Equilibrio químico 9/23/2010. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. / Provisto por Dr. Hernández-Castillo 1. Capítulo 14

Transcripción

1 Equilibrio es un estado en el que no hay cambios observables con el pasar del tiempo. Equilibrio químico Capítulo 14 Equilibrio químico es logrado cuando: La rapidez de la reacción en una dirección y en la dirección opuesta es la misma y La concentración de reactivos y productos permanece constante Equilibrio físico H O (l) Equilibrio químico N O 4 (g) H O (g) Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display N O 4 (g) equilibrio equilibrio equilibrio constante Empezando con NO Empenzando con N O 4 Empezando con ambos Provisto por Dr. Hernández-Castillo 1

2 N O 4 (g) K = [NO ] [N O 4 ] = 4.63 x 10-3 K = [C]c [D] d [A] a [B] b aa + bb cc + dd El Equilibrio aa + bb cc + dd K >> 1 K << 1 Tenderá a la derecha Tenderá a la izquierda Favorecerá productos Favorecerá reactivos K = [C]c [D] d [A] a [B] b Ley de acción de masa Equilibio homogéneo aplica a reacciones en las que todas las especies están en la misma fase. Equilibrio Homogéneo N O 4 (g) CH 3 COOH (ac) + H O (l) CH 3 COO - (ac) + H 3 O + (ac) K c = [NO ] [N O 4 ] K p = P NO P N O 4 K c = [CH 3 COO - ][H 3 O + ] [CH 3 COOH][H O] [H O] = constante En la mayoría de los casos K c K p aa (g) + bb (g) K p = K c (RT) n cc (g) + dd (g) n = moles de productos gaseosos moles de reactivos gaseosos K c = [CH 3COO - ][H 3 O + ] [CH 3 COOH] = K c [H O] En la práctica no se incluyen unidades para la constante de equilibrio. = (c + d) (a + b) Provisto por Dr. Hernández-Castillo

3 Las concentraciones de equilibrio de la reacción entre el monóxido de carbono (CO) y el cloro molecular (Cl ) para formar COCl (g) a 74 0 C son [CO] = 0.01 M, [Cl ] = M, y [COCl ] = 0.14 M. Calcule las constantes de equilibrio K c y K p. CO (g) + Cl (g) K c = [COCl ] [CO][Cl ] = COCl (g) x = 0 K p = K c (RT) n n = 1 = -1 R = T = = 347 K La constante de equilibrio K p para la reacción NO (g) + O (g) es 158 a 1000K. Cuál es la presión de equilibrio de O si la P NO = atm y la P NO = 0.70 atm? K p = P NO P O P NO P P NO O = K p P NO P O = 158 x (0.400) /(0.70) = 347 atm K p = 0 x (0.081 x 347) -1 = 7.7 Equilibrio heterogéneo aplica cuando tenemos reacciones en que los reactivos y productos están en diferentes fases. CaCO 3 (s) CaO (s) + CO (g) CaCO 3 (s) CaO (s) + CO (g) K c = [CaO][CO ] [CaCO 3 ] [CaCO 3 ] = constante [CaO] = constante K c = [CO ] = K c x [CaCO 3 ] [CaO] K p = P CO La concentración de sólidos y líquidos puros no se incluye en la expresión de la constante de equilibrio. P CO = K p P CO no depende de la cantidad de CaCO 3 o CaO Provisto por Dr. Hernández-Castillo 3

4 Considere el siguiente equilibrio a 95 K: NH 4 HS (s) NH 3 (g) + H S (g) La presión parcial de cada gas es 0.65 atm. Calcule K p y K c para la reacción? K p = P NH3 P H S = 0.65 x 0.65 = A + B C + D C + D E + F A + B E + F K c K c K c K c = K c = K c x K c [C][D] [A][B] K c = [E][F] K c = [A][B] [E][F] [C][D] K p = K c (RT) n K c = K p (RT) - n n = 0 = T = 95 K K c = x (0.081 x 95) - = 1.0 x 10-4 Si una reacción puede ser expresada como la suma de dos o más reacciones, la constante de equilibrio para la reacción total es dada por el producto de las constantes de equilibrio de las reacciones individuales. N O 4 (g) K = [NO ] [N O 4 ] = 4.63 x 10-3 N O 4 (g) K = [N O 4 ] = 1 [NO ] K = 16 Cuando la ecuación para la reacción reversible es escrita en la dirección opuesta, la constante de equilibrio se torna el recíproco de la constante original. Escribiendo Expresiones de Constantes de equilibrio 1. Las concentraciones de las especies que reaccionan en la fase condensada son expresadas en M. En el estado gaseoso, pueden ser expresadas en M o en atm.. Las concentraciones de sólidos puros, líquidos puros y solventes no se incluyen en la expresión de la constante de equilibrio. 3. La constante de equilibrio es una cantidad adimensional (no tiene unidades). 4. Cuando se hable de una constante de equilibrio, hay que especificar la ecuación balanceada y la temperatura. 5. Si una reacción puede ser expresada como la suma de dos o mas reacciones, la constante de equilibrio de la reacción total es dada por el producto de las constantes de equilibrio de las reacciones individuales. Provisto por Dr. Hernández-Castillo 4

5 Cinética química y Equilibrio químico k f A + B AB k r En equilibrio rapidez f = rapidez r k f [A][B] = k r [AB ] rapidez f = k f [A][B] rapidez r = k r [AB ] El cociente de reacción (Q c ) es calculado mediante la sustitución de las concentraciones iniciales de reactivos y productos en la expresión de la constante de equilibrio (K c ). SI Q c > K c el sistema procederá desde la derecha hasta la izquierda hasta alcanzar el equilibrio Q c = K c el sistema está en equilibrio Q c < K c el sistema procederá desde la izquierda hasta la derecha hasta alcanzar el equilibrio k f [AB ] = K k c = r [A][B] 14.3 Cómo calculamos concentraciones de equilibrio? 1. Expresamos las concentraciones de equilibrio de las especies como la concentración inicial y una variable desconocida x, que representa el cambio en la concentración.. Escribimos la expresión de la constante de equilibrio en términos de estas concentraciones. Conociendo el valor de K, despejamos para x. 3. Luego de resolver por x, calculamos las concentraciones de equilibrio para todas las especies. A C la constante de equilibrio (K c ) para Br (g) Br (g) ss 1.1 x Si la concentración inicial de [Br ] = M y [Br] = 0.01 M, calcule las concentraciones de estas especies en equilibrio. Dejemos que x sea el cambio en Br Inicial (M) (M) Equilibrio (M) Br (g) Br (g) x +x x x [Br] ( x) K c = K [Br ] c = = 1.1 x 10-3 Resuelve x para x Provisto por Dr. Hernández-Castillo 5

6 ( x) K c = = 1.1 x x -3 4x x = x 4x x = 0 Inicial (M) (M) Equilibrio (M) ax + bx + c =0 x = Br (g) Br (g) x +x x x -b ± b 4ac a x = x = En equilibrio, [Br] = x = M or M En equilibrio, [Br ] = 0.06 x = M Ambos valores son matemáticamente posibles pero sólo uno es químicamente válido! Si un estresor externo es aplicado a un sistema en equilibrio, el sistema se ajustará para alcanzar una nueva posición de equilibrio. s en concentración N (g) + 3H (g) El equilibrio se moverá a la izquierda NH 3 (g) Añada NH 3 s en concentración remover añadir remover añadir cambios en presión o volumen A (g) + B (g) C (g) aa + bb cc + dd Aumentar concentración de producto(s) Disminuir concentración de producto(s) Aumentar concentración de reactivo(s) Disminuir concentración de reactivo(s) El equilibrio se mueve a izquierda derecha derecha izquierda Aumentar P Disminuir P Aumentar V Disminuir V El equilibrio se mueve a Lado con menos moles de gases Lado con mas moles de gases Lado con mas moles de gases Lado con menos moles de gases Provisto por Dr. Hernández-Castillo 6

7 s en Temperatura Aumentar T Disminuir T Rx exotérmica K disminuye K aumenta Rx endotérmica K aumenta K disminuye Añadir un catalizador NO cambia K NO cambia la posición del equilibrio el sistema lo alcanza mas rápido No-catalizada catalizada Los catalizadores disminuyen E a para ambas reacciones colder hotter El catalizador no cambia la posición ni la constante de equilibirio Química en acción: el proceso Haber N (g) + 3H (g) NH 3 (g) H 0 = -9.6 kj/mol El equilibrio se desplaza? La constante de Equilibrio Cambia? Concentración sí no Presión sí no Volumen sí no Temperatura sí sí Catalizador no no Provisto por Dr. Hernández-Castillo 7