CINÉTICA QUÍMICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO

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1 CINÉTICA QUÍMICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO 1. A 50 ºC el tetraóxido de dinitrógeno, N 2 O 4, se disocia parcialmente según el siguiente equilibrio: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g); Se introducen 0,375 moles de N 2 O 4 en un recipiente cerrado de 5L de capacidad, en el que previamente se ha hecho el vacío, y se calienta a 50 ºC. Cuando se alcanza el equilibrio, a la citada temperatura, la presión total en el interior del recipiente es de 3,33 atmósferas. Calcule: a) El valor de Kc y de Kp. (1,2 puntos) b) La presión parcial de cada uno de los gases en el equilibrio a la citada temperatura. (0,8 puntos) DATOS.- R = 0,082 atm L/mol K Julio El yodo, I 2 (s), es poco soluble en agua. Sin embargo, en presencia de ión yoduro, I - (ac), aumenta su solubilidad debido a la formación de ión triyoduro, I 3- (ac), de acuerdo con el siguiente equilibrio: (1 punto cada apartado) I 2 (ac) + I - (ac) I 3- (ac) ; Kc = 720 Si a 50 ml de una disolución 0,025 M en yoduro, I - (ac), se le añaden 0,1586 g de yodo, I 2 (s), calcule: a) La concentración de cada una de las especies presentes en la disolución una vez se alcance el equilibrio. b) Si una vez alcanzado el equilibrio del apartado a) se añaden 0,0635 g de yodo(s), a los 50 ml de la mezcla anterior cuál será la concentración de yodo cuando se alcance el nuevo equilibrio? DATO.- Masa atómica: I = 126,9 Nota: suponga que la adición de sólido no modifica el volumen de la disolución. 1

2 Junio Para la reacción, 2 NO(g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g), la ley de velocidad es: v= k [NO] 2 [O 2 ]. Cuando las concentraciones iniciales son [NO] 0 =2, y [O 2 ] 0 =1, (mol L -1 ), la velocidad inicial de reacción es 26, mol L -1 s -1. a) Determine las unidades de la constante de velocidad k. (0,4 puntos) b) Calcule el valor de la constante de velocidad, k, de la reacción. (0,8 puntos) c) Calcule la velocidad de reacción si las concentraciones iniciales son [NO] 0 = 1, y [O 2 ] 0 = 1, (mol L -1 ) (0,8 puntos) Junio A 182ºC el pentacloruro de antimonio, SbCl 5 (g), se disocia parcialmente según el siguiente equilibrio: SbCl 5 (g) SbCl 3 (g) + Cl 2 (g) Se introduce cierta cantidad de SbCl 5 (g) en un recipiente cerrado, en el que previamente se ha hecho el vacío, y se calienta a 182 ºC. Cuando se alcanza el equilibrio, a la citada temperatura, la presión total en el interior del recipiente es de 1,00 atmósferas y el grado de disociación del SbCl 5 (g) es del 29,2%. a) Calcule el valor de Kp y de Kc. (1,2 puntos) b) Si cuando se alcanza el equilibrio, a la citada temperatura, el SbCl 5 (g) se ha disociado al 60% cuál será la presión total en el interior del recipiente? (0,8 puntos) DATOS.- R = 0,082 atm L/mol K Junio Dada la reacción: 2 NO (g) + Cl 2 (g) 2 NOCl (g), a) Defina el término velocidad de reacción e indique sus unidades. (0,6 puntos) 2

3 b) Experimentalmente se ha obtenido que la reacción anterior es de orden 2 respecto del NO y de orden 1 respecto del cloro. Escriba la ecuación de velocidad para la citada reacción e indique el orden total de la reacción. (0,6 ptos) c) Deduzca las unidades de la constante de velocidad de la reacción anterior. (0,8 puntos) Septiembre A 375 K el SO 2 Cl 2 (g) se descompone parcialmente según el siguiente equilibrio: SO 2 Cl 2 (g) <==> SO 2 (g) + Cl 2 (g) Kp = 2,4 (a 375 K) Se introducen 0,05 moles de SO 2 Cl 2 (g) en un recipiente cerrado de 2 L de capacidad, en el que previamente se ha hecho el vacío, y se calienta a 375 K. Cuando se alcanza el equilibrio a dicha temperatura, calcule: a) La presión parcial de cada uno de los gases presentes en el equilibrio a 375 K. (1,4 puntos) b) El grado de disociación del SO 2 Cl 2 (g) a la citada temperatura. (0,6 puntos) DATOS: R= 0,082 atm L/K mol Septiembre A 130 ºC el hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO 3 (s), se descompone parcialmente según el siguiente equilibrio: 2 NaHCO 3 (s) <==> Na 2 CO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (g) Kp = 6,25 a 130 ºC Se introducen 100 g de NaHCO 3 (s) en un recipiente cerrado de 2 L de capacidad, en el que previamente se ha hecho el vacío y se calienta a 130ºC. Calcule: a) El valor de Kc y la presión total en el interior del recipiente cuando se alcance el equilibrio a 130ºC. (1,2 puntos) b) La cantidad, en gramos, de NaHCO 3 (s) que quedará sin descomponer. (0,8 puntos) 3

4 DATOS.- Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16; Na = 23; R = 0,082 atm L/mol K. Junio El proceso Deacon suele utilizarse cuando se dispone de HCl como subproducto de otros procesos químicos. Dicho proceso permite obtener gas cloro a partir de cloruro de hidrógeno de acuerdo con el siguiente equilibrio: 4 HCl (g) + O 2 (g) <==> 2 Cl 2 (g) + 2 H 2 O (g) DHº = -114 kj Se deja que una mezcla de HCl, O 2, Cl 2 y H 2 O alcance el equilibrio a cierta temperatura. Explique cuál es el efecto sobrela cantidad de cloro gas en el equilibrio, si se introducen los siguientes cambios: (0,4 puntos cada apartado) a) Adicionar a la mezcla más O 2 (g). b) Extraer HCl (g) de la mezcla. c) Aumentar el volumen al doble manteniendo constante la temperatura. d) Adicionar un catalizador a la mezcla de reacción. e) Elevar la temperatura de la mezcla. Junio A 400 K el trióxido de azufre, SO 3, se descompone parcialmente según el siguiente equilibrio: 2 SO 3 (g) <==> 2 SO 2 (g) + O 2 (g) Se introducen 2 moles de SO 3 (g) en un recipiente cerrado de 10 L de capacidad, en el que previamente se ha hecho elvacío, y se calienta a 400 K; cuando se alcanza el equilibrio a dicha temperatura hay 1,4 moles de SO 3. Calcule: a) El valor de Kc y Kp. (1,2 puntos) b) La presión parcial de cada gas y la presión total en el interior del recipiente cuando se alcance el equilibrio a la citada temperatura. (0,8 puntos) 4

5 DATOS: R=0,082 atm L/K mol Septiembre Razone el efecto que tendrá, sobre el siguiente equilibrio, cada uno de los cambios que se indican: 4NH 3 (g) + 3O 2 (g) <==> 2N 2 (g) + 6H 2 O (g) ; ΔH = kj a) Disminuir la presión total aumentando el volumen b) Aumentar la temperatura c) Añadir O 2 (g) d) Añadir un catalizador (0,5 puntos cada apartado) Septiembre En un recipiente cerrado y vacío de 5 L de capacidad, a 727 ºC, se introducen 1 mol de selenio y 1 mol de hidrógeno, alcanzándose el equilibrio siguiente: Se (g) + H 2 (g) <===> H 2 Se (g) Cuando se alcanza el equilibrio se observa que la presión en el interior del recipiente es de 18,1 atmósferas. a) Calcule las concentraciones de cada uno de los componentes en el equilibrio. (1 punto) b) Calcule el valor de Kp y de Kc. (1 punto) DATO: R = 0,082 atm L K -1 mol -1. Junio a) Razone si son ciertas o falsas las afirmaciones referidas a una disolución acuosa de amoniaco en la que existe el siguiente equilibrio: NH 3 (ac) + H 2 O (l) <===> NH + 4 (ac) + OH - (ac) a1) El porcentaje de amoníaco que reacciona es independiente de su concentración inicial. (0,6 puntos) a2) Si se añade una pequeña cantidad de hidróxido sódico el porcentaje de amoníaco que reacciona aumenta.(0,6 puntos) 5

6 b) El amoníaco es un gas que se forma, por síntesis, a partir de sus componentes de acuerdo con: N 2 (g) + 3 H 2 (g) <===> 2 NH 3 (g) ; ΔH = -92,4 kj. Razone cuáles son las condiciones de presión y temperatura más adecuadas para obtener una mayor cantidad deamoniaco. (0,8 puntos) Junio a) Escriba las expresiones de velocidad para las siguientes reacciones químicas referidas tanto a la desaparición de reactivos como a la formación de productos: a1) 3 O 2 (g) 2 O 3 (g) (0,5 puntos) a2) 4 NO 2 (g) + O 2 (g) 2 N 2 O 5 (g) (0,5 puntos) b) En la reacción: 4 NO 2 (g) + O 2 (g) 2 N 2 O 5 (g), el oxígeno molecular en un determinado momento se está consumiendo con una velocidad de 0,024 M/s. b1) Con qué velocidad se está formando en ese instante el producto N 2 O 5? (0,5 puntos) b2) Con qué velocidad se está consumiendo, en ese momento, el reactivo NO 2? (0,5 puntos) Junio En un recipiente cerrado y vacío de 10L de capacidad, se introducen 0.04 moles de monóxido de carbono e igual cantidad de cloro gas. Cuando a 525 ºC se alcanza el equilibrio, se observa que ha reaccionado el 37.5% del cloro inicial, según la reacción: CO (g) + Cl 2 (g) <===> COCl 2 (g). Calcule: a) El valor de Kp. (1 punto) b) El valor de Kc. (0,5 puntos) c) La cantidad, en gramos, de monóxido de carbono (CO) existente cuando se alcanza el equilibrio. (0,5 puntos) 6

7 DATOS.- Masas atómicas: C = 12 ; O= 16 ; Cl = 35,5 ; R = 0,082 atm.l/mol.k Septiembre Considere la siguiente reacción ajustada de descomposición del carbonato cálcico: CaCO 3 (s) ØCaO (s) + CO 2 (g) ; DH > 0 Explique, justificando la respuesta, si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones: a) La reacción es espontánea a cualquier temperatura. (0,5 puntos) b) La reacción sólo es espontánea a bajas temperaturas. (0,5 puntos) c) La variación de entropía se opone a la espontaneidad de la reacción. (0,5 puntos) d) La reacción será espontánea a altas temperaturas. (0,5 puntos) Septiembre Considere el siguiente equilibrio: 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) <===> 4 NO (g) + 6 H 2 O (g), y responda razonadamente a lassiguientes cuestiones: (0,5 puntos cada una) a) Escriba las expresiones de las constantes Kp y Kc. b) Establezca la relación entre Kp y Kc. c) Razone como influiría en el equilibrio un aumento de la presión mediante una reducción del volumen. d) Si se aumenta la concentración de oxigeno justifique en que sentido se desplazaría el equilibrio; se modificaría el valor de la constante de equilibrio? Septiembre A 700 K el sulfato cálcico, CaSO 4, se descompone parcialmente según el siguiente equilibrio: 2 CaSO 4 (s) <===> 2 CaO (s) + 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 7

8 Se introduce una cierta cantidad de CaSO 4 (s) en un recipiente cerrado de 2 L de capacidad, en el que previamente se hahecho el vacío; se calienta a 700 K y cuando se alcanza el equilibrio, a la citada temperatura, se observa que la presióntotal en el interior del recipiente es de 0,60 atmósferas. a) Calcule el valor de Kp y de Kc. (1,2 puntos) b) Calcule la cantidad, en gramos, de CaSO 4 (s) que se habrá descompuesto. (0,8 puntos) DATOS.- Masas atómicas: O = 16; S = 32; Ca = 40; R = 0,082 atm.l/mol.k Junio Considere el siguiente equilibrio: 3 Fe (s) + 4 H 2 O (g) <===> Fe 3 O 4 (s) + 4 H 2 (g) ; DH = -150 kj/mol Explique cómo afecta, cada una de las siguientes modificaciones, a la cantidad de H 2 (g) presente en la mezcla enequilibrio: (0,4 puntos cada apartado) a) Elevar la temperatura de la mezcla. b) Introducir más H 2 O (g). c) Eliminar Fe 3 O 4 (s) a medida que se va produciendo. d) Aumentar el volumen del recipiente en el que se encuentra la mezcla en equilibrio (manteniendo constante latemperatura). e) Adicionar a la mezcla en equilibrio un catalizador adecuado. Junio A 500ºC el fosgeno (COCl 2 ) se descompone según el equilibrio: COCl 2 (g) ==== CO (g) + Cl 2 (g) a) Calcule el valor de Kp y Kc a 500ºC si una vez alcanzado el equilibrio a dicha temperatura las presiones parciales de CO, Cl 2 y COCl 2 son 0,413 atm, 0,237 atm y 0,217 atm, respectivamente. (0,8 puntos) 8

9 b) Si en un matraz de 5,0 L de volumen, mantenido a 500ºC, se introducen los tres compuestos COCl 2, Cl 2 y CO tal que sus presiones parciales son 0,689 atm, 0,250 atm y 0,330 atm, respectivamente, explicar en qué sentido se producirá la reacción para alcanzar el equilibrio y calcular las presiones parciales de cada uno de los gases una vez alcanzado el equilibrio. (1,2 puntos) -1 DATOS: R = 0,082 atm L K -1 mol Septiembre El metanol se obtiene industrialmente por hidrogenación del monóxido de carbono, según el equilibrio: CO (g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH (l); H = -128 kj/mol Conteste razonadamente si, para conseguir mayor producción de metanol, serán o no favorables cada una de las siguientes condiciones: a) aumentar la cantidad de hidrógeno en el sistema, b) aumentar la temperatura de trabajo, c) disminuir el volumen del reactor, a temperatura constante, d) eliminar metanol del reactor, e) añadir un catalizador al sistema en equilibrio. Junio Cuando el óxido de mercurio (sólido), HgO (s), se calienta en un recipiente cerrado en el que se hecho el vacío, se disocia reversiblemente en vapor de mercurio y oxígeno, de acuerdo con el equilibrio: 2HgO (s) 2Hg (g) + O 2 (g) Si tras alcanzar el equilibrio, la presión total fue de 0,185 atm a 380ºC. Calcule: a) Las presiones parciales de cada uno de los componentes gaseosos. b) Las concentraciones molares de los mismos. c) El valor de las constantes de equilibrio, K c y K p 9

10 -1 Dato: R = 0,082 atm L K -1 mol Junio El peróxido de hidrógeno, H 2 0 2, es una especie termodinámicamente inestable, por lo que en disolución acuosa (agua oxigenada) se descompone para dar oxígeno, O 2 (g) y agua, H 2 O(I). La reacción es acelerada por el ión yoduro, I -. La cinética de descomposición de H 2 O 2 en presencia de I - indica que es de primer orden tanto respecto del H 2 O 2 como del I -. Discuta razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) La velocidad de la reacción no se ve afectada por un aumento o una disminución en la concentración de H 2 O 2. b) La velocidad de la reacción aumenta a medida que se hace mayor la temperatura a la cual se lleva a cabo. c) La velocidad de la reacción aumenta más al doblar la concentración del ión ioduro, I -, que al doblar la concentración de H 2 O 2. Junio A 427 ºC, el cloruro amónico, NH 4 Cl, se descompone parcialmente según la ecuación: NH 4 Cl (s) NH 3 (g) + HCl (g) Se introduce una cierta cantidad de NH 4 Cl (s) en un recipiente cerrado de 5 litros en el que previamente se ha hecho el vacío; se calienta a 427 ºC y, cuando se alcanza el equilibrio a la citada temperatura, se observa que la presión en el interior del recipiente es de 4560 mmhg. a) Calcule el valor de K p y K c. b) Calcule la cantidad (en gramos) de NH 4 Cl que se habrá descompuesto. c) Si inicialmente hay 10,0 g de NH 4 Cl (s) calcule en este caso la cantidad que se habrá descompuesto. 10

11 Datos:Masas atómicas: H = 1; Cl = 35,5 ; N = 14 ; R = 0,082 atm L K mol Septiembre La síntesis del amoniaco, NH 3, tiene una gran importancia industrial. Sabiendo que la entalpía de formación del amoniaco es -46,2 kj.mol -1. a) Prediga las condiciones de presión y temperatura (alta o baja) más favorables para la síntesis del amoniaco, justificando la respuesta. b) A bajas temperaturas la reacción es demasiado lenta para su utilización industrial. Indique razonadamente cómo podría modificarse la velocidad de la reacción para hacerla rentable industrialmente. Septiembre a) Ordene razonadamente las siguientes sales de mayor a menor solubilidad en agua: BaSO 4, ZnS, CaCO 3, AgCl. b) Explique si se formará un precipitado de cloruro de plata al mezclar 100 ml de cloruro de sodio, NaCl, M con 100 ml de nitrato de plata, AgNO 3, M. Datos: K ps (BaSO 4 ) = 1, , K ps (ZnS)= 2, , K ps (CaCO 3 ) = K ps (AgCl) = 1, Septiembre La formamida HCONH 3 es un compuesto orgánico de gran importancia en la obtención de fármacos y fertilizantes agrícolas. A altas temperaturas, la formamida se disocia en amoniaco, NH 3, y monóxido de carbono, CO, de acuerdo con el equilibrio: HCONH 3 (g) NH 3, (g) + CO (g) K c = 4,84 a 400 K En un recipiente de almacenamiento industrial de 200L (en el que previamente se ha hecho el vacío) manteniendolo a una temperatura de 11

12 400K se añade formamida hasta que la presión inicial en su interior es de 1,45 atm. Calcule: a) Las cantidades de formamida, amoniaco y monóxido de carbono que contiene el recipiente una vez alcanzado el equilibrio. b) El grado de disociación de la formamida en estas condiciones (porcentaje de reactivo disociado en el equilibrio). c) Deduce razonadamiente si el grado de disociación de la formamida aumentará o disminuirá si a la mezcla del apartado anterior se añade NH Datos: R = 0,082 atm L K -1 mol Junio Para el siguiente equilibrio químico: SnO 2 (s) + 2H 2 (g) Sn (s) + 2 H 2 O (g) la constante de equilibrio K p vale 2, a 400 K y su valor es de 8, cuando la temperatura de trabajo es de 500K. Conteste razonadamente si, para conseguir mayor producción de estaño, serán favorables las condiciones siguientes: a) Aumentar la temperatura de trabajo; b) Aumentar el volumen del reactor; c) Aumentar la cantidad de hidrógeno en el sistema; d) Añadir un catalizador al equilibrio. Junio El yodo reacciona con el hidrógeno según la siguiente ecuación: 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) El análisis de una mezcla gaseosa de I 2 (g), H 2 (g), HI (g), contenida en un recipiente de 1 L a 227 ºC, donde se ha alcanzado el equilibrio, dio el siguiente resultado: 2, moles de HI; 1, moles de I 2 ; y 2, moles de H 2. 12

13 a) Cuál es la presión de cada uno de los gases en el equilibrio a 227 ºC, y la presión total en el interior del recipiente?. b) Escriba la expresión de la constante de equilibrio K p para la reacción indicada y calcule su valor numérico. c) En el mismo recipiente, después de hecho el vacío, se introducen 10 g de I 2 y 10 g de HI y se mantiene a 227 ºC. Calcule la cantidad (en gramos) de cada uno de los componentes de la mezcla cuando se alcance el equilibrio. -1 Datos: Masas atómicas: H: 1; I: 126,9; R = 0,082 atm L K -1 mol Septiembre a) Deduzca razonadamente si se forma un precipitado de sulfato de bario, BaSO 4, al mezclar 100 ml de sulfato de sodio, Na 2 SO 4, 7, M y 50 ml de cloruro de bario, BaCl 2, 0,015 M. b) Indique cómo evolucionará el equilibrio anterior en cada uno de los 3 supuestos siguientes: b1) Se añade Ba 2+ en forma de Ba(NO 3 ) 2. b2) Se añade SO 2-4 en forma de K 2 SO 4. b3) Se aumenta el volumen añadiendo agua hasta 1 L. Datos: K ps (BaSO 4 ) = 1, Septiembre Sabiendo que el producto de solubilidad, K ps, del hidróxido de calcio, Ca(OH) 2 (s), alcanza el valor de 5, a 25 ºC, calcule: a) La solubilidad molar de este hidróxido. b) El ph de una disolución saturada de esta sustancia. c) El volumen de una disolución 0,045 M de HCl que es necesario añadir a 75 ml de una disolución saturada de hidróxido cálcico para neutralizarla. Junio

14 31. En un recipiente de 200 ml de capacidad y mantenido a 400 ºC se introducen 2,56 gramos de yoduro de hidrógeno alcanzándose el equilibrio siguiente: 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) La constante de equilibrio en esas condiciones vale K p = 0,017. Se desea saber: a) El valor de K c para este equilibrio. b) La concentración de cada uno de los componentes en el equilibrio. c) La presión total en el equilibrio. -1 Datos: Masas atómicas: H: 1; I: 126,9; R = 0,082 atm L K -1 mol Junio En ciertos dispositivos en los que es necesario eliminar el dióxido de carbono, CO 2 (g), producido por la respiración, se utiliza el peróxido de potasio, K 2 O 2 (s), para trasformarlo en oxígeno, O 2 (g), de acuerdo al equilibrio: K 2 O 2 (s) + 2 CO 2 (g) 2 K 2 CO 3 (s) + O 2 (g) H = -15,2 kj/mol Indique, razonadamente, cómo afectaría cada una de las siguientes acciones a la capacidad del sistema para producir oxígeno: a) Aumento de la concentración de CO 2. b) Disminución de la temperatura a la que se lleva a acabo la reacción. c) Reducción del volumen del reactor hasta alcanzar la mitad de su volumen inicial. d) Aumento de la cantidad inicial de K 2 O 2 (s). Junio En la reacción: N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g), en un determinado momento, el hidrógeno está reaccionando a la velocidad de 0,090 mol L - 1 s -1. Se pregunta: 14

15 a) La velocidad a la que está reaccionando el nitrógeno. b) La velocidad con la que se está formando el amoniaco en este mismo momento. c) De cuáles de las siguientes magnitudes depende la constante de velocidad de una reacción, justificando la respuesta: i) de las concentraciones de los reactivos; ii) de las concentraciones de los productos y iii) de la temperatura. Septiembre A 400ºC el hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO 3, se descompone parcialmente según el siguiente equilibrio: 2 NaHCO 3 (s) Na 2 CO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (g) Se introduce una cierta cantidad de NaHCO 3 (s) en un recipiente cerrado de 2 litros en el que previamente se ha hecho el vacío; se calienta a 400 ºC, y cuando se alcanza el equilibrio a la temperatura citada se observa que la presión en el interior del recipiente es de 0,962 atmósferas. a) Calcule el valor de K p y de K c. b) Calcule la cantidad (en gramos) de NaHCO 3 (s) que se habrá descompuesto. c) Si inicialmente hay 1,0 g de NaHCO 3 (s) calcule la cantidad que se habrá descompuesto tras alcanzarse el equilibrio. Datos: Masas atómicas: H:1; C:12 ; O:16 ; Na:23. R = 0,082 atm L K -1 mol -1 Junio La ley de velocidad para la reacción X + Y productos, es de primer orden tanto respecto de X como de Y. Cuando la concentración de X es de 0,15 mol L -1 y la de Y es de 0,75 mol L -1, la velocidad de reacción es de 4, mol L -1 s -1. Calcule: a) El valor de la constante de velocidad de la reacción. 15

16 b) La velocidad de la reacción cuando las concentraciones de X e Y son 0,5 mol L -1. Junio Teniendo en cuenta que los productos de solubilidad, K PS, a 25 C del sulfato de bario, BaSO 4, y el hidróxido de magnesio, Mg(OH) 2, son 1, y 1, respectivamente. a) Calula la solubilidad de cada uno de estos compuestos en agua pura. b) Calcula el ph de una disolución saturada de Mg(OH) 2. Datos: Kw : Septiembre A. Qué es el orden de una reacción? B. Cómo varia la velocidad de una reacción química con la temperatura?. Septiembre El producto de solubilidad del hidróxido de aluminio, Al(OH) 3, vale K PS = Calcula: a) La solubilidad molar del compuesto. b) La cantidad en gramos de Al 3+, que hay en un mililitro de disolución saturada del compuesto. Datos: Masa atómica: Al=27. Junio Razona el efecto que tendrá sobre el siguiente equilibrio cada uno de los cambios: 4 HCl (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (g) + 2 Cl 2 (g) H = -115 kj 16

17 a) Aumentar la temperatura. b) Aumentar la presión total reduciendo el volumen. c) Añadir O 2 (g) d) Eliminar parcialmente HCl (g). e) Añadir un catalizador. Junio El dióxido de nitrógeno, NO 2, de color pardo rojizo, reacciona consigo mismo (dimerización), para dar tetraóxido de dinitrógeno, N 2 O 4, que es un gas incoloro. Una mezcla en equilibrio a 0º C es casi incolora, mientras que a 100º C tiene color pardo-rojizo. Responda razonadamente las siguientes cuestiones: a) Escriba el equilibrio químico correspondiente a la reacción de dimerización. b) La reacción de dimerización, es exotérmica o endotérmica?. c) Escriba la expresión de la constante de equilibrio K p, para la reacción de disociación del dímero en función del grado de disociación y de la presión total. Junio Se ha comprobado que la reacción A + B productos, es de primer orden tanto respecto de A como de B. Cuando la concentración de A es de 0,2 mol L -1 y la de B es de 0,8 mol L -1, la velocidad de reacción es de 5,6mol L -1 s -1. Calcule: a) El valor de la constante de velocidad de la reacción. b) La velocidad de la reacción cuando las concentraciones de A y B son 0,3 mol L -1. Junio

18 42. En el proceso Deacon el cloro (g) se obtiene según el siguiente equilibrio: 4 HCl (g) + O 2 (g) 2 Cl 2 (g) + 2 H 2 O (g) Se introducen 3,285 g de HCl (g) y 3,616 g de O 2 en un recipiente cerrado de 10 L en el que previamente se ha hecho el vacío. Se calienta la mezcla a 390ºC y cuando se ha alcanzado el equilibrio a esta temperatura se observa la formación de 2,655 g de Cl 2 (g). a) Calcule el valor de K c. b) Calcule la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio y, a partir de estas presiones parciales, calcule el valor de K p. -1 Datos.- Masas atómicas: H:1; Cl:35,5; O: 16; R=0,082 atm L K -1 mol Junio La formación de SO 3 a partir de SO 2 y O 2 es una etapa intermedia en la síntesis industrial del ácido sulfúrico: SO 2 (g) + 1/2 O 2 (g) SO 3 (g) Se introducen 128 g de SO 2 y 64 g de O 2 en un recipiente cerrado de 2 L en el que previamente se ha hecho el vacío. Se calienta a 830 ºC y tras alcanzar el equilibrio se observa que ha reaccionado el 80 % del SO 2 inicial. a) Calcula la composición (en moles) de la mezcla en equilibrio y el valor de K c. b) Calcula la presión parcial de cada componente en la mezcla en equilibrio y, a partir de estas presiones parciales, calcula el valor de K p. -1 Datos.- Masas atómicas: S:32 ; O:16, R=0,082 atm L K -1 mol Septiembre La constante K p correspondiente al equilibrio: CO (g) + H 2 O (g) CO 2 (g) + H 2 (g) 18

19 vale 10 a la temperatura de 690 K. Si inicialmente se introducen en un reactor, de 15 litros de volumen, 0,3 moles de CO y 0,2 moles de H 2 O, calcule: a) Las concentraciones de cada una de las especies (CO, H 2 O, CO 2, H 2 ) una vez que el sistema alcance el equilibrio. b) La presión en el interior del recipiente después de alcanzarse el equilibrio. c) Si la constante de equilibrio K p alcanza el valor de 66,2 a 550 K, deduzca si se trata de una reacción exotérmica o endotérmica. -1 Dades: R = 0,082 atm L mol -1 K Junio La obtención de un halógeno en el laboratorio puede realizarse, tratando un hidrácido con un oxidante. Para el caso del cloro la reacción viene dada por el equilibrio: HCl (g) + O 2 (g) H 2 O (g) + Cl 2 (g) a) Ajuste la reacción. b) Escriba la expresión matemática de la constante de equilibrio K c. c) Si en un recipiente de 2,5 litros se introducen 0,07 moles de cloruro de hidrógeno y la mitad de esa cantidad de oxígeno, se alcanza el equilibrio cuando se forman 0,01 moles de cloro e igual cantidad de agua. Calcule el valor de la constante de equilibrio. Septiembre Se dispone de un sistema en equilibrio a 25 ºC que contiene C (s), CO (g) y CO 2 (g): C (s) + CO 2 (g) 2CO (g) ; ΔH = +172,4 kj/mol Justifique si la cantidad de CO (g) permanece constante, aumenta o disminuye cuando: a) Aumenta la temperatura. b) Disminuye la presión. 19

20 c) Se introduce C (s) en el recipiente. Septiembre El CO 2 reacciona rápidamente con el H 2 S, a altas temperaturas, según la reacción siguiente: CO 2 (g) + H 2 S (g) COS (g) + H 2 O (g) En una experiencia se colocaron 4,4 g de CO 2 en una vasija de 2,5 litros, a 337 ºC, y una cantidad suficiente de H 2 S para que la presión total fuese de 10 atm una vez alcanzado el equilibrio. En la mezcla que se obtiene una vez alcanzado el equilibrio existían 0,01 moles de agua. Determine: a) El número de moles de cada una de las especies en el equilibrio. b) El valor de K c. c) El valor de K p. Datos.- Masas atómicas: H=1; C=12; O=16, S=32; R = 0,082 atm L K mol Junio La reacción para la obtención industiral del amoníaco, se basa en la reacción: N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) ΔHº = - 92 kj Razone qué efecto producirá sobre el equilibrio cada uno de los siguientes cambios: a) Una disminución del volumen del reactor a temperatura constante. b) Un incremento de la temperatura a presión constante. c) La adición de un catalizador. Junio El pentacloruro de fósforo se descompone según el equilibrio homogéneo en fase gas siguiente: PCl 5 PCl 3 + Cl 2 20

21 A una temperatura determinada, se introducen en un matraz de un litro de capacidad un mol de pentacloruro de fósforo y se alcanza el equilibrio cuando se disocia el 35% de la cantidad del pentacloruro inicial. Si la presión de trabajo resulta ser de 1,5 atmósferas, se desea saber: a) La constante del equilibrio en función de las concentraciones molares. b) Las constantes parciales de los gases en el momento del equilibrio. c) La constante de equilibrio en función de las presiones parciales. Septiembre Para el equilibrio químico representado por la ecuación: CO (g) + 3H 2 (g) H 2 O (g) + CH 4 (g) ; ΔH = -230 kj Justifique razonadamente el efecto que produciría en la concentración de CH 4 (g) las siguientes modificaciones del equilibrio: a) Un aumento de la temperatura a presión constante. b) Una disminución del volumen del reactor manteniendo la temperatura. c) La adición de un catalizador. Septiembre La constante de equilibrio del sistema H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g) vale a 425ºC, K = 54,27. Se desea saber: a) Cuánto vale la constante para el proceso de formación de un mol de yoduro de hidrógeno. b) Cuánto vale la constante del equilibrio de descomposición de un mol de yoduro de hidrógeno. c) Si en un matraz se introducen, en las condiciones de trabajo iniciales, 0,3 moles de hidrógeno, 0,27 moles de yodo y un mol de yoduro de hidrógeno, hacia dónde se desplazará el equilibrio?. Junio

22 52. Para el equilibrio H 2 (g) + CO 2 (g) H 2 O + CO (g), la K c es 4,40 a 2000K. a) Calcule la concentración de cada especie en el equilibrio si inicialmente se han introducido 1,00 mol de CO 2 y 1,00 mol de H 2, en un recipiente vacío de 4,68 litros, a 2000 K. b) Razone qué sucederá, tras alcanzarse el equilibrio, si manteniendo la temperatura constante se reduce el volumen a la mitad. Cuáles serán ahora las concentraciones de las especies existentes? Y la presión total? -1 Datos: R = 0,082 atm L K -1 mol Septiembre Determine la K p a 1120 K del equilibrio químico representado por C (s) + CO 2 (g) + 2Cl 2 (g) 2 COCl 2 (g) a partir de las constantes de equilibrio siguientes, a 1120 K : C (s) + CO 2 (g) 2 CO (g) ; K p1 = 1, COCl 2 (g) CO (g) + Cl 2 (g) ; K p2 = 1, Septiembre En un recipiente de paredes rígidas se hace el vacío y después se introduce N 2 O 4 (g) hasta alcanzar una presión de 1,00 atm a 100 ºC. El N 2 O 4, se disocia parcialmente según: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) Al alcanzarse el equilibrio la presion total es de 1,78 atm a 100 ºC. a) Calcule la concentracion inicial de N 2 O 4 expresada en mol/litro. b) Calcule las concentraciones de equilibrio de ambos compuestos, expresadas en moles/litro. Calcule tambien el grado de disociación del N 2 O 4 a 100 ºC. c) Calcule K c y K p de la reacción de disociación a 100 ºC Datos: R = 0,082 atm l/mol K Junio

23 55. Para el equilibrio NH 4 Cl (s) NH 3 (g) + HCl (g), el valor de K p es 1, atm 2. a) Si 1 mol de NH 4 Cl (s) se coloca en un recipiente de paredes rígidas, inicialmente vacío, y se cierra. Cuál será la presión parcial del HCl (g), en atm, en el equilibrio?. b) Si después de alcanzado el equilibrio se añade una pequeña cantidad de NH 4 Cl (s), manteniendo el volumen y la temperatura constantes, qué le sucederá a las concentraciones de NH 3 y de HCl. Septiembre A 817 ºC la constante K p para la reacción entre el CO 2 puro y el grafito caliente es 10. CO 2 (g) + C (s) 2 CO (g) Calcular: a) La presión parcial del CO se en el equilibrio a 817 ºC la presión total es de 4 atmósferas. b) La fracción molar de CO 2 en el equilibrio anterior. c) La K c a 817 ºC. Septiembre El compuesto NH 2 CO 2 NH 4 (s) se descompone al calentarlo según la reacción: NH 2 CO 2 NH 4 (s) CO 2 (g) + 2 NH 3 (g) En un recipiente, en el que previamente se ha hecho el vacío se calienta una cierta cantidad del compuesto sólido y se observa que la presión total del gas en el equilibrio es 0,843 atm a 400 K. a) Calcular K p y K c para el equilibrio representado. b) Calcular la cantidad (en moles) del compuesto sólido que quedará sin descomponer si se introduce 1 mol en un recipiente vacío de 1 litro y se calienta hasta 400 K. Datos: R = 0,082 atm L/(K mol) 23

24 Junio Para el equilibrio químico que aparece representado por la reacción: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g), los valores de K p a 400 y 500 K son respectivamente 4,79 10 y 1, atm. Justificar el efecto que producirá en la concentración de NO 2 las siguientes modificaciones del equilibrio. a) Un aumento de temperatura a presión constante. b) Un aumento de presión a temperatura constante. c) Un aumento de volumen a temperatura constante. Junio El fosgeno, COCl 2, se descompone a elevada temperatura dando monóxido de carbono, CO, y cloro, Cl 2. Cuando se alcanza el equilibrio se observa que la presión total es 2,175 atm. a) Calcular la K c para la reacción COCl 2 (g) CO (g) a 1000 K. b) Una vez alcanzado el equilibrio se disminuye el volumen a la mitad manteniendo la temperatura constante. Indicar cualitativamente qué sucederá con el número de moles y con la concentración de las especies existentes. Datos: Pesos atómicos: C= 12 ; O = 16 ; Cl =35,5 Septiembre Se tiene una mezcla formada por los siguientes gases: CO, Cl 2 y COCl 2 a 400 ºC y 1 atm de presión en equilibrio: CO (g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g) Razonar y justificar si las siguientes afirmaciones son o no correctas: Si se introduce en el sistema una pequeña cantidad de Cl 2, manteniendo el volumen y la temperatura constantes, cuando el sistema restablezca el equilibrio: a) El cociente [ COCl 2 ] equil / [CO] equil [Cl 2 ] equil será mayor. b) La masa de CO será mayor. 24

25 c) La masa de Cl 2 será mayor. d) La concentración de COCl 2 será menor. Septiembre A la temperatura de 400ºC el NH 3 se encuentra disociado en un 40% en N 2 e H 2 cuando la presión total del sistema es 710 mm Hg. Calcular: a) La presión parcial de cada uno de los gases en el equilibrio. b) Sabiendo que el volumen del recipiente es 486,5 litros, calcular el número de moles de cada especie en el equilibrio c) El valor de K p a 400º C para 2 NH 3 (g) N 2 + 3H 2 (g) Datos: Pesos atómicos: N = 14; H = 1; R = 0,082 atm. litro/grado.mol Junio Para una hipotética reacción, cuya ecuación química es A (g) B (g) se plantean como posibles gráficas concentración = f(t): Justificar qué gráfica corresponderá a cada uno de los siguientes casos: a. Kc >>>> 1 ; b. Kc >>>> 1 c. Kc = 1 Junio Las siguientes reacciones han alcanzado el equilibrio a una misma temperatura: H 2 + I 2 2 HI 2 HI H 2 + I 2 K p ' 1/2 H 2 + 1/2 I 2 HI K p '' HI 1/2 H 2 + 1/2 I 2 K p ''' 25 K p

26 Calcular las constantes K p ', K p '' y K p '''; sabiendo que K p = 59,42 Septiembre Para la reacción de disociación del N 2 O 4 gaseoso, según la ecuación: N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g), la k p vale 2,49 a 60 ºC. a) Calcular el grado de disociación del N 2 O 4 a 60 ºC y una presión total en el equilibrio de 1 atm. b) Suponiendo que disminuyésemos el volumen a temperatura constante, predecir justificadamente: i. Qué le sucederá a la cantidad (moles) de NO 2? ii. Qué le sucederá a la concentración de NO 2? Septiembre El proceso de Haber para la obtención del amoniaco implica la utilización de presiones elevadas (unas 250 atm) y temperaturas lo mas bajas posibles (unos 400 ºC) para que la velocidad de reacción sea suficiente. Justificar razonadamente estos hechos. N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) ; ΔH = -92 kj Junio En un recipiente de 10 litros se introducen 0,61 moles de CO 2 (g) y 0,39 moles de H 2 (g) y se calienta a 1250 ºC. Una vez alcanzado el equilibrio, se analiza la mezcla y se encuentra que hay 0,35 moles de CO 2. a) Calcular K c y K p para la ecuación CO 2 (g)+h 2 (g) CO (g)+h 2 O (g) a 1250 ºC b) Predecir, justificadamrnte, lo que sucederá con las concentraciones de todas las especies, si se añade una pequeña cantidad de H 2 (g) a temperatura constante. 26

27 c) Tras alcanzarse el equilibrio planteado en el enunciado, se añade 0,22 moles de H 2 (g) a temperatura constante. Calcular los moles existentes en el nuevo equilibrio de cada una de las especies. Junio El carbonato de plata, Ag 2 CO 3, tiene tendencia a descomponerse. Si se mantiene en un recinto cerrado, acaba por alcanzar el estado de equilibrio representado por: Ag 2 CO 3 (s) + calor Ag 2 O (s) + CO 2 (g) con una K p de 0,0095 atm a 110ºC. a) Suponiendo se introducen 0,5 g de Ag 2 CO 3 (s) en un recipiente de 100 ml y se calienta a 110ºC qué valor alcanzará la presión de CO 2 cuando se alcance el equilibrio? b) Qué sucederá si una vez alcanzado el equilibrio se eleva la temperatura a 115ºC? c) Qué sucederá, si una vez alcanzado el equilibrio, se permite que se expansione el recipiente hasta el doble de su volumen? Septiembre El monóxido de nitrógeno, NO, es un contaminante atmosférico capaz de descomponer las moléculas de ozono en la alta atmósfera. La constante de equilibrio para la formación del NO tiene un valor de a 25 ºC y de 0,10 a 2000 ºC: N 2 (g) + O 2 (g) 2NO (g) a) Explicar razonadamente si se formará más fácilmente el NO a baja o a elevada temperatura. b) En un recipiente de 2 litros, en el que se ha hecho previamente el vacío, se colocan 0,060 moles de N 2 y 0,020 moles de O 2 y se calienta a 200ºC. Calcular las concentraciones de los tres gases cuando se alcance el equilibrio. 27

28 c) Explicar razonadamente si se hubiera obtenido mayor cantidad de NO en el apartado anterior si el recipiente se hubiera comprimido hasta un volumen de 0,50 litros. Junio A una temperatura determinada se produce la reacción: Xe (g) + 2F 2 (g) XeF 4 (g) a) Se mezclan 0,4 moles de Xe con 0,8 moles de F 2 en un recipiente de dos litros. Cuando se alcanza el equilibrio, el 60% de todo el Xe se ha convertido en XeF 4. Hallar K c. b) En otra experiencia, se mezclan 0,4 moles de Xe con "y" moles de F 2 en el mismo recipiente; y cuando se alcanza el equilibrio a la misma temperatura anterior, el 75% de todo el Xe se ha convertido en XeF 4. Hallar el valor de "y". Junio Para cada una de las frases siguientes decir si es verdadera o falsa justificando la respuesta. a) El equilibrio se alcanza cuando alguno de los reactivos se agota. b) Para la reacción de fabricación de la cal viva: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) Si queremos descomponer todo el CaCO 3 es preferible trabajar en un recipiente abierto. c) Las constantes K p y K C tienen el mismo valor numérico para la reacción: N 2 O (g) 2 NO 2 (g) d) Cuando se alcanza el equilibrio no se produce ninguna reacción. Septiembre

29 71. Se colocan 16,68 g de pentacloruro de fósforo, PCl 5, en un recipiente de 2 litros en el que previamente se ha hecho el vacío, Se calienta a 300ºC con el PCl 5 se disocia parcialmente: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) ; K c = 0,25 a) Calcular las concentraciones de los tres gases cuando se alcance el equilibrio. b) Calcular el grado de disociación α del PCl 5 en estas condiciones. c) Calcular la presión total en el equilibrio. d) Calcular la constante de equilibrio K p. Datos: Pesos atómicos: Cl:35,5 ; P:31 Septiembre La segunda etapa del proceso de Ostwald para la fabricación del ácido nítrico consiste en la oxidación del monóxido de nitrógeno: 2NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) ; ΔH = -113 kj Qué condiciones de presión y temperatura conviene adoptar para obtener un elevado rendimiento en la producción de NO 2? Razonar la repuesta Junio Al calentar el cloruro de nitrosilo, NOCl, se disocia según la ecuación: NOCl (g) NO (g) + 1/2 Cl 2 (g) Cuando se calientan a 350 ºC, en un volumen de 1 L, una muestra de NOCl puro que pesa 1,50 g, el grado de disociación resulta ser del 57,2%: a) Determinar el valor de la presión total. b) Calcula K p. c) Si se comprime hasta reducir el volumen a la mitad, Cuál será el valor de la K p y de la presión total? Septiembre

30 74. El dióxido de azufre es causa de la lluvia ácida y se produce en los alrededores de algunas centrales térmicas al quemarse el azufre que acompaña algunas hullas y/o petróleos. El dióxido de azufre se utiliza para obtener mediante su oxidación trióxido de azufre. a) Calcula la entalpía de esta reacción de oxidación del SO 2 a SO 3. Es exotérmica o endotérmica? b) Cuáles serían las mejores condiciones de presión y temperatura que favorecerían una mayor producción de trióxido de azufre?: SO 2 (g) SO 3 (g) ΔH f -296,9-395,2 kj mol -1 c) Al calentar a 600 ºC en un reactor de 1 litro de volumen trióxido de azufre y alcanzar el equilibrio y analizar el contenido existían: n(so 3 ) = 0,0106 moles de SO 3 n(so 2 ) = 0,0032 moles de SO 2 n(o 2 ) = 0,0016 moles de oxígeno Calcula la presión total del reactor. d) Calcula la K p para la reacción de formación del trióxido de azufre a 600ºC. Septiembre El oxígeno molecular se encuentra en equilibrio con el ozono según la reacción representada por la ecuación: 3O 2 (g) 2O 3 (g) ; ΔHº = 283 kj Justificar hacia dónde se desplaza el equilibrio cuando: a) Disminuye la presión. b) Disminuye la temperatura. c) Explica la importancia de esta reacción en relación con los problemas actuales que tiene la atmósfera. 30

31 Junio