiH°i productos
molNH‐4mo
secalculaa
°i productos–
olNH193K·mo
laexpresión
kJJ/K
103J1kJ
=
rocesoespo>0.
1 semuestr
Figura1
tesgráficasa diferentee.
Figura2
mpiadasdeQu
ntaneidaddedeGibbsse
puede calcu
s–Σ νiH°i re
46kJlNH
12
partirdelas
Σ νiS°i reacti
Jol
12mo
ndelaener
462K
ontáneopa
ra el diagra
serepresens presiones
uímica.Volume
elareaccióecalculame
ularse a pa
eactivos=
12molN
0mo
sentropías
tivos
olN192JK·mol
rgíalibrede
araT<462
ama energét
Comcatalmayo
La pdismlasrhacetiem
ntalafracciós y frente a
ComuconproNH
Esttrafav
en2.(S.Menar
nesnecesaediantelasig
rtir de las
kJolN
+32m
molaresde
+32molH
Gibbs:
K,yaquepa
tico para las
o se puedlizadaposeeorquelade
presencia deminucióndeeaccionesdequeelequpo
ónmolardea la presión
mo se obsuestra ennstante, unoduce un dH producido
toesconsisatadeunprvorecidopor
rgues&F.Latre
riocalcularguienteexpr
entalpías d
olH0kJ
molH
productosy
131JK·mol
=‐9
aratempera
s reacciones
de observaeunaenerglareacción
el catalizadolaenergíadirectaeinveilibrioseal
NH enele a diferente
erva en lala figuraaumentodedescenso deo.
tenteconelrocesoexotérlasbajaste
e)
relvalorderesión:
de formació
=‐46kJ
yreactivos:
99,5JK
aturassuper
s catalizada
ar, reaccióngíadeactivacatalizada.
or producedeactivacióversa.Estehlcanceenm
equilibriofrees tempera
a gráfica qu2, a pr
e la tempere la cantida
lhechodeqérmico,queemperatura
509
Δ G°.
ón de
riores
a y no
n noación
unaóndehechomenos
enteaturas,
ue seresiónraturaad de
queseseves.
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 510
Como se observa en la gráfica que semuestra en la figura 3, a temperaturaconstante, un aumento de la presiónproduceunincrementodelacantidaddeNH producido.
Esto es consistente con el hecho de quese tratadeunprocesoenelqueexistenmásmolesdegasenlosreactivosqueenlosproductos.
Figura3
d)ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Suaplicaciónsirveparavercómoafectaráalsistemaenequilibriocadaunodeloscambiospropuestos.
La adición de un catalizador disminuye por igual las energías de activación de lasreacciones directa e inversa con lo que se consigue que la reacción seamás rápida sinalterarparanadaelequilibrio, por lo que lacantidaddeNH3 formadopermanececonstante.
Siseelimina (g)delreactor,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemasedesplazaenelsentidoenelqueserepongaelNH (g)extraídoporloqueelsistemasedesplazahacialaformaciónde ,porloqueaumentaelrendimientodelproceso.
e)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
N H NHninicial 1 3 —ntransformado ½x 1½x —nformado — — xnequilibrio 1–½x 3– 1½x xntotal 1–½x + 3– 1½x +x= 4– x
ApartirdelafracciónmolardeNH enelequilibrioseobtieneelvalordex:
x4–x
=0,628x=1,543mol
LaexpresióndelaconstanteK :
K =[NH ]
[N , [H ,
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 511
[N ]=1–½xV
=0,229mol0,58L
=0,394M
[H ]=3–1½x
V=0,686mol0,58L
=1,182M
[NH ]=xV=1,543mol0,58L
=2,660M
K =2,660
0,394 , 1,182 , =3,3
Valorquenodiscrepaconlosquesemuestranenlatabla2.
6.111.Enlareacción:
2CO(g)+O2(g)2 (g)¿Cómoafectaalequilibriounaumento,apresiónytemperaturaconstantes,de lacantidadde ?¿Yunaumentoatemperaturaconstantedelapresióntotal?a)Enlosdoscasosseproduceundesplazamientodelequilibriohacialaderecha.b)Unaumentodelacantidadde 2desplazaalequilibriohacialaderecha,mientrasqueunaumentodelapresióntotallodesplazahacialaizquierda.c)Unaumentodelacantidadde desplazaalequilibriohacialaizquierda,mientrasqueunaumentodelapresióntotallodesplazahacialaderecha.
(Valencia2011)
ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
▪ Si se aumenta la cantidad de a p y T ctes., de acuerdo con el principio deLeChâtelier,elsistemaevolucionaenelsentidoenelqueseconsumalasustanciaañadida.ElsistemasedesplazahacialaformacióndeCO.
▪Siseaumenta lapresión total aT cte,deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier, elsistemaevolucionaenelsentidoenelquebajelapresióndelsistema.Paraqueéstabaje,es preciso que disminuya el número demoléculas de gas presentes en el equilibrio. Elsistemasedesplazahacialaformaciónde ,yaqueasípasade3moléculasdegas(COyO )a1moléculadegas(CO ).
6.112.Paralareacción:
(g) (g)+ (g)
Elvalorde vale2,24·10 a227°C.Si en un recipiente de 10,0 L se introducen 4,00moles de pentacloruro de fósforo y sutemperaturaseelevaa227°C.Calcular:a) La concentraciónde las especies que intervienen en la reacciónuna vez establecido elequilibrio.b)Losmolesdepentaclorurodefósforoquequedansinreaccionar.c)Lapresiónparcialdecadagas.d)Losmolesdepentaclorurodefósforoquequedansinreaccionarsiseañadealrecipiente10,0molesde .
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(CastillayLeón2012)
a)Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 512
PCl PCl Clninicial 4,00 — —ntransformado x — —nformado — x xnequilibrio 4,00–x x x
LaexpresióndelaconstanteK es:
K =[PCl ][Cl ][PCl ]
Sustituyendo
2,24 10 =
x10
x10
4,00–x10
x=0,84mol
Lasconcentracionesenelequilibrioson:
[PCl ]=[Cl ]=0,84mol10L
0,084M
[PCl ]=4,00–0,84 mol
10L0,316M
b)LacantidaddePCl quequedasinreaccionarenelequilibrioes:
4,00molPCl (inicial)–0,84molPCl (disociado)=3,16mol (equilibrio)
c)Considerandocomportamientoideal,laspresionesparcialesson:
p =p = 0,084mol·L 0,082atm·L·mol ·K 227+273 K=3,44atm
p = 0,316mol·L 0,082atm·L·mol ·K 227+273 K=12,96atm
d)ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Siañade a temperaturaconstante,de acuerdo con el principio deLeChâtelier, elsistemaevolucionaenelsentidoenelqueseconsumaelCl añadido.Paraqueestoocurraelsistemasedesplazahacialaformaciónde .
Lanuevatablademolescorrespondientealequilibrioes:
PCl PCl Clninicial 3,16 0,84 (10+0,84)ntransformado — x xnformado x — —nequilibrio 3,16+x 0,84– x 10,84– x
SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
2,24 10 =
0,84–x10
10,84–x10
3,16+x10
x=0,75mol
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 513
LacantidaddePCl quequedasinreaccionarenelequilibrioes:
3,16molPCl (inicial)+0,75molPCl (formado)=3,91mol (equilibrio)
6.113.Elclorurodenitrosilosesintetizasegúnlareacción:
2NO(g)+ (g)2NOCl(g) =4,6·10 a25°CEnunmatrazde15Lsesabequehay4,125molesdeNOCly0,125molesdeclorocuandoelsistemaalcanzaelequilibrioadichatemperatura.Calcula:a)MolesdeNOysupresiónparcialenelequilibrio.b)Composiciónvolumétricadelamezclagaseosaenequilibrio.c)Presióntotaldelsistema.d)Siunavezalcanzadoelequilibrioelvolumensereducealamitad,razonaquéocurrirá.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2012)
a)SustituyendoenlaexpresióndelaconstanteK :
K =[NOCl
[NO [Cl ]4,6·10 =
4,12515
x15
0,12515
x=0,210molNO
Considerandocomportamientoideal,lapresiónparcialdelNOes:
pNO=0,210mol 0,082atm·L·mol ·K 25+273 K
15L=0,342atm
b)DeacuerdoconlaleydeAvogadro,lacomposiciónvolumétricadeunamezclagaseosacoincideconsucomposiciónmolar.
Elnúmerodemolesdemezclagaseosaes:
nt= 0,210molNO + 0,125molCl + 4,125molNOCl =4,460molmezcla
yNO=0,21molNO
4,460molmezcla=0,0474,7%NO
y =0,125molNO
4,460molmezcla=0,0282,8%
yNOCl=4,125molNOCl4,460molmezcla
=0,92592,5%NOCl
Considerandocomportamientoideal,lapresióndelamezclagaseosaes:
pNO=4,460mol 0,082atm·L·mol ·K 25+273 K
15L=7,266atm
d)ElprincipiodeLeChâtelierdiceque:
“cualquiercambioenunadelasvariablesquedeterminanelestadodeequilibriodeunsistemacausaundesplazamientodelequilibrioenelsentidoquetiendeaoponersealcambioenlavariablemodificada”.
Si reduceelvolumen a lamitad a temperatura constante, según la ley deBoyle, lapresiónseduplica,ydeacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elsistemaevolucionaenel sentido en el que baje la presión del sistema. Para que esta baje, es preciso quedisminuya el número de moléculas de gas presentes en el equilibrio. El sistema se
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 514
desplazahacialaformacióndeNOCl,yaqueasípasade3moléculasdegasa2moléculasdegas.
6.114.Enunrecipientede1L,enelquepreviamentesehahechoelvacío,seintroducen0,05gde (g)y0,11gdeHCl (g).Alcalentara275°C lapresiónvavariandohastaqueseestabilizaa0,204atm.Enunsegundoexperimentoseintroducen0,10gde (s)enelmismorecipiente,dondetambiénsehabíahechoelvacíopreviamente.Alcalentara275°Celsólidosedescomponeen
(g)yHCl (g), lapresiónenel interiordel recipientevaaumentandoy sealcanzaunvalormáximode0,168atm.Enuntercerexperimentoseintroduceenelmismorecipiente,dondetambiénsehahechoelvacíopreviamente,0,11gde (s).Alcalentara275°Celsólidosevadescomponiendoen (g)yHCl(g)ylapresiónenelinteriordelrecipientevaaumentandohastaunvalormáximode0,185atm.a)Calcula y paraelequilibrio:
(s) (g)+HCl(g)b)Explicalosresultadosdelosexperimentossegundoytercero.
(O.Q.L.Valencia2012)
a)Elnúmerodemolesinicialesdecadaespeciees:
0,05gNH1molNH17gNH
=2,94·10 mol
0,11gHCl1molHCl36,5gHCl
=3,01·10 mol
Latablademolescorrespondientealequilibrioes:
NH Cl NH HClninicial — 2,94·10 3,01·10 ntransformado — x xnformado x — —nequilibrio nx 2,94·10 x 3,01·10 x
Lapresiónenelequilibriopermitecalcularlaspresionesdetodaslasespeciespresentesenelmismo:
nt= 2,94·10 x + 3,01·10 x nt= 5,95·10 2x mol
Considerandocomportamientoideal:
5,95·10 2x mol=0,204atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 275+273 K
Seobtiene,x=7,05·10 mol
nNH3= 2,94·103 7,05·10 mol=2,235·10‐3mol
nHCl= 3,01·10 3 7,05·10 mol=2,305·10‐3mol
pNH3=2,235·10 3mol 0,082atm·L·mol ·K 275+273 K
1L=0,100atm
pHCl=2,305·10 3mol 0,082atm·L·mol ·K 275+273 K
1L=0,104atm
CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen2.(S.Menargues&F.Latre) 515
ElvalordelaconstanteKpes:
K =p ·pHClK = 0,100 0,104 =1,04·
LarelaciónentrelasconstantesK yK vienedadaporlaexpresión:
K =K RT
Δν=Σcoef.esteq.productosgaseososΣcoef.esteq.reactivosgaseosos=2–0=2
Sustituyendo:
Kc=1,04·10 [0,082 275+273 =5,13·
b)Lapresióndelequilibriodeterminalamínimacantidaddesólidoquedebeexistirenelrecipiente para que se alcance el equilibrio en ese recipiente y a esa temperatura. Secalculaapartirdelaspresionesparciales(moles)enelequilibrio.
SiKp=1,04·10 ,elvalordelapresiónparcialaesatemperaturayeneserecipientees:
p= 1,04·10 2p=0,102atm
nNH3=0,102atm·1L
0,082atm·L·mol ·K 275+273 KnNH3=2,27·10
3mol
2,27·10 3molNH1molNH Cl1molNH
53,5gNH Cl1molNH Cl
=0,12g
En el segundo experimento la presión de equilibrio (0,168 atm) y la masa inicial desólido(0,10g)enelrecipientesonmenoresquelasnecesarias(0,204atmy0,12g)paraquesealcanceelequilibrioenesascondiciones,portanto,todoelsólidodedescomponeynosealcanzaelequilibrio.
En el tercer experimento, ocurre lomismoque enel anterior, lapresióndeequilibrio(0,185 atm) y la masa inicial de sólido (0,11 g) en el recipiente son menores que lasnecesarias(0,204atmy0,12g)paraquesealcanceelequilibrioenesascondiciones,portanto,todoelsólidodedescomponeynosealcanzaelequilibrio.