1 litro= 10 3 cm 3. TK = t ºC Tn = 10 3 Kg. 1 atm = 760mm de Hg = 760 Torr. R = 0,082 atm.l/k.mol

Transcripción

1 Equilibrio químico

2 1 litro= 10 3 cm 3 1 m 3 = 10 3 litros = 10 6 cm 3 TK = t ºC Tn = 10 3 Kg 1 atm = 760mm de Hg = 760 Torr R = 0,082 atm.l/k.mol R= 8,31 Jul/K.mol = 2 cal/k.mol (En termoquímica Qp = Qv. n.r.t) R suele ser dato del problema

3 Molaridad= nº moles soluto/litros disolución. g/litro = gramos soluto/litros disolución; % en masa (peso)= g soluto/100 g disolución. % en volumen (mezclas de gases)= (cm 3 soluto/cm 3 mezcla).100 (Ejemplo: aire 21 % en volumen de oxígeno hay 21 cm 3 de oxigeno por cada 100 cm 3 de aire) OJO! No aplicar la ecuación de los gases a disoluciones líquidas Recuerda que la densidad de la disolución no es una concentración. Indica la masa disolución/volumen disolución

4 Preparar disoluciones a partir de sólidos (ej NaOH) a partir de disoluciones de ácidos comerciales (concentrados): Preparar a) 250 ml de disolución 1 M de NaOH al 97 % b) 100 cm 3 de HCl 0,3 M a partir del ácido comercial (35% en masa y d= 1,18 g/cm 3 )

5 Tomamos con una pipeta el volumen de ácido necesario Lo introducimos en un matraz que contiene un poco de agua destilada. A continuación completamos el volumen del matraz aforado con agua destilada hasta el enrase, y ya tenemos preparado un volumen de ácido de la concentración deseada.

6 La constante Kc cambia con la temperatura Concentraciones Mol/litro El valor de KC, dada su expresión, depende de cómo se ajuste la reacción ATENCIÓN!: Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolución Grado de disociación ( ). Es la fracción de un mol que se disocia (tanto por 1). En consecuencia, el % de sustancia disociada es igual a 100. Se utiliza en aquellas reacciones en las que existe un único reactivo que se disocia en dos o más. K c [ C] [ D] [ A] [ B ] d c a b K p = K c. (R.T) Δn K p p c d C D P a d pa pd PRINCIPIO DE LE CHATELIER 2 A B 2C Inicio n A B 2C Final equilibrio n 0 -x ½ x x Inicio n Final equilibrio n 0 (1-α) ½ n 0 α n 0 α Sumando los moles totales en el equilibrio y aplicando la ecuación de los gases puedo sacar x

7 Me dan las cantidades del equilibrio y me piden Kc o Kp sustituyo directamente en la expresión de la constante Me dan las cantidades iniciáles y la constante y me piden las cantidades en el equilibrio planteamiento anterior, sustituyo en la ecuación de la constante y resuelvo la ecuación para obtener x o α y luego sustituyo las cantidades en el equilibrio. Me dan las cantidades iniciáles y la P, V y T en el equilibrio y me piden las constantes y las cantidades en el equilibrio planteamiento anterior, sumo los moles totales en el equilibrio (estarán en función de x) y por otro lado aplico la ecuación de los gases perfectos P.V=n.R.T igualo la n obtenida a los moles totales en el equilibrio para obtener x y de ahí ya puedo calcular las K y las concentraciones en el equilibrio K 2 A B 2C Inicio n Final equilibrio c [ C] [ D] [ A] [ B ] d c a b K K p = K c. (R.T) Δn p c d C D P a d pa pd n 0 -x ½ x x p

8 Junio 2009

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11 Práctica de laboratorio N 2 O 4 (g) incoloro 2NO 2 (g) pardo rojizo en el que el proceso directo es endotérmico [Hº = +57,7 kj], la influencia de la temperatura se puede seguir fácilmente ya que el N 2 O 4 (g) es incoloro mientras que el NO 2 (g) es pardo rojizo. hielo? agua caliente? Para obtener los óxidos de nitrógeno se ataca cobre con disolución concentrada de ácido nítrico, se obtiene una mezcla de óxidos de nitrógeno (NO y NO 2 mayoritariamente), que se recogen fácilmente en un matraz erlenmeyer cerrado con un tapón. El Principio de Le Chatelier establece que si una reacción en equilibrio es perturbada desde el exterior, el sistema evoluciona en el sentido de contrarrestar los efectos de dicha perturbación. Si aumenta una sustancia, el sistema (equilibrio) se desplaza en el sentido en que se consume dicha sustancia Si disminuye la concentración de una sustancia produce dicha sustancia Si aumenta presión o disminuye el V. Disminución del nº de moles de gas (y viceversa) Si el nº de moles gaseoso fuera el mismo en reactivos y en productos, el sistema no se vería afectado por los cambios de P y/o V Si aumenta la temperatura. en el sentido endotérmico Si disminuye la T.. En el exotérmico Catalizador no afecta al equilibrio sólo hace que se alcance más rápido Añadir un gas inerte (a volumen constante) no afecta al equilibrio porque aumente la presión total disminuyen las presiones parciales. Si se modificara el volumen ver arriba

12 Una reacción muy indicada para mostrar dicho principio es el equilibrio que se establece entre el catión hexaacuacobalto (II), que se forma cuando una sal de cobalto (II) se disuelve en agua, y el anión tetraclorurocobalto(ii). En el primero el número de coordinación del cobalto es seis y tiene una coloración rosada, mientras que en el segundo el cobalto tiene un índice de coordinación cuatro y presenta un color azul fuerte característico (azul cobalto) A temperatura ambiente el equilibrio se encuentra desplazado hacia la izquierda y la disolución presenta un color rosado intenso. Si añadimos cloruro o calentamos, el equilibrio se desplazará hacia la derecha (el Cl - se consume para formar el complejo y en ese sentido la reacción es endotérmica). Si tratamos de añadir iones cloruro disolviendo cloruro de sodio, ocurre que la disolución se satura antes de que el cambio de color sea apreciable, pero se puede lograr dicho cambio obteniendo una disolución saturada de sal y calentando. Al calentar (5 min) se disuelve más sal (suministrando iones Cl - ) y se logra el desplazamiento del equilibrio hacia la derecha por el efecto combinado de la adición de iones cloruro y el aumento de la temperatura, desplazamiento que será visible por el cambio de color. Una vez obtenido el color azul se puede desplazar la reacción nuevamente hacia la izquierda añadiendo agua o enfriando, tal y como se ve en el vídeo.

13 Solubilidad de un soluto en un disolvente dado: Cantidad de soluto necesaria para formar una disolución saturada en una cantidad dada de disolvente. Máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad fija de disolvente. [p.ej. NaCl en agua a 0ºC Þ s = 35.7 g por 100 ml agua] muy soluble Equilibrios PAU AgCl Halogenuros de plata; PbSO 4 HgSO 4 CaSO 4, BaSO 4 SrSO 4 PbCO 3 CaCO 3 Sr CO 3 Ba CO 3 PbS HgS Formar y disolver precipitados en el laboratorio Si disolvemos menos cantidad disolución no saturada s gramos soluto / 100 ml disolvente gramos soluto / L disolución moles soluto / L disolución (Molar) Sólidos iónicos cristalinos Solubles (s M) Ligeramente solubles (10-5 M < s < M) Insolubles (s 10-5 M) OJO no hay gases! PbI 2 (s) Pb 2+ (aq) + 2 I - (aq) No entran en PAU Heterogéneo Reacción directa: disolución Reacción inversa: precipitación

14 AgCl (s) Ag + (aq) + Cl - (aq) K PS = [Ag + ] eq [Cl - ] eq Producto de solubilidad Relación entre la solubilidad y el producto de solubilidad: AgCl (s) Ag + (aq) + Cl - (aq) [ ] o [ ] eq s s K PS = [Ag + ][Cl - ] = s 2 Si K PS s AgCl Halogenuros de plata Sólidos PbSO 4 HgSO 4 CaSO 4, BaSO 4 SrSO 4 Metal +2 + SO 4 2- disueltos PbCO 3 CaCO 3 Sr CO 3 Ba CO 3 PbS HgS En un tubo de ensayo se vierten 5 ml de cloruro de bario y a continuación gotas de la disolución de carbonato de sodio hasta la formación de un precipitado claramente visible. A continuación se le añade gota a gota la disolución de ácido clorhídrico, observando lo que ocurre. BaCl 2 + Na 2 CO 3 Ba CO 3 insluble Ba CO 3 + HCl BaCl 2 + H 2 CO 3 Práctica de laboratorio reacción A-B-transferencia de un protón Consecuencia se disuelve el precipitado de carbonato de bario. Importante el ácido carbónico es inestable y se descompone en CO 2 y H 2 O por lo que al añadir ácidos a los carbonatos lo que se observa es el burbujeo debido al desprendimiento de un gas. Ba CO 3 (s) Ba 2+ (aq) + CO 3 2- disueltos (aq) La lluvia ácida es un fenómeno característico de atmósferas contaminadas, se identifica cuando el ph de agua de lluvia es inferior a 5.6 unidades. Este fenómeno preocupa a la comunidad internacional, debido al riesgo que representa para la conservación y desarrollo de los ecosistemas existentes. La lluvia ácida acelera la corrosión en materiales de construcción y pinturas, ocasionando un daño irreparable en los edificios, monumentos s y esculturas K que constituyen el patrimonio PS histórico y cultural. Los monumentos construidos con roca arenisca, piedra caliza y mármol, se corroen con mayor rapidez en presencia de ácido sulfúrico (H2SO4)

15 Práctica de laboratorio Ag Cl (s) Ag + (aq) + Cl - (aq) Cómo se disuelve un precipitado de cloruro de plata? Principio de Le Chatelier En las reacciones de precipitación uno de los productos de reacción es un sólido que, al estar en equilibrio con los iones en disolución, constituye un ejemplo de un equilibrio heterogéneo que también cumple el principio de Le Chatelier, modificando su posición (disolviéndose más o menos sustancia) cuando se modifican diferentes factores como la concentración de las sustancias. En un tubo de ensayo se vierten 5 ml de disolución de cloruro sódico y a continuación gotas de la disolución de nitrato de plata hasta la formación de un precipitado claramente visible. NaCl (ac) +AgNO 3 (ac) AgCl (precipita) + NaNO 3 A continuación se le añade gota a gota la disolución de amoniaco, observando lo que ocurre. Ag Cl (s) se disuelve Ag + (aq) + 2 NH 3 (aq) Ag(NH 3 ) 2+ (aq) El AgCl se disuelve al desplazarse el eq a la derecha ya que disminuye la concentración de Ag+ debido al equilibrio 2. Formación de un ion complejo soluble Cuestión: El AgCl es más o menos soluble en agua o en agua con cloruro de sodio disuelta? Efecto del ión común Si Hº dis > 0 (endotérmica) T K PS s Si Hº dis < 0 (exotérmica) T K PS s

16 Otros casos Mg(OH) 2 (s) Mg 2+ (aq) + 2 OH - (aq) Si el ph se hace más ácido Þ menor [OH-] Þ el equilibrio se desplaza a la derecha Þ mayor solubilidad. La solubilidad de un compuesto iónico poco soluble (PbI 2 (s)) disminuye en presencia de un segundo soluto (KI (s) ) que proporcione un ión común PbI 2 (s) Pb 2+ (aq) + 2 I - (aq) KI (s) K + (aq) + I - (aq)

17 Principio de Le Chatelier Si un sistema químico que está en equilibrio se somete a una perturbación que cambie cualquiera de las variables que determina el estado de equilibrio, el sistema evolucionará para CONTRARRESTAR el efecto de la perturbación. Práctica de laboratorio: Fe 3+ (ac) + 6 SCN (ac) [Fe(SCN) 6 ] 3 (ac) En un vaso de precipitados se prepara una disolución mezclando 1 ml de las disoluciones de cloruro de hierro (III) y de tiocianato potásico diluyéndola con 50 ml de agua. La disolución preparada se dividirá aproximadamente en cuatro partes iguales que se colocarán en cuatro tubos de ensayo. Tubo 1: Se deja inalterado como control Tubo 2: Se le añade gota a gota disolución de KSCN Tubo 3: Se le añade gota a gota disolución de NaOH Tubo 4: Se le añade gota a gota disolución de NaI Los residuos deben ser conservado en recipientes especiales, para su posterior tratamiento o eliminación por parte de empresas especializadas.

18 reacciones de precipitación (la solubilidad o el producto de solubilidad) con las siguientes sustancias: Halogenuros de plata; sulfatos de plomo(ii), mercurio(ii), calcio, bario y estroncio; carbonatos de plomo(ii), calcio, estroncio y bario; sulfuros de plomo(ii) y mercurio(ii), diferenciando cociente de reacción y constante de equilibrio.

19 También se evaluará si predice, cualitativamente, aplicando el principio de Le Chatelier, la forma en la que evoluciona un sistema en equilibrio cuando se interacciona con él. Por otra parte, se tendrá en cuenta si justifican las condiciones experimentales que favorecen el desplazamiento del equilibrio en el sentido deseado, tanto en procesos industriales (obtención de amoniaco o del ácido sulfúrico) como en la protección del medio ambiente (precipitación como método de eliminación de iones tóxicos) y en la vida cotidiana (disolución de precipitados en la eliminación de manchas). Asimismo se valorará la realización e interpretación de experiencias de laboratorio donde se estudien los factores que influyen en el desplazamiento del equilibrio químico, tanto en equilibrios homogéneos (sistemas dióxido de nitrógeno/tetraoxido de dinitrógeno y tiocianato/hierro(iii) como heterogéneos (formación de precipitados AgCl y BaCO 3 y posterior disolución de los mismos).