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PROBLEMAS DE EQUILIBRIO QUÍMICO

Víctor M. Jiménez

J. Dpto. 2 05/03/2015 1 de 3

1. En una vasija de 10 L de capacidad, y a 270 ºC, se introducen 2.5 moles de PCl5 y se

cierra herméticamente. La presión interna comienza a elevarse, como consecuencia

de la disociación térmica del PCl5 en PCl3 y Cl2, hasta estabilizarse en 15.68 atm.

Escribe el equilibrio químico, y calcula: a) el grado de disociación, b) la

composición de la mezcla gaseosa en el equilibrio, c) las constantes de equilibrio Kc

y Kp. Finalmente, analiza los efectos que tiene sobre el equilibrio la presión.

2. El tetróxido de dinitrógeno se disocia en dióxido de nitrógeno en una reacción

ligeramente endotérmica. Se introduce en un matraz de 250 mL, 0.0002 moles de

tetróxido. Alcanzado el equilibrio de disociación, la presión encontrada es de 240

mm de Hg a 2534 K. Calcular: a) las presiones parciales de cada gas; b) el valor de

Kp; c) el sentido del desplazamiento si se aumenta bien la presión bien la

temperatura; d) el valor de la energía de Gibbs a esa temperatura.

3. A 300 ºC, la Kc para la reacción

PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)

vale 0.045. Si a esa temperatura, introducimos 0.18 g de PCl5 y 0.35 g de Cl2 en un

matraz de 5 L, calcula la composición de la mezcla en equilibrio. Indica cómo

afectaría al equilibrio un aumento de la presión sobre el equilibrio, y un aumento de

la cantidad de PCl3.

4. A 600 K, el grado de disociación del PCl5 es 0.920 para una presión de 5 atm.

Calcular: a) Kp, b) Gº, c) el grado de disociación a 1 atm de presión, d) si la

presión de cloro se incrementa al aumentar la temperatura, ¿cómo es la reacción?, e)

¿cómo podríamos incrementar la cantidad de cloro, actuando sobre la presión del

sistema?.

5. A 500 ºC, el equilibrio N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) tiene una Kp=1.50·10-5.

Calcula la composición del sistema cuando la presión de equilibrio es 500 atm.

¿Cuál es el valor de la energía de Gibbs? Si a baja temperatura la reacción sólo

ocurre en un 0.25 %, ¿qué puedes decir sobre la misma?

6. La constante de disociación del Br2 a 1600 K vale Kp = 0.255. Calcular la

proporción de Br2 y Br en el equilibrio para una presión inicial de Br2 de 1 atm.

¿Qué pasaría si se disminuyera la presión una vez alcanzado el equilibrio?

7. El pentacloruro de fósforo se disocia en cloro y tricloruro de fósforo. A 25 ºC, la

constante de equilibrio Kp vale 3.2·10-7. Calcula: a) Kc, grado de disociación y

composición de la mezcla a la presión de 5 atm; b) GºR, SºR, HºR; c) ¿qué

influencia tiene sobre la concentración de pentacloruro un aumento de la

temperatura? ¿y un descenso de la presión?

Datos: Sºf[PCl3(g)] = 311.7 J/mol·K; Sºf[PCl5(g)] = 364.5 J/mol·K; Sºf[Cl2(g)] =

223.0 J/mol·K.

8. Una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno en proporciones estequiométricas

reacciona según la reacción exotérmica:

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CO (g) + 2 H2 (g) = CH3OH(g)

A 400 K y 1 atm se consigue el equilibrio cuando la mezcla contiene un 20 % de

metanol. Calcular: a) fracciones molares de los gases en equilibrio, b) Kp, c)

condiciones óptimas (p y T) para la obtención de metanol.

9. Dado el equilibrio de disociación del tetróxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno,

calcular: a) Kp a 25 ºC, b) la concentración de cada especie cuando se introducen en

un matraz de 1 L 10 g de tetróxido, c) influencia de la presión sobre el equilibrio.

Datos: Hºf(N2O4)=2.3 kcal/mol, Hºf(NO2)=7.9 kcal/mol, Sºf(N2O4)=72.7

cal/K·mol, Sºf(NO2)=57.3 cal/K·mol.

10. El cloruro de nitrosilo, NOCl, se disocia endotérmicamente en óxido nítrico y cloro.

Cuando se calienta a 350 ºC una muestra de cloruro de nitrosilo de 1.75 g en un

recipiente cerrado de 1 L, la presión asciende a 1.75 atm. Calcula: a) composición

de la mezcla gaseosa en equilibrio, b) el grado de disociación del cloruro de

nitrosilo, c) efecto que tendría sobre el equilibrio: i) aumento de la presión, ii)

aumento de la temperatura.

11. En un recipiente de 5 L se colocan 0.5 moles de COCl2, se cierra herméticamente y

se calienta a 127 ºC, alcanzándose el equilibrio según la reacción

COCl2(g) CO(g) + Cl2(g)

cuando la presión vale 4.756 atm. Calcular: a) grado de disociación, b) Kp, c) la

influencia de la temperatura sobre la reacción sabiendo que el proceso siempre es

espontáneo.

12. La constante de disociación del Br2 a 600 K vale Kp = 4.63. En un recipiente de 4 L

introducimos Br2 a esa temperatura en cantidad tal que la presión inicial alcanza un

valor de 3 atm. Calcula el grado de disociación del Br2. ¿Qué pasaría si se

disminuyera la presión una vez alcanzado el equilibrio?

13. Al calentar PCl5 (g) a 250 °C, en un reactor de 1 L de capacidad, se descompone

según:

PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g)

Si una vez alcanzado el equilibrio, el grado de disociación es del 80 % y la presión

total es 1 atm, calcule: a) la composición de la mezcla en equilibrio; b) la energía

libre de Gibbs a esa temperatura; c) la influencia que un cambio de presión tiene

sobre el citado equilibrio.

14. Si 1 mol de etanol se mezcla con 1 mol de ácido acético a 25ºC, la mezcla en

equilibrio contiene 2/3 moles del éster acetato de etilo. Se pide: a) Kc para: CH3-

CH2OH(l) + CH3-COOH(l) CH3-COO-CH2-CH3(l) + H2O(l). b) Al mezclar 3

moles de etanol y 1 mol de ácido acético ¿Cuántos moles de éster hay en el

equilibrio?

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15. Para la reacción CO2(g) + C(s) 2 CO(g), Kp = 10 a la temperatura de 815 ºC.

Calcula, en el equilibrio: a) Las presiones parciales de CO2 y CO a esa temperatura,

cuando la presión total en el reactor es de 2 atm. b) El número de moles de CO2 y de

CO, si el volumen del reactor es de 3 L.

16. Una muestra de 6.53 g de NH4HS se introduce en un recipiente de 4 L de capacidad,

en el que previamente se ha hecho el vacío, y se descompone a 27ºC según la

ecuación: NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g). Una vez establecido el equilibrio la

presión total en el interior del recipiente es 0.735 atm. Calcule: a) Las constantes de

equilibrio Kp y Kc. b) El porcentaje de hidrogenosulfuro de amonio que se ha

descompuesto.

17. El cianuro de amonio se descompone según el equilibrio: NH4CN(s) NH3(g) +

HCN(g). Cuando se introduce una cantidad de cianuro de amonio en un recipiente

de 2 L en el que previamente se ha hecho el vacío, se descompone en parte y cuando

se alcanza el equilibrio a la temperatura de 11 ºC la presión es de 0.3 atm. Calcule:

a) Los valores de Kc y Kp para dicho equilibrio. b) La cantidad máxima de cianuro

de amonio que puede descomponerse a 11 ºC en un recipiente de 2 L.

18. Dado el sistema de equilibrio representado por la siguiente ecuación: NH4HS(s)

NH3(g) + H2S(g). Indique, razonadamente, cómo varían las concentraciones de las

especies participantes en la reacción en cada uno de los siguientes casos,

manteniendo la temperatura y el volumen del reactor constante: a) Se añade una

cantidad de NH4HS(s). b) Se añade una cantidad de NH3(g). c) Se elimina una

cantidad de H2S(g).

19. A 500 K, Kp=67 para: NH4Cl(s) HCl(g)+NH3(g). En un recipiente cerrado de

500 ml ponemos 0.4 moles de NH4Cl(s). Cuando se alcance el equilibrio: a) Hallar

los moles de cada sustancia. b) Si a 500 K ponemos, en el recipiente cerrado 0.1

moles de NH3(g) y 0.1 moles de HCl(g), hallar las presiones parciales de cada gas y

la presión total, cuando se alcance el nuevo equilibrio

20. A unos 500 ºC el carbonato amónico se descompone térmicamente según la reacción

de equilibrio: (NH4)2CO3(s) 2NH3(g) + CO2(g) + H2O(g). Hallar Kp, a esa

temperatura, si la presión total en el equilibrio es de 2.8 atm

21. La reducción del dióxido de carbono a monóxido de carbono, con carbono al rojo, es

un proceso de equilibrio: CO2(g) + C(s) ⇔ 2CO(g) ΔH = 23,2 kJ a 40ºC Explicar

cómo se modifica la cantidad de CO(g) si: a) disminuimos la presión total, b)

disminuimos la presión parcial de CO2(g), c) añadimos más C(s), d) calentamos

hasta 70 ºC. ¿Qué le ocurriría a Kc y a Kp en cada caso?

22. El SnO2(s) reacciona con hidrógeno según: SnO2(s) + 2H2(g) Sn(s) + 2H2O(g). Si

los reactivos se calientan en un recipiente cerrado a 500 ºC, se llega al equilibrio con

unas concentraciones de H2 y H2O de 0.25 mol/L de cada uno. a) Se añade 0.25

moles de H2 al recipiente, ¿cuáles serán las concentraciones de H2O e H2 cuando se

restablezca el equilibrio? b) ¿Pueden encontrarse en equilibrio un mol de H2 y dos

moles de H2O a la misma temperatura? Justifica la respuesta.