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IES REY FERNANDO VI

SAN FERNANDO DE HENARES

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA

Problemas

de 2º Química

Cinética y Equilibrio

Profesor : Jesús Millán Crespo

Grupo : Química 2º de Bachillerato

Fecha : 27 de octubre de 2014

1. Cinética Problemas resueltos - 1

1. Cinética

1. Razone: a) Si puede deducirse, a partir de las figuras correspondientes, si las reacciones

representadas en (I) y (II) son de igual velocidad y si, previsiblemente, serán espontáneas.

b) En la figura (III) se ha representado una reacción catalizada y la misma sin catalizar.

Señálese en la figura, (que deberá copiar en su pliego de examen), cuáles son la Ea y el ∆H en

el primer supuesto y cuáles en el segundo.

c) ¿Por qué el empleo de un catalizador, no es un procedimiento válido para lograr que una

reacción no espontánea se produzca?

Solución:

a) A partir de las figuras (I) y (II) se deduce que la (II) transcurrirá más rápido que la (I)

puesto que tiene menor energía de activación EA.

No se puede decir nada de su espontaneidad porque solo sabemos que la (I) es endotérmica

(aspecto este que no favorece la espontaneidad) y la (II) es exotérmica. Necesitamos saber la

ΔS en ambas reacciones para predecir si es espontánea o no. La espontaneidad la determina la

variación de energía libre de Gibbs, ΔG y ΔG=ΔH-TΔS. En este caso solamente conocemos el

primer término, cuando ΔG<0 diremos que la reacción es espontánea.

b) Como se ha señalado en la figura (III) Ea representa la energía de activación sin catalizar y

Ea’ representa la energía de activación de la reacción catalizada. ΔH representa la entalpía de

reacción que es el mismo en ambos casos.

c) Un catalizador acelera una reacción posible modificando su energía de activación pero no

hace posible un proceso imposible y no modifica la entalpía de reacción.


2.Teniendo en cuenta la gráfica adjunta que deberá copiar

en su hoja de contestaciones:

a) Indique si la reacción es exotérmica o endotérmica.

b) Represente el valor de ∆H de reacción.

c) Represente la curva de reacción al añadir un catalizador

positivo.

d) ¿Qué efectos produce el hecho de añadir un catalizador

positivo?

Solución:

a) La reacción es exotérmica porque el nivel de energía de

los reactivos es mayor que el de los productos y se libera

energía 0H .

b) Se representan en la gráfica.

c) La curva al añadir el catalizador positivo sería como la

curva en rojo. Disminuye el valor de la energía de

activación, pero el valor de la entalpía de reacción se

mantiene.

d) El hecho de añadir un catalizador disminuye la energía

de activación y hace que la reacción transcurra más rápidamente.

3. Conteste las siguientes preguntas:

a) ¿Cuál es el concepto de velocidad de reacción?

b) ¿En qué unidades se expresa?

c) ¿Qué factores influyen en la velocidad de reacción?

d) ¿Por qué un catalizador aumenta la velocidad de reacción?

Solución:

a) Es la variación en la concentración de reactivos o productos por unidad de tiempo.

b) Se mide en Mol·L-1

·s-1

.

c) Factores que intervienen en la velocidad de reacción:

- La naturaleza de los reactivos que intervienen.

- La concentración de las distintas especies y su estado físico.

- El grado de división de los reactivos.

- La temperatura que aporta mayor energía cinética y hace que los choques sean más eficaces.

- La presencia de catalizadores.

d) Porque disminuye la energía de activación.

4. Los siguientes datos describen 4 reacciones químicas del tipo A + B → C + D

Se desea saber:

a) ¿Cuál es la reacción más rápida?

b) ¿Cuál o cuáles de estas reacciones son

espontáneas?

c) ¿Cuál es la reacción más endotérmica?

d) ¿Qué valores de la tabla podrían

modificarse por la presencia de un

catalizador en cualquiera de las situaciones

anteriores?

Justifique las respuestas.

Solución:

Se dibuja un pequeño diagrama para verlo más fácilmente.

a) La reacción más rápida la que tenga la energía de activación más baja, la Reacción II.

Energía de

activación

(kJ·mol-1

)

∆G

(kJ·mol-1

)

∆H

(kJ·mol-1

)

Reacción I 1 -2 0,2

Reacción II 0,5 5 -0,8

Reacción III 0,7 0,7 0,6

Reacción IV 1,5 -0,5 -0,3

reactivos

productos


b) Serán espontáneas las que tengan ΔG<0, las

Reacciones I y IV.

c) La reacción más endotérmica la que tenga la entalpía

más positiva, la Reacción III.

d) Solamente las energías de activación se modifican con

el uso de catalizadores.

5. Razone si la velocidad de reacción depende de:

a) Si el proceso es exotérmico.

b) Si el proceso es espontáneo.

c) Si los enlaces que se rompen son más fuertes que los

que se forman.

d) La temperatura y la presión a las que se realiza el proceso. .

Solución:

Dada una reacción genérica: aA bB cC dD la velocidad de reacción se define como

la rapidez con que disminuye la concentración de reactivos o aumenta la de productos:

donde y es el orden de reacción

R

Ean m

RTR

d A d B d C d DV

a dt b dt c dt d dt

V k A B k Ae n m

a) Como se ve no depende de que el proceso sea endotérmico o exotérmico.

b) Tampoco depende de si el proceso es espontáneo o no.

c) Para que una reacción se produzca es necesario que unos enlaces se rompan y se formen

otros nuevos y la fortaleza de los enlaces si influye en la rapidez con que se rompan y se

formen, en realidad solamente depende de la fortaleza de los enlaces de los reactivos.

d) La velocidad de reacción si depende de la temperatura (está dentro de la ecuación de

Arrhenius de la contante cinética). Si la reacción es en fase gaseosa un aumento de presión

aumenta el número de colisiones y por tanto aumenta también la velocidad de reacción.

6. Para la reacción en fase gaseosa ideal: A + B C + D

Cuya ecuación cinética o “ley de velocidad” es v = k [A], indique como varía la velocidad de

reacción:

a) Al disminuir al volumen del sistema a la mitad.

b) Al variar las concentraciones de los productos, sin modificar el volumen del sistema.

c) Al utilizar un catalizador.

d) Al aumentar la temperatura.

Solución:

a) La velocidad de reacción solamente depende de la [A], si disminuye el volumen del sistema

a la mitad, la de [A] se duplica y su velocidad también.

b) No varía ya que la velocidad solo depende de la [A] y esta no se modifica.

c) El uso de catalizadores diminuye la energía de activación y aumenta la velocidad aumenta

porque aumenta la constante de velocidad.

d) La velocidad de reacción depende de la temperatura, al aumentar la temperatura aumenta la

velocidad de reacción.

catalizador

Si

RR

Ea

RT R

v K AEa K v

T K vK Ae

Coordenadas de reacción

En

erg

ía p

ote

ncia

l

I

II

IV

III


7. La ecuación de velocidad para el proceso de reducción de HCrO4- con HSO3

- en medio

ácido es:

v = k[HCrO4-] [HSO3

-]

2 [H

+]

a) Indique las unidades de la constante de velocidad (k),

b) Indique el orden total de la reacción y los órdenes parciales correspondientes a las tres

especies.

c) Explique los factores que influyen en la constante de velocidad de la reacción.

d) Indique de qué forma se puede aumentar la velocidad de reacción, sin variar la temperatura

y la composición.

Solución:

a) Teniendo en cuenta que las unidades de la velocidad de reacción son mol·L-1

·s-1

y que las

respectivas concentraciones se miden en mol·L-1

.

La unidad de la constante de velocidad es L2mol

-3·s

-1.

b) El orden total de reacción es 4 (la suma de los exponentes de la expresión de velocidad).

Es de orden 1 respecto del ión 4HCrO , es de orden 2 respecto al ión

3HSO y de orden 2

respecto al ión H .

c) Los factores que influyen el la constante de velocidad están determinados por la ecuación

de Arrhenius Ea

RTk Ae . Así dependerá de la energía de activación y de la temperatura.

d) Si no se varía la temperatura ni la composición se puede utilizar un catalizador, de este

modo disminuye la energía de activación y aumentando la velocidad de reacción.

8. La reacción en fase gaseosa A + B → C + D es endotérmica y su ecuación cinética es: 2

v k A .

Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) El reactivo A se consume más deprisa que el B.

b) Un aumento de presión total produce un aumento de la velocidad de la reacción.

c) Una vez iniciada la reacción, la velocidad de reacción es constante si la temperatura no

varía.

d) Por ser endotérmica, un aumento de temperatura disminuye la velocidad de reacción.

Solución:

a) FALSO. Ambos se consumen a la vez. La velocidad de reacción se define:

d A d Bv

dt dt

b) VERDADERO. Al aumentar la presión aumenta la concentración de A.

A A

T T

n n PA A

V n RT

c) FALSO. La velocidad de reacción depende de la temperatura y de la concentración de A.

Puesto que está va disminuyendo a medida que se consume el reactivo A, la velocidad de

reacción también.

d) FALSO. Un aumento de temperatura aumenta la velocidad de reacción dado que aumenta

la constante de velocidad que según la ecuación de Arrhenius depende de la temperatura. Ea

RTk Ae

9. La reacción A + B → C es un proceso elemental, responda razonadamente a las siguientes

cuestiones:

a) ¿Cuáles son las unidades de la velocidad de reacción?

b) Escriba la expresión de velocidad en función de las concentraciones.


c) Indique la molecularidad y los ordenes parciales de reacción.

d) ¿Se modifica la velocidad de reacción si las concentraciones iniciales de A y B se

mantienen constantes pero cambia la temperatura del experimento?

Solución:

a) A partir de la definición de velocidad de reacción: r

d Av

dt, las unidades de la velocidad

de reacción son 1 1mol L s , o cualquier otra unidad que exprese concentración/tiempo.

b) La expresión de la velocidad es: r

d A d B d Cv

dt dt dt y en función de las

concentraciones, por ser un proceso elemental, será: rv k A B .

c) La molecularidad es 2 porque son el número de moléculas que reaccionan en el proceso

elemental. El orden parcial de reacción respecto de A es 1 y respecto de B es 1. Al ser un

proceso elemental los órdenes parciales coinciden con los exponentes de la ecuación de

velocidad. El orden total es 2.

d) Si porque la constante de velocidad de reacción depende de la temperatura según la

ecuación de Arrhenius. Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de reacción, Ea

RTk Ae .

10. Para la reacción en fase gaseosa CO + NO2 → CO2 + NO la ecuación de velocidad es v

= k [NO2]2.

Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) La velocidad de desaparición del CO es igual que la velocidad de desaparición del NO2.

b) La constante de velocidad no depende de la temperatura porque la reacción se produce en

fase gaseosa.

c) El orden total de la reacción es dos.

d) Las unidades de la constante de velocidad serán mol·L-1

·s-1

.

Solución:

a) VERDADERO. Un mol de CO reacciona con otro mol de NO2.

b) FALSO. La constante de velocidad depende de la temperatura según la expresión de la

ecuación de Arrhenius. Ea

RTk Ae

c) VERDADERO. Porque es el exponente al que están elevadas las concentraciones en la

expresión de la velocidad.

d) FALSO. La velocidad de reacción se mide en mol·L-1

·s-1

y la concentración en mol·L-1

, de

aquí se deduce que la constante de velocidad k se mide en L·mol-1

·s-1

.

11. Se determinó experimentalmente que la reacción 2A + B —> P sigue la ecuación de

velocidad v = k[B]2. Conteste razonadamente si las siguientes proposiciones son verdaderas o

falsas. a) La velocidad de desaparición de B es la mitad de la velocidad de formación de P. b)

La concentración de P aumenta a medida que disminuyen las concentraciones de los reactivos

A y B. c) El valor de la constante de velocidad es función solamente de la concentración

inicial de B. d) El orden total de reacción es tres.

Solución:

a) FALSO. 2

R

d A d B d Pv

dt dt dt. Son iguales A desparece a la vez que se forma P.

b) VERDADERO. Cuando se forma P es porque desaparece A y B.


c) FALSO. No depende de la concentración de ningún reactivo o producto y si de la

temperatura como muestra la ecuación de Arrhenius Ea

RTk Ae .

d) FALSO. El orden total de reacción es 2 que también es el orden parcial respecto de B.

12. La reacción en fase gaseosa 2A + B 3C es una reacción elemental y por tanto de orden

2 respecto de A y de orden 1 respecto de B.

a) Formule la expresión para la ecuación de velocidad. b) Indique las unidades de la velocidad

de reacción y de la constante cinética. c) Justifique como afecta a la velocidad de reacción un

aumento de la temperatura a volumen constante. d) Justifique como afecta a la velocidad de

reacción un aumento del volumen a temperatura constante.

Solución:

a) La ecuación de velocidad. 2

Rv k A B

b) Las unidades de la velocidad de reacción son: -1 -1mol L sRv

Las unidades de la constante de velocidad son: 1 1

-2 2 -1

31

= = mol L smol L s

k kmol L

c) Según la ecuación de Arrhenius si aumentamos la temperatura aumenta la constante de

velocidad y con ella la velocidad de reacción.

2 donde

Ea

RTRv k A B k e

Un aumento de temperatura aumenta la energía cinética media de las partículas que forman el

sistema y por tanto la probabilidad de que un choque llegue a ser efectivo.

d) La velocidad es directamente proporcional a la concentración, y la concentración es

inversamente proporcional al volumen. Si se aumenta el volumen, disminuye la concentración

y por tanto disminuye la velocidad de reacción.

13. La velocidad de la reacción A + 2 B C en fase gaseosa solo depende de la temperatura

y de la concentración de A, de tal manera que si se duplica la concentración de A la velocidad

de reacción también se duplica.

a) Justifique para qué reactivo cambia más deprisa la concentración.

b) Indique los órdenes parciales respecto de A y B y escriba la ecuación cinética.

c) Indique las unidades de la velocidad de reacción y de la constante cinética.

d) Justifique cómo afecta a la velocidad de reacción una disminución de volumen a

temperatura constante.

Solución:

a) Por cada mol de A desaparecen 2 moles de B, luego es B el que varía su concentración más

rápidamente y el que antes se acaba.

También a partir de la definición de velocidad de reacción:2

R

d A d B d Cv

dt dt dtse

puede ver que la rapidez con la que desaparece de B es el doble que la desaparición de A y el

doble que la formación de C 2 2d B d A d C

dt dt dt.

b) La expresión de la velocidad de reacción es: Rv k A , por tanto será de orden 1 respecto

de A y de orden 0 respecto de B.


c) Las unidades de la velocidad de reacción son siempre -1 -1mol L srv que se deducen a

partir de la definición de velocidad de reacción.

Las unidades de la constante de velocidad se deducen de la expresión de la ecuación cinética

y son para este caso en particular -1sk .

d) Disminuir el volumen a temperatura constante es lo mismo que aumentar la concentración

y la velocidad de reacción aumenta al aumentar la concentración de A.

14. La reacción 2X + Y X2Y tiene ordenes de reacción 2 y 1 respecto a los reactivos X e

Y, respectivamente.

a) ¿Cuál es el orden total de la reacción? Escriba la ecuación velocidad del proceso.

b) ¿Qué relación existe entre la velocidad de desaparición de X y la de aparición de X2Y?

c) ¿En qué unidades se puede expresar la velocidad de esta reacción? ¿Y la constante de

velocidad?

d) ¿De qué factor depende el valor de la constante de velocidad de esta reacción? Razone la

respuesta.

Solución:

a) El orden de reacción es 3 y la ecuación cinética es: 2

Rv k X Y .

b) A partir de la definición de velocidad de reacción: 2

2R

d X d Y d X Yv

dt dt dt, se

comprueba que la velocidad con que desaparece X es el doble que con la que aparece X2Y.

c) La velocidad de reacción se mide siempre en: -1 -1mol L sRv por la propia definición de

velocidad de reacción y la constante de velocidad se mide en: -2 2 -1mol L sk y esto se

desprende de la ecuación cinética.

d) Según la ecuación de Arrhenius la constante de velocidad depende de la Energía de

activación y de la temperatura. Al aumentar la temperatura aumenta la constante de velocidad

y con ella la velocidad de reacción, Ea

RTk Ae

15. Considerando el diagrama de energía que se muestra, para

la reacción conteste razonadamente a las siguientes preguntas:

a) ¿Cuál puede ser la causa de la diferencia entre la curva 1 y

la 2?

b) ¿Para cuál de las dos curvas la reacción transcurre a mayor

velocidad?

c) ¿Qué les sucederá a las constantes de velocidad de reacción

si se aumenta la temperatura?

d) ¿La reacción es exotérmica o endotérmica?

Solución:

a) La presencia de un CATALIZADOR que disminuye la energía de activación.

b) Para la 2 porque tiene menor energía de activación.

c) Si se aumenta la temperatura, aumentan siempre las constantes de velocidad de reacción

como demuestra la expresión de la ecuación de Arrhenius Ea

RTk Ae .

d) La reacción es exotérmica, 0 0RH .

16. En las siguientes comparaciones entre magnitudes termodinámicas y cinéticas indique qué

parte de la afirmación es falsa y qué parte es cierta:


a) En una reacción exotérmica tanto la entalpía de reacción como la energía de activación son

negativas.

b) Las constantes de velocidad y de equilibrio son adimensionales.

c) Un aumento de temperatura siempre aumenta los valores de las constantes de velocidad y

de equilibrio.

d) La presencia de catalizadores aumenta tanto la velocidad de reacción como la constante de

equilibrio.

Solución:

a) En una reacción exotérmica la entalpía de reacción es negativa pero la energía de

activación siempre es positiva.

b) Las constante de velocidad no son adimensionales pero si lo son las constantes de

equilibrio.

c) Un aumento de temperatura aumenta las constantes de velocidad (según muestra la

ecuación de Arrhenius). Ea

RTRv Ae

La constante de equilibrio depende de la temperatura según la ecuación de Van’t Hoff.

1

2 2 1

1 1ln

p

p

K H

K R T T

Y si la reacción es endotérmica un aumento de temperatura aumenta la constante de equilibrio

pero si es exotérmica un aumento de temperatura disminuye la constante de equilibrio.

d) La presencia de catalizadores aumenta la velocidad de reacción porque disminuye la

energía de activación pero no modifica la constante de equilibrio.

17. Mediante un diagrama de energía-coordenada de la reacción, justifique en cada caso si la

velocidad de reacción depende de la diferencia de energía entre:

a) reactivos y productos, en cualquier estado de agregación

b) reactivos y productos, en su estado estándar

c) reactivos y estado de transición

d) productos y estado de transición.

Solución:

Dada una reacción genérica: aA bB cC dD la velocidad de reacción se define como

la rapidez con que disminuye la concentración de reactivos o aumenta la de productos:

R

d A d B d C d DV

a dt b dt c dt d dt

donde y es el orden de reacciónEa

n mRT

RV k A B k Ae n m

a) FALSO. Representa la entalpía de reacción cambiada

de signo, y la velocidad de reacción no depende de la

entalpía.

b) FALSO. No depende de ninguna entalpía.

c) CIERTO. Representa la energía de activación y la

constante de velocidad depende de la energía de

activación.

d) FALSO. Pero puede ser cierto si consideramos la

velocidad de reacción inversa.

Coordenadas de reacción

Ener

gía

Ea

HR

E´a

Reactivos

Productos

Complejo activado

2. Equilibrio Problemas resueltos - 9

2. Equilibrio

18. En la figura están representadas las variaciones de Energía Potencial durante el transcurso

de dos reacciones químicas: Reacción A y Reacción B.

De las siguientes proposiciones indique cua1es son correctas y cuales no lo son y porqué.

a) La reacción A es endotérmica y la reacción B es exotérmica.

b) La variación de entalpía en ambas reacciones es la misma.

c) La E de activación de la reacción A es mayor que la E de activación de la reacción B.

d) Un aumento de entalpía en la reacción A aumenta la cantidad de producto formada.

e) Un aumento de temperatura en la reacción B incrementa la energía cinética de las

moléculas que intervienen en la reacción.

Solución:

a) VERDADERO. 0 00 y 0RA RBH H .

b) FALSO. En valor y en signo.

c) VERDADERO. Es la diferencia entre el máximo el origen.

d) VERDADERO. El aumento de temperatura favorece la reacción endotérmica (Le

Chatelier).

e) VERDADERO. Siempre que aumenta la temperatura aumenta la energía cinética media de

las moléculas del medio.

19. A 1000 K cuando se establece el equilibrio entre CO2(g), CO(g) y C(s) se determina que la

presión total es 4,70 atmósferas. Calcúlense las presiones del CO2 y del CO en el equilibrio si

a esta temperatura el valor de Kp = 1,72 y la presión de vapor del C(s) es despreciable.

( ) 2( ) ( ) 2 s g gC CO CO

Solución:

A partir de la definición de Kp para el equilibrio considerado:

2

2 2

2

2

2 2 24,70

1,73

1

CO

CO CO TCO

CO CO T

CO CO

xP x P

xKpP x P

x x

Y los valores de las fracciones molares y las presiones parciales en el equilibrio son:

2 2

0,45 y 2,12 atm

0,55 y 2,58 atm

CO CO

CO CO

x P

x P


20. En un matraz de 1 litro se introducen 0,1 moles de PCl5 y se calienta hasta 300 °C,

disociándose según:5( ) 3( ) 2( ) a 300 °Cg g gPCl PCl Cl .Sabiendo que el grado de

disociación es 0,9, Calcular:

a) El número de moles de cada componente en el equilibrio.

b) La presión en el interior del matraz.

c) Kc y Kp.

Solución:

Dado el equilibrio:

5( ) 3( ) 2( ) a 300 °C

(1 )

g g gPCl PCl Cl

C

C C C

a) La concentración inicial es: 0,1

0,1 M1

nC C

V

5 5 5

3 2 3 2

2

2

0,1(1 0,9) 1 10 moles

0,1 0,9 1 9 10 moles

PCl PCl PCl

PCl Cl PCl Cl

n C V n

n n n n

b) La presión en el interior del matraz es debida a todos los moles gaseosos y la determinamos

a partir de la ley de los gases.

0,19 0,082 5738,93 atm

1

TT T T T

n RTP V n RT P P

V

c) La expresión de las constantes de equilibrio son:

3 2

5

23 2

5

1

0,1 0,90,81

1 1 0,9

( ) 0,81(0,082 573) 38,06PCl Cl n

PCl

PCl Cl CKc Kc

PCl

p PKp Kp Kc RT Kp

P

21. La constante de equilibrio para la reacción:2 4( ) 2( ) 2 g gN O NO vale Kc = 5,8·10

-3 a 25 °C.

Calcule el grado de disociación, a esa temperatura, cuando la concentración inicial es:

a) 0,01 mol·L-1

.

b) 0,02 mol·L-1

.

c) ¿Se cumple la ley de Le Chatelier? Justifíquelo.

Solución:

Dado el equilibrio de disociación: 3

2 4 ( ) 2 ( )

0

0

2 vale 5,8·10 a 298 K

C

(1 2

g gN O NO Kc

C C

Se define la constante de equilibrio: 2

22 ( ) 0

02 4 ( )

(2 ) 4

(1 (1 )

g

g

NO C CKc

CN O

a) Si 3

0

0,040,01 M 5,8 10 315

(1C


b) Si 3

0

0,080,02 M 5,8 10 235

(1C

c) Si se cumple el principio de Le Chatelier puesto que al aumentar la concentración inicial lo

que aumenta realmente es la presión total ya que se trata de gases. El equilibrio se desplaza

hacia donde menor sea el número de moles gaseosos. El equilibrio se desplaza hacia los

reactivos, disminuyendo el grado de disociación.

22. La constante de equilibrio para la disociación del pentacloruro de fósforo en tricloruro de

fósforo y cloro a 2000 ºC vale Kc = 0,00793. Calcule el grado de disociación (α) del PCl5 a

dicha temperatura si:

a) Se colocan inicialmente 3,125 g de PCl5 en un matraz de 1 litro.

b) El matraz se encontraba previamente lleno de Cl2 a la presión de 1 atm.

c) Justifique si se cumple en el equilibrio anterior el principio de Le Chatelier.

Solución:

El equilibrio de disociación del 5PCl es:

5( ) 3( ) 2( )

0

0

a 2273 K y 0,00793

:

: (1

g g g

o o

PCl PCl Cl Kc

inicial C

equilibrio C C C

a) La concentración inicial es:

0 0 0

3,125 / 208,240,015 M

1

nC C C

V

La constante de equilibrio es:

2 23( ) 2( )

5( )

0,0150,00793

1 1

g g o

g

PCl Cl CKc Kc

PCl

b) Si el matraz se encontraba previamente lleno de Cl2 a la presión de 1 atm, hay que

determinar los moles de cloro que había inicialmente.

2 21 1 0,082 2273 0,0054Cl ClP V n R T n n

( 0,0054) 0,015 0,054)0,00793 39

1 1

oCKc

c) Si, se cumple el principio de Le Chatelier, al aumentar la concentración de producto el

equilibrio se desplaza hacia los reactivos y el grado de disociación disminuye.

23. En una reacción química A + B C + D en la que se ha alcanzado el equilibrio

justifíquese cuál o cuáles, de los supuestos siguientes, son verdaderos o falsos:

a) La concentración de los productos C y D, no varía con el tiempo.

b) El valor de G de la reacción alcanza el máximo valor negativo.

c) Las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales.

d) La diferencia entre la energía libre de los productos y los reactivos es cero.

Solución:

a) VERDADERO. Aunque se trate de un equilibrio dinámico en el que los reactivos

reaccionan y se transforman en productos y los productos reaccionan igualmente

transformándose en reactivos, la velocidad de reacción directa e inversa es igual y la

concentración en el equilibrio no varía.

b) FALSO. En el equilibrio se cumple que 0G , es esta la condición de equilibrio.

c) VERDADERO. A partir de la cinética de la reacción química podemos decir que el

equilibrio se forma cuando la velocidad de reacción directa es igual a la velocidad de reacción


inversa.

1 21 1

1 22 2

v vv k A B C DK

k A B k C Dv k C D A B

d) VERDADERO.

0 0productos reactivos productos reactivosG G G G G G

24. En un recipiente de 2 litros se introducen 3 moles de SO2 y 6 moles de O2 y se calienta a

1000 K con lo que se alcanza el equilibrio: 2 2 32 2 SO O SO . Sabiendo que en el

equilibrio existe 0,25 moles de trióxido. Calcular la composición en el equilibrio, Kc y Kp a

esa temperatura.

Solución:

a) El equilibrio que tiene lugar es:

2( ) 2( ) 3( )2 2 100 K y =2 L

3 6

3 2 6 2

g g gSO O SO V

x x x

Existen 0,25 moles de 3( )gSO en el equilibrio 2 0,25 0,125 molesx x

3

2

2

23 3

3

2

32 22 2

2

2

2 2

0,250,25 moles y 0,125 M

2

2,752,75 moles y 1,375 M 2,8 10

2 0,1255,875

1,375 2,9385,875 moles y 2,938 M2

SO

SO

O

n SO SOSO

KcSO O

n SO SO Kc

Kcn O O

La constante de equilibrio Kp está relacionada con la Kc.

3 1 5( ) 2,8 10 (0,082 1000) 3,41 10nKp Kc RT Kp

25. Conocido el valor de Kc para el equilibrio: 2 ( ) 2 ( ) 3 ( )3 2 g g gH N NH , Kc = 783

Calcula a la misma temperatura, el valor de la constante de equilibrio de las siguientes

reacciones:

a) 2 ( ) 2 ( ) 3 ( )1/ 2 3/ 2 g g gN H NH , Kc (a)

b) 3 ( ) 2 ( ) 2 ( )2 3 g g gNH N H , Kc (b)

Solución:

Dado el equilibrio: 2

3 ( )

2 ( ) 2 ( ) 3 ( ) 3

2 ( ) 2 ( )

3 2 783 y

g

g g g

g g

NHH N NH Kc Kc

N H

a) Para el equilibrio:

3 ( )

2( ) 2( ) 3( ) 1/ 2 3/ 2

2 ( ) 2 ( )

3 1 ( ) ( ) ( ) 27,98

2 2

g

g g g

g g

NHH N NH Kc a Kc a Kc Kc a

N H

b) Y para el equilibrio: 3

2 ( ) 2 ( ) 3

3 ( ) 2 ( ) 2 ( ) 2

3 ( )

12 3 ( ) ( ) ( ) 1,28 10

g g

g g g

g

N HNH H N Kc b Kc b Kc b

KcNH


26. El fosgeno, COC12, usado en la preparación del poliuretano, se obtiene a partir del

( ) 2( ) 2( )g g gCO Cl COCl . Una mezcla en equilibrio a 395 °C contiene 0,01 moles de CO y

0,02 moles de Cl2 por litro, así como cierta cantidad de COCl2.

a) Si la Kc de formación del fosgeno a 395 °C vale 1,23·103, ¿cuál es la concentración de

COCl2?

b) Calcule el valor de Kp de la reacción anterior a esa temperatura.

c) ¿Cuánto valdrá la constante Kc de disociación del fosgeno a esa temperatura?

Dato: R = 0,082 atm·l·mol-1

·K-1

Solución:

a) La reacción de obtención de fosgeno a partir de monóxido de carbono a esa temperatura es

un equilibrio homogéneo en fase gaseosa. 3

( ) 2( ) 2( ) a 668 1,23 10

: 0,01 0,02

g g gCO Cl COCl K y Kc

equil x

2( ) 3

2( )

( ) 2( )

1,23 10 0,246 M0,01 0,02

g

g

g g

COCl xKc COCl

CO Cl

b) A partir de la relación entre las constantes de equilibrio. 3 1( ) 1, 23 10 (0,082 668) 22,45nKp Kc RT Kp Kp

c) La constante de disociación del fosgeno será la constante correspondiente al equilibrio: '

2( ) ( ) 2( ) a 668 K yg g gCOCl CO Cl K c

Donde 'K c se ve fácilmente que es 1 4' 8,13 10Kc K c .

27. Dado el equilibrio: 4 HCl (g) + O2 (g) 2 H2O (g) + 2 Cl2 (g); ∆H = (-)

Razone cual de las cuatro situaciones propuestas en la tabla

adjunta daría lugar a un mayor rendimiento en la preparación de

cloro.

Solución:

- 1ª si se P el equilibrio se desplaza hacia donde mayor numero

de moles gaseosos para compensar la disminución, hacia la

izquierda. Si se T el equilibrio se desplaza en el sentido endotérmico, nuevamente hacia la

izquierda.

- En el 2º caso se vería favorecido por el P y también por la T.

- En el 3er

caso se vería favorecido por el P pero no así por el T.

- En el cuarto caso no ayuda la P, aunque si ayuda la T.

El caso más favorable sería el 2º P y T

28. La constante de equilibrio Kp de la reacción: N2O4 2 NO2 vale 0,671 a 45 °C. Calcule

la presión total en el equilibrio en un recipiente que se ha llenado con N2O4 a 10 atm y a dicha

temperatura. Datos: R = 0,082 atm·l·mo1-1

·K-1

Solución:

El equilibrio en fase gaseosa de disociación del N2O4(g) es el siguiente:

2 4( ) 2( ) 2 0,671 45

10 -

g gN O NO Kp a C

Presión Temperatura

1ª

2ª

3ª

4ª


2

2 4

2 2 4

2 2 2( )

( )

2 ( ) 2 4 ( )

(2 ) (2 )10 - 2 0,671 1,214

(10 ) (10 )

La presión del es 2,43 y la presión del es 8,79

La presión total en el

NO

N O

NO N O

P x xx x Kp Kp x atm

P x x

NO P atm N O P atm

2 2 4( ) ( ) equilibrio es: 11,22T NO N O TP P P P atm

29. A 200 °C y presión de 1 atm, el PCl5 se disocia en PCl3 y Cl2 en un 48,5 %. Calcule:

a) Kc y Kp

b) El grado de disociación a la misma temperatura pero a 10 atmósferas de presión.

c) Explique en función del principio de Le Chatelier si el resultado obtenido en b) le parece

correcto.

Datos: Masas atómicas del P = 30,97; Cl = 35,5; R = 0,082 atm·l·K-1

·mol-1

Solución:

a) Se plantea el equilibrio de disociación del PCl5

5( ) 3( ) 2( )

T

- -

(1 ) n (1 )

g g g

o

o o o o

PCl PCl Cl

n

n n n n

3( ) 2( ) 3( ) 2( )

5( )

g g g g

g

PCl Cl PCl T Cl T

PCl

P P X P X PKp Kp

P5( )gPCl TX P

3( ) 2( )

5( )

g g

g

PCl Cl T

PCl T

o

n n PKp

n n

nKp

on T

o

P

n (1 ) on

2 2

2 2

3

0,485 10,3076

(1 ) (1 0,485 )(1 )

La relación entre la Kp y la Kc es

0,3076( ) 7,93 10

0,082 473

T

n

PKp Kp Kp

KpKp Kc RT Kc Kc Kc

RT

2 2

2 2

b) Si se mantiene constante la T, la constante de equilibrio no varía.

100,3076 0,1727

(1 ) (1 )

TPKp

c) Es correcto, al aumentar la presión el equilibrio se desplaza hacia la contracción de

volumen, hacia la izquierda y disminuye el grado de disociación.

30. Dada la siguiente reacción:

N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g) ∆H = 90,4 kJ/mol; ∆G = 86,7 kJ/mol

Justifique cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas:

a) La reacción es espontánea de izquierda a derecha.

b) La reacción es exotérmica de derecha a izquierda y un aumento de temperatura desplaza al

equilibrio a la derecha.

c) El equilibrio se desplaza hacia la izquierda aumentando la presión.

d)

2 2

2

NO

N O

pKp

p p.

Solución:

a) FALSO. La variación de energía libre de Gibbs es positiva ΔG>0, entonces la reacción no

es espontánea.


b) CIERTO. La reacción tal como está escrita es endotérmica, luego de derecha a izquierda

será exotérmica. Según el principio de Le Chatelier un aumento de temperatura desplaza el

equilibrio en el sentido endotérmico, hacia la derecha.

c) FALSO. Según el principio de Le Chetelier un aumento de presión desplaza el equilibrio

hacia el lado con menor número de moles gaseosos, y en este caso da lo mismo.

d) CIERTO. Esa es la expresión de la constante de equilibrio Kp.

31. Una mezcla gaseosa constituida inicialmente por 3,5 moles de hidrógeno y 2,5 moles de

yodo, se calienta a 400 °C con lo que al alcanzar el equilibrio se obtienen 4,5 moles de HI,

siendo el volumen del recipiente de reacción de 10 litros. Calcule:

a) El valor de las constantes de equilibrio Kc y Kp.

b) La concentración de los compuestos si el volumen se reduce a la mitad manteniendo

constante la temperatura de 400 °C.

Solución:

a) Sea el equilibrio de síntesis de HI a partir de sus elementos en fase gaseosa. 400 º

2( ) 2( ) ( )

( ) 2( ) 2( )

2

( )

2( )

2

3,5 2,5 -

4,5 0,25 1,253,5 - 2,5 - 2 4,5 2,25 y ; = ; =

10 10 10

La constante de equilibrio

C

g g g

g g g

g

g

H I HI Kc

x x x x HI I H

HIKc

I

2

2( )

4,564,8

0,25 1,25g

Kc KcH

0La constante de equilibrio ( ) 64,8 ( ) 64,8

b) Dado que la presión no modifica el equilibrio, las concentraciones de las distintas especies

en el equilibrio cuando se disminuye el volu

nKp Kc RT Kp RT Kp

( ) ( )

2( ) 2( )

2( ) 2( )

men a 5 L son:

4,50.9 M

5

0,25= =0,05 M

5

1,25= = 0,25 M

5

g g

g g

g g

HI HI

I I

H H

32. El dióxido de nitrógeno, de color pardo rojizo, reacciona consigo mismo (se dimeriza)

para dar tetraóxido de dinitrógeno, gas incoloro. Una mezcla en equilibrio a 0 °C es casi

incolora y a 100 °C tiene un color pardo rojizo.

a) Escriba el equilibrio químico correspondiente a la reacción de dimerización.

b) ¿Es exotérmica o endotérmica la reacción de dimerización?

c) ¿Qué ocurrirá si a 100 °C se aumenta la presión del sistema?

d) Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kp, en función del grado de disociación y

de la presión total.

Solución:

a) El equilibrio es el siguiente: 2( ) 2 4( )2 g gNO N O

b) Al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza en el sentido endotérmico, en este caso

hacia el 2( )gNO , rojizo y la reacción de dimerización es exotérmica.

c) Al aumentar la presión el equilibrio se desplaza en el sentido en el que halla menor número


de moles gaseosos, en este caso hacia el 2 4( )gN O .

d) La constante de equilibrio Kp para éste equilibrio es:

2 4( )

2 4( ) 2 4( ) 2 4( )

2( )2( ) 2( ) 2( )

2( ) 2 4( )

0 22 2 2 2

20 0

0 0

2

-

(1- ) 2

y sustituyendo los valores en el equilibrio:

(12

g

g g g

gg g g

N Og g

N O N O T N O TT

NONO NO T NO T

T

T

nNO N O

P x P n nnn Kp

nP x P x PP

n n n

n n

Kp

2 2 2

0

) (1 )2 2 2

(1- ) (1- )T T

Kpn P P

33. A partir de la reacción: 4NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6H2O(g)

a) Escriba las expresiones de las constantes Kc y Kp de la reacción.

b) Establezca la relación entre los valores de Kc y Kp en esta reacción

c) Razone cómo influiría en el equilibrio un aumento de presión.

d) Si se aumentase la concentración de O2 explique en qué sentido se desplazaría el equilibrio

¿Se modificaría la constante de equilibrio?

Solución:

( ) 2

3( ) 2( )

3( ) 2( ) ( ) 2 ( )

4 6 4 6

( ) 2

4 5 4 5

3( ) 2( )

Dada la reacción: 4 5 4 6

a) La expresión de las constantes de equilibrio y son:

y la

b) La relación

g

g g

g g g g

NO H Og

NH Og g

NH O NO H O

Kc Kp

P PNO H OKc Kp

P PNH O

( ) 2

3( ) 2(

4 6

4

entre ambas expresiones, teniendo en cuenta la ley de los gases es:

( )

Y sustituyendo en la las presiones en función de las concentraciones se tiene:

g

g g

NO H O

NH O

nPV nRT P RT P C RT

V

Kp

P PKp

P P)

4 64 6

( ) 2

4 55 4 5

3( ) 2( )

( ) ( )( )

( ) ( )

g n

g g

NO RT H O RTKp Kp Kc RT

NH RT O RT

c) Según el principio de Le Chatelier, un aumento de la presión desplaza el equilibrio hacia

donde halla menor número de moles gaseosos, en este caso hacia la IZQUIERDA.

d) Según el principio de Le Chatelier, un aumento de la concentración de reactivos/productos

desplaza el equilibrio haciendo desaparecer este exceso de sustancia, en este caso hacia la

DERECHA.

34. La reacción CO (g) + H2O (g) H2 (g) + CO2 (g), tiene una Kc de 8,25 a 900 °C.

En un recipiente de 25 litros, se mezclan 10 moles de CO y 5 moles de H2O a 900 °C. Calcule

en el equilibrio:

a) Las concentraciones de todos los compuestos.

b) La presión total de la mezcla.

Datos: R = 0,082 atm·l·mol-1

·K-1

.

Solución:

a) Dado el equilibrio:


(g) 2 ( ) 2( ) 2( )

2 2

CO 8, 25 900 º 25

10 5

10 - 5 -

La constante de equilibiro Kc será:

Kc= 8,25 4,542 moles(10 )(5 ) (10 )(5 )

y las con

g g gH O H CO Kc a C en L

x x x x

x xx

x x x x

2 2 2

2 2 2

2 2 2

centraciones de las distintas especies en el equilibrio son:

10 10 4,5420,218

25 25

5 5 4,5420,018

25 25

4,5420,182

25 25

4,5420,182

25 25

b) La pr

xCO CO CO M

xH O H O H O M

xH H H M

xCO CO CO M

esión total es la debida al número total de moles gaseosos.

150,082 1173 57,71 atm

25PV nRT P P

35. A 400 °C y 10 atmósferas, el amoníaco contenido en un recipiente se encuentra disociado

en sus elementos en un 80 %. Calcule:

a) El valor de la presión en el recipiente si la disociación fuese del 50 %, sin variar el volumen

ni la temperatura.

b) La temperatura que debería alcanzar el recipiente para que la disociación volviera a ser del

80 %, sin variar el volumen ni la presión aplicada en a).


·K-1

Solución:

El equilibrio de disociación del amoniaco es:

3( ) 2( ) 2( )

0 0 0 0

2 3 400 º 10 0,8

3en el equilibrio (1 ) (1 )

2 2

g g g

T

NH N H a C y atm

n n n n n

La concentración en el equilibrio es: 10

0,181 M0,082 673

Tn PC C C

V RT

Y la concentración inicial: 00 0 0

(1 )0,181 (1 0,8) 0,1 M

nC C C

V

Cálculo de la contante de equilibrio Kp

2 2 2 2 2 2

3 3 3

3

3 3 3 3 2 4 2

2 2 22 2 2 2 2 2

3

272 2

1 1 16 1

H N H T N T H N T Tp p

NH NH T NH T

p p x P x P n n P PK K

p x P n n

Sustituyendo valores de 0,8 y 10 atmTP se tiene que 533,3pK

Podemos calcular la Kc a partir de la Kp o a partir del grado de disociación, será lo mismo.

a) Cuánto habrá que modificar la presión para que 0,5


4 2 4 2

2 22 2

27 27 0,5533,33 53,33 atm

16 1 16 1 0,5

T Tp T

P PK P

Y se comprueba que si se aumenta la presión el equilibrio se desplaza hacia los reactivos.

b) Si ahora se mantiene la presión 53,33 atmTP y se pretende conseguir un 0,8 de

nuevo ¿cuál será en este caso la temperatura?

En este caso el número de moles iniciales y en el equilibrio volverán a ser los mismos.

53,330,181 3593 K

0,082

T Tn PT

V RT T

Y la reacción deberá ser endotérmica puesto que al aumentar la temperatura el grado de

disociación aumenta, como se desprende de la ecuación de Van’t off. 0

2 0 -1

1 1 2

1 1ln 23,04 kJ mol

p

p

K HH

K R T T

36. El N2O4 gas se descompone parcialmente a 45 ºC para dar NO2 gas. En un recipiente

vacío, de un litro de capacidad, a 45°C se introducen 0,1 moles de N2O4 alcanzándose en el

equilibrio una presión de 3,18 atmósferas. Calcule:

a) Las constantes de equilibrio en función de las presiones y de las concentraciones.

b) El grado de disociación del N2O4.


·K-1

.

Solución:

2 4

2 4 2

El equilibrio de disociación del N

N 2 a 45 ºC en 1 L

0,1 -

0,1- 2 01

3,18 1 (0,1 ) 0,082 318 0,022

a) Las constantes de equilibri

T

T T

O

O NO

x x n x

P V n RT x x

2 2

2 4 2 4

22

2 2 2 2 2

2 2 2 2

2 22

2 4

o en función de las presiones y de las concentraciones.

(2 )

(2 ) (2 0,022) 3,180,10,644

0,1 0,1 0,1 0,022

0,1

(2 )0,0247

0,1

y

TNO NO T T

N O N O TT

xP

P x P x PxKp Kp Kp Kp

xP x P xP

x

NO xKc Kc

N O x

2 4

se comprueba que ( ) 0,644 (0,082 318) 0,0247

b) El grado de disociación del .

0,1- 0,1(1- ) 0,1- 0,022 0,1(1- ) 0,22

nKp Kc RT Kc Kc

N O

x

37. Dado el equilibrio: A2 (g) 2 A(g) ∆H = 86 kJ. Conteste razonadamente las

cuestiones siguientes:

a) ¿Es estable la molécula de A2?

b) ¿Cómo hay que variar la temperatura para favorecer un desplazamiento del equilibrio hacia

la derecha?

c) ¿Cómo influiría un aumento de presión en el valor de Kp?

d) ¿Cómo afectaría un aumento de presión en la disociación de A2?

Solución:


a) La estabilidad va a depender de si el proceso se desplaza hacia los reactivos o hacia los

productos, y esto implica conocer el valor de ΔG para esta reacción, puesto que esta variable

es la que determina hacia donde se desplaza el equilibrio. Si ΔG>0 si sería más estable la

moléculas A2.

ΔG= ΔH-TΔS

ΔH>0, porque la reacción es endotérmica.

ΔS>0, porque se disocia la molécula y aumenta el desorden molecular.

A bajas temperaturas ΔG>0 y la molécula A2 es más estable.

A altas temperaturas ΔG<0 porque domina el término antrópico y la molécula A2 es menos

estable

b) Según el principio de Le Chatelier aun aumento de temperatura desplaza la reacción en el

sentido endotérmico. Como esta reacción es endotérmica un aumento de temperatura desplaza

el equilibrio hacia la derecha.

c) No influye. La constante de equilibrio solamente es función de la temperatura.

d) Según el principio de Le Chatelier aun aumento de presión desplaza la reacción en el

sentido en el que se produzca una contracción de volumen, menor número de moles gaseosos.

En esta reacción un aumento de presión desplaza el equilibrio hacia la izquierda, se disocia

menos.

38. Se introducen 0,1 moles de SbCl5 en un recipiente de 1 litro, se calientan a 182 °C y se

produce su disociación: SbCl5 (g) SbCl3 (g) + Cl2 (g), quedando cuando se alcanza el

equilibrio 0,087 moles de SbCl5. Calcule:

a) La constante de equilibrio Kc.

b) Las concentraciones de los componentes en el equilibrio, si, se aumenta el volumen de 1 a

3 litros, manteniendo la temperatura constante.

c) La presión total de la mezcla en las condiciones finales del apartado b).

Dato: R = 0,082 atm·l·.mol-1

·K-1

Solución:

Se trata de estudiar el equilibrio:

5( )

5( ) 3( ) 2( ) a 455 K en 1L

inicialmente 0,1 - -

equilibrio 0,1

0,1- 0,087 0,1- 0,013g eq

g g g

SbCl

SbCl SbCl Cl

x x x

n x x x

3( ) 2( )

5( )

3( ) 2( ) 3

5( )

a) La constante de equilibrio .

0,013 0,013

1 1 1,94 100,087

1

g g

g

SbCl Cl

g g

SbClg

Kc

n n

SbCl Cl V VKc Kc Kc KcnSbCl

V

5( ) 3( ) 2( )

b) Un aumento de volumen es lo mismo que una disminución de presión y el equilibrio

se desplaza hacia la derecha (mayor número de moles gaseosos).

a 455 K en 3 L

inicialmente 0,087

g g gSbCl SbCl Cl

0,013 0,013

equilibrio 0,087 0,013+ 0,013+ x x x

2

30,013

1,94 10 0,00833 0,087

xx

x


La Kc solo se ve modificada por la temperatura.

3( ) 2( )

5( )

3( ) 2( ) 3

5( )

0,013 0,013

3 31,94 100,087

3

g g

g

SbCl Cl

g g

SbClg

n n x xSbCl Cl V VKc Kc

n xSbCl

V

5( ) 3( ) 2( )

Las concentraciones en el nuevo equilibrio son:

equilibrio 0,079 0,021 0,021

g g gSbCl SbCl Cl

5( ) 5( )

0,0790,026 M

3g gSbCl SbCl

3

3( ) 2( ) 3( ) 2( )

0,0217 10 M

3g g g gSbCl Cl SbCl Cl

c) La presión total del sistema es:

0,1210,082 455 1,50 atm

3T T TP V n RT P P

39. A 250 °C, la constante de equilibrio para la disociación del pentacloruro de fósforo en

tricloruro de fósforo y cloro, todo en estado gaseoso, vale K = 0,041. Si en un matraz de dos

litros se introduce 1 mol de pentacloruro y se calienta a 250 °C, calcule:

a) La cantidad de pentacloruro que permanece sin disociar, una vez establecido el equilibrio.

b) La presión total en el interior del matraz en las condiciones de equilibrio.

Datos: R = 0,082 atm l mol-1

K-1

.

Solución:

5( ) 3( ) 2( )

a) El equilibrio de sisociación del pentacloruro de fosforo es:

a 250 ºC 0,041 en 2 L

1

1

g g gPCl PCl Cl Kc

x x x

23( ) 2( )

5( )

5( )

2 2 0,041 0,248 moles1 2(1 )

2

Queda sin disociar en el equilibrio 1-0,248 0,752 moles de

g g

g

g

x xPCl Cl x

Kc Kc xx xPCl

PCl

b) La presión total es debida al número total de moles gaseosos.

(1 0,248) 0,082 52326,76 atm

2

TT T T T T

n RTP V n RT P P P

V

40. Para los siguientes equilibrios:

1º 2 N2O5(g) 4 NO2(g) + O2(g)

2° N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

3° H2CO3(ac) H+

(ac) + HCO3-(ac)

4° CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

a) Escriba las expresiones de Kc y Kp.

b) Razone qué sucederá en los equilibrios 1° y 2° si se aumenta la presión a temperatura

constante.


Solución:

a) Expresión de las constantes de equilibrio Kc y Kp.

2( ) 2( )

2 5( )

3( )

2( ) 2( )

4 4

2( ) 2( )

2 5( ) 2( ) 2( ) 2 2

2 5( )

2 2

3( )

2( ) 2( ) 3( ) 3 3

2( ) 2( )

3( ) ( )

2 3( ) ( ) 3( )

2

1º ) 2 4 +

2°) 3 2

3°)

g g

g

g

g g

NO Og g

g g g

N Og

NHg

g g g

N Hg g

ac ac

ac ac ac

P PNO ON O NO O Kc Kp

PN O

PNHN H NH Kc Kp

P PN H

HCO HH CO H HCO Kc

H

2( )

3( )

3( ) ( ) 2( ) 2( )

, no tiene sentido

4°) g

ac

s s g g CO

KpCO

CaCO CaO CO Kc CO Kp P

b) Al aumentar la presión, según el principio de Le Chatelier, el equilibrio se desplaza en el

sentido de una contracción de volumen.

- En el equilibrio 1 el equilibrio se desplaza hacia la izquierda.

- En el equilibrio 2 el equilibrio se desplaza hacia la derecha.

41. Considere el equilibrio 2 NOBr(g) 2NO(g) + Br2(g). Razone como variará el número de

moles de Br2 en el recipiente sí:

a) se añade NOBr

b) se aumenta el volumen del recipiente

c) se añade NO

d) se pone un catalizador.

Solución:

( ) ( ) 2( )Dado el equilibrio: 2 2 g g gNOBr NO Br

a) Si se añade NOBr el equilibrio se desplaza en el sentido de disminuir el exceso de

concentración de NOBr y producir Br2. AUMENTA el número de moles de Br2.

b) Si se aumenta el volumen del recipiente es lo mismo que disminuir la presión y el sistema

evoluciona generando mayor número de moles gaseosos que recuperen la presión.

AUMENTA el número de moles de Br2.

c) Si se añade NO el sistema evoluciona haciendo disminuir este exceso y consumiendo Br2.

DISMINUYE el número de moles de Br2.

d) NO VARIA el número de moles de Br2. Un catalizador hace que una reacción vaya más

rápidamente pero no afecta al equilibrio.

42. Considere la reacción CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g). Al mezclar inicialmente 49,3

moles de CO2 y 50,7 moles de H2, a la temperatura de 1000 K, se encuentra una composición

en el equilibrio de 21,4 moles de CO2, 22,8 moles de H2, 27,9 moles de CO y 27,9 moles de

H2O.

a) Determine el valor de Kc.

b) Calcule la composición de la mezcla en el equilibrio cuando se parte inicialmente de 60

moles de CO2 y 40 moles de H2 en las mismas condiciones.

Solución:

2( ) 2( ) ( ) 2 ( )a) Dado el equilibrio

49,3 50,7 - -

49,3- 50

g g g gCO H CO H O

x

,7 - 99,7

En el equilibrio

Tx x x n


2( ) ( )

2( ) 2 ( )

21,4 21,4 49,3- 27,9 27,9 27,9

22,8 22,8 50,7 - 27,9 27,9 27,9

g g

g g

CO CO

H H O

n x x n x

n x x n x

( ) 2 ( )

( ) 2 ( )

2( ) 2( ) 2( ) 2( )

2( ) 2 ( )

2( ) 2( )

27,91,59

21,4 22,8

g g

g g

g g g g

CO H O

CO H Og g

CO H CO Hg g

n n

n nCO H O V VKc Kc Kcn n n nCO H

V V

b) Si ahora se parte inicialmente de:

( ) 2 ( )

2( ) 2( )

2

1,59 26,67(60 ) (40 )

g g

g g

CO H O

CO H

n n xKc x

n n x x

Y la composición final de la mezcla en el equilibrio es:

( ) 2 ( ) 2( ) 2( )26,67 moles; 33,33 moles; 13,33 moles

g g g gCO H O CO Hn n n n

43. En un recipiente cerrado tiene lugar la reacción ½ H2(g) + ½ F2(g) HF(g), con un ∆Hº de -

270,9 kJ·mol-1

, justifique qué le ocurrirá al equilibrio si se efectúan las modificaciones

siguientes:

a) se añade un mol de F2 permaneciendo constantes la temperatura y el volumen del recipiente

b) se disminuye el volumen del recipiente

c) se introduce un mol de helio sin variar la temperatura ni el volumen del recipiente

d) se eleva la temperatura, manteniendo la presión constante.

Solución:

a) Si se aumenta la concentración de un reactivo, manteniendo constante la presión y la

temperatura, el equilibrio se desplaza en el sentido de consumir este exceso y desplazarse

hacia los productos. El equilibrio se desplaza hacia LA DERECHA.

b) Si se disminuye el volumen del recipiente se aumenta la presión del sistema y el equilibrio

evoluciona haciendo diminuir este exceso de presión, hacia el miembro de la reacción que

tenga menor número de moles gaseosos. Y el equilibrio NO SE MODIFICA.

c) Si se añade un mol de helio, se está añadiendo moles de gas inerte que únicamente

aumentan la presión y ocurre igual que antes. El equilibrio NO SE MODIFICA.

d) Dado que el proceso es exotérmico y un exceso de temperatura favorece los procesos

endotérmicos, si se aumenta la temperatura a presión constante el equilibrio evoluciona hacia

LA IZQUIERDA.

44. Considere la reacción N2O4(g) ⇄ 2 NO2(g). Calcule:

a) Kp, a 25°C y 1 atm, si el compuesto N2O4 está disociado en un 50%

b) ∆H de la reacción, sabiendo que las entalpías de formación de NO2 y N2O4 son -50,16 y -

96,14 kJ·mol-1

, respectivamente.

Solución:

2( ) 2( ) ( ) 2 ( )

60 40 - -

60 - 40 - 100

g g g g

T

CO H CO H O

x x x x n


2( )

2 4( )

2( ) 2( )

2 4( ) 2 4( )

2 4( ) 2( )

2

2 2 2

a) Dado el equilibrio:

2

-

(1 0,5) 2 0,5 (1 0,5) y la

11,33

0,5 1,5

g

g

g g

g g

g g

NO

T

N O

NO T NO T

N O N O T

N O NO

n

Pn n n n Kp

P

X P n P nKp Kp Kp

X n n n n

b) La entalpía de reacción

2( ) 2 4( )

0 0 0 0 0 0

( ) ( )

0 0 -1

2

2( 50,16) ( 96,14) 4,18 kJ mol

g gR i fi i fi R f NO f N O

productos reactivos

R R

H H H H H H

H H

45. Para la reacción: Sb2O5 (g) Sb2O3 (g) + O2 (g), se cumple que ∆H > 0. Explique qué le

sucede al equilibrio si:

a) Disminuye la presión a temperatura constante.

b) Se añade Sb2O3 a volumen y temperatura constantes.

Explique qué le sucede a la constante de equilibrio si:

c) Se añade un catalizador a presión y temperatura constantes.

d) Aumenta la temperatura.

Solución:

a) Al disminuir la presión el equilibrio se desplaza hacia el mayor número de moles gaseosos,

hacia la DERECHA.

b) Si se añade un producto el equilibrio se desplaza consumiéndolo, hacia los reactivos, hacia

la IZQUIERDA.

c) La presencia de un catalizador no modifica ni el equilibrio, ni la constante de equilibrio,

solo aumenta la velocidad de reacción con la que se alcanza el equilibrio. La constante de

equilibrio solo es función de la temperatura.

d) Si aumenta la temperatura el equilibrio se desplaza en el sentido endotérmico y en este caso

hacia la DERECHA.

46. La constante de equilibrio, Kc, para la reacción: N2(g) + O2(g) 2 NO(g) vale

8,8·10-4

, a 2200 K.

a) Si 2 moles de N2 y 1 mol de O2 se introducen en un recipiente de 2 litros y se calienta a

2200 K, calcule los moles de cada especie química en el equilibrio.

b) Calcule las nuevas concentraciones que se alcanzan en el equilibrio si se añaden al

recipiente anterior 1 mol de O2.

Solución:

a) A partir del equilibrio propuesto: -4

2( ) 2( ) ( )

2 2

-4

2 2

2 8,8 10 , 2200 , 2

2 1

22 - 1- 2 8,8 10

(2 )(1 )

g g gN O NO Kc a K V L

NO xx x x Kc

N O x x

Dado que la constante de equilibrio es pequeña x se puede despreciar frente a 1 y 2 y su

resolución es más fácil:


2 2 2 2

0,02 (la solución exacta sería 0.02065)

2 1,98 moles ; 1 0,98 moles ; 2 0,04 molesN N O O NO NO

x x

n x n n x n n x n

b) Planteando el equilibrio a partir de las nuevas condiciones y añadiendo 1 mol de O2:

2 2 2 2

-4

2( ) 2( ) ( )

2 2

-4

2

2 2

2 8,8 10 , 2200 , 2

1,98 0,98 1

0,04 21,98 - 1,98 - 0,04+2 8,8 10

(1,98 )

0,01

1,98 - 1,97 moles ; 0,04 2 0,06 m

g g g

N O N O NO NO

N O NO Kc a K V L

NO yy y y Kc

N O y

y

n n y n n n y n

oles

47. Se establece el siguiente equilibrio en un recipiente cerrado:

. 2 Cl2(g) + 2 H2O(g) 4 HCl(g) + O2(g) H= 113 kJ

Razone cómo afectaría a la concentración de O2:

a) la adición de Cl2

b) el aumento del volumen del recipiente

c) el aumento de la temperatura

d) la utilización de un catalizador.

Solución:

a) Al aumentar la concentración de un reactivo (Cl2) el equilibrio evoluciona consumiéndolo

y formando productos. Entonces AUMENTA la concentración de O2.

b) Al aumentar el volumen del recipiente disminuye la presión total del sistema y el equilibrio

evoluciona compensando esta falta de presión en el sentido en el que sea mayor el número de

moles gaseosos. Entonces AUMENTA la concentración de O2.

c) Al aumentar la temperatura el equilibrio evoluciona en el sentido endotérmico, eliminando

el exceso de calor aportado. Entonces AUMENTA la concentración de O2.

d) Un catalizador no modifica el equilibrio, solamente aumenta la velocidad de reacción y el

equilibrio se alcanza en menos tiempo. Entonces la concentración de O2 se mantiene

CONSTANTE.

48. Para la reacción NO2(g) + SO2(g) NO(g) + SO3(g) a 350 K, las concentraciones en el

equilibrio son [NO2]=0,2 mol·L-1

, [SO2]=0,6 mol·L-1

, [NO]=4,0 mol·L-1

y [SO3]=1,2 mol·L-1

.

a) Calcule el valor de las constantes de equilibrio Kc y Kp.

b) Calcule las nuevas concentraciones en el equilibrio si a la mezcla anterior, contenida en un

recipiente de 1 litro, se le añade 1 mol de SO2 manteniendo la temperatura a 350 K.

Solución:

a) Dada la reacción:

2( ) 2( ) ( ) 3( )

( ) 3( )

2( ) 2( )

a 350 K

equilibrio 0,2 M 0,6 M 4,0 M 1,2 M

4,0 1,240

0,2 0,6

como 0 40

g g g g

g g

g g

n

NO SO NO SO

NO SOKc Kc Kc

NO SO

Kp Kc RT n Kp

b) Si se añade 1 mol de SO2, el equilibrio se desplaza hacia los productos, hacia la derecha.


2( ) 2( ) ( ) 3( )

( ) 3( )

2( ) 2( )

( )

a 350 K

nuevo eq 0, 2 1,6 4+ 1, 2

(4 ) (1,2 )40 0,11

(0,2 )(1,6 )

4,11 mol/L;

g g g g

g g

g g

g

NO SO NO SO

x x x x

NO SO x xKc x

x xNO SO

NO

3( ) 2( ) 2( ) 1,31 mol/L; 0,09 mol/L; 1, 49 mol/Lg g gSO NO SO

49. Justifique si las siguientes afirmaciones son ciertas o falsas:

a) Un valor negativo de una constante de equilibrio significa que la reacción inversa es

espontánea.

b) Para una reacción exotérmica, se produce un desplazamiento hacia la formación de

productos al aumentar la temperatura.

c) Para una reacción a temperatura constante con igual número de moles gaseosos de

reactivos y productos, no se produce desplazamiento del equilibrio si se modifica la presión.

d) Para una reacción a temperatura constante donde únicamente son gases los productos, el

valor de la constante de equilibrio disminuye cuando disminuimos el volumen del recipiente.

Solución:

a) FALSO. La constante de equilibrio es el cociente entre concentraciones o entre presiones

de productos y reactivos no tiene sentido un valor negativo.

b) FALSO. Según el principio de Le Chatelier un aumento de temperatura favorece el proceso

endotérmico.

c) CIERTO. Según el principio de Le Chatelier un aumento de presión desplaza el equilibrio

hacia una contracción de volumen que en este caso no lo hay.

d) FALSO. La constante de equilibrio solo depende de la temperatura.

50. El equilibrio PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g) se alcanza calentando 3 g de pentacloruro de

fósforo hasta 300 °C en un recipiente de medio litro, siendo la presión final de 2 atm. Calcule:

a) El grado de disociación del pentac1oruro de fósforo.

b) El valor de Kp a dicha temperatura.


·K-1

; Masas atómicas: Cl = 35,5; P = 31,0.

Solución:

a) Planteando el equilibrio de disociación.

5 55( ) 3( ) 2( ) 0( ) 0( )

T

30,0143

208,5

- -

(1 ) n (1 )

2 0,5 0,0143 (1 ) 0,082 573 0,49

g g g PCl PCl

o

o o o o

T T

PCl PCl Cl n n

n

n n n n

P V n RT

b) El valor de Kp.

3 2 3 2 3 2

5 5 5

oPCl Cl PCl Cl PCl Cl

T T

PCl PCl PCl T

nP P x x n nKp P P Kp

P x n n

on

on (1 ) on

2 2

2 2

(1 )

0,482 0,6

1 1 0,48

T

T

P

Kp P Kp Kp

51. Razone si son correctas o incorrectas las siguientes afirmaciones:


a) En una reacción química no puede ser nunca G = 0.

b) G es independiente de la temperatura.

c) La reacción no es espontánea si G > 0.

d) La reacción es muy rápida si G < 0.

Solución:

a) FALSO. Cuando G = 0 se alcanza el equilibrio.

b) FALSO. G = H-T S y por tanto depende de la temperatura cuando S 0.

c) CIERTO. En los procesos a P constante G disminuye.

d) FALSO. La espontaneidad de una reacción no dice nada de su cinética, de su velocidad.

52. En un recipiente cerrado de volumen constante igual a 22 L y a la temperatura de 305 K se

introduce 1 mol de N2O4(g). Este gas se descompone parcialmente según la reacción N2O4(g)

2 NO2(g), cuya constante de equilibrio Kp vale 0,249 a dicha temperatura.

a) Calcule el valor de la constante de equilibrio, Kc.

b) Determine las fracciones molares de los componentes de la mezcla en el equilibrio.

c) ¿Cuál es la presión total cuando se ha alcanzado el equilibrio?


·K-1

.

Solución:

2 4( ) 2( )

3

2 305 K; =22 L; =0,249

1

1- 2 1

a) 0,249 0,082 305 9,96 10

g g

T

n

N O NO T V Kp

x x n x

Kp Kc RT Kc Kc

b) A partir de la constante de equilibro se calcula la composición de cada especie en el

equilibrio. 2

22 2

2( ) 3

2 4( )

2

4 49,96 10 0,208

1 (1 ) 22(1 )

g

g

xNO x xV

Kc Kc xx V x xN O

V

Y las fracciones molares de los distintos componentes son:

2 4

2 4 2 4 2 4

2

2 2 2

1 1 0,2080,656

1 1 0,208

2 2 0,2080,344

1 1 0,208

N O

N O N O N O

T

NO

NO NO NO

T

n xx x x

n x

n xx x x

n x

c) La presión total será proporcional al número ce moles gaseosos.

0,082 305(1 ) (1 0,208) 1,373 atm

22T T

RT RTP n x p

V V

53. El yoduro de hidrógeno se descompone a 400 ºC de acuerdo con la ecuación:

2HI(g) H2(g) + I2(g), siendo el valor de Kc= 0,0156.

Una muestra de 0,6 moles de HI se introduce en un matraz de 1 L y parte del HI se

descompone hasta que el sistema alcanza el equilibrio.

a) ¿Cuál es la concentración de cada especie en el equilibrio?

b) Calcule Kp.

c) Calcule la presión total en el equilibrio.


·K-1

;

Solución:


a) Según el equilibrio de disociación del yoduro de hidrógeno, conocida la constante de

equilibrio, las variables de estado (P, V, T) y la concentración inicial se pide determinar la

concentración de las distintas especies en el equilibrio.

( ) 2( ) 2( )

2( ) 2( )

2

( )

2 0,0156

: 0,6 - -

: 0,6 - 2 donde y sustituyendo v

g g g

g g

g

HI H I Kc

inic

H Iequil x x x Kc

HI

2( )2

2( )2

( )

alores

0,06

0,0156 0,06 0,06

(0,6 2 )

0,48

g

g

g

H M

xx I M

x

HI M

b) A partir de la relación entre la Kc y la Kp se determina ésta última.

( ) como n=0 0,0156nKp Kc RT Kp Kc

c) La presión total en el equilibrio será debida al número total de moles en el equilibrio.

0,6 0,082 67333,11

1

TT T T T T

n RTP V n RT P P P atm

V

54. La reacción de obtención de polietileno a partir de eteno:

n CH2=CH2 (g) [-CH2-CH2-]n (s), es exotérmica:

a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio, Kp.

b) ¿Qué tipo de reacción de polimerización se produce?

c) ¿Cómo afecta un aumento de la temperatura a la obtención de polietileno?

d) ¿Cómo afecta un aumento de la presión total del sistema a la obtención de polietileno?

Solución:

a) En la constante de equilibrio Kp solo intervienen gases.

2 2( )

1

g

n

CH CH

KpP

y va a depender del grado de polimerización.

b) Se trata de una reacción de adición al doble enlace.

c) Puesto que se trata de una reacción exotérmica, según el principio de Le Chatelier, un

aumento de temperatura favorece el proceso endotérmico y la reacción se desplazará hacia la

izquierda disminuyendo la producción de polímero.

d) Puesto que se trata de una reacción con disminución del número de moles gaseosos, según

el principio de Le Chatelier, un aumento de presión favorece la contracción de volumen y la

reacción se desplazará hacia la derecha, aumentando la formación de polímero.

55. En un reactor de 1 litro, a temperatura constante, se establece el equilibrio NO2 + SO2

NO + SO3, siendo las concentraciones molares en el equilibrio: [NO2]=0,2, [SO2]=0,6,

[NO]=4,0 y [SO3]=1,2.

a) Calcular el valor de la Kc a esa temperatura

b) Si se añaden 0,4 moles de NO2 ¿Cuál será la nueva concentración de reactivos y productos

cuando se establezca de nuevo el equilibrio?

Solución:


a) La expresión de la Kc par el equilibrio: 2 2 3 NO SO NO SO es

3

2 2

NO SO

NO SOKc y sustituyendo los valores dados se tiene

4,0 1,240

0,2 0,6Kc Kc

b) El sistema evolucionará hacia otro nuevo equilibrio y tienen que desaparecer moles de

NO2, porque según el principio de Le Chatelier al añadir un reactivo el sistema evoluciona

eliminándolo.

2 2 3

0,6 0,6 - 4,0 1, 2 y sistituyendo ahora en la expresión de la contante

de equilibrio se tiene:

4,0 4,

4,0+x 1,2+x40 0,214

0,6-x 0,6

NO SO NO SO

x x x x

NO x

xx

3

2

2

214

1,2 1,414

0,6 0,386

0,6 0,386

M

SO x M

SO x M

NO x M

56. Para la reacción de síntesis del amoníaco, N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g), se conocen los

valores, a temperatura ambiente, de las siguientes magnitudes: ∆H0

r (valor negativo), ∆G0

r

(valor negativo), Kp (valor muy alto) y Ea (valor muy alto). Conteste a las siguientes

preguntas, indicando cuál o cuáles de dichas magnitudes están directamente relacionadas con

los conceptos que se enumeran a continuación:

a) Intercambio de calor ¿cuál es el sentido del intercambio de calor para esta reacción?

b) Espontaneidad. ¿En que sentido es espontánea la reacción?

c) Velocidad de reacción. ¿Es rápida o lenta la reacción?

d) Efecto de la presión. ¿Qué efecto tiene para esta reacción un aumento de presión?

Solución:

a) La reacción es exotérmica porque 0 0RH .

b) La reacción es espontánea porque 0 0RG .

c) La velocidad de reacción será muy lenta porque la Ea es muy alta.

d) Al aumentar la presión el equilibrio se desplaza hacia una contracción de volumen, hacia la

derecha.

57. En un recipiente cerrado, a la temperatura de 490 K, se introduce 1 mol de PCl5 (g) que se

descompone parcialmente según la reacción PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g). Cuando se alcanza el

equilibrio, la presión es de 1 atm y la mezcla es equimolecular (igual número de moles de

PCl5, PCl3 y Cl2).

a) Determine el valor de la constante de equilibrio, Kp, a dicha temperatura.

b) Si la mezcla se comprime hasta 10 atm, calcule la nueva composición de equilibrio.

Solución:

a) El equilibrio objeto de estudio es:

5 ( ) 3 ( ) 2 ( ) 490 K

inicialmente 1

equilibrio 1

g g gPCl PCl Cl

x x x

3 ( ) 2 ( ) 5 ( ) 1 0,5

g g gPCl Cl PClSi n n n x x x

Y sustituyendo en la expresión de la constante de equilibrio.


3 ( ) 2 ( ) 3 ( ) 2 ( ) 3 ( ) 2 ( )

5 ( ) 5 ( ) 5 ( )

0,5 0,5 11

0,5 1,5 3

g g g g g g

g g g

PCl Cl PCl Cl PCl Cl

T T

PCl PCl PCl T

P P x x n nKp P P Kp Kp

P x n n

b) Al aumentar la presión hasta 10 atm el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, hacia una

contracción de volumen y se plantea un nuevo equilibrio.

5 ( ) 3 ( ) 2 ( ) 490 K

inicialmente 0,5 0,5 0,5

equilibrio 0,5+ 0,5 0,5

g g gPCl PCl Cl

x x x

5 ( )

3 ( ) 2 ( )

3 ( )

5 ( )

5 ( )

2

0,8201 (0,5 )

10 0,320 0,1803 (0,5 ) (1,5 )

0,180

g

g g

g

g

g

PCl

PCl Cl

T PCl

PCl T

PCl

n molesn n x

Kp P x n molesn n x x

n moles

58. El dióxido de nitrógeno es un gas que se presenta en la forma monómera a 100 °C.

Cuando se disminuye la temperatura del reactor hasta 0 °C se dimeriza para dar tetróxido de

dinitrógeno gaseoso.

a) Formule el equilibrio químico correspondiente a la reacción de dimerización.

b) ¿Es exotérmica o endotérmica la reacción de dimerización?

c) Explique el efecto que produce sobre el equilibrio una disminución del volumen del reactor

a temperatura constante.

d) Explique cómo se verá afectado el equilibrio si disminuye la presión total, a temperatura

constante.

Solución:

a) El equilibrio de dimerización del NO2 es: 2( ) 2 4( )2 g gNO N O .

b) La reacción es EXOTÉRMICA, porque según el principio de Le Chatelier al aumentar la

temperatura el equilibrio se desplaza en el sentido endotérmico. En este caso hacia la

izquierda, luego la reacción derecha es EXOTÉRMICA.

c) Disminuir el volumen del reactor es equivalente a aumentar la presión. El equilibrio se

desplaza en el sentido de una contracción de volumen. En este caso HACIA LA DERECHA.

d) Si disminuye la presión a temperatura constante, el equilibrio se desplaza creando mayor

número de moles gaseoso para compensar la pérdida de presión. En este caso a la

IZQUIERDA.

59. Se introducen 2 moles de COBr2 en un recipiente de 2 L y se calienta hasta 73 °C. El valor

de la constante Kc, a esa temperatura, para el equilibrio COBr2(g) CO(g) + Br2(g) es 0,09.

Calcule en dichas condiciones: a) El número de moles de las tres sustancias en el equilibrio.

b) La presión total del sistema. c) El valor de la constante Kp. Dato: R = 0,082 atm·L·mor-1

K-1

Solución:

a) El equilibrio es:

2( ) ( ) 2( ) 0,09

2

g g gCOBr CO Br Kc

2

2( ) ( )

2( )

2 2 donde

2

2

g g

g

xBr CO

x x x KcxCOBr


2( ) 2( )

( ) 2( ) ( ) 2( )

2 2 1,4830,09 0,517

0,5172(2 )

g g

g g g g

COBr COBr

CO Br CO Br

n x n molesxx

n n x n n molesx

b) La presión total es la debida al número total de moles en las condiciones de trabajo.

2,517 0,082 34635,71

2

TT T T T

n RTP V n RT P P atm

V

c) La Kp está relacionada con la Kc.

0,09 0,082 346 2,55n

Kp Kc RT Kp

60. Para la reacción N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g) el valor de la constante de equilibrio, Kc, es

8,8·10-4

a 1930 ºC. Si se introducen 2 moles de N2 y 1 mol de O2 en un recipiente vacío de 2 L

y se calienta hasta 1930 ºC, calcule:

a) La concentración de cada una de las especies en equilibrio.

b) La presión parcial de cada especie y el valor de la constante de equilibrio Kp

Datos: R = 0,082 atm·L·mol-1

·K-1

.

Solución:

a) A partir del equilibrio considerado 4

2 ( ) 2 ( ) ( )

2

( )

2 ( ) 2 ( )

2 8,8 10

2 1

2 1 2

g g g

g

g g

N O NO Kc

inicial

NOequilibrio x x x Kc

N O

2 ( ) ( )

4

2 ( ) 2 ( )

2 ( ) 2 ( )

0,0420,021

2 2

1,97928,8 10 0,021 0,99

2 1 2

0,0422 20,49

2

g g

g g

g g

NO NO Mx

x N N Mx x

O O M

b) La presión parcial de cada especie.

2 2 2

2 2 2

0,021 0,082 2203 3,8

0,99 0,082 2203 178,83

0,49 0,082 2203 88,5

NO NO NO

ii i N N N

O O O

P C RT P atm

nP RT C RT P C RT P atm

V

P C RT P atm

Y la constante de equilibrio Kp se calcula a partir de las presiones parciales o de la Kc.

4( ) como 0 8,8 10nKp Kc RT n Kp Kc

61. Al calentar, el dióxido de nitrógeno se disocia en fase gaseosa en monóxido de nitrógeno

y oxígeno:

a) Formule la reacción química que tiene lugar. b) Escriba Kp para esta reacción. c) Explique

el efecto que produce un aumento de presión total sobre el equilibrio. d) Explique cómo se

verá afectada la constante de equilibrio al aumentar la temperatura.

Solución:


a) 2( ) ( ) 2( )

1

2

calor

g g gNO NO O

b) 2( ) ( )

2( )

g g

g

O NO

NO

P PKp

P

c) Al aumentar la presión, según el principio de Le Chatelier, el equilibrio se desplaza hacia

una contracción de volumen, hacia donde haya menor número de moles gaseosos. En este

caso hacia la IZQUIERDA.

d) La constante de equilibrio solamente se ve modificada por la temperatura. Para ello hay

que tener en cuenta la ecuación de Van’t Hoff, º º

lnH S

KpRT R

. Dado que esta reacción

es endotérmica, puesto que hay que calentar para producir la disociación, se comprueba

fácilmente que al aumentar la temperatura absoluta la constante de equilibrio aumenta.

Si lo que se pretendía es ver como se ve afectado el equilibrio (y no la constante de

equilibrio), a partir del principio de Le Chatelier se sabe que al aumentar la temperatura el

equilibrio se desplaza en el sentido endotérmico, en este caso hacia la DERECHA. De este

modo aumenta la presión de los productos y disminuye la del reactivo y la Kp AUMENTA.

62. Se introduce en un recipiente de 3 L, en el que previamente se ha hecho el vacío 0,04

moles de SO3 a 900 K. Una vez alcanzado el equilibrio, se encuentra que hay presentes 0,028

moles de SO3.

a) Calcule el valor de Kc para la reacción: 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g) a dicha temperatura.

b) Calcule el valor de Kp para dicha disociación.

Dato: R = 0,082 atm·L·K-1

·mol-1

Solución:

a) El equilibrio es:

3( ) 2( ) 2( )2 2

0,04

0,04 2 2

0,028 donde 0,04 2 =0,028 0,006

g g gSO SO O

x x x

x x

2

2

2 2 4

2 2

3

0,012 0,006

3 33,67 10

0,028

3

SO OKc Kc

SO

b) La Kp la calculamos a partir de la Kc 4 1( ) 3,67 10 (0,082 900) 0,027nKp Kc RT Kp

63. En un recipiente de 0,4 L se introduce 1 mol de N2 y 3 mol de H2 a la temperatura de 780

K. Cuando se establece el equilibrio para la reacción N2 + 3 H2 2 NH3, se tiene una mezcla

con un 28 % en mol de NH3. Determine: a) El número de moles de cada componente en el

equilibrio. b) La presión final del sistema. c) El valor de la constante de equilibrio, Kp. Datos:

R = 0,082 atm·L·K-1

·mol-1

Solución:

a) La reacción que tiene lugar es:


2( ) 2( ) 3( ) 0,4 3 2 780 K

: 1 3

: 1 3 3 2

g g gEn L N H NH a

inicial

equilibrio x x x

El número de moles totales es: 4 2x de los cuales de amoniaco son 2x .

2 2

2 2

3 3

1 0,5625 moles

20,28 0,4375 moles 3 3 1,6875 moles

4 2

2 0,875 moles

N N

H H

NH NH

n x n

xx n x n

x

n x n

b) La presión final del sistema es la presión debida al número total de moles en el equilibrio.

3,125 0,082 780499,7 atm

0,4

TT T T T

n RTP V n RT P P

V

c) El valor de la constante Kp de equilibrio.

3

3 3 3

2 22 2 2 2 2 2

2

22 2 2 2 22 2 2

33 3 3 3 2 3 2

3

3

5

0.875 3,125

0,5625 1,6875 499,7

1,108 10

NH

TNH NH T NH TT

N HN H N T H T N H T

T T

T T

nP

P x P n nnKp

n nP P x P x P n n PP P

n n

Kp

64. El amoniaco reacciona a 298 K con oxígeno molecular y se oxida a monóxido de

nitrógeno y agua, siendo su entalpía de reacción negativa. a) Formule la ecuación química

correspondiente con coeficientes estequiométricos enteros. b) Escriba la expresión de la

constante de equilibrio Kc. c) Razone cómo se modificará el equilibrio al aumentar la presión

total a 298 K si son todos los compuestos gaseosos a excepción del H2O que se encuentra en

estado líquido. d) Explique razonadamente cómo se podría aumentar el valor de la constante

de equilibrio.

Solución:

a) La ecuación química. 0

3( ) 2( ) ( ) 2 ( )4 5 4 6 0g g g l RNH O NO H O H

b) La expresión de la constante de equilibrio Kc. Por tratarse de un equilibrio heterogéneo

(líquido-gas), la constante de equilibrio solo es función de los componentes en estado

gaseoso, el agua líquida se separa del sistema. 4

( )

4 5

3( ) 2( )

g

g g

NOKc

NH O

c) Si se aumenta la presión, según el principio de Le Chatelier, el equilibrio evoluciona hacia

una contracción de volumen, hacia donde haya menor número de moles gaseosos. Hacia la

derecha.

d) La constante de equilibrio solamente se ve modificada por la temperatura. Para ello hay

que tener en cuenta la ecuación de Van’t Hoff, º º

lnH S

KpRT R

. Dado que esta reacción

es exotérmica, se comprueba fácilmente que al aumentar la temperatura absoluta la constante

de equilibrio disminuye.


65. El cloruro de plata (I) es una sal muy insoluble en agua. a) Formule el equilibrio

heterogéneo de disociación. b) Escriba la expresión de la constante del equilibrio de

solubilidad (Ks) y su relación con la solubilidad molar (s). c) Dado que la solubilidad aumenta

con la temperatura, justifique si el proceso de disolución es endotérmico o exotérmico. d)

Razone si el cloruro de plata (I) se disuelve más o menos cuando en el agua hay cloruro de

sodio en disolución.

Solución:

a) y b) El equilibrio de disociación del AgCl en agua es: 2

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

s aq aq AgCl aq aqAgCl Ag Cl Kps Ag Cl Kps s

s s

c) Al aumentar la temperatura el equilibrio evoluciona en el sentido endotérmico. Puesto que

aumenta la solubilidad del sólido el proceso será ENDOTÉRMICO.

d) El efecto del ion común DISMINUYE LA SOLUBILIDAD DE LA SAL. Dado que el Kps

es el producto de la concentración de ión Ag+ y ion Cl

- en disolución si ya hay presente ion

cloruro o se añade a la disolución admitirá menos ion Ag la disolución y se disolverá menos

la sal desplazando el equilibrio hacia la izquierda.

66. A 400 °C y 1 atmósfera de presión el amoniaco se encuentra disociado en un 40%, en

nitrógeno e hidrógeno gaseosos, según la reacción: NH3(g) 3/2 H2(g) + 1/2 N2(g). Calcule:

a) La presión parcial de cada uno de los gases en el equilibrio. b) El volumen de la mezcla si

se parte de 170 g de amoníaco. c) El valor de la constante Kp. d) El valor de la constante Kc .

Datos: R = 0,082 atm·L·mol-l·K

-1; masas atómicas: N = 14, H = 1

Solución:

Planteamos el equilibrio de disociación del amoniaco y sus concentraciones (y fracciones

molares) en el equilibrio.

3( ) 2( ) 2( )

0

0

1 3 a 673 K 1atm y 0,4

2 2

:

: (1 )

g g gNH N H

inicio n

equilibrio n n

0 0 0

3 (1 )

2 2Tn n n

0. :

nfrac molar

0

(1 )

n

0

(1 )

n

0

2

n

0

(1 )

n

0

3

2

n (1 )

a) Las presiones parciales de cada gas.

3 3 3

(1 ) (1 0,4)1 0,43 atm

(1 ) (1 0,4)NH NH T T NHP x P P P

2 2 2

0,4

2 2 1 0,14 atm(1 ) (1 0,4)

N N T T NP x P P P

2 2 2

3 3 0,4

2 2 1 0,43 atm(1 ) (1 0,4)

H H T T HP x P P P

b) El volumen de la mezcla será el correspondiente al número total de moles en el equilibrio.

1701 (1 0,4) 0,082 673 772,6 L

17T T T T TP V n RT V V


c) El valor de la Kp se determina a partir de las presiones parciales ya calculadas o poniendo

las presiones parciales en función de sus fracciones molares queda una expresión función del

grado de disociación y la presión total.

2 2

3

3/ 2 1/ 2 3/ 2 2

2

30,247

4(1 )

H N

T

NH

p pKp P Kp

p

d) La Kc está relacionada con la Kp.

1 3( ) 0,247 (0,082 673) 4,48 10nKp Kc RT Kc Kc

67. A temperatura elevada, un mol de etano se mezcla con un mol de vapor de ácido nítrico,

que reaccionan para formar nitroetano (CH3CH2NO2) gas y vapor de agua. A esa temperatura,

la constante de equilibrio de dicha reacción es Kc = 0,050.

a) Formule la reacción que tiene lugar.

b) Calcule la masa de

nitroetano que se forma.

c) Calcule la entalpía

molar estándar de la

reacción.

d) Determine el calor que se desprende o absorbe hasta alcanzar el equilibrio.

Datos. Masas atómicas: H = 1, C = 12, N = 14, O = 16.

Solución:

a) La reacción que se produce.

3 3( ) 3( ) 3 2 2( ) 2 ( ) 0,05

1 1

1 1

T

g g g gCH CH HNO CH CH NO H O Kc

x x x x

La constante de equilibrio Kc

2 23 2 2( ) 2 ( )

2 2

3 3( ) 3( )

0,05 0,18 moles1 1 (1 ) (1 )

g g

g g

x xCH CH NO H O x xV VKc x

x x x xCH CH HNO

V V

b) La masa de nitroetano que se produce.

3 2 2( ) 3 2 2( ) 3 2 2( ) 3 2 2( )0,18 75 13,7 g

g g g gCH CH NO CH CH NO CH CH NO CH CH NOm n PM m

c) La entalpía molar de reacción en función de las entalpías normales de formación.

2 ( ) 3 2 2( ) 3( ) 3 3( )

0 0 0 0 0

( ) ( ) ( ) ( )

0 0 1( 285,8) ( 236,2) ( 164,5) ( 124,6) 232,9

g g g gR f H O f CH CH NO f HNO f CH CH

R R

H H H H H

H H kJ mol

d) El calor que se desprende hasta alcanzar el equilibrio.

3 2 2( )

0 0,18 ( 232,9) 41,9 kJgCH CH NO RQ neq H Q calor desprendido.

68. La reacción 2H2O (l) 2H2 (g) + O2 (g) no es espontánea a 25 ºC. Justifique si las

siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

a) La variación de entropía es positiva porque aumenta el número de moles gaseosos.

b) Se cumple que Kp/Kc = R T.

c) Si se duplica la presión de H2, a temperatura constante, el valor de Kp aumenta.

d) La reacción es endotérmica a 25 ºC.

Solución:

Etano (g) Ác. nítrico (g) Nitroetano (g) Agua (g)

ΔH0

f (kJ·mol-1

) -124,6 -164,5 -236,2 -285,8


a) VERDADERO. Al aumentar el número de moles gaseosos aumenta el desorden molecular

o la probabilidad del sistema.

b) FALSO. 3( ) ( )n KpKp Kc RT RT

Kc

c) FALSO. La Kp es constante, por definición, solo depende de la temperatura. Solamente se

modifica el equilibrio desplazándose hacia la izquierda.

d) VERDADERO. Si es no espontánea 0G H T S , dado que 0S , por el

aumento de número de moles gaseosos el segundo término, el entrópico es negativo

0T S , entonces necesariamente 0H para que 0G y la reacción s endotérmica.

69. En un recipiente de 25 L se introducen dos moles de hidrógeno, un mol de nitrógeno y 3,2

moles de amoniaco. Cuando se alcanza el equilibrio a 400 °C, el número de moles de

amoniaco se ha reducido a 1,8. Para la reacción:

3H2 (g) + N2 (g) 2NH3 (g) calcule:

a) El número de moles de H2 y de N2 en el equilibrio.

b) Los valores de las constantes de equilibrio Kc y Kp a 400 °C.

Datos. R = 0,082 atm·L·K-1

·mol-1

Solución:

a) El equilibrio.

2( ) 2( ) 3( ) 3 2 673 K 25

: 2 1 3,2

: 2 3 1 3,2 2 donde 3,2 2 1,8 0,7 moles

g g gH N NH L Kc y Kp

inicio

equilibrio x x x x x

El número de moles de cada especie en el equilibrio.

3( ) 2( ) 2( )1,8 moles ; 2 3 4,1 moles ; 1 1,7 moles

g g gNH H Nn n x n x

b) A partir de las definiciones de las constantes de equilibrio 2

2

3( )

3 3

2( ) 2( )

1,8

2517,28

4,1 1,7

25 25

g

g g

NHKc Kc

H N

Y la Kp está relacionada con la Kc

2 3( ) 17,28(0,082 673) 5,675 10nKp Kc RT Kp Kp

70. Se hacen reaccionar 12,2 L de cloruro de hidrógeno, medidos a 25 °C y 1 atm, con un

exceso de 1-buteno para dar lugar a un producto P.

a) Indique la reacción que se produce, nombre y

formule el producto P mayoritario.

b) Determine la energía Gibbs estándar de reacción

y justifique que la reacción es espontánea.

c) Calcule el valor de la entalpía estándar de

reacción.

d) Determine la cantidad de calor que se desprende

al reaccionar los 12,2 L de HCl.

Datos. R = 0,082 atm-L'mor1'K-1.

Solución:

a) En la adición de un reactivo no simétrico a un doble enlace no simétrico, el agente

electrófilo (que puede ser un protón u otro grupo electropositivo) se unirá al átomo de

ΔH

0f

(kJ·mol-l)

ΔG0

f (kJ·mol-

1)

1-buteno -0,54 70,4

HCl -92,3 -95,2

Producto P -165,7 -55,1


carbono del doble enlace que contenga el menor número de grupos alquilo o aquél que tenga

el mayor número de hidrógenos (Regla de MARKOVNIKOV).

La reacción que se produce.

3 2 3

2 2 3

2 2 2 31

(producto mayoritario)2-clorobutano

-clorobutano

CH CHCl CH CH

CH CH CH CH HClCH Cl CH CH CH

b) La variación de energía libre de Gibas de la reacción.

0 0 0 0 0 1

( ) (1 ) ( ) ( 55,1) (70,4) ( 95,2) 30,3R f P f buteno f HCl RG G G G G kJ mol

Reacción espontánea.

c) la variación de entalpía estándar de la reacción.

0 0 0 0 0 1

( ) (1 ) ( ) ( 165,7) ( 0,54) ( 92,3) 72,86R f P f buteno f HCl RH H H H H kJ mol

Reacción exotérmica.

d) El calor desprendido en la reacción de 12 L de HCl en dichas condiciones.

0

1 120,49 moles

0,082 298

0, 49 ( 72,86) 35,78 kJ

HCl HCl

HCl R

PVn n

RT

Q n H Q

Calor desprendido.

71. Un componente A se descompone según la reacción 2

A ⇄ B + C que es exotérmica, espontánea a temperatura

ambiente y tiene una energía de activación alta.

a) Indique, en un diagrama entálpico, entalpía de reacción

y energía de activación.

b) Justifique si la reacción de descomposición es rápida o

lenta a temperatura ambiente.

c) Justifique qué proceso es más rápido, el directo o el

inverso.

d) Justifique si un aumento de temperatura favorece la

descomposición desde el punto de vista del equilibrio y de

la cinética.

Solución:

a) Diagrama entálpico.

b) Será lenta porque tiene una elevada energía de activación.

c) El directo será mas rápido porque la energía de activación del proceso directo es menor que

la Energía de activación del proceso inverso.

d) Desde el punto de vista del equilibrio un aumento de temperatura facilita el proceso

endotérmico (Le Chatelier) y como el proceso es exotérmico no se verá favorecido.

Desde un punto de vista cinético un aumento de temperatura aumenta la constante de

velocidad y aumenta la velocidad de reacción y la reacción transcurre más rápidamente pero

no modificaría el equilibrio y no se descompone más reactivo.

72. La urea, H2N(CO)NH2, es una sustancia soluble en agua, que sintetizan multitud de

organismos vivos, incluyendo los seres humanos, para eliminar el exceso de nitrógeno. A

partir de los datos siguientes, calcule:

a) Ajuste la reacción de formación de la urea, H2N(CO)NH2 (s), a partir de amoniaco, NH3 (g),

y dióxido de carbono, CO2 (g), sabiendo que en la misma también se produce H2O (l). Obtenga

la entalpía de reacción de la misma.


b) Calcule la entalpía del proceso de disolución de la urea en agua.

c) Razone si un aumento de temperatura favorece o no el proceso de disolución de la urea.

Datos: Entalpías de formación estándar (en kJ/mol): NH3 (g) = -46,11; H2NCONH2 (s) = -

333,19; H2NCONH2 (aq) = -319,2; CO2 (g) = -393,51; H2O (l) = -285,83.

Solución:

a) La reacción de síntesis de la urea será:

3( ) 2( ) 2 2( ) 2 ( )2 ( )g g s lNH CO H N CO NH H O

La entalpía de reacción la determinamos a partir de las entalpías de formación.

2 2( ) 2 ( ) 3( ) 2( )

0 0 0 0 0

( )

0 0 -1

2

( 333,19) ( 285,83) 2( 46,11) ( 393,51) 133,29 kJ mol

s l g gR f H N CO NH f H O f NH f CO

R R

H H H H H

H H

b) El proceso de disolución de urea viene dado por la ecuación:

2 2( ) 2 ( ) 2 2( ) 2 ( )( ) ( )s l aq lH N CO NH H O H N CO NH H O

Y la entalpía de disolución de la urea.

2 2( ) 2 2( )

0 0 0 0 -1

( ) ( )( 319, 2) ( 333,19) 13,99 kJ mol

aq sR disolf H N CO NH f H N CO NH

H H H H

y es un proceso endotérmico.

c) Un aumento de temperatura favorece los procesos endotérmicos (Le Chatelier) y en este

caso al aumentar la temperatura SE FAVORECE LA DISOLUCIÓN.

73. Considerando la reacción 2 SO2 (g) + O2 (g) ⇄ 2 SO3 (g) razone si las siguientes

afirmaciones son verdaderas o falsas.

a) Un aumento de la presión conduce a una mayor producción de SO3.

b) Una vez alcanzado el equilibrio, dejan de reaccionar las moléculas de SO2 y O2 entre sí.

c) El valor de Kp es superior al de Kc, a temperatura ambiente.

d) La expresión de la constante de equilibrio en función de las presiones parciales es: Kp =

p2(SO2)·p

2(O2)/p

2(SO3)

Dato. R = 0,082 atm·L·K-1

·mol-1

Solución:

a) VERDADERO. Si la P aumenta el equilibrio se desplaza hacia donde haya menor número

de moles gaseosos, aumentando la producción de SO3.

b) FALSO. El equilibrio es un equilibrio dinámico y lo que ocurre es que los reactivos

reaccionan a la misma velocidad que los productos manteniéndose constante las

concentraciones.

c) FALSO. La ( ) y como nKp Kc RT n= -1 Kc Kp

d) FALSO. La constante de equilibrio en función de las presiones parciales es: 3

2 2

2

2

SO

SO O

pKp

p p

74. El valor de la constante de equilibrio a 700 K para la reacción 2HI(g) H2(g) + I2(g) es

0,0183. Si se introducen 3,0 moles de HI en un recipiente de 5 L que estaba vacío y se deja

alcanzar el equilibrio:

a) ¿Cuántos moles de I2 se forman?

b) ¿Cuál es la presión total?

c) ¿Cuál será la concentración de HI en el equilibrio si a la misma temperatura se aumenta el

volumen al doble?

Datos. R = 0,082 atm·L·K-l·mol

-1.

Solución:

a) Dado el equilibrio de disociación del yoduro de hidrógeno en fase gaseosa.


( ) 2( ) 2( )2 0,0183

: 3

: 3 2

g g gHI H I Kc

inicial

equilibrio x x x

La constante de equilibrio.

2 22( ) 2( )

22 2 2 2

( )

5 50,0183 0,32 molesde I

(3 2 ) (3 2 )3 2

5

g g

g

x xI H x x

Kc xx xxHI

b) La presión total se calcula a partir de la ley de los gases.

3 0,082 70034,4 atm

5T T T TP V n RT P P

c) Ya hemos visto que el volumen no influye en el equilibrio, de modo que x será el mismo.

( ) ( )

3 20,236 M

10g g

xHI HI

75. Dada la reacción endotérmica para la obtención de hidrógeno CH4 (g) C (s) + 2 H2 (g)

a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kp.

b) Justifique cómo afecta un aumento de presión al valor de Kp.

c) Justifique cómo afecta una disminución de volumen a la cantidad de H2 obtenida.

d) Justifique cómo afecta un aumento de temperatura a la cantidad de H2 obtenida.

Solución:

a) La constante de equilibrio para la reacción: 2( )

4( )

2

4( ) ( ) 2( ) 2 esg

g

H

g s g

CH

PCH C H Kp

P

b) Si aumenta la presión el equilibrio se desplaza hacia donde haya menor número de moles

gaseosos. En este caso el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, hacia los reactivos. Pero

DE NINGÚN MODO AFECTA A LA Kp que solo se ve modificada por la temperatura.

c) Disminuir el volumen es aumentar la presión y de este modo DISMINUYE LA

CANTIDAD DE HIDRÓGENO OBTENIDA.

d) Un aumento de temperatura favorece la reacción endotérmica (Le Chatelier) y en este caso

AUMENTA LA CANTIDAD DE HIDRÓGENO OBTENIDA.

76. Un recipiente de 37,5 L, que se encuentra a 343 K y 6 atm, contiene una mezcla en

equilibrio con el mismo número de moles de NO2 y N2O4, según la reacción 2 NO2 (g)

N2O4 (g). Determine:

a) El número de moles de cada componente en el equilibrio.

b) El valor de la constante de equilibrio Kp.

c) La fracción molar de cada uno de los componentes de la mezcla si la presión se reduce a la

mitad.

Dato: R = 0,082 atm·L·K-1

·mol-1

.

Solución:

Dado el equilibrio de dimerización del dióxido de nitrógeno.

2( ) 2 4( )2 37,5 L 343 K 6 atm

:

g gNO N O en y

equilibrio x x

a) Aplicando la ley de los gases.

2 2 46 37,5 2 0,082 343 4 molesPV nRT x x de NO y de N O


b) La constante Kp.

2 4

2 4 2 4 2 4

22 2 2

22 2 2 2 2

2

2

4 80,33

4 6

N O

TN O N O T N O TT

NONO NO T NO T

T

T

nP

P x P n nnKp Kp

nP x P n PP

n

c) Si la presión se reduce a la mitad el equilibrio e desplaza hacia la izquierda (Le Chatelier).

2( ) 2 4( )2 37,5 L 343 K 3 atm

: 4 2 4

g gNO N O en y

nuevo equilibrio y y

2 4 2 4 2 4

2 2 2

2 2 4

2 2 2 4 2 4

2 2 2 2 2

(4 ) (8 )0,33 3,4

(4 2 ) 3

4 2 3,4 4 3,40,62 y 0,38

8 3,4 8 3,4

N O N O T N O T

NO NO T NO T

NO N O

NO NO N O N O

T T

P x P n n y yKp y

P x P n P y

n nx x x x

n n

77. Justifique si son verdaderas o falsas cada una de las afirmaciones siguientes:

a) La presencia de un catalizador afecta a la energía de activación de una reacción química,

pero no a la constante de equilibrio.

b) En una reacción con ΔH < 0, la energía de activación del proceso directo (Ea) es siempre

menor que la del proceso inverso (Ea’).

c) Una vez alcanzado el equilibrio en la reacción del apartado anterior, un aumento de

temperatura desplaza el equilibrio hacia los reactivos.

d) Alcanzado el equilibrio, las constantes cinéticas de los procesos directo e inverso son

siempre iguales.

Solución:

a) VERDADERO. Un catalizador disminuye la energía de activación y con ello aumenta la

velocidad de reacción pero no modifica el equilibrio.

b) VERDADERO. Dado que la reacción es exotérmica el nivel energético de los productos es

menor, son más estables por eso se desprende energía, y para alcanzar el estafo del complejo

activado desde los productos se necesitará mayor energía de activación.

c) VERDADERO. En una reacción exotérmica al aumentar la temperatura el equilibrio se

desplaza hacia los reactivos (Le Chatelier).

d) FALSO. Las velocidades de reacción del proceso directo e inverso son iguales pero no las

concentraciones ni las constantes cinéticas de ambos procesos.

1 1 11 2 1 2

22 2

a b c d

a b c d

a bc d

aA bB cC dD

v k A B C Dkv v k A B k C D

k A Bv k C D

78. El pentacloruro de fósforo se descompone con la temperatura dando tricloruro de fósforo

y cloro. Se introducen 20,85 g de pentacloruro de fósforo en un recipiente cerrado de 1 L y se

calientan a 250 °C hasta alcanzar el equilibrio. A esa temperatura todas las especies están en

estado gaseoso y la constante de equilibrio Kc vale 0,044.

a) Formule y ajuste la reacción química que tiene lugar.

b) Obtenga la concentración en mol·L-1

de cada una de las especies de la mezcla gaseosa a

esa temperatura.

c) ¿Cuál será la presión en el interior del recipiente?


d) Obtenga la presión parcial de Cl2.

Datos. R = 0,082 atm·L·K-1

mol-1

; Masas atómicas: P = 31,0; Cl = 35,5.

Solución:

a) La reacción química que tiene lugar: 5( ) 3( ) 2( )g g gPCl PCl Cl

b) Las concentraciones de las distintas especies en el equilibrio.

5 5

5

20,850,1 moles

208,5PCl PCl

PCl

mn n

PM

5( ) 3( ) 2( )

23( ) 2( )

5( )

1 L 250 ºC y 0,044

0,1

1 10,044 0,044 0,048 moles

0,1 0,1

1

g g g

g g

g

PCl PCl Cl Kc

x x x

x xPCl Cl x

Kc xx xPCl

3( ) 2( ) 5( )0,048 M y 0,052 Mg g gPCl Cl PCl

c) La presión en el interior del recipiente.

0,148 0,082 5236,35 atm

1T T T TP V n RT P P

d) La presión parcial de Cl2

2 2 2 2

0,048 0,082 5232,06 atm

1Cl Cl Cl ClP V n RT P P

79. En el proceso Haber-Bosch se sintetiza amoniaco haciendo pasar corrientes de nitrógeno e

hidrógeno en proporciones 1:3 (estequiométricas) sobre un catalizador. Cuando dicho proceso

se realiza a 500 °C y 400 atm se consume el 43 % de los reactivos, siendo el valor de la

constante de equilibrio Kp= 1,55·10-5

. Determine, en las condiciones anteriores:

a) El volumen de hidrógeno necesario para la obtención de 1 tonelada de amoniaco puro.

b) La fracción molar de amoniaco obtenido.

c) La presión total necesaria para que se consuma el 60 % de los reactivos.

Datos: R = 0,082 atm·L·K-1

·mol-1

; Masas atómicas: N = 14, H = 1.

Solución:

La reacción que tiene lugar en la síntesis de Haber es: 5

2( ) 2( ) 3( )3 2 1,55 10 673 K y 400 atm

1 3

: 1 0,43 3 3 0,43 2 0,43

g g gN H NH Kp

inicial

equil

En principio parece que sobran datos. Se puede determinar la presión total a partir de la Kp o

al revés. Para comprobar que los datos son coherentes determinamos la presión totla a partir

de la Kp.

3( ) 3( ) 3( )

2( ) 2( ) 2( ) 2( ) 2( ) 2( )

2 2 2 2 2 25

3 3 2 3 2 3 2

0,86 3,141,55 10

0,57 1,71

g g g

g g g g g g

NH NH NH T

N H N H T N H T T

P x n nKp

P P x x P n n P P

406,28 atmTP y los datos son coherentes.

a) El volumen de hidrógeno necesario para la obtención de 1 tonelada de amoniaco puro.

6

310 g NH31 mol NH

317 g NH

2

3

3 mol H

2 mol NH288235,3 mol H


2

88235,3 0,082 77313982,2 L H

400PV nRT V V que corresponde con el 43%

322 2 2

2

100 L H ( )13982,20 L H 32516,76 L H 32,52 m H

43 L H

bruto

b) La fracción molar de amoniaco obtenido.

3

3 3

0,860,274

3,14

NH

NH NH

T

nx x

n

c) Si se consume el 60% de los reactivos.

3( ) 3( ) 3( )

2( ) 2( ) 2( ) 2( ) 2( ) 2( )

5

2( ) 2( ) 3( )

2 2 2 2

3 3 2 3 2

2 25

3 2

3 2 1,55 10 773 K y P atm

1 3

: 1 0,6 3 3 0,6 2 0,6 2,8

1,2 2,81,55 10

0,4 1,2

g g g

g g g g g g

g g g

T

NH NH NH T

N H N H T N H T

T

N H NH Kp

inicial

equil n

P x n nKp

P P x x P n n P

P1026,53 atmTP

80. Para la reacción: a A (g) B (g) + C (g), el coeficiente estequiométrico a podría tener los

valores 1, 2 ó 3. Indique de manera razonada el valor de a, los signos de las magnitudes

termodinámicas ΔH°, ΔSº y ΔG°, y el intervalo de temperatura en el que la reacción sería

espontánea, para cada uno de los siguientes casos particulares:

i) Caso A: La concentración de A en el equilibrio disminuye si aumenta la temperatura o la

presión.

ii) Caso B: La concentración de A en el equilibrio aumenta si aumenta la temperatura o la presión.

Solución:

i) Si la concentración de A disminuye si aumenta la temperatura, la reacción es

ENDOTÉRMICA, ΔHº > 0.

Si la concentración de A disminuye si aumenta la presión entonces a=3 (el equilibrio se

desplazará hacia donde haya menos moles gaseosos según Le Chatelier).

Para a=3, ΔSº < 0, puesto que disminuye el número de moles gaseosos y con ellos el desorden

molecular o la probabilidad del sistema.

La variación de energía libre de Gibbs (ΔG°=ΔHº-TΔSº), ΔG° > 0. Para cualquier

temperatura la reacción será NO ESPONTÁNEA.

ii) Si la concentración de A aumenta si aumenta la temperatura la reacción será

EXOTÉRMICA, ΔH° < 0.

Si la concentración de A aumenta si aumenta la presión entonces a=1 (el equilibrio se

desplazará hacia donde haya menos moles gaseosos según Le Chatelier).

Para a=1, ΔSº > 0, puesto que aumenta el número de moles gaseosos y con ellos el desorden

molecular o la probabilidad del sistema.

La variación de energía libre de Gibbs (ΔG°=ΔHº-TΔSº), ΔG° < 0. Para cualquier

TEMPERATURA la reacción será ESPONTÁNEA.

ΔH° a ΔS° ΔG°=ΔHº-TΔSº

|A| si T o P ENDOTÉRMICA ΔH°>0 3 ΔS°<0 ΔG°>0 NO ESPONTÁNEA

|A| si T o P EXOTÉRMICA ΔH°<0 1 ΔS°>0 ΔG°<0 ESPONTÁNEA

problemas de 2º química cinética y equilibriochopo.pntic.mec.es/jmillan/pr_cieq.pdf- la...

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