tema+5_equilibrio

Equilibrio qumico

APUNTES DE QUMICA- 2BACHILLERATO I.E.S. SIERRA DE MIJAS CURSO: 2014-15 1/28

TEMA 5: EQUILIBRIO QUMICO

1 CINTICA QUMICA En unidades anteriores, estudiamos la forma de deducir las cantidades de

reactivos o productos implicados en una reaccin qumica, as como la espontaneidad y energa de dichos procesos, sin embargo, hasta ahora, es imposible conocer si una reaccin ocurrir con o sin rapidez, siendo una prediccin de vital importancia, y de aplicabilidad inmediata, sobre todo en la industria qumica.

La cintica qumica se ocupa del estudio de la velocidad con que transcurren los procesos qumicos y la influencia de diversos factores (temperatura, naturaleza de los reactivos, accin de los catalizadores,...).

Una magnitud de crucial importancia es la velocidad de reaccin de una sustancia: nmero de moles de esa sustancia transformados en la unidad de tiempo. Su unidad es mol/s o mols-1. Se consideran velocidades negativas las cantidades de reactivos transformados, y positivas la de los productos obtenidos.

Ejercicio 1.- Se observa que 20,4 kg de agua oxigenada se descomponen, reducindose a la mitad en 100 s. Cul es la velocidad de este proceso?

Salvo ocasiones excepcionales, la velocidad no es constante, de ah que sea ms til trabajar con la velocidad instantnea:

[ ] [ ]dtcd

tclimv

0t==

[ ]c es la concentracin molar de la sustancia en cuestin, luego v vendr expresada en moll-1s-1

Para una reaccin A + B C + D, se cumplir que: [ ] [ ] [ ] [ ]

dtDd

v dtCd

v dtBd

v dtAd

v DCBA ==== ;;;

Con objeto de dar un significado unitario a la vr (velocidad de reaccin), y evitar que su valor dependa del reactivo o producto; para una reaccin del tipo:

aA + bB cC + dD las distintas vr (velocidades parciales) se expresarn como:

[ ] [ ] [ ] [ ]dtDd

d1

dtCd

c

1

dtBd

b1

dtAd

a

1 v r ====

Ejercicio 2.- Para la reaccin de sntesis del agua, expresar las distintas velocidades de reaccin:

2 H2 + O2 2 H2 O

Equilibrio qumico


Es til reproducir la experiencia y anotar en intervalos de tiempo constantes, las concentraciones que presentan el reactivo y el producto. Los datos se recogen en una grfica de concentracin frente tiempo:

1.1 ORDEN DE UNA REACCIN En la mayora de las reacciones qumicas, se cumple que la vr es

directamente proporcional al producto de las concentraciones de los reactivos elevadas a unos exponentes enteros o fraccionarios:

aA + bB + cC + .... productos; vr = k [ ] [ ] [ ] CBA ; donde ,, ,... son los exponentes, que no tienen por qu coincidir con los coeficientes estequiomtricos a, b, c,...Slo coincidirn si la reaccin transcurre en una sola etapa, pero si sta transcurre en varias etapas, la velocidad total ser, en la prctica, la velocidad de la etapa ms lenta y corresponder a la ecuacin que represente a dicha etapa.

Cada exponente, pues, slo indica el orden de la reaccin respecto al reactivo. La suma de los exponentes determina el orden total de la reaccin. En la reaccin cuya velocidad es: vr = k [ ] [ ]BA 2 ; el orden total es 3.

Normalmente si estos exponentes son nmeros enteros sencillos (1, 2, 3,...), que es lo ms frecuente, de los datos obtenidos y tabulados podemos deducir el orden de la reaccin respecto al reactivo.

A la ecuacin vr = k [ ] [ ] [ ] CBA ; se le llama ecuacin de velocidad, y a k, constante de velocidad. Es importante sealar que dicha ecuacin de velocidad depende slo de las concentraciones de los reactivos (y puede que no de todos ellos), pero no de los productos.

Se denomina mecanismo de una reaccin al conjunto de reacciones sencillas, llamadas etapas elementales, que representan el avance de la reaccin global a escala molecular. En cada una de estas etapas intervienen una, dos o tres molculas de forma simultnea.

La molecularidad de una reaccin o de cada etapa de un mecanismo es el nmero de especies qumicas (molculas, tomos o iones) que intervienen en ella como reactivos.

La velocidad de reaccin en un proceso de varias etapas elementales est determinada por la velocidad de la etapa ms lenta (etapa determinante).

Ejercicio 3.- En una reaccin del tipo aA + bB productos, estudiada en el laboratorio, se obtuvieron los siguientes valores de concentraciones y velocidades:

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Experiencia Concentracin de A (moll-1) Concentracin de B

(moll-1 ) vr (moll-1

s-1) 1 0,02 0,01 4,410-4 2 0,02 0,02 17,610-4 3 0,04 0,02 35,210-4

Calcular: a.- El orden de la reaccin respecto a A y a B, y el orden total. b.- La constante de velocidad. c.- La ecuacin de la velocidad.

2 TEORA CINTICA DE LAS COLISIONES Cuando un sistema fsico-qumico evoluciona espontneamente desde un

estado inicial a otro final, lo hace siempre hacia estados de mnima energa potencial y de mayor desorden.

La teora cintica de las colisiones, enunciada por Lewis en 1918, intenta dar una explicacin al proceso que acontece en una reaccin qumica, as como los factores que afectan a la velocidad de reaccin, con especial atencin a la temperatura, cuya influencia viene dada por la ecuacin de Arrhenius:

k = AeEa/RT donde k representa la constante de velocidad; A una constante llamada factor de frecuencia, relacionada con el nmero de choques o colisiones entre las partculas reaccionantes, y Ea, la energa de activacin.

Segn Lewis, para que dos sustancias reaccionen entre s es necesario que estn en contacto y que sus molculas, tomos o iones al moverse en desorden por la agitacin trmica, choquen unos contra otros. La efectividad en las colisiones (mayor al aumentar el desorden y el nmero de partculas) ocasionar que stas adquieran la energa suficiente (energa de activacin, Ea), para romper los enlaces que unen sus tomos o grupos atmicos, quedando libres (complejo activado).

No todas las partculas poseen la misma velocidad, ya que esta magnitud tiene un sentido estadstico: algunas irn rpidas y otras poseern una velocidad muy lenta. Sin embargo, al aumentar la temperatura, un nmero cada vez mayor adquirir la energa de activacin necesaria.

Podemos hacer las siguientes consideraciones:

Hay que suministrar una determinada energa, Ea, mediante choques eficaces de los reactivos.

Formacin del complejo activado (estado de transicin muy energtico e inestable).

Formacin de productos (estado menos energtico que el inicial).

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En todas las reacciones hay que suministrar una cierta energa de activacin, pero mientras en las reacciones qumicas exotrmicas (en la figura siguiente), slo es necesaria al inicio, en las endotrmicas hay comunicarle energa constantemente. Visualizamos mejor los aspectos anteriores en un diagrama entlpico:

Ejercicio 4.- Representar en un diagrama entlpico la reaccin

H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g); H = 0,8 kcal.

El complejo intermedio se representa por: 2.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIN

Para que se produzca una reaccin qumica es necesario que se produzca rotura de enlaces. Pues bien, todos los factores que favorezcan dicha rotura y aumenten la eficacia de las colisiones, conllevarn un aumento de la vr:

1. De la naturaleza de los reactivos: un trozo de hierro tarda meses en recubrirse de xido, mientras el sodio se oxida en pocos minutos. Por otro lado, aquellas sustancias con enlaces intramoleculares fuertes (sustancias covalentes), originan reacciones lentas; mientras que las sustancias inicas disueltas, suelen reaccionar rpidamente a temperatura ambiente.

2. Del grado de divisin de los reactivos: al aumentar el contacto entre los reactivos, aumenta la posibilidad de choque. Gases y lquidos reaccionan ms rpido que slidos, y stos, cuanto ms finamente divididos, reaccionan con ms rapidez.

3. De la concentracin: posibilita el aumento de colisiones, al ser mayor el nmero de partculas reactantes.

4. De la presin: entre sustancias gaseosas, un aumento de la presin parcial, provoca el aumento de concentracin.

5. De la temperatura: al aumentar el grado de agitacin trmica, provoca el aumento de colisiones. La ecuacin de Arrhenius relaciona vr y T. Como regla general, la vr se duplica por cada 10 grados de aumento de la temperatura.

3 CATLISIS Existen sustancias, ajenas a la reaccin qumica, cuya presencia en dicha

reaccin, aun en pequeas cantidades, modifica la velocidad de la misma. Se denominan catalizadores, y la accin que ejercen catlisis (del griego, descomponer).

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Si la catlisis es positiva la velocidad de reaccin aumenta, si por el contrario es negativa, disminuye.

Los catalizadores presentan las siguientes caractersticas:

1.- Su composicin no se altera. 2.- Pequeas cantidades bastan para producir la transformacin de grandes

cantidades de reaccionantes. 3.- Su papel se reduce a modificar la vr.

El fenmeno de la catlisis se interpreta suponiendo que el catalizador toma parte activa en la reaccin, originndose un complejo activado distinto. En el grfico observamos cmo la presencia del catalizador rebaja la energa de activacin necesaria para que se produzca la reaccin:

La variacin de entalpa es la misma con o sin catalizador, igual que la energa de Gibbs, puesto que el catalizador permanece inalterado antes y despus del proceso, no comunicando ni sustrayendo energa al proceso.

3.1 TIPOS DE CATALIZADORES Podemos considerar los distintos tipos de catalizadores:

a) Catalizadores portadores: Se denominan as aquellos catalizadores que modifican la vr al actuar como portadores de tomos o grupos de tomos, que intervienen en la formacin de algn compuesto intermedio:

2 SO2 + O2 2 SO3 (lenta); si aadimos NO, la vr aumenta considerablemente:

2 NO + O2 2 NO2 (rpida) 2 SO2 + 2 NO2 2 SO3 +2 NO (rpida,

regeneracin del catalizador)

El NO2 acta como portador de oxgeno.

Cuando, como en el ejemplo anterior, la reaccin ocurre en una sola fase, estando reactantes y catalizadores en el mismo estado de agregacin, la catlisis se denomina homognea.

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b) Catalizadores de contacto: sustancias como metales de transicin (V, Pt, Pd, Ni, Fe,...) u xidos de tales metales, que cuando se encuentran finamente divididos, adsorben en su superficie (puntos activos) molculas de reactivos gaseosos, aumentando la concentracin y superficie de contacto entre ellas. Al estar en distintos estados de agregacin (los catalizadores son slidos), la catlisis se denomina heterognea.

En la figura se muestra un convertidor cataltico utilizado en los tubos de escape de los coches. Los catalizadores se encuentran en las celdillas y catalizan el paso de CO y CxHy a CO2, por un lado y la descomposicin de NxOy a N2 y O2 por otro.

Los catalizadores de contacto tienen la desventaja de ser muy especficos (catalizan slo reacciones qumicas concretas), y de envenenarse fcilmente, pierden actividad al contaminarse con pequeas cantidades de sustancias extraas.

c) Enzimas: son biocatalizadores, acelerando los procesos qumicos que tienen lugar en el organismo de los seres vivos. Son fundamentales para mantener la vida. Se designan con el nombre de la sustancia sobre la que actan (sustrato), y el sufijo -asa: carbohidrasas, esterasas, nucleasas, proteasas.

La reaccin de descomposicin del agua oxigenada: 2 H2O2 (l) 2 H2O (l) + O2 (g); H < 0,

es catalizada por la enzima catalasa de la sangre.

Otras sustancias con un efecto inverso a los catalizadores son los llamados inhibidores, que disminuyen la vr. Por ejemplo, el arsnico, potente inhibidor de los catalizadores de contacto y enzimas.

La investigacin en Cintica Qumica es uno de los campos de investigacin ms punteros de la Ciencia Qumica en la actualidad, dada su alta aplicabilidad en diversos campos (biolgicos, industriales,...).

4 ESTUDIO CINTICO DEL EQUILIBRIO QUMICO Existen reacciones qumicas en las que los productos obtenidos son tan

estables, en las condiciones del proceso, que no ofrecen nueva tendencia a reaccionar entre s para regenerar los reactivos:

NaCl + AgNO3 NaNO3 + AgCl;

esta reaccin qumica contina hasta que todo el AgCl se forme y termine el proceso. Se les denomina reacciones irreversibles.

En otras reaccin qumica, en cambio, los productos son capaces de reaccionar entre ellos, y regenerar los reactivos de partida:

N2 + 3H2 2NH3; a este tipo de reaccin qumica se les llama reversibles.

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Al comienzo de la reaccin, cuando la concentracin de reaccionantes es mayor que la de productos, la velocidad de reaccin (vr )ser tambin mayor (directa, ); pero a medida que vaya avanzando el proceso, y la concentracin de productos sea mayor, ir aumentando tambin la vr en sentido contrario (inversa, ). Llegar un momento en que ambas velocidades se igualen, recomponindose tantas molculas como se destruyen por unidad de tiempo, no variando las concentraciones de reactivos y productos. Nos encontramos en lo que se denomina equilibrio dinmico. Ilustremos el proceso con un modelo:

Hay dos depsitos con peces, blancos y negros, unidos por un canal.

(a) Comienzo del experimento, con diez peces blancos a la izquierda, y diez negros a la derecha.

(b) Estado de equilibrio, con cinco peces de cada clase en cada depsito. (c) Si observramos un pez en particular, uno negro con nueve blancos en

cada estanque, veramos que pasa la mitad del tiempo en cada depsito. El equilibrio del depsito en (b) es un estado medio, dinmico, donde los peces no dejan de nadar cuando estn mezclados.

En un equilibrio como en la sntesis del amonaco, de acuerdo con la Teora de colisiones, el complejo activado puede conducir tanto a la formacin de productos, como a la regeneracin de reactivos:

En el instante de alcanzarse el equilibrio. Se formarn tantas molculas de amonaco como se descompongan por unidad de tiempo.

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5 LEY DE ACCIN DE MASAS. CONSTANTE DE EQUILIBRIO Sea una reaccin reversible del tipo: A + B C + D; para mayor sencillez,

supondremos una sola etapa. La velocidad de reaccin, para una T dada, vendr dada por: [ ] [ ]BAkv = , si consideramos el proceso directo, y por: [ ] [ ]DCkv = , para la reaccin inversa, donde k y k, son constantes especficas de cada reaccin, y dependientes de la T.

Cuando se alcance el equilibrio, ambas velocidades sern iguales, cumplindose: [ ] [ ] [ ] [ ]DCkBAk = o tambin: [ ][ ][ ][ ] cKk

kBADC

=

= .

Expresin que indica que en toda reaccin reversible, en fase homognea y en una etapa, una vez alcanzado el equilibrio, es constante el cociente entre el producto de las concentraciones de productos y el de los reactivos. A Kc, se le llama constante de equilibrio referida a las concentraciones y depende de la temperatura a que se efecte el proceso.

En general, para el proceso: aA + bB cC + dD, la constante de equilibrio,

Kc, ser: [ ] [ ][ ] [ ]ba

dc

c BADCK = ,

que es la expresin matemtica de la llamada ley de accin de masas (LAM), establecida por Guldberg y Waage en 1864.

Cuando una reaccin se puede expresar como suma de varias reacciones parciales, su constante de equilibrio es igual al producto de las constantes de equilibrio de las reacciones parciales. Si alguna en lugar de sumar, resta, su constante de equilibrio, en lugar de multiplicar, divide.

Ejercicio 5.- Comprobar que se cumple la ley de accin de masas en el proceso: 4HBr + O2 2H2O + 2Br2, teniendo en cuenta que la reaccin transcurre en tres etapas:

HBr + O2 HOOBr HOOBr + HBr 2 HOBr

2 (HOBr + HBr Br2 + H2O)

Ejercicio 6.- En un recipiente se introducen 2,94 moles de yodo y 8,1 moles de hidrgeno, establecindose el equilibrio cuando se han formado 5,60 moles de yoduro de hidrgeno. A la temperatura de la experiencia todas las sustancias son gases con molculas diatmicas: Calcular: a) las cantidades de yodo e hidrgeno que han reaccionado. b) Kc de la reaccin.

Ejercicio 7.- La constante de equilibrio del problema anterior vale 50 cuando la reaccin tiene lugar a 448 C. Canto yoduro de hidrgeno se formar al calentar a esa temperatura 1 mol de yodo y 2 moles de hidrgeno?

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6 ESTUDIO TERMODINMICO DEL EQUILIBRIO Segn hemos visto, la variacin de la energa de Gibbs, vena dada por:

dG = dU + PdV + VdP TdS SdT = dQ + VdP TdS SdT; en los procesos reversibles, como dQ = TdS, resulta: dG = VdP SdT; si adems el proceso es a temperatura constante: dG = VdP.

Los slidos y lquidos son poco compresibles, y por tanto las variaciones de G correspondientes a un aumento de la presin son despreciables. En gases, sin embargo, esta dependencia es considerable. Consideremos un gas ideal, 1 mol, cuya presin a temperatura constante vara desde P1 a P2:

[ ]1

221

2

1

2

112 P

PRTLnLnPRT

PdPRTVdPGGG PP

P

P

P

P

=====

Si P1 = 1 atm, quedar: G = G + RT Ln P.

Conviene recordar aqu el concepto de presin parcial de un gas: Cuando en un recipiente se encuentran mezclados varios gases, cada uno de ellos ejerce una presin parcial sobre el recipiente, tal y como ocurrira si se encontrase solo en el recipiente, independientemente del comportamiento de los dems. Dicha presin parcial se calcula como producto de la fraccin molar del gas multiplicada por la presin total en el recipiente: Tii PP = . Como es natural, la suma de todas las presiones parciales ser igual a la presin total. ( ) === TTii PPP TP 1 .

Supongamos una reaccin del tipo: aA + bB cC + dD, donde reactivos y productos tengan comportamiento ideal, y el proceso sea isbaro e isotrmico, entonces: GT,P = Gprod. Greactivos.

Si designamos por PA, PB, PC y PD, las presiones parciales de cada sustancia durante el proceso, tendremos:

Gprod. = cGC + cRT Ln PC + dGD + dRT Ln PD; Greact. = aGA + aRT Ln PA + bGB + bRT Ln PB

Despus de operar: bB

aA

dD

cC

PT, PPPPLnRTGG += , donde PA, PB, PC y PD son

las presiones parciales de reactivos y productos en equilibrio.

Al cociente: bB

aA

dD

cC

PPPP

, se le designa por Kp, o constante de equilibrio referida a

la presin, slo depende de la naturaleza de los productos, los reactivos y de la temperatura.

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En sistemas en equilibrio debe cumplirse: G = 0, o lo que es lo mismo:

G = RT Ln Kp; o bien: RTG

pK

e

=

Por otra parte, de la ecuacin de Clapeyron: P = n/VRT = MRT, sustituyendo en Kp, obtendremos:

[ ] [ ][ ] [ ]

ncbbaa

ddcc

bB

aA

dD

cC (RT)K

(RT)B(RT)A(RT)D(RT)C

PPPP

Kp ===

Ejercicio 8.- Las presiones parciales de hidrgeno, yodo y yoduro de hidrgeno, en equilibrio a 400 C, son respectivamente, 0,150, 0,384 y 1,850 atm. Calcular las constantes Kp a esa T para las reacciones:

a) H2 + I2 2HI b) H2 + I2 HI ; y sus reacciones inversas.

Ejercicio 9.- La disociacin del dixido de nitrgeno en monxido de nitrgeno y oxgeno se realiza en un recipiente cerrado a 327 C. Las concentraciones de los tres gases en el equilibrio son 0,0146, 0,00382 y 0,00191 mol/l, respectivamente. Calcular las constantes Kc y Kp a esa T.

Ejercicio 10.- A 21 C la constante de disociacin para N2O4 2 NO2 es 4,48. Calcular la concentracin de NO2 en equilibrio con 0,36 mol/l de N2O4 a 21 C.

Grado de disociacin

En muchos equilibrios qumicos una especie qumica se disocia en otras ms sencillas; en ellos se suele utilizar el concepto de grado de disociacin, que est relacionado con la constante de equilibrio, la concentracin inicial de la especie y la estequiometra de la reaccin, e indica la extensin en que tiene lugar el proceso directo. El grado de disociacin es la fraccin de mol que se ha disociado o reaccionado cuando se alcanza el equilibrio. Se designa con la letra y se calcula dividiendo los moles (o mol/L) que han reaccionado, x, entre los moles (o mol/L) iniciales, n o c.

Su valor est comprendido entre 0 cuando no hay reaccin y 1 cuando la reaccin es completa.

n

x=

(x y n en moles) c

x=

( x y c en mo/L).

A veces se suele expresar en porcentaje: 100100% c

x

n

x==

Ejercicio 11.- A 400 C y 10 atm el amonaco est disociado en un 98 % en sus elementos. Hallar Kp y Kc para ese equilibrio: 2 NH3 N2 + 3 H2

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Ejercicio 12.- El pentacloruro de fsforo se descompone al calentarlo, en tricloruro de fsforo y cloro. Calcular el grado de disociacin y la presin parcial de las tres sustancias, si la densidad de la mezcla en el equilibrio es 3,5 g/l a 200 C y a 1atm tcnica de presin. (1 atm tcnica = 0,96778 atm).

6.1 REACCIONES ENTRE LQUIDOS Cuando las reacciones tienen lugar entre sustancias en estado lquido o en

disolucin, se admite que existe una analoga con las expresiones deducidas para los procesos en fase gaseosa. Entonces para una reaccin general del tipo:

aA + bB cC + dD , se cumple para el estado de equilibrio que:

G = RTLn C DA B

c d

a b

= RTLn Kc

donde Kc es la constante de equilibrio referida a las concentraciones, cuyo valor depende slo de la temperatura y de la naturaleza de los reactivos y productos;

entonces: RTG

c eK

=

Ejercicio 13.- Cuando el cido benzoico (C7H6O2) reacciona con el etanol (C2H6O), forma benzoato de etilo (C9H10O2) y agua, permaneciendo todos en equilibrio. A cierta temperatura se mezcla 1 mol de cido y 1 mol de etanol, obtenindose slo medio mol de ster:

a) Calcular la constante de equilibrio Kc a esa temperatura. b) Determinar la composicin de equilibrio si se mezclan inicialmente 6 moles

de cido y 4 moles de etanol. Designar por V el volumen total durante el proceso

Ejercicio 14.- Cuando el cido actico (CH3COOH) reacciona con el alcohol etlico (CH3CH2OH) se forman acetato de etilo (CH3COOCH2CH3) y agua. Se conoce el valor de la constante de equilibrio a la temperatura que ocurre la reaccin, Kc= 4,0. Calcula el nmero de moles de acetato de etilo que se formarn, cuando se alcance el equilibrio, en una mezcla que contiene inicialmente dos moles de cido actico, un mol de alcohol etlico y un mol de agua.

6.2 REACCIONES EN FASE HETEROGNEA En las reacciones entre slidos y lquidos, mientras exista el compuesto en

fase slida se puede considerar su concentracin constante, de manera que puede englobarse en la constante Kc:

aA (s) + bB (aq) cC (s) + dD (aq),

se tiene que: [ ] [ ][ ] [ ][ ][ ]b

d

ba

dc

c BkDk

BADCK

==

y llamando a: Kc k/k= Kc, se tiene: Kc = D

B

d

b , lo que nos indica que la

mayor o menor cantidad de sustancia slida no influye en la constante de equilibrio.

Equilibrio qumico


En reacciones entre lquidos y gases, si el lquido es puro y se encuentra en exceso, su concentracin, tambin se considera constante:

aA (l) + bB (g) cC (g) + dD (l), las constantes de equilibrio vendrn dadas por: Kp = b

B

cC

PP ; Kc =

[ ][ ]b

c

BC

.

En resumen: en los procesos heterogneos, una vez conseguido el equilibrio, las concentraciones de slidos y lquidos puros no influyen en modo alguno en la constante de equilibrio.

Ejercicio 15.- Determinar Kp y Kc para los siguientes equilibrios:

a) CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g); b) CO2 (g) + C (s) 2CO (g); c) C2H5OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (g)

7 COCIENTE DE REACCIN La variacin de energa de Gibbs en un instante cualquiera de una reaccin

reversible, viene dada por:

bB

a

A

dD

c

CPT, PP

PPLnRT GG += ,

donde PA, PB, PC y PD son las presiones parciales de reactivos y productos en un instante dado de la reaccin.

Cuando se consigue el equilibrio, se demostr que: G = RT Ln Kp; por tanto, en un instante determinado de la reaccin:

ppb

BaA

dD

cC

pPT, KQLnRTLnQRTLnKRT

PPPPLnRTLnKRTG =+=+= ,

donde Q = bB

aA

dD

cC

PPPP

, que se conoce con el nombre de cociente de reaccin, y

es anloga a Kp, pero las presiones parciales que la conforman son las que existen en un instante dado, no las del equilibrio.

Si Q = Kp , G = 0, y la reaccin est en equilibrio. Si Q > Kp , G > 0, y la reaccin evolucionar en el sentido . Si Q < Kp , G < 0, y la reaccin evolucionar en el sentido .

En el caso de que las sustancias presentes en la reaccin fuesen lquidas o en disolucin, y por analoga:

Q = [ ] [ ][ ] [ ]badc

BADC

,

Equilibrio qumico


donde las concentraciones estn referidas a un instante determinado, pero no al equilibrio.

En consecuencia: [ ] [ ][ ] [ ] ccba

dc

cPT, KQLnRTLnQRTLnKRT

BADCLnRTLnKRTG =+=+= .

Y por analoga:

Si Q = Kc , G = 0, y la reaccin est en equilibrio. Si Q > Kc , G > 0, y la reaccin evolucionar en el sentido . Si Q < Kc , G < 0, y la reaccin evolucionar en el sentido .

Ejercicio 16.- a) Si se colocan en un matraz de 1 litro 1,010-2 moles de cada gas, hidrgeno y yodo, a 448 C, con 2,010-3 moles de HI, se formar ms HI?

b) Y si I2 = H2 = 10-3 moles y HI = 210-3 moles? c) Y en el caso de I2 = H2 = 10-3 y HI = 210-2 moles? Kc = 50,53.

8 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL EQUILIBRIO: LEY DE LE CHATELIER

La velocidad de reaccin depende del nmero de colisiones eficaces que realicen entre s las molculas reaccionantes, que a su vez depende de la concentracin de estas sustancias, de la temperatura, de la presin y, por tanto, del volumen. Podemos deducir que el estado de equilibrio de una reaccin puede modificarse variando algunos (o todos) de los factores anteriores: concentracin de reactivos y de productos, presin, temperatura y volumen.

Los valores de Kp y Kc son siempre constantes a una temperatura dada, y cualquier variacin de presin o de la concentracin no alterar el valor de K, pero s supondr una alteracin de Q, lo que obligar al sistema a evolucionar espontneamente, hasta que K = Q, o sea, restablecer el equilibrio.

El anterior razonamiento justifica el llamado Principio de Le Chatelier-Braun, quienes en 1885 y 1886, respectivamente, enunciaron una ley que permite predecir cualitativamente la influencia de factores externos en un estado de equilibrio: siempre que se modifiquen las condiciones de un sistema en equilibrio se produce un desplazamiento del mismo en el sentido que restablezca las condiciones iniciales. Para no ser repetitivos, analizaremos de forma cuantitativa la influencia de los distintos factores.

8.1 INFLUENCIA DE LA PRESIN Y DEL VOLUMEN El efecto de la presin sobre el equilibrio de un proceso solamente es

apreciable, prcticamente, si alguno o todos de los reactivos y/o productos estn en fase gaseosa. A partir de las expresiones de Kp y Kc:

Equilibrio qumico


Kp = bB

a

A

dD

c

C

PPPP

; Kc = [ ] [ ][ ] [ ]ba

dc

BADC

; y su relacin: Kp = Kc (RT)n ; deducimos que: una modificacin en la presin parcial de algunas de las sustancias en el estado de equilibrio (PC), supone que se modifiquen los valores de las presiones parciales de las dems (PA, PB, y PD ), con el fin de que Q vuelva a alcanzar el valor de Kp, lo que obliga a que varen, tambin, las concentraciones.

Si vara la P total, el sistema evolucionar espontneamente en el sentido de contrarrestar el efecto producido, originando sustancias que ocupen menor volumen (se consigue en el sentido que conduce a la formacin de un nmero menor de moles) si la presin aumenta, y formado sustancias que ocupen ms volumen (donde el nmero de moles sea mayor), si la presin disminuye.

Si el nmero de moles de los reactivos es igual al nmero de moles de productos, entonces la variacin de la presin no afecta al equilibrio.

Ejercicio 17.- En la reaccin 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g), cmo afecta al equilibrio un aumento en la concentracin de CO2?Y un aumento en la presin total?

Ejercicio 18.- Sea la reaccin: NO (g) + CO2 (g) CO (g) + NO2 (g), cmo afectar al equilibrio un aumento en la presin parcial de NO2? Y un aumento de la presin total exterior?

Una variacin de presin supone una variacin inversa del volumen; de tal manera que, si ste se altera, el equilibrio se ver afectado en el sentido que producira la correspondiente modificacin inversa de la presin, as:

Si el volumen aumenta, el equilibrio se desplaza en el mismo sentido que lo hara con una disminucin de presin.

Si el volumen disminuye, el equilibrio se desplaza en el mismo sentido que lo hara con un aumento de presin.

Si se modifica el volumen manteniendo constante la presin, el equilibrio no se ve afectado.

8.2 INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIN En el valor de Kc slo influye la temperatura a la que se efecta la reaccin,

cualquier variacin en la concentracin de algunos de los reactivos o de los productos supondr una variacin en la de los dems, para reestablecer el valor de Q = Kc.

En una reaccin del tipo: aA (g) + bB (g) cC (g) + dD (g), Kc = C DA B

c d

a b

;

si se elimina o disminuye la concentracin de C, el sistema evoluciona hacia la derecha: ; y viceversa.

Equilibrio qumico


8.3 INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Estudiando el comportamiento de sistemas gaseosos en equilibrio, supuestos

ideales, Vant Hoff, dedujo la siguiente expresin: 2RTH

dTdLnK p

= , llamada ecuacin

de Vant Hoff, que integrada entre T1 y T2 se obtiene:

=

=

122

11 ;

1

22

1

2

1TTR

HKK

LndTRT

HdLnKp

pT

T

T

Tp

expresin que nos permite deducir las variaciones de Kp al variar la temperatura.

En general: En una reaccin exotrmica, una disminucin de la temperatura, desplazar

el equilibrio hacia la derecha, , con el fin de liberar ms calor, y contrarrestar el efecto del enfriamiento. Un aumento de la temperatura, provocar el efecto contrario, .

En una reaccin endotrmica, una aumento de la temperatura, desplazar el eq. hacia la derecha, .Una disminucin de temperatura, provocar el efecto contrario, .

Ejercicio 19.- Analizar la influencia de la presin, las concentraciones y la temperatura, en la produccin industrial del amonaco mediante sntesis de sus elementos, si la reaccin del equilibrio es:

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g); H = -21,8 kcal.

8.4 INFLUENCIA DE LOS CATALIZADORES El efecto de los catalizadores se reduce a modificar la velocidad de reaccin,

favoreciendo la formacin de un complejo activado menos energtico, pero no altera las condiciones de equilibrio.

Un catalizador acta haciendo que el equilibrio se alcance con ms rapidez.

Ejercicio 20.- La sntesis del amonaco, a bajas temperaturas, es un proceso tan lento, que, desde el punto de vista industrial resulta poco rentable, incluso a altas presiones. Fritz Haber (1868-1934) y Karl Bosch (1874-1940), a comienzos de siglo, idearon un mtodo que aumentaba el rendimiento de la reaccin. Con posterioridad, Georges Claude (1870-1960) propuso un nuevo mtodo de mejor rendimiento. En la tabla siguiente se indican las caractersticas de cada mtodo: Haber y Bosch Claude Temperatura (C) 400-500 400-500 Presin (atm) 200 900-1 000 Equilibrio 20 % vol de NH3 58 % vol de NH3 Catalizador Fe, Mo, Al2O3 Cianuros de Fe y de Al Rendimiento alcanzado 8,5 % vol NH3 29 % vol de NH3

Qu conclusiones sacaramos a la vista de los resultados de ambos mtodos?

Equilibrio qumico


9 EQUILIBRIOS DE PRECIPITACIN Un caso particular de equilibrio heterogneo se presenta cuando, en el

transcurso de una reaccin en disolucin acuosa, se forma un compuesto inico poco soluble, por lo que aparece una fase slida, denominada precipitado, que estar en equilibrio con una disolucin muy diluida de los iones constitutivos del slido.

Este tipo de reaccin se produce cuando, en el seno de una disolucin acuosa, se adiciona un reactivo qumico (usualmente una especie qumica de naturaleza inica) que interacciona con otra especie qumica disuelta de carga opuesta a la del reactivo aadido, formndose un compuesto neutro insoluble, el cual es perceptible de forma visible.

Cuando el slido est en equilibrio con sus iones constitutivos en disolucin a una temperatura determinada, se dice que esa disolucin est saturada, y a la concentracin de soluto disuelto se le denomina solubilidad de esa especie qumica, a esa temperatura.

La existencia de un compuesto insoluble en disolucin da lugar, inmediatamente, al establecimiento de un equilibrio entre el compuesto en estado slido y la parte del mismo que se disuelve, estando completamente disociado el compuesto disuelto, tal como se indica en la siguiente expresin:

AmBn (s) AmBn (sol) m An+ (dis) + n Bm- (dis) En este caso particular, a la constante de equilibrio se le denomina producto de solubilidad, Ks, y tal como se ha indicado, las especies slidas no aparecen en la expresin de la constante.

Ks = [An+]m [Bm-]n En lo que sigue utilizaremos el valor de Ks a partir de las concentraciones molares de las especies disueltas.

9.1 EXPRESIN DE LA SOLUBILIDAD Si se dispone de una disolucin saturada de la sustancia AmBn se tiene el

equilibrio dado por: AmBn (s) AmBn (sol) m An+ (dis) + n Bm- (dis)

S ms ns en la que si la concentracin de compuesto disuelta es s, las concentraciones de sus iones vienen dadas por ms y ns para An+ (dis) y Bm- (dis), respectivamente. Sustituyendo estos valores en la expresin de Ks:

Ks = (ms)m (ns)n = mm nn sm+n y, despejando, llegamos al valor del parmetro de la solubilidad en funcin de Ks

s = (Ks / mm nn)1/(m+n) En la siguiente tabla se incluyen algunos ejemplos tpicos:

Equilibrio qumico


SUSTANCIA Ks s AgCl [ ] [ ] ssClAg = + Ks1/2 BaSO4 [ ] [ ] ssSOBa = + 242 Ks1/2 AlPO4 [ ] [ ] ssPOAl = + 343 Ks1/2 Ag2S [ ] [ ] ( ) ssSAg = + 222 2 (Ks/4)1/3 Tl2CrO4 [ ] [ ] ( ) ssCrOTl = + 2242 2 (Ks/4)1/3 PbCl2 [ ] [ ] ( )222 2 ssClPb = + (Ks/4)1/3 CaF2 [ ] [ ] ( )222 2 ssFCa = + (Ks/4)1/3 As2S3 [ ] [ ] ( ) ( )323223 32 ssSAs = + (Ks/108)1/5 NH4MgPO4 [ ] [ ] [ ] sssPOMgNH = ++ 3424 Ks1/3

Ejercicio 21.- Para los compuestos poco solubles CuBr, Ba(IO3)2 y Fe(OH)3; a) Escriba la ecuacin de equilibrio de solubilidad en agua. b) La expresin del producto de solubilidad. c) El valor de la solubilidad en funcin del producto de solubilidad.

9.2 EFECTO DEL IN COMN Es la influencia que ejerce la disolucin de un ion sobre una disolucin

saturada de un compuesto insoluble, uno de cuyos iones debe ser el mismo, cuando se le adiciona a la disolucin saturada. El efecto producido es el de la disminucin de la solubilidad, es decir, el desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda, o sea, hacia la formacin de ms compuesto insoluble, tal como se puede deducir de la aplicacin del principio de Le Chatelier.

Supongamos que disponemos de una disolucin saturada del compuesto insoluble, veamos cmo vara la solubilidad cuando a la suspensin se le aade una disolucin de An+ o del ion Bm-, es decir, uno de los iones que forma la fase slida.

Estimemos que adicionamos Bm- hasta una concentracin x M, entonces el sistema ya no est en equilibrio, con lo que

[An+] = ms y [Bm-] = ns + x y el sistema se habr desplazado hacia la formacin de ms cantidad de

compuesto insoluble y, en consecuencia, la solubilidad disminuye.

En el caso de que ns sea inferior al 5% de x, puede despreciarse ns frente a x, con lo que las concentraciones de los iones sern:

[An+] = ms y [Bm-] x y sustituyendo Ks = (ms)m xn = mm sm xn y de aqu s = (Ks/mm xn)1/m Si hubiramos aadido An+ hasta una concentracin x M y tambin hubiera ocurrido que 0,05 x> ms, entonces: s = (Ks/nn xm)1/n.

Equilibrio qumico


Ejercicio 22.- Cmo se modificar la solubilidad del carbonato de calcio (slido blanco insoluble, CaCO3 si a una disolucin saturada de esta sal se le adiciona:

a) Carbonato de sodio (Na2CO3). b) CaCO3. c) Cloruro de calcio.

9.3 FORMACIN DE PRECIPITADOS Cuando se mezclan dos disoluciones con iones que pueden dar lugar a un

compuesto insoluble, se formar o no ste, dependiendo de las concentraciones actuales de los iones que forman la sustancia insoluble.

Si el producto de las concentraciones es mayor que Ks se formar precipitado, si es igual se formar una disolucin saturada y si es menor no se formar precipitado.

Ejercicio 23.- Determine si se produce un precipitado (aparicin de una fase slida en el seno de una disolucin) cuando se mezclan dos volmenes iguales de disoluciones 0,0002 M de un catin (ion cargado positivamente) y un anin (ion cargado negativamente) de las siguientes especies:

a) Ag+ y Cl-. b) Pb2+ y I-. c) Bi3+ y S2-.

Datos; Ks (AgCl) = 2,810-10; Ks (PbI2) = 1,410-8; Ks (Bi2S3) = 1,510-72.

Ejercicio 24.- A 25C el producto de solubilidad del MgF2 es 8 10-8. a) Cuntos gramos de MgF2 pueden disolverse en 250 mL de agua?

b) Cuntos gramos de MgF2 se disuelven en 250 mL de disolucin 0,1 M de Mg(NO3)2 ?

Datos: Masas atmicas Mg = 24; F = 19.

9.4 DISOLUCIN DE PRECIPITADOS La solubilidad de un compuesto insoluble puede aumentar por medio de la

ejecucin de diversos tipos de reacciones en las disoluciones saturadas de los compuestos insolubles. Entre ellas, podemos citar las reacciones cido-base, precipitacin, complejacin y redox. De ellas, vamos a examinar muy brevemente y de forma cualitativa la disolucin de compuestos insolubles por medio de una reaccin cido-base.

Sea un compuesto insoluble tal como el Fe(OH)3, cuya ecuacin de equilibrio con el hidrxido slido en disolucin acuosa es:

Fe(OH)3 (s) Fe(OH)3 (dis) Fe3+ (dis) + 3 OH- (dis) Si se aade un cido (H+) ste reaccionar con la base presente, segn

Equilibrio qumico


H+ + OH- H2O con lo que el equilibrio se desplaza a la derecha para restablecer la

concentracin de iones OH- del medio, disolvindose ms precipitado. Algo similar ocurre si en un equilibrio de un compuesto insoluble como el

CaCO3 aadimos un cido: los protones reaccionarn con los iones carbonato presentes para formar ion bicarbonato y posteriormente cido carbnico, con lo que tiende a disolverse ms carbonato de calcio para restablecer la concentracin de carbonato del medio.

9.5 ORDEN DE PRECIPITACIN Cuando se dispone de una disolucin que contiene dos iones con cargas de

igual signo y se adiciona una disolucin de otro ion cuya carga sea de signo contrario a la de los iones existentes en la disolucin y que formen sales insolubles, es de inters, en muchos casos, conocer cul de los iones inicialmente presentes en la disolucin empieza a precipitar primero.

La condicin que debe probarse para averiguar qu ion precipita primero es: Aquel que necesita menos concentracin del ion aadido para alcanzar el producto de solubilidad.

Equilibrio qumico


PREGUNTAS DE SELECTIVIDAD

1) Indique, razonadamente, si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) La velocidad de una reaccin aumenta al disminuir la temperatura a la que se realiza.

b) La velocidad de una reaccin aumenta al disminuir la energa de activacin.

c) La velocidad de una reaccin disminuye al aumentar las concentraciones de los reactivos.

2) Razone la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Al aadir un catalizador a una reaccin qumica, la velocidad de reaccin

se modifica. b) Al aadir un catalizador a un equilibrio qumico, ste se desplaza. c) Los catalizadores modifican la entalpa de reaccin.

3) Para una reaccin hipottica: A + B C, en unas determinadas condiciones, la energa de activacin de la reaccin es 31 kJ, mientras que la energa de activacin de la reaccin inversa es 42 kJ.

a) Represente, en un diagrama energtico, las energas de activacin de la reaccin directa e inversa.

b) La reaccin directa, es exotrmica o endotrmica? Razone la respuesta. c) Indique cmo influir en la velocidad de reaccin la utilizacin de un

catalizador.

4) A 523 K las concentraciones de PCl5, PCl3 y Cl2 en equilibrio para la reaccin: PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g)

son 0,809 M, 0190 M y 0,190 M, respectivamente. Calcule a esa temperatura: a) las presiones parciales de las tres especies en el equilibrio, b) la constante Kp de la reaccin.

5) En un recipiente se introduce una cierta cantidad de SbCl5 y se calienta a 182 C, alcanzando la presin de una atmsfera y establecindose el equilibrio:

SbCl5 (g) SbCl3 (g) + Cl2 (g) Sabiendo que en las condiciones anteriores el SbCl5 se disocia en un 29,2 %.

Calcule: a) las constantes de equilibrio Kc y Kp; b) la presin total necesaria para que, a esa temperatura, el SbCl5 se disocie

en un 60 %. Datos: R = 0,082 atmLK-1mol-1

Equilibrio qumico


6) Se ha estudiado, a 298 K, la cintica de la reaccin qumica A (g) 2B (g)

Para ello, se han medido las concentraciones de las sustancias A y B a lo largo del tiempo. Los datos obtenidos se han representado grficamente en la figura adjunta.

a) Calcule la constante de equilibrio de la reaccin anterior; b) Explique, de forma razonada, cmo afectara al equilibrio un aumento de

la presin; c) Describa, razonadamente, cmo se modificara la grfica anterior si la

reaccin se llevara a cabo en presencia de un catalizador.

7) Para el equilibrio H2 (g) + I2 (g) 2HI (g),

la constante de equilibrio Kc es 54,8 a 425 C. Calcule: a) las concentraciones de todas las especies en el equilibrio si se calientan, a

la citada temperatura, 0,60 moles de HI y 0,10 moles de H2 en un recipiente de un litro de capacidad,

b) el porcentaje de disociacin del HI.

8) En la tabla adjunta se recogen los valores, a distintas temperaturas, de la constante del equilibrio qumico:

2SO3 (g) 2 SO2 (g) + O2 (g) T(K) 298 400 600 800 1000 Kp 2,8210-25 1,7810-8 1,98 3 10-8 1,2910-3 2,6410-1

a) Justifique si la reaccin anterior es endotrmica o exotrmica; b) Explique cmo afecta al equilibrio un aumento de la presin, manteniendo

constante la temperatura; c) Calcule, a 298 K, la constante Kp del equilibrio:

2 SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g)

Equilibrio qumico


9) En un recipiente de 2 litros se introduce una cierta cantidad de NaHCO3, se extrae el aire existente en el mismo, se cierra y se calienta a 400 C producindose la reaccin de descomposicin siguiente.

2NaHCO3 (s) Na2CO3 s) + CO2 (g) + H2O(g) Una vez alcanzado el equilibrio, la presin dentro del recipiente es de 0,962 atm. Calcula:

a) la constante de equilibrio Kp de esa reaccin; b) la cantidad de NaHCO3 que se ha descompuesto expresada en gramos y

en moles. Masas atmicas: H = 1; C = 12; O = 16; Na = 23.

10) A 613 K, el valor de Kc para la reaccin: Fe2O3(s) + 3H2(g) 2Fe(s) + 3H2O(g)

es 0,064. Si en el equilibrio anterior, la presin parcial del hidrgeno es de una atmsfera, calcule:

a) La concentracin de hidrgeno. b) La presin total.

11) Suponga el siguiente en equilibrio: UO2(s) + 4HF(g) UF4(g) + 2H2O(g)

Explique hacia dnde se desplaza el equilibrio cuando: a) Se adiciona UO2(s) al sistema. b) Se elimina HF(g). c) Se aumenta la capacidad del recipiente de reaccin.

12) Dada la reaccin: CO(g) + NO2(g) CO2(g) + NO(g)

Dibuje el diagrama de entalpa teniendo en cuenta que las energas de activacin para la reaccin directa e inversa son 134 kJ/mol y 360 kJ/mol.

Justifique si la reaccin directa es exotrmica o endotrmica.

13) A partir de la composicin de mezclas gaseosas de I2 y H2 a diferentes temperaturas se han obtenido los siguientes valores de Kp para la reaccin:

H2(g) + I2(g) 2 HI(g) T(C) 340 360 380 400 420 440 460 480 Kp 70,8 66,0 61,9 57,7 53,7 50,5 46,8 43,8

a) Calcule Kc a 400C. b) Justifique por qu esta reaccin es exotrmica. c) Variar Kp si se altera la concentracin de H2? Razone la respuesta.

Equilibrio qumico


14) Las especies qumicas NO, O2 y NO2 se encuentran en equilibrio gaseoso a una determinada temperatura, segn la siguiente reaccin:

2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) H0

Seale, razonadamente, cul de las siguientes medidas produce un aumento de la concentracin de monxido de carbono:

a) Elevar la temperatura. b) Retirar vapor de agua de la mezcla en el equilibrio. c) Introducir H2 en la mezcla en equilibrio.

Equilibrio qumico


19) La solubilidad del hidrxido de magnesio, Mg(OH)2, en agua es de 9,6 mg/L a 25C. Calcule:

a. El producto de solubilidad del este hidrxido insoluble a esa temperatura. b. La solubilidad a 25C, en una disolucin 0,1 M de Mg(NO3)2.

Datos: Masas atmicas: H = 1; O = 16; Mg = 24,3. 20) El SbCl5 se descompone, a 200 C con una Kc=2,2 10-2,segn el siguiente proceso: SbCl5 (g) SbCl3 (g) + Cl2 (g)

En un recipiente de 1 L se introducen, a esa temperatura, 0,1 mol de SbCl3, 0,1 mol de SbCl3, 0,1 mol de Cl2 y 1 mol de SbCl5. Determina: a) Si el sistema est en equilibrio y, si no lo est, el sentido en que va a evolucionar. b) La composicin del sistema en equilibrio.

ACTIVIDADES DE AMPLIACIN

A1.- A 300 C y a 15 atm de presin, el pentacloruro de fsforo est disociado en un 80 %.

a) Hallar la densidad del sistema a la T y P dadas. b) Cunto vale Kp a dicha P y T?

A2.- A 900 C Kp del proceso: I2 (g) 2I (g), es 4,74 10-2. Cules sern las presiones a las que el yodo est disociado en un 10,8 % y en un 32,5 %?

A3.- En una reaccin aA + bB productos, estudiada en el laboratorio, se observa que si se duplica la concentracin inicial de A, manteniendo la de B constante, la velocidad inicial de la reaccin queda multiplicada por 8, mientras que si se triplica la concentracin de B, manteniendo constante la de A, la velocidad de reaccin se triplica. Calcular el orden de reaccin.

A4.- En la reaccin exotrmica: monxido de carbono + hidrgeno metanol

A 300 C las presiones parciales en el equilibrio son P(monxido de carbono) = 4,2 atm, P(hidrgeno)=1,75 atm y P(metanol)=0,12 atm . Calcula los valores de Kp y Kc a esa temperatura e indica hacia dnde se desplaza el equilibrio si disminuye: a) la temperatura; b) la presin total; c)la presin parcial del metanol; d)la presin parcial del monxido de carbono. Justifica tus respuestas.

A5.- En un recipiente vaco se introduce NaHCO3 slido. Se cierra y se calienta a 120 C. Cuando se alcanza el equilibrio, la presin es de 1720 mm de Hg. Calcula Kp y Kc para el proceso: 2 NaHCO3 (s) Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (g)

A6.- En un matraz de 1 litro, en el que se ha hecho el vaco, se introducen 0,0724 moles de N2O4 y se calienta a 35 C. Parte del N2O4 se disocia en NO2. Cuando se alcanza el equilibrio la presin total es 2,1718 atm. Calcula:

Equilibrio qumico


a) el grado de disociacin b) la presin parcial del dixido de nitrgeno en el equilibrio c) el valor de Kc

A7.- El tetrxido de dinitrgeno es un gas incoloro que se descompone parcialmente en dixido de nitrgeno gaseoso, que es de color rojizo. Sabiendo que la constante Kc = 0,125 a 25C, calcula el porcentaje de tetrxido disociado en dixido cuando se encierran 0,03 moles de tetrxido de dinitrgeno en un recipiente de 1 litro a 25 C.

A8.- A temperatura prxima a 400 C se mezclan 0,062 moles de hidrgeno y 0,042 moles de iodo. Al establecer el equilibrio se forman 0,076 moles de ioduro de hidrgeno. Calcula: a) las constantes de equilibrio Kc y Kp b) el nmero de moles de ioduro de hidrgeno que se formaran al mezclar a la misma temperatura 0,08 moles de hidrgeno con 0,08 moles de iodo. Pesos atmicos: Iodo (126,90 u) Hidrgeno (1 u)

A9.- En una vasija de 200 ml en la que se encuentra azufre slido, se introducen un gramo de hidrgeno y 3,2 gramos de H2S. Se calienta el sistema a 380 K con lo que se establece el equilibrio

H2S (g) H2 (g) + S (s) Kc = 7,0 10-2 Halla la presin parcial de ambos gases en el equilibrio. (Datos: Ar: S=32,06; H=1,01 )

A10.- A 375 C, la constante Kp del equilibrio: SO2Cl2 (g) SO2 (g) + Cl2 (g) es 2,4. Suponga que se colocan 6,7 g de SO2Cl2 en un recipiente de 1 litro y se

aumenta la temperatura a 375 C. a) Cul sera la presin de SO2Cl2 si nada de l se disociara? b) En el equilibrio, cules son las presiones de SO2, Cl2 y SO2Cl2? Pesos atmicos: S=32 u; O=16 u; Cl=35,5 u

A11.- Un recipiente de 1 litro contiene 5,0 10 -2 moles de NO2 y se calienta hasta 327 C, establecindose el equilibrio siguiente:

2 NO2 (g) 2 NO (g) + O2 (g) La constante Kc para el equilibrio a 327C vale 1,56 10-.6 Calcula: a) El porcentaje de disociacin en esas condiciones. b) La concentracin de los componentes de la mezcla en equilibrio. c) La concentracin de cada especie en el nuevo equilibrio si se hubiera

empezado la reaccin con 5,0 moles de NO2 y 1 mol de O2.

A12.- La constante de equilibrio, Kc, para la reaccin: N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g) es 8,8 10-4 a 2200 K. Se introducen 2 mol de N2 y 1 mol de O2 en un recipiente

de 2 litros y se calienta a 2200 K. Calcula: a) Las cantidades, en moles, de cada una de las especies en el equilibrio. b) Las nuevas concentraciones si al equilibrio anterior se aade 2 mol de O2.

Equilibrio qumico


SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DEL TEMA 5

1- -3 mol/s

2- vr= [ ] [ ] [ ]2 2 21 1

2 2d H d O d H O

dt dt dt = =

3- a) Orden 1 respecto a A; orden 2 respecto a B; Orden total 3 b) 220 l3 mol-2s-1 c) [ ][ ]2220rv A B=

5- K1 . K2 . K3=Kc 6- a) 2,8 mol de I2 y 2,8 mol de H2 b) 42,26 7- 1,87 mol 8- a) 59,42 y 0,017 b) 7,7 y 0,13 9- Kc= 0,0114 (mol . l)1/2 ; Kp= 0,08 atm1/2 10- 1,27 mol/l 11- Kc= 32,94 (mol . l)2 ; Kp=100318,6 atm2 12- =0,49 ; P(PCl5)=0,331 atm ; P(PCl3)= P(Cl2)= 0,318 atm 13- a) Kc=1 b) 3,6 mol de cido; 1,6 mol de etanol; 2,4 mol de ster; 2,4 mol

de agua. 14- 0,74 mol

15- a) 2p CO

K P= ; [ ]2cK CO= b) 2

2( )COp

CO

PKP

= ; [ ][ ]2

2c

COK

CO=

c) 2 22

2 3

3

( ) ( )( )

CO H Op

O

P PK

P

= ; [ ] [ ][ ]2 3

2 23

2c

CO H OK

O

=

16- a) S (Q < Kc) b) S (Q < Kc) c) No (Q > Kc) 17- El equilibrio se desplaza hacia la izquierda; el equilibrio se desplaza

hacia la derecha 18- El equilibrio se desplaza hacia la izquierda; No afecta al equilibrio 19- Desplazamiento en el equilibrio: Si P hacia la derecha ; Si

[ ]2N hacia la derecha; Si [ ]2H hacia la derecha; Si [ ]3NH hacia la izquierda; Si T hacia la izquierda

20- A mayor presin, mayor rendimiento 21- CuBr: a) Ks= Cu Br+ b) Ks = s2 c) ss K= ; Ba(IO3)2 : a)

223Ba IO

+ b) Ks = 4s3 c) 3 4sKs = ; Fe(OH)3 : a) 33Fe OH+ b)

Ks=27 s4 c) 4 27sKs =

22- a) la solubilidad del CaCO3 disminuye b) la solubilidad no cambia c) la solubilidad del CaCO3 disminuye

23- a) S b) No c) S 24- a) 4,21 10-2 g de MgF2 b) 6,93 10-3 g de MgF2

Equilibrio qumico


PREGUNTAS DE SELECTIVIDAD

S1- a) F b) V c) F S2- a) V b) F c) F S3- b) exotrmica c) aumentara S4- a) P(PCl5)=34,69 atm ; P(PCl3)= P(Cl2)= 8,15 atm b) Kp = 1,915 atm S5- a) Kc = 2,53 10-3 mol/l ; Kp= 0,094 atm b) 0,168 atm S6- a) 0,02 mol/l b) el equilibrio se desplaza hacia la izquierda c) las

concentraciones en el equilibrio se alcanzaran antes S7- a) [ ]HI = 0,527 mol/l ; [ ]2H = 0,137 mol/l ; [ ]2I = 0,037 mol/l b) 13,3%

(=0,133) S8- a) endotrmica b) se desplaza hacia la izquierda c) 3,55 1024 atm S9- a) Kp= 0,2314 atm2 b) 2,9286 g ; 0,03486 mol S10- a) 0,0199 M b) 1,4 atm S11- a) No le afectara (es un slido) b) se desplazara hacia la izquierda

c) si V P el equilibrio se desplazara hacia la izquierda S12- exotrmica S13- a) 57,5 b) si T y Kp reaccin exotrmica c) No, Kp slo cambia

si varia la temperatura S14- a) el equilibrio se desplaza hacia la izquierda b) el equilibrio se

desplaza hacia la izquierda c) sera el mismo equilibrio aunque se alcance antes

S15- a)[ ]2CO =[ ]2H = 4,6 M ; [ ]CO = [ ]2H O = 0,265 M b) 478,7 atm S16- a) No cambia b) si V P se desplaza hacia la derecha c) se

desplaza hacia la izquierda S17- a) 0,0305 mol b) [ ]2CO = 3,088 10-4 M ; [ ]2H = 0,0247 M ;

[ ]2H O =[ ]CO =5,79 10-3 M S18- a) S b) No c) No S19- a) 1,79 10-11 b) 6,68 10-6 M S20- a) Q < Kc (el sistema evolucionar hacia la derecha) b) c(SbCl3) = c(Cl2)=0,145 M ; c(SbCl5) = 0,955 M

ACTIVIDADES DE AMPLIACIN

A1.- a) 36,99 g/l b) 26,67 atm A2.- 1 atm ; 0,1 atm A3.- Orden 4 A4.- Kp = 9,33 10-3 atm-2 ; Kc = 20,6 (mol . l)-2 a) hacia la derecha b) hacia la

izquierda c) hacia la derecha d) hacia la izquierda A5.- Kp = 1,28 atm; Kc=1,23 10-3 mol/l A6.- a) 0,188 b) 1,485 atm c) 0,0126 mol/l A7.- 62,5% A8.- a) Kc = Kp= 60,2 b) 0,127 mol A9.- P(H2S) = 85,7 atm ; P(H2) = 6,1 atm A10.- a) 2,64 atm b) P(SO2)= P(Cl2)=1,58 atm ; P (SO2Cl2)= 1,04 atm

Equilibrio qumico


A11.- a) 4% b) c(NO2)=4,8 10-2 M ; c(NO)=2 10-3 M ; c(O2)=10-3 M b) c(NO2)=5 10-2 M ; c(NO)=6,26 10-5 M ; c(O2)=1 M

A12.- a) c(N2)=1,98 mol; c(O2)= 0,98 mol; c(NO)=4,13 10-2 mol b) c(N2)=0,98 M; c(O2)= 1,48 M; c(NO)=3,6 10-2 M

tema+5_equilibrio

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