Iniciación a la Química Problemas. Capítulo 5

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1 Iniciación a la Química- 006 Problemas. Capítulo 5 1. Ni el cloruro de plomo (II), ni el fluoruro de plomo (II) se disuelven de manera apreciable en agua. En el caso de que las mismas cantidades de PbCl sólido y PbF sólido se pusieran en sendos vasos con la misma cantidad de agua en cual de ellos la concentración de Pb + sería mayor? Datos: PbCl (s) Pb + (aq) + Cl - (aq) Ks 1, PbF (s) Pb + (aq) + F - (aq) Ks 3, De acuerdo con la definición de constante de equilibrio: Ks 1, [Pb + [Cl - s.(s) ; x 3 5 (1,7.10 ) / 4 1, M Ks 3, [Pb + [F - s.(s) ; x 3 8 (3,7.10 ) / 4, M Es mayor en el caso del cloruro, donde el producto de solubilidad es mayor.. La descomposición del carbonato cálcico es un proceso endotérmico. CaCO3(s) CaO(s) + CO(g) Empleando el principio de Le Chatelier, explique cómo afectaría el aumento de la temperatura al equilibrio. Si se agregan más carbonato cálcico al matraz donde está el equilibrio cómo afectaría esto al equilibrio? qué ocurriría si se adicionara dióxido de carbono adicional a la mezcla? Si es un proceso endotérmico, podríamos escribir: CaCO3(s) + Qp CaO(s) + CO(g) Donde Qp es el calor absorbido a presión constante o entalpía. Un aumento de la temperatura aumenta la constante de equilibrio y desplazaría el equilibrio hacia la dirección de los productos. Si se agrega más carbonato cálcico a la mezcla, la constante de equilibrio no varía, y tampoco varían las concentraciones de los productos en la mezcla, ya que en la expresión de la constante de equilibrio, la concentración de los reactivos o productos en estado sólido, no se tiene en cuenta. Si adicionamos nuevo CO(g) a la mezcla, cambiamos las concentraciones de equilibrio, por tanto la reacción se desplaza hacia los reactivos y aparecerá más carbonato del que teníamos inicialmente. 3. La oxidación de óxido nítrico para dar dióxido de nitrógeno es una reacción endotérmica. NO(g) + O(g) NO(g)

2 Iniciación a la Química- 006 Problemas. Capítulo 5 Hacia donde se desplazará el equilibrio cuando (a) se reduzca la temperatura y (b) se aumente el volumen del matraz de reacción. Si es endotérmico y se reduce la temperatura, el equilibrio se desplaza en el sentido de los reactivos, la constante de equilibrio disminuirá. Esta reacción tiene un balance global de n Un aumento del volumen desplaza el equilibrio hacia el subsistema que tenga mayor número de moles, en este caso los reactivos. 4. Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kc de las siguientes reacciones: a) HO (g) HO(g) + O(g) b) CO(g) + (1/)O(g) CO(g) c) NiO(s) + CO(g) Ni(s) + CO(g) d) 3O(g) O3(g) e) AgSO4(s) Ag + (aq)+so4 - (aq) f) Fe + (aq) + Sn(s) Sn + (aq) +Fe(s) [ H O [ O a) H O b) c) d) [ [ CO [ CO [ O [ CO [ CO [ O3 [ O 3 + e) [ Ag [ SO4 + + f) [ Sn [ Fe 5. La constante Kc de disociación del I(g) a 500 K vale 5, I(g) I(g) Una mezcla que contiene [I0,00 mol/l y [I, mol/l a 500 K se encuentra en el equilibrio? Si no fuera así, hacia donde progresaría la reacción hasta alcanzar el equilibrio? [ I 5,6.10 [ I -1 M Qué cociente de la reacción tenemos? 8,0.10 ( ) Q, M <<<5, M,0.10 No se encuentra en el equilibrio. La reacción progresaría hacia los productos.

3 Iniciación a la Química- 006 Problemas. Capítulo 5 6. La reacción: C(s) + CO(g) CO(g) ocurre a alta temperatura. A 700 ºC un matraz de,0 L contiene 0,10 mol de CO, 0,0 mol de CO y 0,40 mol de C en equilibrio. a) Calcule la Kc para la reacción a 700 ºC b) Calcule también la Kc a la misma temperatura si las cantidades que se encuentran en equilibrio en el matraz de,0 L son 0,10 mol de CO, 0,0 mol de CO y 0,80 mol de C c) Compare los resultados de los apartados anteriores se afecta Kc por la cantidad de C en la mezcla? Explique por qué a) [CO 0,1 /,0 L 0,05 M ; [CO 0,0mol/,0L 0,10 M; En el equilibrio [ CO 0,05,5.10 M [ CO 0,1 b) Es la misma constante de equilibrio, porque la temperatura no cambia. Las cantidades molares de los gases son iguales, solo cambia las cantidades del sólido, que no aparecen en la expresión de la constante de equilibrio. c) Ya está respondida la pregunta 7. El hidrógeno y el dióxido de carbono reaccionan a alta temperatura formando agua y monóxido de carbono H(g) + CO(g) H0(g) + CO(g) Las mediciones en el laboratorio a 986 ºC indican que 0,11 mol de CO y de vapor de agua y 0,087 mol de H y CO están en equilibrio en un recipiente de 1,0 L. Calcule la constante de equilibrio de la reacción a esa temperatura. Suponga que se colocan 0,050 mol de H y CO en un recipiente a,0 L. Cuando se alcanza el equilibrio a 986 ºC Qué cantidad de moles de CO(g) y HO(g) habrá presente? `En el equilibrio: [HO 0,11 / 1,0 1, M [CO [H 0,087 / 1,0 8, M [CO [ CO[ H O [ H [ CO 1 ( 1,1.10 ) 1, 6 (8,7.10 ) [H 0,050 /,0, M [CO [H [CO [HO [CO Inicial,5.10 -, Cambio -x -x +x +x Final, x, x x x 1,6 x /(, x) ; Después de resolver la ecuación cuadrática

4 Iniciación a la Química- 006 Problemas. Capítulo 5 x1, M (salvo errores de redondeo) cantidad de CO y de agua [H [CO1, M (salvo errores de redondeo) 8. La constante de equilibrio Kc de la reacción NO4(g) NO(g) a 5 ºC es 5, M. Suponga que coloca 15,6 g de NO4 en un matraz de 5,00 L a 5 ºC. Calcule lo siguiente: a) El número de moles de NO presentes en el equilibrio b) El porcentaje de NO4 original que se disocia [ NO 3 5,88.10 [ N O4 MNO4 9,010 g/mol [NO4 9,010/5,00 18,4 M [NO4 [NO Inicial 18,4 0 Cambio -x +x Final 18,4-x x (x) /(18,4-x) 5, aproximación: como 100.K 0,588 < 18,4 ; 18,4-x 3 x (1/) 5, ,4 0,165M %disociación (0,165/18,4)x100 0,894 % grado de disociación (tanto por uno) 0, El yodo se disuelve algo en agua, pero su solubilidad en disolventes orgánicos apolares, por ejemplo tetracloruro de carbono, es mayor. La constante de equilibrio para la reacción es 85,0 a 5 ºC I(aq) I(CCl 4) Se colocan 0,0340 g de yodo en 100,0 ml de agua. Después de agitar la disolución con 10,0 ml de tetracloruro de carbono y una vez alcanzado el equilibrio qué cantidad de yodo queda en el agua? MI 53,80 g/mol [I (0,0340g /53,80(g/mol))/0,1000 L 1, M Molaridad del yodo en disolución de tetracloruro en el equilibrio; x 85,0 I(CCl 4)/ I(aq) x/1, x ; x1, M I(aq) 1, , , M 1, (mol/l)x 0,1000 L x 53,80 (g/mol) 3, g gramos de yodo que quedan en la disolución acuosa. 10. La constante de equilibrio K para la reacción CO(g) CO(g) +(1/)O(g) (a) Es 6, a 1000 K. Calcule la constante de equilibrio para la reacción : CO(g) + O(g) CO(g) (b)

5 Iniciación a la Química- 006 Problemas. Capítulo 5 La reacción (b) - x (a) b (Ka) - Kb 1/(6, ), Kb, Calcule K para la reacción SnO(s) + CO(g) Sn(s) + CO (g) (a) si se sabe que: SnO(s) + H(g) Sn(s) + HO (g) K8,1 (b) H(g) + CO(g) HO (g) + CO (g) K0,771 (c) (a) (b) x (c) ; Ka Kb.(Kc) - Ka 8,1/(0,771) 0, La constante Kp para la reacción siguiente vale 0,16 atm a 5 ºC NOBr(g) NO(g) + Br(g) El cambio de entalpía para la reacción en condiciones estándar es +16,1 kj. Prediga hacia donde se desplazará el equilibrio cuando se realicen los siguientes cambios: a) Agregar más bromo gaseoso b) Retirar NOBr (g) c) Reducir la temperatura d) Aumentar el volumen del recipiente Es una reacción endotérmica puesto que H>0 n +1-1 a) Si en el equilibrio se aumenta la concentración de productos, la reacción progresa hacia los reactivos. En este caso hacia el NOBr b) Si se retira el reactivo en la reacción equilibrio, también la reacción progresa hacia el estado inicial, es decir se consumen monóxido de nitrógeno y bromo para producir más NOBr c) Si se reduce la temperatura, como la reacción es endotérmica, el equilibrio se desplaza hacia reactivos d) Si se aumenta el volumen del recipiente se disminuye la presión, la reacción progresa hacia donde haya coeficientes estequiométricos más altos, es decir hacia los productos. 13. A 300 K La constante de equilibrio para la formación de óxido nítrico NO(g) es 1, O(g) + N(g) NO(g) El análisis indica que las concentraciones de nitrógeno y oxígeno son 0,5 M y la de NO es 0,004 M se encuentra el sistema en el equilibrio? Si el sentido no está en equilibrio en qué sentido procederá la reacción?

6 Iniciación a la Química- 006 Problemas. Capítulo 5 Cuándo el sistema se encuentre en el equilibrio Cuáles serán las concentraciones en el equilibrio? [ NO 3 Kc 1,7.10 O N [ [ Cuánto vale Q en las condiciones de partida? Q (0,004) /(0,5), En estas condiciones: Q<Kc; Por tanto la reacción progresará de forma que Q Kc, es decir hay que aumentar el numerador y disminuir el denominador y por tanto la reacción progresa hacia el lado de los productos. [O [N [NO Inicial 0,5 0,5 0,004 Cambio -x -x +x Final 0,5-x 0,5-x 0,004+ x 1, (0,004+x) /(0,5-x) x, M [NOequil 1, M [N equil [O equil 0,4 M 14. Si la sal se calienta a temperatura suficientemente alta, el yoduro de amonio se disocia reversiblemente y forma amoniaco y yoduro de hidrógeno NH4I (s) NH3(g) + HI (g) Se coloca algo de yoduro en un matraz y después se calienta a 400 ºC. Si la presión cuando se alcanza el equilibrio son 705 mmhg qué valor tendrá Kp en atm? 760. mmhg 1 atm 1 mm Hg 1, atm Ptotal 705 x 1, ,98 atm Dadas los coeficientes estequiométricos [NH3 [HI nnh3 nhi fracción molar de amoniaco: x NH3 n NH3/ (n NH3 + n HI ) n NH3/n NH3 0,5 x HI0,5 P NH3 0,5 x 0,98 0,464 atm Kp (0,464) 0,15 atm 15. La reacción NO4(g) NO(g) ha sido estudiada en un problema anterior. Si la presión total de un matraz que contiene una mezcla de los dos gases de nitrógeno a 5 ºC es 1,50 atm y el valor de Kp a esa temperatura es 0,148 atm qué fracción de NO4 se ha disociado para dar NO? Qué ocurre con la fracción disociada si el

7 Iniciación a la Química- 006 Problemas. Capítulo 5 volumen del recipiente aumenta de forma que la presión total en el equilibrio desciende hasta 1,00 atm? K p P P NO N O 4 0,148 [ [NO4 [NO Inicial no 0 α grado de disociación Cambio no(1-α) noα Final no- noα noα n total no- noα + noα no + noα no(1+α) Fracciones molares: x NO4 no(1-α) / no(1+α) (1-α)/(1+α) x NO noα/no(1+α) α/(1+α) α 1,50 ( 1+ α ) 4α K p 1,50 Ecuación general: Kp+Kpα Pt.4α ( 1 α ) ( 1+ α ) 1,50 ( 1+ α ) Pt.4α - Kpα Kp 0 Para Pt 1,50 atm α 0,17 ; 17% Si Pt 1 atm α, ;,9% 16. La hemoglobina (Hb) puede formar complejo con el oxígeno y con el monóxido de carbono según la reacción: HbO(aq) + CO(g) HbCO (aq) + O(g) A la temperatura corporal la constante de equilibrio de esta reacción Kp es aproximadamente,0.10. Cuando la relación [HbO/[HbCO es la unidad, la muerte es probable. Si la presión parcial de oxígeno es 0,0 atm qué presión parcial de CO en el aire probablemente sea mortal? De acuerdo con el equilibrio anterior: [ HbCO [ O,0.10 [ HbO [ CO ; es decir [ [ HbO [ CO [ O HbCO,0.10 ; [ [ HbCO [ O [ CO HbO 1 1,0.10 En términos de concentraciones molares:

8 Iniciación a la Química- 006 Problemas. Capítulo 5 1 PO / RT 1 ; PCO 0,/, at,0.10 P / RT CO