Equilibrio Químico (II) Kp. Principio de Le Chatelier. Mezclas de gases. Presión parcial

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1 . Priiio de e Chatelier IES a Magdalea. vilés. sturias Mezlas de gases. Presió arial E ua mezla de gases odemos alular la resió total de la mezla si ooemos el úmero total de moles gaseosos ( Tot ) aliado la euaió geeral de los gases erfetos: Mezla de gases (vaor de H O y O ). a resió total de la mezla se uede alular ooiedo el úmero total de moles gaseosos. P = R T Tot Tot P = R T = R T = oetraió e moles/ Para ada omoete (.e. el ) odemos defiir lo que llamaremos resió arial ( ) omo la resió que ejerería si él solo ouara el volume total de la mezla a la temeratura dada. Podemos alular la resió arial del omoete aliado la euaió de los gases e las odiioes desritas: = R T = oetraió e moles/ del omoete Se umle que: P = + B + C (osiderado ua mezla de tres omoetes) Se uede relaioar la resió arial de u omoete o la resió total de la mezla. Dividiedo ambas exresioes teemos: R T = ; = ; = P = xp ; P R T P tot tot tot = R T = R T = x P x = fraió molar del omoete = tot Para ua mezla de (or ejemlo) tres omoetes tedremos: x = tot C C = tot Presió arial del omoete (O ) es la resió que ejerería si él solo ouara el volume total de la mezla a la temeratura dada. B B C + B + C tot xb = x + xb + xc = + + = = = 1; x + xb + xc = 1 tot tot tot tot tot tot x 1

2 Químia º Bahillerato. IES a Magdalea. vilés. sturias Costate de equilibrio e fuió de las resioes ariales ( P ) E las reaioes e las que itervega úiamete gases es más ómodo medir resioes que oetraioes, or eso se defie la ostate de equilibrio P e fuió de las resioes ariales : a (g) + b B(g) C(g) + d D(g) d C D P = a b B = resió arial del omoete B = resió arial del omoete B C = resió arial del omoete C D = resió arial del omoete D Ua vez defiidas es bastate seillo eotrar ua exresió que os relaioe ambas ostates: Para la reaió geeral: a (g) + b B(g) C(g) + d D(g) Usado la euaió de los gases odemos relaioar la resió arial y la oetraió (e mol/) de ada omoete: = R T ; = R T = R T mol = R T = [ ] R T; [ ] = oetraió de e Por tato: [ C ] [ D ] ( ) ( RT) ( RT) ( RT) ( RT) d d d d C D C D = = = B B a b a b a b a b B d C D P = a b B ( RT) ( ) (+ d) a+ b = RT = Iremeto úmero de moles gaseosos Ejemlo 1 (Oviedo ) E u reiiete de,0, e el que reviamete se ha realizado el vaío, se itrodue 1,5 moles de PCl 5 (g), 0,5 moles de PCl 3 (g) y 1,0 mol de Cl (g). a mezla se alieta a 00 0 C, alazádose el equilibrio: PCl (g) + Cl (g) PCl (g) Si e el equilibrio el úmero total de moles de gas es,57, alule los valores de y a 00 0 C DTO: R =0,08 atm -1 mol -1 Soluió: 3 5 Comrobamos si el sistema se euetra e el equilibrio e las odiioes (iiiales) dadas e el euiado. Para ello alulamos el úmero de moles gaseosos y omaramos o los que existe e el equilibrio: ( tot ) 0 = (1,5+0,5+1,0) moles = 3,0 moles (gaseosos) Como e el equilibrio existe,57 moles de gas, deduimos que el sistema o está e equilibrio. Evoluioará haia el equilibrio dismiuyedo el úmero de moles gaseosos, lo que se oseguirá si reaioa PCl 3 y Cl ara dar PCl 5 (dismiuye el úmero de moles gaseosos) Moles PCl 3 Cl PCl 5 Iiiales 0,5 1,0 1,5 Reaioa/se forma x x x Equilibrio 0,5- x 1,0 - x 1,5 + x

3 Químia º Bahillerato. IES a Magdalea. vilés. sturias Por tato e el equilibrio se debe de umlir: tot = (0,5-x)+(1,0-x)+(1,5+x) =,57. Por tato: x = 0,43 moles Y ara el equilibrio: 0,5 0,43 moles PCl3 = = 0,035,0 moles 0,965 1,0 0,43 moles [ PCl5 ] moles Cl = = 0,85 = = = 96,7,0 [ PCl3 ][ Cl ] moles moles 0,035 0,85 1,5 + 0,43 moles PCl5 = = 0,965,0 [ ] [ ] [ ] = (RT) Ejemlo (Oviedo ) E u matraz de 1,75, e el que reviamete se ha realizado el vaío, se itrodue 0,1 moles de CO(g) y 1 mol de COCl (g). otiuaió se establee el equilibrio a 668 : Si e el equilibrio la resió arial de Cl (g) es 10 atm, alule: a) as resioes ariales de CO(g) y de COCl (g) e el equilibrio b) os valores de y ara la reaió a 668 Soluió: = (RT) = 96,7 mol atm 0,08 mol 473 DTO: R =0,08 atm -1 mol -1 CO(g) + Cl (g) COCl (g) os moles de loro (gas) e el equilibrio se uede alular a artir de su resió arial: = R T Cl Cl Cl 10 atm 1,75 Cl = = = 0,319 moles R T atm 0, mol Como e el euiado se die que o existe loro iiialmete, el equilibrio, forzosamete, ha de estableerse graias a la desomosiió del COCl, luego: Moles CO Cl COCl Iiiales 0,1 0 1,0 Reaioa/se forma x x x Equilibrio 0,1+x x 1,0 - x =,49 atm Por tato: x = 0,319 moles. Para el equilibrio: CO = 0,1 + x = 0,1 + 0,319 = 0,419 moles Cl = x = 0,319 moles Tot = (0, , ,681) moles = 1, 419 moles COCl = 1,0 x = 1,0 0,319 = 0,681moles 3

4 Químia º Bahillerato. IES a Magdalea. vilés. sturias Podemos alular las resioes ariales e el equilibrio a artir de los moles e el equilibrio y la exresió: RT i RT i = i RT ; i = = i Para el CO: atm 0, RT mo l CO = CO = 0,419 mol = 13,11atm 1,75 Reitiedo el álulo ara el COCl, obteemos COCl = 1,3 atm as ostates de equilibrio valdrá: P = COCl 1,3 atm = = 0,163 atm 13,10 atm 9,99 atm CO Ejemlo 3 (Oviedo ) E u reiiete de, e el que reviamete se ha realizado el vaío, se itrodue,0 g de CO (g) y arboo sólido e exeso. El ojuto se alieta a 1173, estableiédose el equilibrio químio reresetado or la euaió: C(s) + CO (g) CO(g) a) Si e el equilibrio hay,1 g de CO(g), alule las resioes ariales de CO (g) y de CO(g) e el equilibrio. b) Calule los valores de y ara el equilibrio a 113 Soluió: Cl = (RT) = 0,163 atm DTOS: R =0,08 atm -1 mol -1. Masas atómias: C=1 u; O=16 u. Moles de CO iiiales: atm mol 0, = 8,93 mol 1mol CO,0 g CO 44,0 g CO Para que se estableza el equilibrio deberá de reaioar el CO ara dar CO: Moles CO CO Iiiales 0, Reaioa/se forma x x Como e el equilibrio hay,1 g de CO: 1mol CO,1 g CO 8,0 g CO x = 0,0750 x = 0,0375 moles Equilibrio 0,0455-x x CO = 0,0455-0,0375 = 0,008 moles CO = x = 0,0750 moles = 0,0750 moles CO = 0,0455 moles CO 1 4

5 Químia º Bahillerato. IES a Magdalea. vilés. sturias a resió arial ara el CO será or tato: RT CO = CO = 0,0750 mol y reitiedo el álulo ara el CO : CO = 0,385 atm. b) alor de las ostates de equilibrio: CO 3,61 atm = = 0,385 atm CO = (RT) = 33,8 atm atm 0,08 mo 1173 l = 33,8 atm = 3,61atm atm mol 0, = 0,351 mol Fatores que ifluye e el equilibrio. Priiio de e Chatelier Ua vez estableido el equilibrio e u sistema, este se uede ver alterado debido a la iflueia de odiioes exteras, etoes el sistema evoluioará ara volver a restableer el equilibrio. Segú el riiio de e Chatelier (1884): "Si u sistema e equilibrio es erturbado, evoluioará e el setido de aular la erturbaió itroduida hasta alazar de uevo el equilibrio." Cosideremos el sistema: a reaió es exotérmia uado se realiza de izquierda a dereha (e el setido de dar agua y loro) tal y omo os idia el dato termoquímio. Ua vez alazado el equilibrio las oetraioes de reativos y rodutos ermaeerá ostates o el tiemo. Perturbemos ahora esta situaió itroduiedo distitos ambios: ñadamos O a adiió de O modifiará la oetraió (o la resió arial) de este gas. El equilibrio se rome y el sistema evoluioará e el setido de reobrarlo uevamete. Cómo se osigue?... haiedo que el O añadido reaioe o el HCl(g) ara dar H O(g) y Cl (g), hasta que el oiete de reaió alae el valor de la ostate de equilibrio orresodiete. Es deir, al añadir ua de las eseies químias el equilibrio se deslaza e el setido de osumir la eseie añadida. Extraigamos Cl 0 4 HCl(g) + O (g) HO(g) + Cl (g) H = 14 kj Razoado de forma areida oluiríamos que al extraer Cl (g)el sistema trata de reuerar el equilibrio geerado más Cl (g), lo que se osigue haiedo que el sistema se deslae e el setido de reaioar HCl(g) o O (g)ara dar H O(g) y Cl (g). Es deir, al extraer ua de las eseies químias el equilibrio se deslaza e el setido de geerar la eseie extraída. ariemos la temeratura Si dismiuimos la temeratura la maera que el sistema tiee de aular la erturbaió itroduida (e Chatelier) es deslazado el equilibrio e el setido e el que la reaió libera alor (ara elevar la temeratura). E este aso haia la dereha. 5

6 Químia º Bahillerato. IES a Magdalea. vilés. sturias Por el otrario si se aumeta la temeratura, el sistema evoluioa e el setido de osumir alor (lo que rovoará ua dismiuió de la temeratura). E este aso haia la izquierda. ariemos la resió Si dismiuimos la resió el sistema se deslazará e el setido e el que aumete el úmero de moles gaseosos, geerado de esta maera más gas ara rovoar ua subida de la resió. E este aso haia la izquierda. Si aumetamos la resió el sistema evoluioa e el setido de dismiuir el úmero de moles gaseosos (rovoado ua dismiuió de la resió. E este aso haia la dereha). Ejemlo 4 (Oviedo ) Para la reaió: Exlique el efeto de ada uo de los siguietes fatores e la atidad de HI(g) resete e la mezla e equilibrio: a) Elevar la temeratura de la mezla. b) Itroduir más C 5 H 6 (g) e el reiiete que otiee la mezla. Soluió: + + = + 0 I (g) C5H 8(g) C5H 6(g) HI(g) H 9,5 kj / mol Segú el riiio de e Chatelier, el sistema se deslaza e el setido de aular la erturbaió itroduida. a) E este aso la reaió es edotérmia si vamos de izquierda a dereha. Por tato si elevamos la temeratura, el sistema se deslaza e el setido de osumir alor. E este aso haia la dereha, o lo que aumetaría la oetraió de HI(g) y C 5 H 6 (g) y dismiuiría la de I (g)y C 5 H 8 (g). b) l itroduir C 5 H 6 (g) el sistema evoluioará e el setido de osumirlo, luego dismiuirá la oetraió de HI(g) y C 5 H 6 (g) y aumetará la de I (g) y C 5 H 8 (g). Ejemlo 5 (Oviedo ) Para la reaió e equilibrio: Exlique el efeto que sobre la atidad de NO(g) e el equilibrio tedrá: a) Ua dismiuió de la [O ] mateiedo ostate el volume del reiiete. b) Trasferir la mezla e equilibrio a u reiiete uyo volume es la mitad del volume del reiiete origial, a la misma temeratura Soluió: 0 4 NH 3(g) + 5 O (g) 4 NO(g) + 6 HO(g) H = 904,4 kj Segú el riiio de e Chatelier, el sistema se deslaza e el setido de aular la erturbaió itroduida. a) Si dismiuimos la oetraió de O (g) el sistema evoluioará e el setido de geerarlo, deslazádose e el setido de osumir NO(g) y H O(g) y dar O (g) y NH 3 (g). uego la oetraió de NO(g) dismiuirá. b) Dismiuir el volume del reiiete equivale a aumetar la resió total. El sistema evoluioará e el setido de aular este aumeto de resió, lo que se logrará dismiuyedo el úmero de moles gaseosos. E este aso haia la izquierda. a oetraió de NO(g) dismiuirá. 6

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