EQUILIBRIO QUÍMICO SOLUCIONES A LAS ACTIVIDADES DE FINAL DE UNIDAD. para cada una de las siguientes reacciones reversibles: O (g) FNO. p p.

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1 8 EQUILIBRIO QUÍMICO SOLUCIONES A LAS ACTIVIDADES DE FINAL DE UNIDAD Constante de equilibrio 1 Escribe la eresión de las constantes de equilibrio K y K c ara cada una de las siguientes reacciones reversibles: a) F NO NOF b) 1/ F NO NOF c) 4 NH 3 5 O 4 NO 6 H O a) F NO FNO [FNO FNO : K ; K F c [F [NO b) 1/ F NO F NO [FNO FNO : K ; K 1/ c [F 1 / [ NO F 6 4 c) 4 NH 3 5 O HO NO 4 NO 6 H O : K ; K 4 5 c [ 4 NO [ H O 4 [ NH [O 5 El equilibrio: PCl 5 PCl 3 Cl tiene un valor de K igual a cuando la temeratura es 70 ºC Se mezclan en un reciiente cerrado de 0 L 0,1 moles de PCl 3 y 0, moles de Cl, y se esera hasta alcanzar el equilibrio a esa temeratura Calcula la resión que en ese momento ejerce la mezcla de gases Reacción de equilibrio: PCl 5 PCl 3 Cl ; K Moles iniciales: 0,1 0, Moles en equilibrio: 0,1 0, Moles totales en equilibrio: n (0,1 ) (0, ) (0,3 ) La resión total en el equilibrio vale: n RT ; sustituyendo datos, queda: V (0,3 ) mol 0,08 atm L K 1 mol 1 (70 73) K 0 L,63 (0,3 ) atm NO NO NH3 O 3 Unidad 8 Equilibrio químico 1

2 Y sustituyendo ahora en la eresión de K, queda: PCl 3 Cl 0, 1 0, 3 0, 0, 3 K ; PCl5 0,3,63 (0,1 ) (0, ), de donde se obtiene 1,198 0,0 0, cuya única solución acetable es 0,017 mol Por tanto, en el equilibrio,,63 (0,3 0,017) 0,63 atm 3 Para el equilibrio: SO Cl SO Cl es K,4, a 375 ºC En un reciiente de 1 L se colocan 6,7 g de SO Cl, se cierra y se calienta hasta la temeratura citada Calcula la resión arcial que ejercerá cada gas en el equilibrio Reacción de equilibrio: SO Cl SO Cl ; K,4 Moles iniciales: 6,7/135 Moles en equilibrio: 0,05 Moles totales en equilibrio: n (0,05 ) 0,05 La resión total en el equilibrio vale: n RT 53,136 (0,05 ) atm V P S P O Cl Sustituyendo en la eresión de K, queda: P SOCl (0,1 ) (0, ) 0,3 0,05 0,05 0, 05,4 0,05 0, 05 0, ,136, de donde se obtiene la ecuación 53,136,4 0,1 0 0,05 de donde se obtiene 0,03 mol Así que: 0,03 Cl SO 53,136 (0,05 0,03) 1,594 atm 0,05 0,03 SO Cl 53,136 (0,05 0,03) 0, 05 0, 03 1,063 atm 0, 05 0, 03 4 Se introducen 1,00 mol de H y 1,00 mol de CO en un reciiente de 4,68 L a 000 K En esas condiciones tiene lugar la reacción: H CO H O CO siendo K c 4,40 Calcula la concentración de cada esecie en el equilibrio Unidad 8 Equilibrio químico

3 Equilibrio de reacción: H CO H O CO ; K c 4,40 Moles iniciales: 1,00 1,00 Moles en equilibrio: 1 1 Sustituyendo en K c [ H O[CO 4, 68 4, 68 ; [ H [CO 4,40 (1 ) ,68 4,68 de donde se obtiene 0,677 mol Por tanto: [H eq [CO eq 1 0, 677 0,069 mol L 1 4, 68 Cociente de reacción [H O eq [CO eq 0, 677 0,145 mol L 1 4, 68 5 En un reciiente metálico de,00 L y a 350 ºC coeisten 8,0 g de nitrógeno, 6,46 g de hidrógeno y 5,50 g de amoníaco Justifica si la mezcla gaseosa se encuentra en equilibrio Dato: K c a 350 ºC 0,78 Equilibrio de reacción: N 3 H NH 3 O ; K c 0,78 [ NH 5, 50/ 17, 00 3 inicia l Como el cociente de reacción Q c 1, [N [ H inicial inicial 8, 0/, ,46/1 3,00 es menor que K c 0,78, la mezcla no está en equilibrio y evolucionará hacia la formación de amoníaco, NH 3 6 A 98 K, la K del equilibrio: NO N O 4 es igual a 6,7 Razona en qué sentido evolucionará una mezcla de los dos gases cuya resión arcial sea la misma e igual a 1 atm Calcula la resión arcial de los dos gases cuando se alcance el equilibrio 1 El cociente de reacción vale Q 1 1, que es inferior a K 6,7 La mezcla evoluciona hacia la formación de N O 4 PN O4 1 En el equilibrio: K ; 6,7, donde es el incremento de la resión PN O (1 ) arcial de N O 4 De aquí se obtiene la ecuación de grado: 6,8 7,8 5,7 0 Por tanto, 0,81 atm, y N O 4 1,81 atm, NO 0,438 atm Unidad 8 Equilibrio químico 3

4 7 En un matraz de reacción de L se introducen,5 moles de NaHCO 3, 0,15 moles de Na CO 3,,5 10 moles de CO y 4, moles de H O; todos ellos en el estado de agregación que indica la siguiente ecuación ajustada: Na CO 3 (s) CO H O NaHCO 3 (s) Se encuentra el sistema en equilibrio? En caso negativo, razona hacia dónde se deslazará el equilibrio Dato: K c Es un equilibrio heterogéneo 1 1 Q c [CO [H O inicia l inicial 0, Como Q c > K c, el sistema no está en equilibrio Evolucionará hacia la izquierda, es decir, hacia la descomosición de NaHCO 3 8 A ºC, el equilibrio: tiene una K 1,65 CO C(s) CO En un reciiente de 5 L, se analiza la mezcla en un momento dado, encontrándose que eisten 0,30 moles de CO y 0,10 moles de CO Razona si la mezcla se encontraba en equilibrio Si no fuese así, calcula ara qué valores de CO y CO el sistema lo estará Como es equilibrio heterogéneo, en Q y K solo intervienen las esecies gaseosas: C O Q CO 0,1 RT V 0,3 RT V R T 0, 1 V 0, 3 0 0,08 atm L K 1 mol K, L, 3 Q 0,696, que es menor que K 1,65 El sistema no está en equilibrio y evoluciona hacia la formación de CO: K 1,65 R T (0,1 ) V 0,3 ; 1,65 0,88 0,01 0, 4 4 0,3 De aquí se obtiene la ecuación de grado: 4 0,479 0,0137 0; 0,039 mol En el equilibrio, n CO 0,1478 mol y n CO 0,761 mol Grado de disociación 9 El COCl gaseoso se disocia a K según el equilibrio: COCl CO Cl calcula el valor de K cuando la resión del sistema en equilibrio es 1 atm y el grado de disociación es del 49% Unidad 8 Equilibrio químico 4

5 Reacción de equilibrio: COCl CO Cl Moles iniciales: n i Moles en equilibrio: n i (1 0,49) 0,49 n i 0,49 n i ; n total n i (1 0,49) 0,49 ni CO Cl 1 atm 0,39 atm ni (1 0,49) COCl 1 atm n ( 1 0, 49) i C O Cl (0, 39) 0,34 atm ; K n ( 1 0, 49) 0,3 0, 34 i COCl 10 A 000 ºC, el dióido de carbono se descomone según la ecuación: CO CO O Sabiendo que cuando la resión total es 1 atm, la resión arcial de O vale 0,3 atm, calcula el valor de K, el grado de disociación, así como las resiones arciales que ejerce cada gas en el equilibrio Reacción de equilibrio: CO CO O Si llamamos O, será: CO O y CO 1 CO O 1 3 Como O 0,3 atm, será CO 0,46 atm y CO 0,31 atm Como de CO se forma tanto como CO se ha disociado, será: 0,46 α 0,6 (disociado al 60%) 0,31 0,46 CO O 0,46 0,3 La constante de equilibrio K ; K 0,3 1 0,51 CO 11 El cloruro de nitrosilo, NOCl, se disocia según el siguiente equilibrio: NOCl NO 1/ Cl Cuando se calienta a 350 ºC una muestra de NOCl que esa 1,75 g en un reciiente cerrado de 1 L, se observa una resión total de 1,75 atm Calcula el grado de disociación del NOCl Reacción de equilibrio: NOCl NO 1/ Cl Moles iniciales: 1,75/65,5 Moles en equilibrio: 0,067 (1 α) 0,067α 0,067 α Moles totales: n 0,067 (1 α) 0,067α 0,0 67α 0,067 1 α V Alicando la ecuación de los gases erfectos: V nrt ; n ; y R T n 1,75 atm 1 L 0,08 atm L K 1 mol 1 (350 73) K 0,0343 0,067 1 α 0,0343 mol De aquí: ; α 0,57 es el grado de disociación del NOCl Unidad 8 Equilibrio químico 5

6 Equilibrios heterogéneos 1 Escribe la eresión de las constantes de equilibrio K y K c ara cada una de las siguientes reacciones reversibles: a) H I (s) HI b) Fe O 3 (s) CO FeO (s) CO c) NH 4 Cl (s) NH 3 HCl a) H I (s) HI : K HI ; K c [ HI [ H H b) Fe O 3 (s) CO CO FeO (s) CO : K ; K c [ CO [ CO c) NH 4 Cl (s) NH 3 HCl : K NH3 HCl ; K c [NH 3 [HCl 13 En un reciiente de 0, L en el que se ha hecho el vacío, se introducen 0,001 g de H y 3, g de H S Se calienta el sistema a 380 K, con lo que se establece el equilibrio: H S H S (s); K c 7,0 10 Calcula la resión total en el equilibrio Reacción de equilibrio: H S H S (s); K c 7,0 10 CO Moles iniciales: 3,/34 0,001/ Moles en equilibrio: 0, [ H 0, Como K c, será: 0,07 ; or tanto, 5, mol [ H S 0,09 4 0, El número total de moles de gas en equilibrio es: n (0,094 5, ) ( , ) 0,0945 mol Por tanto, n RT 0,0945 mol 0,08 atm L mol 1 K K 14,7 atm V 0, L Obsérvese que el número total de moles de gas no deende de la osición del equilibrio; vale en todo momento 0,0945 mol 14 En un reciiente vacío se introduce bicarbonato sódico sólido Se cierra el reciiente, y se calienta a 10 ºC, roduciéndose la reacción: NaHCO 3 (s) Na CO 3 (s) CO H O Sabiendo que en el equilibrio la resión del sistema es de 1 70 mmhg, calcula K y K c Por ser equilibrio heterogéneo, K CO H O, donde CO H O Unidad 8 Equilibrio químico 6

7 Por tanto, K (1 70 /760) 1,8, donde hemos eresado la resión en 4 4 atmósferas Por otra arte, K Kc (RT) n Como n, será: 1,8 K c 1, [0,08 atm L K 1 mol 1 (10 73) K Modificaciones en el equilibrio 15 A 100 ºC, el tetraóido de dinitrógeno se descomone en dióido de nitrógeno, gas ardo-rojizo, según: N O 4 NO ; H 57 kj Al elevar la temeratura, la mezcla se hará más clara o, or el contrario, más oscura? Como el roceso es endotérmico, H > 0, un aumento de la temeratura deslaza el equilibrio hacia la formación de NO La mezcla se hará más oscura 16 En la síntesis de NH 3 or el método Haber se recomiendan resiones muy altas y temeraturas del orden de 500 ºC, al tiemo que se va eliminando continuamente el roducto formado Justifica cada una de estas recomendaciones Las resiones altas favorecen la formación de NH 3, orque se reduce el número de moléculas de gas resentes La temeratura elevada, 500 C, erjudica el rendimiento orque la formación del NH 3 es eotérmica; sin embargo, es imrescindible ara aumentar la velocidad del roceso La retirada del amoníaco formado deslaza el equilibrio N 3 H NH 3 hacia la derecha y favorece el rendimiento el roceso 17 La figura inferior muestra la evolución en el tiemo de las concentraciones de NH 3, H y N contenidas en un reciiente cerrado: Concentración NH 3 H N t 1 t Tiemo a) Qué erturbación se rodujo en el instante t 1? b) Anteriormente a t 1, se encontraba el sistema en equilibrio? c) Cómo ha resondido el sistema a la erturbación roducida? a) En t 1, se rodujo la retirada o eliminación de NH 3 b) Sí, las concentraciones no variaban con el tiemo c) Consumiéndose algo de H y N ara regenerar arte del NH 3 retirado y alcanzar nuevas concentraciones de equilibrio Unidad 8 Equilibrio químico 7

8 18 Para el siguiente equilibrio gaseoso: CO O CO ; H < 0 indica razonadamente cómo influye sobre el equilibrio: a) un aumento de la temeratura; b) una disminución en la resión; c) un aumento de la concentración de O a) Como el roceso directo es eotérmico, H < 0, un aumento de temeratura favorece el roceso inverso, es decir, el equilibrio se deslaza a la izquierda b) La disminución de resión favorece la descomosición del CO, ya que así aumenta el número de moléculas de gas resentes Se deslaza a la izquierda c) Un aumento de [O deslaza el equilibrio a la derecha; así se consume, en arte, el eceso que alteró el equilibrio Equilibrios de solubilidad 19 Sabiendo que el roducto de solubilidad, a 5 ºC, del CaCO 3 es 4,8 10 9, determina su solubilidad, eresada en mg/l, en: a) agua ura; b) una disolución 0,05 M de CaCl K s [Ca [CO 3 ara el equilibrio CaCO 3 (s) Ca (ac) CO 3 (ac) a) En agua ura, [Ca [CO 3 S, donde S es la solubilidad Por tanto, 100 g 4, S ; S 6, mol L 1 6, mol L mg 1 mol 1 g 6,9 mg L 1 b) En resencia de una disolución 0,05 M de CaCl, será: [CO 3 S; [Ca S 0,05 0,05 Por tanto, 4, S 0,05; S 9, mol L 1 9, mol L 1 Por efecto del ion común, la solubilidad se reduce casi mil veces El equeño valor de S justifica la aroimación: S 0,05 0,05 0 Determina si reciitará BaSO 4 al mezclar volúmenes iguales de una disolución de Na SO M con otra de Ba 10 3 M El roducto de concentración iónicas vale: 3 4 [Ba [SO , ; como este valor es mayor que K s, reciita BaSO 4 1 Se añade lentamente CaCl a una disolución acuosa que contiene iones F e iones CO 3, ambos en concentración 10 9 M Determina cuál de las dos sales cálcicas reciitará rimero Las concentraciones de [Ca necesarias ara que reciiten CaF y CaCO 3 valen: K CaF : K s [Ca [F ; [Ca s 3 11,4 10 8, mol L 1 [F ( 10 9 ) Unidad 8 Equilibrio químico 8

9 K CaCO 3 : K s [Ca [CO 3 ; [Ca s 4 9,8 10,4 mol L 1 [CO 9 10 (En ambos casos, se ha suuesto que la adición de la disolución de CaCl no varía areciablemente el volumen total y, or tanto, [F [CO ) El CaCO 3 reciitará antes, ese a que K s (CaCO 3 ) > K s (CaF ) Una disolución es 0,001 M en Sr (II) y M en Ca (II) Si los roductos de solubilidad de SrSO 4 y CaSO 4 son, resectivamente, 10 7 y 10 5, determina: a) qué catión reciitará antes cuando se añada Na SO 4 0,1 M?; b) qué concentración quedará del rimero cuando emiece a reciitar el segundo? Suonemos, como antes, que la adición de disolución Na SO 4 no altera el volumen total K a) SrSO 4 : K s [Sr s [SO 4 ; [SO mol L 1 [S r K CaSO 4 : K s [Ca s [SO 4 ; [SO mol L 1 [C a Si se añade lentamente, reciitará rimero el CaSO 4 b) Para que comience a reciitar el segundo, SrSO 4, la concentración de SO 4 tiene que ser, al menos, 10 4 mol L 1 Como no debe reciitar ya CaSO 4, la concentración de Ca tiene que ser: K [Ca s < ; [Ca < 0,1 mol L 1 [SO 4 10 Generales a toda la unidad 4 3 El bromuro de nitrosilo, NOBr, se descomone en NO y Br A 98 K, el valor de K es 0,16 Se mezclan las tres sustancias en fase gaseosa en cantidades tales que, en un momento dado, las resiones arciales son 1,0 atm, 0,8 atm y 0,4 atm, resectivamente a) Ocurrirá alguna reacción neta? Si la resuesta es afirmativa, se formará o se consumirá NO?; b) cómo afectará a la concentración de NO una vez alcanzado el equilibrio: I) la adición de Br ; II) un aumento de la resión del sistema; III) ir retirando del medio de reacción NOBr? Reacción de equilibrio: NOBr NO 1 Br ; K 0,16 ( NO ) inicial ( Br ) 1/ inicial a) Q 0,8 ( 0,4) 1/ 0,51 ( NOBr ) inicial 1,0 Como Q > K, hay reacción neta orque la mezcla evoluciona hacia la formación de NOBr Por tanto, se consume NO b) Una vez alcanzado el equilibrio, se cumlirá: I) La adición de Br disminuye la concentración de NO II) Un aumento de resión disminuye la concentración de NO III) La retirada de NOBr disminuye la concentración de NO Unidad 8 Equilibrio químico 9