HOJA DE PROBLEMAS 1: ENUNCIADOS

Transcripción

1 Tema: EQUILIBRIO QUÍMICO HOJA DE PROBLEMAS 1: ENUNCIADOS 1. ( ) En un experimento se miden los puntos de ebullición del tolueno a diversas presiones obteniendose los siguientes resultados P (mm Hg) T ( o C) A partir de estos resultados determine la entalpía de ebullición del tolueno. 2. ( ) Una autoclave es una maquina que permite esterilizar material médico o de laboratorio mediante la utilización de agua a alta presión y temperatura. Su utilización responde a que ciertos microorganismos pueden resistir vivos a temperaturas superiores a 100 o C. Sabiendo que las autoclaves comerciales alcanzan 120 o C de temperatura, calcule la presión a que es necesario someter al agua para que no hierva hasta esa temperatura si H vap,h2 O (l) = kj/mol.. ( ) Se han medido las presiones de vapor para el tetracloruro de carbono a las siguientes temperaturas Fase T (K) P (Pa) Sólida Líquida Calcule la entalpía de fusión y la presión y temperatura del punto triple. 4. ( ) Una mezcla de mmol de H 2 S y 5.48 mmol de CH 4 se introdujo en un recipiente. Una vez alcanzado el equilibrio en la reacción 2 H 2 S (g) + CH 4(g) 4 H 2(g) + CS 2(g) a 700 o C y 762 torr, se midió que en la mezcla había mmol de CS 2. Determine los valores de K o P y Go para dicha reacción a 700 o C suponiendo que todos los gases se comportan idealmente.

2 5. ( ) Se mezclan 0.5 mol de N 2 O con 0. mol de N 2 O 4 en un recipiente. Calcule la composición de la mezcla una vez alcanzado el equilibrio N 2 O 4(g) 2NO 2(g) a 25 o C y 2 atm sabiendo que G o 298 =4.7 kj/mol. Suponga que todos los gases se comportan idealmente. 6. ( ) Considere el siguiente equilibrio químico A (g) 2B (g) donde las capacidades caloríficas a presión constante de los reactivos vienen dadas por C o P,A = a o + a 1 T + a 2 T 2 C o P,B = b o + b 1 T + b 2 T 2 siendo los coeficientes a i y b i constantes. Suponga que conocemos los valor de la variación de entalpía y de la constante de equilibrio de la reacción a la temperatura T 1. Deduzca una expresión que permita evaluar el valor de K o P a una temperatura T ( ) Considere el siguiente equilibrio químico entre dos gases ideales A (g) 2B (g) Demuestre que si aumentamos la presión total del sistema, manteniendo la temperatura constante, cuando se alcance de nuevo el equilibrio la fracción molar de B habrá disminuido respecto a su valor inicial. Demuestre así mismo que esta disminución implica que la reacción se desplazará hacia la izquierda. 8. ( ) Se mezclan ciertas cantidades de nitrógeno e hidrógeno que reaccionan para formar amoniaco en fase gas según la reacción N 2 + H 2 2NH Una vez alcanzado el equilibrio a unos ciertos valores de presión y temperatura, la mezcla de gases está compuesta por n N2 =.0 mol, n H2 = 1.0 mol y n NH = 1.0 mol. A continuación se añade 0.1 mol de nitrógeno. Si se mantienen constantes la temperatura y la presión del sistema, hacia donde se desplazará el equilibrio? Es consistente este resultado con la formulación más difundida del principio de Le Châtelier? ( ) Problemas que serán resueltos por el profesor en clase. Grado de dificultad: ( ) Sencillo, ( ) Normal, ( ) Para pensar un poco.

3 HOJA DE PROBLEMAS 1: GUÍA DE RESOLUCIÓN Problema 1 I) La variación de la temperatura de ebullición con la presión viene dada por la ecuación de Clausius-Clapeyron. II) Recuerde que lnp = H ebu R 1 T + cte.. III) Ajuste linealmente lnp frente a 1/T y obtenga la entalpía de ebullición a partir de la pendiente. Problema 2 I) La ecuación de Clausius-Clapeyron relaciona la presión, la temperatura de ebullición y la entalpía de ebullición de una sustancia. II) Recuerde que el agua hierve a 100 o C en condiciones normales. III) Utilice unidades congruentes para la entalpía de ebullición y la constante R. Problema I) Calcule las entalpía de ebullición y sublimación utilizando la ecuación de Clausius-Clapeyron. II) Calcule la entalpía de fusión imaginando un ciclo termodinámico donde la sustancia vaya pasando sucesivamente de una a otra fase. III) El punto triple se encuentra en la intersección de las representaciones de la presión frente a la temperatura para los equilibrios sólido-vapor y líquidovapor. Problema 4 I) Determine cuantos moles hay de cada sustancia en el equilibrio a partir de la estequiometría de la reacción. II) La presión total es la suma de las presiones parciales de cada componente de la mezcla en el equilibrio. III) Recuerde que G o = RT lnk o P. Problema 5 I) Exprese el número total de moles de la mezcla en función de los moles de N 2 O 4 que han reaccionado. II) La presión parcial de cada gas es igual al producto de su fracción molar por la presión total. III) Calcule KP o y expresela en función de las presiones parciales de las dos sustancias. Problema 6 I) La ley de van t Hoff permite calcular la variación de KP o con la temperatura. II) La ecuación de Kirchhoff determina la variación de la entalpía con la temperatura.

4 III) No olvide que las capacidades caloríficas dependen en este caso de la temperatura. Problema 7 I) Exprese las presiones parciales en función de las fracciones molares inmediatamente tras aumentar la presión total y cuando se vuelve a establecer el equilibrio. II) Recuerde que KP o solo depende de la temperatura. III) Relacione las fracciones molares con el número de moles de cada sustancia inmediatamente tras aumentar la presión total y cuando se vuelve a establecer el equilibrio. Problema 8 I) Relaciones las presiones parciales de los gases con la presión total. II) Calcule las fracciones molares en el equilibrio y tras adicionar el nitrógeno. III) El equilibrio se desplazará hasta restablecer el valor de la constante de equilibrio.

5 HOJA DE PROBLEMAS 1: SOLUCIONES Problema 1 H ebu = 8.6 kcal/mol. Problema 2 P = 1.95 atm. Problema H fus = J/mol. T tr = 264 K y P tr = Pa. Problema 4 K o P = y G o = 64.8 kj/mol. Problema 5 n NO2 = mol y n N2 O 4 = mol. { ( ) } Problema 6 ln Ko P (T 2) KP o(t 1) = R 1 A 1T1 1 + B ln T 2 T2 T 1 +C (T 2 T 1 ) + D 2 (T 2 2 T 1 2) A = H o (T 1 ) (2b 0 a 0 )T 1 2b 1 a 1 2 B = 2b 0 a 0 C = 2b 1 a 1 2 D = 2b 2 a 2 T1 2 2b 2 a 2 T1 Problema 8 El equilibrio se desplaza hacia la izquierda lo que supone la formación de más nitrógeno.