Equilibrio químico PRESENTACIÓN OBJETIVOS

Transcripción

1 6 Equilibrio químio PRESENACIÓN Para que los alumos etieda la importaia del equilibrio químio es oveiete platearles el siguiete problema: las idustrias del setor químio eesita saber si ua reaió oreta va a teer lugar o u redimieto lo sufiietemete alto omo para ser téiamete viable y eoómiamete retable ates de llevarla a abo. Para ello es impresidible ooer ómo se puede modifiar los fatores que ifluye e diho equilibrio, de forma que mediate la orreta eleió de las odiioes experimetales se vea aumetado el redimieto. La seguda parte del tema está dediada a los equilibrios heterogéeos, que está presetes e muhos feómeos de modelado del relieve (tato la erosió omo la formaió de estruturas del tipo de las estalatitas y las estalagmitas), reaioes que tiee lugar a ivel bioquímio (formaió de las estruturas esquelétias, dietes, et.), efermedades que implia la preipitaió de sales, omo es el aso de los álulos reales, et. OBJEIVOS Euiar las araterístias fudametales de los proesos químios reversibles. Deduir la expresió de K, K p y K x para equilibrios homogéeos y heterogéeos. Adquirir el oepto de grado de disoiaió y relaioarlo o las ostates de equilibrio. Compreder la relaió etre K p y ΔG y utilizarla para realizar álulos. Eteder el priipio de Le Châtelier y apliarlo para predeir la evoluió de u sistema e equilibrio. Compreder el oepto de solubilidad y expresar orretamete su valor e distitas uidades. Idetifiar los fatores que ifluye e la solubilidad de los ompuestos ióios y razoar su iflueia. Cooer las reglas de solubilidad de los priipales ompuestos ióios. Predeir la posible preipitaió de determiadas sustaias al mezlar dos disoluioes. Iterpretar orretamete el efeto del io omú e los equilibrios de solubilidad. 9

2 6 Equilibrio químio CONENIDOS Coeptos Defiiió de equilibrio químio. Expliaió iétia y termodiámia del equilibrio. Equilibrios homogéeos y heterogéeos. Expresió de las ostates de equilibrio: K y K p. Relaió etre ambas. Grado de disoiaió. Fatores que modifia el equilibrio: priipio de Le Châtelier. Modifiaió de la oetraió de reativos o produtos, de la temperatura de la reaió y de la presió total o el volume del sistema. Adiió de u atalizador. Equilibrios heterogéeos. Expresió de K y K p. Reaioes de preipitaió. Solubilidad. Produto de solubilidad. Efeto io omú y efeto salio. Iflueia del ph sobre el equilibrio. Proeso Haber-Bosh. Proedimietos, destrezas y habilidades Atitudes Apliaió de la ley de aió de masas a equilibrios homogéeos. Realizaió de álulos de K y K p a partir de las oetraioes e el equilibrio. Estableimieto de la relaió etre K y K p. Obteió de oetraioes e el equilibrio a partir de las oetraioes iiiales, la ostate de equilibrio y α. Prediió de la evoluió de sistemas e equilibrio tras ua alteraió, segú el priipio de Le Châtelier. Realizaió de álulos de solubilidad e diferetes uidades. Prediió del efeto de determiados fatores sobre la solubilidad de los ompuestos. Idetifiaió de ompuestos solubles e agua. Estableimieto de la relaió etre K ps y la solubilidad de los ioes. Justifiaió del orde de preipitaió de ada io e el supuesto de preipitaió fraioada. Prediió de la evoluió de sistemas e equilibrio al adiioar u io omú. Compresió del equilibrio químio omo ua «demostraió» más de la tedeia uiversal de los sistemas físios a alazar el estado de míima eergía. Valoraió de la importaia de la optimizaió del redimieto de u proeso idustrial. Reooimieto de la importaia del fator humao e idustrial e la alteraió del medio ambiete. Reooimieto de la importaia de los equilibrios heterogéeos a ivel biológio, idustrial y medioambietal. oma de oieia del efeto de la lluvia áida sobre los materiales alizos. 94

3 programaió de aula EDUCACIÓN EN VALORES. Eduaió ambietal E relaió o la solubilidad de las sustaias, se debe haer tomar oieia a los alumos del efeto perjudiial que tiee el vertido de aguas alietes e los ríos por parte de las etrales térmias y uleares. Este heho aumeta la temperatura del agua, dismiuyedo la solubilidad del oxígeo e ella, y poe e peligro la vida de todos los orgaismos auátios.. Eduaió para la salud Es iteresate que los alumos ooza la relaió etre la formaió de la aries detal y la preipitaió y disoluió de sales e determiadas odiioes de ph. Esto favoreerá que mejore sus hábitos para preveir su apariió. CRIERIOS DE EVALUACIÓN. Determiar las ostates de equilibrio K y K p y realizar álulos relaioados o ellas.. Determiar el setido del desplazamieto de u sistema por aálisis de Q (oiete de reaió).. Calular el valor de K p ooido el de K, y vieversa. 4. Realizar álulos de ΔG a partir de K p, y vieversa.. Deduir la evoluió de u sistema e equilibrio al modifiar P, o la oetraió. 6. Predeir las odiioes óptimas para obteer ua sustaia determiada e ua reaió reversible y apliarlo al proeso de Haber-Bosh de sítesis del amoiao. 7. Calular la solubilidad de diferetes sales y expresarla e las uidades más habituales. 8. Predeir el efeto de, U R y el alor de hidrataió sobre la solubilidad de las sustaias. 9. Clasifiar determiados ompuestos ióios omo solubles o isolubles. 0. Deduir si se produirá la preipitaió de ua determiada espeie e fuió de su K ps.. Compreder la iflueia del efeto io omú sobre la solubilidad de los ompuestos ióios. 9

4 6 Equilibrio químio. E u reipiete de 0 litros de apaidad se itrodue moles del ompuesto A y mol del ompuesto B. Se alieta a 00 C y se establee el siguiete equilibrio: A (g) + B (g ) C (g) Cuado se alaza el equilibrio, el úmero de moles de B es igual al de C. Calule: a) El úmero de moles de ada ompoete de la mezla. b) El valor de la ostate K a esa temperatura. Dato: R 0,08 atm L K - mol -. (Adaluía, 006) E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias A ( g ) + B ( g ) C ( g ) iiiales,00,00 0 reaioa -x -x x e el equilibrio,00 - x,00 - x x e el equilibrio,00 - x,00 - x x Se umple que (B) (C). Por tato:,00 - x x x 0, mol a) Segú lo aterior: (A) - x,8 mol (B) - x 0,4 b) K [ C] [ A] [ B]. Sustituyedo los datos: K [ C] [ A] [ B] (C) x 0,4 mol 04, 0 8, 04, 0 0 8, 9. E u reipiete de L, e el que previamete se ha heho el vaío, se itrodue 0,04 moles de SO (g) y se alieta a 900 K e preseia de u atalizador de Pt. Ua vez alazado el equilibrio, se euetra que hay presetes 0,08 moles de SO (g ) omo oseueia de la reaió que tiee lugar: SO (g) SO (g) + O (g) Calular K. Dato: R 0,08 atm L mol - K -. (P. Asturias, 007) 96

5 Soluioario E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias SO ( g ) SO ( g ) + O ( g ) iiiales 0, reaioa -x x x e el equilibrio 0,04 - x x x e el equilibrio 0,04 - x x x Se umple que e el equilibrio hay 0,08 moles de SO ; luego: 0,04 - x 0,08 x 0,0 mol Utilizamos la expresió de K y sustituimos los datos: [ SO ] [ O ] [ SO ] K 0,04 0,0 0,08 -,74 0. Ua mezla gaseosa de L, ostituida iiialmete por 7,94 mol de hidrógeo y,0 mol de yodo, se alieta a 44 C, o lo que se forma e el equilibrio 9, mol de HI segú la reaió: I (g) + H (g) HI (g) a) Calula razoadamete el valor de la ostate de equilibrio a diha temperatura. b) Si hubiésemos partido de 4 mol de hidrógeo gas y mol de yodo gas, uátos mol de yoduro de hidrógeo habría e el equilibrio? Razoa tus respuestas. (País Vaso, 007) a) E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias I ( g ) + H ( g ) HI ( g ) iiiales,0 7,94 0 reaioa -x -x x e el equilibrio,0 - x 7,94 - x x e el equilibrio,0 - x 7,94 - x x E el euiado os die que e el equilibrio hay 9, moles de HI; luego: x 9, x 4,76 mol 97

6 6 Equilibrio químio Segú la expresió de K y sustituyedo valores: 9, [ ] [ H ] 0,4,8 [ HI] K I b) E el uevo equilibrio tedremos:, 78 Molaridad Sustaias I ( g ) + H ( g ) HI ( g ) iiiales 4 0 reaioa -x -x x e el equilibrio 4 - x - x x e el equilibrio 4 - x - x x Sustituyedo e la ostate: K x [ HI], 78 [ I ] [ H ] 4 - x - x Resolvemos la euaió de segudo grado, obteiedo dos posibles valores: x 4,6 y x,9. Está laro que el úio posible es x,9. Segú esto, los moles de HI e el equilibrio será: (HI) x,8 mol 4. E u reipiete errado y vaío de 00 ml se itrodue,6 g de yoduro de hidrógeo. Se eleva la temperatura a 400 C y se alaza el equilibrio: HI (g ) I (g ) + H (g ) El valor de K para este equilibrio a 400 C es 0,07. Calular: a) La presió total e el equilibrio. b) Los gramos de yoduro de hidrógeo e el equilibrio. Datos: masas atómias: H ; I 7; R 0,08 atm L K - mol -. (Catabria, 00) E primer lugar alulamos los moles de HI que orrespode a,6 g, teiedo e ueta que la masa moleular es: Mm (HI) 8 g/mol: m 6, g 00, mol Mm 8 g/mol 98

7 Soluioario E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias HI ( g ) I ( g ) + H ( g ) iiiales 0,0 0 0 reaioa -x x x e el equilibrio 0,0 - x x x e el equilibrio 00, - x 0, x 0, x 0, Sustituyedo e la expresió de la ostate de equilibrio y resolviedo la euaió de segudo grado obteemos: x x K [ I ] [ H] 0, 0, 0, 07 [ HI] 0,0 - x 0, El úmero total de moles será: (0,0 - x ) + x + x 0,0 - x 4, 0 mol a) Para alular la presió total utilizamos la euaió de los gases ideales: P V R R 00, 0, 08 ( ) P V 0,, atm b) Los moles de HI e el equilibrio será: (HI) 0,0 - x 0,0-4, 0-0,0 mol Para hallar la masa: m m Mm 0,0 mol 8 g/mol m,4 g Mm. Para el equilibrio H (g) + CO (g) H O (g) + CO (g), K 4,40 a 000 K. Si se itrodue simultáeamete,00 mol de H,,00 mol de CO y,00 mol de H O e u reipiete de 4,68 litros a 000 K, determie la omposiió de todas las sustaias presetes e el equilibrio fial. (Aragó, 007) E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias H ( g ) + CO ( g ) H O ( g ) + CO ( g ) iiiales,00,00,00 0 reaioa -x -x x x e el equilibrio e el equilibrio,00 - x,00 - x,00 + x x 00, - x 4,68 00, - x 4,68 00, + x 4,68 x 4,68 99

8 6 Equilibrio químio Sustituyedo e la expresió de la ostate de equilibrio y resolviedo la euaió de segudo grado obteemos: K [ HO ] [ CO] [ H ] [ CO ] 4,40,00 + x x 4,68 4, 68,00 - x,00 - x 4,68 x 0, mol 4,68 Utilizado el valor hallado de x alulamos los moles de todas las espeies e el equilibrio: (H ) (CO ),00 - x 0,4 mol (H O),00 + x, mol (CO) 0, mol 6. E u matraz de litros se itrodue ua mezla de 0,9 moles de N y 0, mol de O. Se alieta la mezla hasta 00 K, estableiédose el equilibrio: N (g ) + O (g ) NO (g). eiedo e ueta que e estas odiioes reaioa el,09 % del itrógeo iiial (o el oxígeo orrespodiete), alula: a) La oetraió de todos los ompuestos e el equilibrio a 00 K. b) El valor de la ostate de equilibrio K. (Castilla-La Maha, 006) El problema os die que α 0,009, respeto al itrógeo iiial. E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias N ( g ) + O ( g ) NO ( g ) iiiales 0,9 0, 0 reaioa -0,9α -0,9α 0,9α e el equilibrio e el equilibrio 0,9 ( - α) 0, - 0,9α 0,9α 09, ( - α) 0, - 0, 9 α 0, 9 α a) Sustituyedo el valor del grado de disoiaió alulamos la oetraió de todas las espeies e el equilibrio: 09, ( -α) 09, ( - 0, 009) [ N] 0, - 0, 9 α 0, - 0, 9 0, 009 [ O] [ NO] 0, 8 M 0, M 0,9 α 0, 9 0, M 00

9 Soluioario b) Segú la expresió de K y sustituyedo valores: [ NO] - ( 4 0 ) 879, 0-4 [ N ] [ O ] 0,8 0, K 7. Ua muestra de 0,0 moles de BrF se itrodue e u reipiete de 0 litros que, ua vez errado, se alieta a 00 C estableiédose el siguiete equilibrio: BrF( g) Br ( g) + F ( g ) Cuado se alaza el equilibrio la presió total es de,46 atmósferas. Calule: a) El grado de disoiaió del BrF. b) El valor de la ostate de equilibrio K. (Castilla y Leó, 00) E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias BrF ( g ) / Br ( g ) + / F ( g ) iiiales 0, 0 0 reaioa -0,α / 0,α / 0,α e el equilibrio e el equilibrio 0, ( - α) / 0,α / 0,α 0, ( - α) 0 / 0, α 0 / 0, α 0 Los moles totales será: (0, - 0,α) + 0,0α + 0,α 0, + 0,α a) Para alular el grado de disoiaió alulamos los moles totales a través de la euaió de los gases ideales: P V,46 0 P V R 0,69 mol R 0,08 (00 + 7) 0,+ 0, α α - 0, 0, 0,69-0, 0, 0, b) Calulamos las oetraioes de las espeies e el equilibrio y sustituimos e la expresió de la ostate de equilibrio: - [ Br ],7 0 M - [ F ] 8,7 0 M - [ BrF ] 6, 0 M [ Br ] [ F ] K / / [ BrF ] -/ -/ (,7 0 ) ( 8,7 0 ) - 6, 0,

10 6 Equilibrio químio 8. Cosidérese el siguiete sistema e equilibrio: MX (g ) MX (g ) + X (g ) A 00 C K vale 0,0. E u mometo dado las oetraioes de las sustaias presetes so: [MX ] 0,04 M, [MX ] 0,40 M y [X ] 0,0 M. Razoe si, e esas odiioes, el sistema está e equilibrio. E el aso e que o estuviera e equilibrio, ómo evoluioaría para alazarlo? (Adaluía, 006) Calulamos el oiete de reaió e las odiioes del euiado: [ MX] [ X] 04, 0, Q [ MX ] 004, Q > K : el sistema o está e equilibrio. Al haber mayor oetraió de produtos que e el equilibrio, la reaió evoluioará haia la izquierda para alazarlo. 9. Si e ua mezla de reaió el valor del oiete de reaió es mayor que el valor de la ostate de equilibrio, idia razoadamete si la reaió se produirá haia la dereha o haia la izquierda (tomado omo refereia la euaió químia represetativa de la misma). (Castilla-La Maha, 007) Al igual que e el problema aterior, Q > K : el sistema o está e equilibrio. Al haber mayor oetraió de produtos que e el equilibrio, la reaió evoluioará haia la izquierda para alazarlo y ompesar el exeso de produtos. 0. A 400 C el amoiao se euetra disoiado u 40 % e itrógeo e hidrógeo uado la presió del sistema es de 70 mm Hg. Calular para el equilibrio: NH (g) N (g ) + H (g) a) Las presioes pariales de ada espeie e el equilibrio, uado la atidad iiial de NH es de 4 mol. b) K p. (Extremadura, 006) E primer lugar expresamos la presió e atmósferas: atm P 70 mm Hg 0,9 atm 760 mm Hg 0

11 Soluioario E el equilibrio tedremos: Sustaias NH ( g ) N ( g ) + H ( g ) iiiales reaioa - 4α 4α 4α e el equilibrio 4 ( - α) 4α α Los moles totales será: 4 ( - α) + 4α + α 4 ( + α) a) Sustituimos el valor de α e las expresioes de las presioes pariales: NH 4 ( ) PNH χnh P P - α P 4 (+ α) P P P NH - 04, 0,9 0, atm + 04, N 4 χ α P P P 4 ( + α) N N P N 04, 0,9 0, atm + 0, 4 H χ α P P P 4 ( + α) H H P H 0, 4 0,9 0, 6 atm + 04, b) Sustituimos los datos de las presioes pariales e la expresió de K p : PN P H Kp P NH K p 0, 06, 0, 48,. E u reipiete de 0,0 litros se itrodue ua mezla de 4,0 moles de itrógeo y,0 moles de hidrógeo. Se eleva la temperatura hasta 00 K estableiédose el equilibrio: N (g ) + H (g ) NH (g) E ese istate se observa que hay 0,8 moles de amoiao. a) Calula el valor de K. b) Calula el valor de K p y la presió total. (País Vaso, 006) 0

12 6 Equilibrio químio E el uevo equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias N ( g ) + H ( g ) NH ( g ) iiiales 4,0,0 0 reaioa -x -x x e el equilibrio 4,0 - x - x x e el equilibrio 40, - x 0 - x 0 x 0 E el euiado del problema os die que hay 0,8 mol de NH e el equilibrio; luego: x 0,8 x 0,4 mol a) Segú la expresió de K y sustituyedo valores: [ NH] K [ N] [ H] 0, ,4-0, ,04 b) Segú la relaió etre K p y K, hallamos el valor de la primera teiedo e ueta que Δ -: K K ( R ) Δ K 0,04 ( 0,08 00) -, p p Para hallar la presió total, e primer lugar alulamos los moles totales e el equilibrio y a otiuaió apliamos la euaió de los gases ideales: ( 4- x) + ( - x) + x 4-04, + -, + 08,, mol P V R R, 0,08 00 P V 0,46 atm. El CO reaioa rápidamete o H S a altas temperaturas segú la reaió: CO (g ) + H S (g ) COS (g ) + H O (g ) E u experimeto se oloaro 4,4 g de CO e ua vasija de, L a 7 C y ua atidad sufiiete de H S para que la presió total, ua vez alazado el equilibrio, fuese de 0 atm. Sabiedo que e la mezla fial, ua vez alazado el equilibrio, había 0,0 mol de agua: a) Determie el úmero de moles de ada espeie presete e el equilibrio. b) Calule la ostate de equilibrio K p. (Aragó, 007) 04

13 Soluioario Calulamos los moles de CO que se orrespode o 4,4 g teiedo e ueta que Mm (CO ) 44 g/mol. E el equilibrio tedremos: m 44, g 0, mol Mm 44 g/mol Sustaias CO ( g ) + H S ( g ) COS ( g ) + H O ( g ) iiiales 0, y 0 0 reaioa -x -x x x e el equilibrio 0, - x y - x x x E el euiado os die que e el equilibrio hay 0,0 mol de agua, luego x 0,0 mol. a) E primer lugar alulamos los moles totales: ( 0, - x) + ( y - x) + x + x 0, - 00, + y - 0, , + 00, 0, + y A través de la ley de los gases alulamos los moles totales e el equilibrio, teiedo e ueta que la presió total e el equilibrio es 0 atm. P V 0, P V R R 0,08 (7 + 7) 0,+ y 0, 0,+ y y 0,4 mol 0, mol Cooido el valor de y, alulamos los moles de todas las espeies e el equilibrio: (CO ) 0,- x 0, - 0,0 0,09 mol (H S) y - x 0,4-0,0 0,9mol (COS) ( H O) x 0,0 mol b) Para alular K p, primero hallamos la presió parial de todas las espeies e el equilibrio: P P P CO 0,09 χ P P PCO 0,8 atm 0, CO CO HS 0,9 χ P P PHS 0 7,8 atm 0, HS HS COS 0,0 χ P P PCOS 0 0, atm 0, COS COS Sustituyedo e la expresió de K p (P H O P COS ): K p P P COS CO P P H O HS 0, 0, - Kp,8 0,8 7,8 0

14 6 Equilibrio químio. E u matraz se itrodue iiialmete 9, g de tetraóxido de diitrógeo (N O 4 ) a C, o lo que diho ompuesto se disoia e dióxido de itrógeo (NO ) segú el equilibrio: N O 4 (g) NO (g). Sabiedo que la ostate de equilibrio, K p, vale 0,4 a diha temperatura y que la presió total e el equilibrio es de, atmósferas, alular: a) El grado de disoiaió. b) Las presioes pariales de ada uo de los gases e el equilibrio. ) El valor de K. Datos: R 0,08 atm L mol - K - ; masas atómias: N 4; O 6. (Caarias, 006) Calulamos los moles de N O 4 que se orrespode o 9, g teiedo e ueta que Mm (N O 4 ) 9 g/mol. E el equilibrio tedremos: m 9, g 0, mol Mm 9 g/mol Sustaias N O 4 ( g ) NO ( g ) iiiales 0, 0 reaioa -0,α 0,α e el equilibrio 0, ( - α) 0,α Los moles totales será: ( 0, - 0, α) + 0, α 0, ( + α) a) eiedo e ueta que P, atm, obteemos las expresioes de las presioes pariales de ambas espeies: NO 4 PNO χ N O P P 4 4 0, ( -α) PNO, - α 4 0, ( + α) + α, NO PNO χ NO P P 0,α α PNO,, 0, ( + α) + α Sustituimos las presioes pariales e la expresió de K p y resolvemos la euaió de segudo grado, obteiedo el valor del grado de disoiaió: α, PNO + α Kp 0,4 α 0,7 PNO - α 4, + α 06

15 Soluioario b) Cooido el valor de α sustituimos e las expresioes de las presioes pariales: P NO - α 0,7,, 0,8 atm + - α + 0,7 4 P α 0,7 NO,, 0, atm + α + 0,7 ) Segú la relaió etre K p y K, hallamos el valor de K, teiedo e ueta que Δ : K K ( R ) p - Δ - K 0,4 [ 0,08 ( + 7) ], El produto de solubilidad del bromuro de plata a C es de 4, Calule los g de AgBr que habrá disueltos e 00 ml de disoluió saturada de AgBr a esa temperatura. Masas atómias: Na ; Ag 08; Br 80. (La Rioja, 006) Segú la estequiometría de la reaió: - AgBr (s ) Ag + (aq ) + Br - (aq ) s s ps + - ps ps K [ Ag ] [ Br ] K s s K Sustituyedo el valor del produto de solubilidad: s 4,6 0 s 6,78 0 mol L Calulamos la masa de AgBr disuelto e medio litro de disoluió teiedo e ueta el valor de la solubilidad, la masa moleular Mm (AgBr) 88 g/mol y utilizado fatores de oversió: mol AgBr - 88 gagbr m ( AgBr) 678, 0 7 0, L L mol AgBr - 67, 0 gagbr. Calule el produto de solubilidad del loruro de plomo (II) sabiedo que su solubilidad e 00 ml de agua a 0 C es 0,99 g. Datos: masas atómias: Pb 07,9; Cl,. (C. F. Navarra, 006) E primer lugar alulamos la solubilidad e mol/l teiedo e ueta que Mm (PbCl ) 78,9 g/mol: 0,99 gpbcl 000 ml mol PbCl s 00 ml L 78,9 g PbCl - 0, 06 mol L 07

16 6 Equilibrio químio Segú la estequiometría de la reaió: PbCl (s) Pb + (aq) + Cl - (aq) s s K [ Pb ] [ Cl ] K s ( s) 4s ps Sustituyedo el valor de la solubilidad: + - ps 4 - Kps 4s 4 ( 0, 06) 8, 0 6. E el proeso Haber-Bosh para la sítesis de amoiao tiee lugar la reaió e fase gaseosa siguiete: N (g ) + H (g ) NH (g ) H -9,6 KJ a) Explique ómo debe variar la presió, el volume y la temperatura para que el equilibrio se desplae haia la formaió de amoiao. b) Comete las odiioes reales de obteió del ompuesto e la idustria. (Castilla y Leó, 00) a) Al tratarse de ua reaió dode dismiuye los moles gaseosos, u aumeto de presió favoreerá el desplazamieto haia la formaió de amoiao. Ua dismiuió de volume provoará u aumeto de oetraió y tambié desplazará el equilibrio haia dode exista meos moles gaseosos; es deir, haia la formaió de amoiao. Ua dismiuió de temperatura favoree el setido e que la reaió es exotérmia. La reaió es exotérmia, por lo que al dismiuir la temperatura favoreeremos la sítesis del amoiao. b) Ver págias de teoría e el libro. 7. E la siguiete reaió: N (g ) + H (g) NH (g), la ostate de este equilibrio a 00 K es 0,9 M -. Sabemos que e u reipiete de L hay mol de itrógeo, mol de hidrógeo y mol de amoiao. Estará el sistema e equilibrio e esas odiioes? (La Rioja, 007) Calulamos el oiete de reaió e las odiioes del euiado: [ NH] Q [ N ] [ H ] 0, 48 08

17 Soluioario Q > K : el sistema o está e equilibrio. Al haber meor oetraió de produtos que e el equilibrio, la reaió evoluioará haia la dereha para alazarlo. 8. La reaió: CO (g ) + H O (g ) H (g ) + CO (g) tiee ua ostate K de 8, a 900 C. E u reipiete de litros se mezla 0 mol de CO y mol de H O a 900 C. Calule e el equilibrio: a) Las oetraioes de todos los ompuestos. b) La presió total de la mezla. Dato: R 0,08 atm L mol - K -. (Caarias, 007) E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias CO ( g ) + H O ( g ) H ( g ) + CO ( g ) iiiales reaioa -x -x x x e el equilibrio 0 - x - x x x 0 - x - x x e el equilibrio x a) Sustituimos e la expresió de K y resolviedo la euaió de segudo grado hallamos el valor de x: K x x [ H] [ CO ] [ CO] [ HO ] 8, 0 - x - x x 4,4 mol Cooido el valor de x, alulamos las oetraioes de todas las espeies e el equilibrio: [ CO] 0 - x 0-4,4-0,8 mol L 4,4 [ HO ] - x - - 0,08 mol L x 4,4 - [ CO] [ H] 0,8 mol L b) Calulamos los moles totales y, a través de la euaió de los gases ideales, la presió total: P ( 0 - x) + ( - x) + x + x mol P V R R 0, 08 ( ) V 7, 7 atm 09

18 6 Equilibrio químio 9. Para el proeso PCl (g) PCl (g) + Cl (g), la ostate de equilibrio a 760 K vale K,. Si se iyeta simultáeamete,0 g de PCl y,0 g de PCl e u reipiete de 6, m, alula las oetraioes de todas las sustaias e el equilibrio a esa temperatura. Masas molares: M(P),0 g/mol; M(Cl), g/mol. (Aragó, 006) E primer lugar alulamos los moles que se orrespode o,0 g de PCl y,0 g de PCl sabiedo que Mm (PCl ) 08, g/mol y Mm (PCl ) 7, g/mol. m Mm E el equilibrio tedremos:, g - ( PCl) 79, 0 08, g/mol g ( PCl) 0, 09 mol 7, g/mol mol Molaridad Sustaias PCl ( g ) PCl ( g ) + Cl ( g ) iiiales 7,9 0-0,09 0 reaioa -x x x e el equilibrio e el equilibrio 7, x 0,09 + x x - 79, 0 - x 0,06 0, 09 + x 0,06 x 0,06 Sustituimos e la expresió de K y tras resolver la euaió de segudo grado obteemos el valor de x: K [ PCl] [ Cl], [ PCl ] x 64, 0 0, 09 + x x 0, 06 0, 06-79, 0 - x 0, 06 - mol Sustituimos el valor de x para alular las oetraioes de todas las espeies e el equilibrio: [ PCl ] [ PCl ] x 79, 0-79, 0-64, 0 0,06 0, 06 0, 09 + x 0, , 0-0,06 x 64, 0 [ Cl ] 0,06 0, 06-0, 06 08, mol L - 0, 08 mol L - - 8, mol L 0

19 Soluioario 0. El hidrógeo y el yodo reaioa segú el siguiete equilibrio: I (g) + H (g) HI (g). E u matraz de litro se itrodue iiialmete 00 g de yodo y 6 g de hidrógeo. Después de errar el matraz y aletar hasta 00 K para alazar el equilibrio, queda 4,46 g de hidrógeo. Calula: a) Los moles de ada espeie e el equilibrio. b) K y K p a esa temperatura. Datos: R 0,08 atm L K - mol - ; masas atómias: I 7; H. (Castilla-La Maha, 00) a) E primer lugar alulamos los moles iiiales que se orrespode o 00 g de I y 6 g de H sabiedo que Mm (I ) 4 g/mol y Mm (H ) g/mol. m Mm E el equilibrio tedremos: 00 g () I 079, mol 4 g/mol 6 g ( H) mol g/ mol Molaridad Sustaias I ( g ) + H ( g ) HI ( g ) iiiales 0,79 0 reaioa -x -x x e el equilibrio 0,79 - x - x x e el equilibrio 079, - x - x x El euiado os die que e el equilibrio os eotramos o 4,46 g de H. Hallamos los moles que se orrespode o ellos: Por tato: m 446, g ( H), mol M g/mol - x, x 0,77 mol Sustituimos el valor de x para alular los moles de ada espeie e el equilibrio: () I 079, - x 0, , 0, 0 mol ( H) - x - 077,, mol ( HI) x 077, 4, mol

20 6 Equilibrio químio b) Sustituimos los valores e la expresió de K. [ HI] 4,, 7 [ ] [ ] 00,, K I H Para hallar K p utilizamos la expresió que relaioa K y K p. K K ( R ) Δ Como Δ 0, K p K,7.. El amoiao reaioa a 98 K o oxígeo moleular y se oxida a moóxido de itrógeo y agua, siedo su etalpía de reaió egativa. a) Formule la euaió químia orrespodiete o oefiietes estequiométrios eteros. b) Esriba la expresió de la ostate de equilibrio K. ) Razoe ómo se modifiará el equilibrio al aumetar la presió total a 98 K si so todos los ompuestos gaseosos a exepió del H O, que se euetra e estado líquido. d) Explique razoadamete ómo se podría aumetar el valor de la ostate de equilibrio. (C. Madrid, 006) a) 4 NH + O 4 NO + 6 H O [ HO ] [ NO] b) K [ NH ] [ O ] p ) Al aumetar la presió, dismiuye el volume, aumetado así la oetraió. El equilibrio se desplazará haia dode hay meos moles gaseosos para ompesar este aumeto. E este aso hay 9 moles gaseosos e los reativos y 4 moles e los produtos, por lo que se desplazará haia la formaió de produtos. d) Modifiado la temperatura, que es el úio fator que ifluye e K. Al ser ua reaió exotérmia, K aumetará si dismiuimos la temperatura, ya que se desplazará el equilibrio haia la formaió de produtos.. Al aletar petaloruro de fósforo a 0 C, e u reator de litro de apaidad, se desompoe segú: PCl (g) PCl (g) + Cl (g ) Si ua vez alazado el equilibrio, el grado de disoiaió es 0,8, y la presió total, de ua atmósfera, alule: a) El úmero de moles de PCl iiiales. b) La ostate K p a esa temperatura. Dato: R 0,08 atm L K - mol -. (Adaluía, 006)

21 Soluioario a) E el equilibrio tedremos: Sustaias PCl ( g ) PCl ( g ) + Cl ( g ) iiiales reaioa - 0 α 0 α 0 α e el equilibrio 0 ( - α) 0 α 0 α Los moles totales será: 0 ( - α) + 0 α + 0 α 0 ( + α) Calulamos su valor a través de la euaió de los gases ideales: P V R P V 0,0 mol R 0, 08 ( 0 + 7) Sustituyedo este valor e la expresió aterior: ( + α) 0, 0 ( + 0, 8) 0, 0 mol b) E primer lugar alulamos las presioes pariales e el equilibrio: P P PCl χ P P PCl PCl PCl P P PCl PCl χ PCl P P PCl 0 0 P Cl ( -α) -,8 atm ( + α) P , 0, 0 0 α 0,8 P atm ( + α) ,, 44 Sustituyedo e la expresió de K p K p P PCl P P PCl Cl K p 0,44 0,44 0,,76. E u reipiete de L se itrodue,0 mol de PCl (g ) y,0 mol de PCl (g ). La temperatura se eleva a 0 C, estableiédose el siguiete equilibrio: PCl (g ) PCl (g ) + Cl (g ) Sabiedo que K para la reaió a esa misma temperatura vale 0,04, se preguta: a) Calular la oetraió de Cl e el equilibrio. b) Calular el valor de K p a esa misma temperatura. ) Calular el poretaje (%) de disoiaió alazado por el PCl. Dato: R 0,08 atm L mol - K -. (P. Asturias, 006)

22 6 Equilibrio químio E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias PCl ( g ) PCl ( g ) + Cl ( g ) iiiales 0 reaioa -x x x e el equilibrio - x + x x e el equilibrio - x + x x Sustituimos e la expresió de K y, tras resolver la euaió de segudo grado, obteemos el valor de x: K [ PCl] [ Cl] [ PCl ] + x x 0, 04 x 0,8 mol - x a) Utilizamos el valor de x para hallar la oetraió de loro e el equilibrio: x 08, [ Cl ] - 0, 06 mol L b) Para hallar K p utilizamos la expresió que relaioa K y K p, teiedo e ueta que Δ. K K ( R ) Δ K p K p 0, 04 [ 0, 08 ( 0 + 7) ],8 ) Y etoes: x 08, α 04, 0 El PCl se disoiará e u 4 %. 4. E u reipiete de, litros se itrodue mol de petaloruro de fósforo (PCl ). Cuado se alaza el equilibrio a 90 K, el petaloruro de fósforo se ha disoiado u 60 %, segú el siguiete equilibrio: PCl (g ) PCl (g ) + Cl (g ) Calular: a) Las oetraioes de ada ua de las espeies e equilibrio. b) K. ) K p. (Caarias, 00) 4

23 Soluioario E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias PCl ( g ) PCl ( g ) + Cl ( g ) iiiales 0 0 reaioa -α α α e el equilibrio - α α α e el equilibrio ( - α) α α,,, a) Para hallar las oetraioes e el equilibrio sustituimos los valores de α: [ PCl ] ( - α) ( - 06, ) mol - 08, L,, α [ PCl] [ Cl] 06, -, mol L,, b) Sustituimos e la expresió de K : K [ PCl] [ Cl] [ PCl ] K,, 8, 08, ) Para hallar K p utilizamos la expresió que relaioa K y K p, teiedo e ueta que Δ. K K ( R ) K, 8 ( 0, 08 90) 7, 6 p. E u reipiete errado y vaío de 0 litros se itrodue, g de moóxido de arboo y,84 g de loro. Se eleva la temperatura a C y, uado se alaza el equilibrio: CO (g) + Cl (g ) COCl (g ) la presió total es de 8 mm Hg. Calular: a) La ostate K para este equilibrio a C. b) La ostate K p para este equilibrio a C. ) Los gramos de loro e el equilibrio. Datos: masas atómias: C ; O 6; Cl,; R 0,08 atm L mol - K -. (Catabria, 00) Δ p E primer lugar alulamos los moles iiiales que se orrespode o, g de CO y,84 g de Cl sabiedo que Mm (CO) 8 g/mol y Mm (Cl ) 7 g/mol., g (CO) 0,04 mol m 8 g/mol Mm,84 g (Cl ) 0,04 mol 7 g/mol

24 6 Equilibrio químio E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias CO ( g ) + Cl ( g ) COCl ( g ) iiiales 0,04 0,04 0 reaioa -x -x x e el equilibrio 0,04 - x 0,04 - x x e el equilibrio 004, - x 0 004, - x 0 x 0 Los moles totales será: ( 004, - x) + ( 0, 04 - x) + x 008, - x Calulamos su valor a través de la euaió de los gases ideales, teiedo e ueta que: atm P 8 mm Hg 0,4 atm 760 mm Hg P V R P V 04, 0 R 0, 08 ( + 7) 0, 066 mol Sustituyedo este valor e la expresió aterior: 008, - x 0, , - x x 0, 04 mol a) Sustituimos los valores e la expresió de K : x 0 K 004, - x 004, - x 0 0 [ COCl] [ CO] [ Cl ] 0, , - 0, , b) Para hallar K p utilizamos la expresió que relaioa K y K p, teiedo e ueta que Δ -. K K ( R ) Δ p - K p 07, [ 0, 08 ( + 7) ] 6, ) Los moles de Cl e el equilibrio so: (Cl ) 0,04-0,04 0,06 mol m m Mm 0, 06 mol 7 g/mol, 846 gcl Mm 6

25 Soluioario 6. Sea el equilibrio a 70 C: SO (g ) SO (g ) + O (g ). Si a ua presió total de 0, atm el trióxido de azufre se euetra disoiado e u 69 %, alula: a) las presioes pariales de ada gas e el equilibrio; b) los valores de K p y K. Dato: R 0,08 atm L mol - K -. (Castilla-La Maha, 007) E el equilibrio tedremos: Sustaias SO ( g ) SO ( g ) + / O ( g ) iiiales reaioa - 0 α 0 α / 0 α e el equilibrio 0 ( - α) 0 α / 0 α Los moles totales será: ( α) 0 α 0 α 0 + α a) Calulamos las presioes pariales e el equilibrio: P χ SO 0 ( -α) SO P P PSO P 0 ( + / α) - 0,69 0, 0, 08 atm + / 069, SO P SO 0 χ α P P PSO 0 ( + / α) 0,69 0, 08, atm + / 069, SO SO P P O χ P P PO O O / 0,69 0, 0, 064 atm + / 069, 0 / 0 α ( + / α) P b) Sustituyedo e la expresió de K p : K p P SO P P SO / Cl K p / 0,8 (0,064) 0,08 0,6 Segú la relaió etre K p y K, hallamos el valor de K teiedo e ueta que Δ 0,: - K K ( R ) Δ K p -, K 0,6 [ 0,08 ( ) ] 0 0,06 7

26 6 Equilibrio químio 7. Ua mezla gaseosa está ostituida iiialmete por 7,9 moles de hidrógeo y, moles de yodo e estado vapor. Se alieta hasta 40 C y se llega al equilibrio habiédose formado 9, moles de HI. Calule la ostate de equilibrio a 40 C de la reaió: H (g ) + I (g) HI (g ). (Castilla y Leó, 00) E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias I ( g ) + H ( g ) HI ( g ) iiiales 7,90, 0 reaioa -x -x x e el equilibrio 7,9 - x, - x x e el equilibrio 79, - x, - x x E el euiado os die que e el equilibrio hay 9, moles de HI; luego: x 9, x 4,76 mol Segú la expresió de K y sustituyedo valores: [ HI] K [ I ] [ H ] 9, 7,9-4,76,- 4,76,6 8. El yodo reaioa o el hidrógeo segú la siguiete euaió: I (g ) + H (g ) HI (g ) El aálisis de ua mezla gaseosa de I (g), H (g), HI (g ), oteida e u reipiete de L a 7 C, dode se ha alazado el equilibrio, dio el siguiete resultado:, 0 - mol de HI;, mol de I y, mol de H. a) Cuál es la presió de ada uo de los gases e el equilibrio a 7 C, y la presió total e el iterior del reipiete? b) Esriba la expresió de la ostate de equilibrio K p para la reaió idiada y alule su valor umério. Datos: masas atómias: H ; I 6,9; R 0,08 atm L mol - K -. (C. Valeiaa, 007) a) E primer lugar alulamos los moles totales e el equilibrio:, 0 - +, ,09 0 -, mol 8

27 Soluioario A través de la euaió de los gases ideales alulamos la presió total: P V R - R 76, 0 0, 08 ( 7 + 7) P 0, 6 atm V Cooidos los moles totales y la presió total, alulamos las presioes pariales de ada gas: P P P P I χ P P I I I P 46, 0 76, H χ P P H H P H 09, 0 76, HI χ P P HI HI HI, 0 76, , 6 0, 098 atm 0, 6 0, 086 atm 0, 6 0, 090 atm b) K p P I HI P P H. Sustituyedo valores: K p P I HI 0, 090 P P H 0, 098 0, 086 6, 9. La ostate de equilibrio, K, de la reaió: H (g ) + CO (g ) H O (g ) + CO (g ) es 4, a 60 C. Para iiiarla se iyeta 0,8 mol de H y 0,8 mol de CO e u reipiete de litros. Calular: a) La oetraió molar de todas las espeies e equilibrio. b) El valor de K p a 60 C. (Extremadura, 006) E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias H ( g ) + CO ( g ) H O ( g ) + CO ( g ) iiiales 0,8 0,8 0 0 reaioa -x -x x x e el equilibrio 0,8 - x 0,8 - x x x e el equilibrio 08, - x 08, - x x x 9

28 6 Equilibrio químio a) Sustituyedo e la expresió de la ostate de equilibrio y resolviedo la euaió de segudo grado obteemos: x x [ HO ] [ CO] K [ H] [ CO] 4, x 0, 6 mol 0,8 - x 08, - x Utilizado el valor hallado de x alulamos las oetraioes de todas las espeies e el equilibrio: 08, - x 08, - 0, 6 [ H] [ CO] - 0, 8 mol L x 0, [ HO ] [ CO] 4, 0 mol L b) Para hallar K p utilizamos la expresió que relaioa K y K p. Como Δ 0, K p K 4,. K K ( R ) Δ p 0. E u reipiete errado de volume ostate igual a L y a la temperatura de 0 K se itrodue mol de N O 4 (g). Este gas se desompoe parialmete segú la reaió N O 4 (g) NO (g ), uya ostate de equilibrio K p vale 0,49 a diha temperatura. a) Calule el valor de la ostate de equilibrio, K. b) Determie las fraioes molares de los ompoetes de la mezla e el equilibrio. ) Cuál es la presió total uado se ha alazado el equilibrio? Dato: R 0,08 atm L mol - K -. (C. Madrid, 00) a) Segú la relaió etre K p y K, hallamos el valor de K teiedo e ueta que Δ : - - K Kp ( R ) Δ K 0,49 [ 0,08 0] 9, 96 b) E el equilibrio tedremos: - 0 Molaridad Sustaias N O 4 ( g ) NO ( g ) iiiales 0 reaioa -x -x e el equilibrio - x x e el equilibrio - x x 0

29 Soluioario Los moles totales será: ( - x) + x + x Sustituyedo e la expresió de K y resolviedo la euaió de segudo grado alulamos el valor de x: K χ NO 4 χ NO [ NO ] - 9, 96 0 [ NO ] 4 NO x + NO + x x x x - x 0, 0, 6 0, 0, 0, , ) Los moles totales será: + x + 0,, mol Co la euaió de los gases ideales alulamos la presió total: P V R x 0, mol R, 0, 08 0 P 7, atm V. Se tiee el siguiete equilibrio gaseoso: CO + O CO ; H - kal. Idique de u modo razoado ómo ifluye sobre el desplazamieto del equilibrio: a) U aumeto de la temperatura. b) Ua dismiuió e la presió. ) U aumeto de la oetraió de oxígeo. (Castilla y Leó, 00) a) U aumeto de temperatura desplaza el equilibrio e el setido edotérmio de la reaió. Como se trata de ua reaió exotérmia, u aumeto de temperatura desplazará el equilibrio haia la izquierda. b) Si dismiuye la presió, aumeta el volume y dismiuirá la oetraió de las espeies reaioates. El equilibrio ompesará el ambio evoluioado haia dode se produza u mayor úmero de moles gaseosos. E este aso, evoluioará de dereha a izquierda, haia la formaió de reativos.

30 6 Equilibrio químio CO ) Dado Q [ ], al aumetar la oetraió [ CO] [ O] de O, Q dismiuirá, por lo que Q < K y la reaió se desplazará de izquierda a dereha, hasta que se alae de uevo el valor de la ostate de equilibrio.. Sea el proeso e equilibrio: NO (g ) + O (g) NO (g); H -4 kj; S -46 J/K. Cotesta razoadamete: a) Cómo modifia el equilibrio el aumeto de volume? b) Cómo modifia el equilibrio la dismiuió de la temperatura? ) Cómo modifia el equilibrio la preseia de u atalizador? d) A qué temperaturas será espotáeo el proeso de formaió de NO (g)? (Catabria, 00) a) U aumeto de volume hará que dismiuya la oetraió de las espeies reaioates. El equilibrio ompesará este ambio haiedo que la reaió evoluioe haia dode haya mayor úmero de moles gaseosos. E este aso hay mayor úmero de moles gaseosos e los reativos y el equilibrio evoluioará de dereha a izquierda, haia su formaió. b) Al dismiuir la temperatura, el equilibrio se desplazará e el setido e que la reaió sea exotérmia. E este aso vemos que se trata de ua reaió exotérmia e su setido direto, ya que preseta ua etalpía egativa. Así, al dismiuir la temperatura el equilibrio evoluioará de izquierda a dereha. ) Los atalizadores o afeta al equilibrio, solo afeta a las eergías de ativaió de las reaioes direta e iversa y, por tato, a sus veloidades. d) Sabemos que: ΔG ΔH - ΔS. Para que ua reaió sea espotáea, ΔG < 0. Como la etalpía y la etropía so egativas, esta reaió será espotáea a bajas temperaturas. Hallamos el valor de temperatura e la que se umple que ΔG 0: ΔG ΔH - ΔS kj - ( kj/k) 7808, K La reaió será espotáea a < 780,8 K.

31 Soluioario. Cosiderado la reaió: SO (g) + O (g ) SO (g), razoe si las siguietes afirmaioes so verdaderas o falsas. a) U aumeto de la presió odue a ua mayor produió de SO. b) Ua vez alazado el equilibrio, deja de reaioar las moléulas de SO y O etre sí. ) El valor de K p es superior al de K, a temperatura ambiete. d) La expresió de la ostate de equilibrio e fuió PSO PO de las presioes pariales es: Kp. P Dato: R 0,08 atm L mol - K -. (C. Madrid, 008) a) Verdadera. Si aumeta la presió, dismiuye el volume y aumetará la oetraió de las espeies reaioates. El equilibrio ompesará el ambio evoluioado haia dode se produza u meor úmero de moles gaseosos. E este aso, evoluioará de izquierda a dereha (meos moles gaseosos), haia la formaió de SO. b) Falsa. Se trata de u equilibrio diámio dode etre las moléulas otiúa produiédose la reaió, tato e setido direto omo iverso. Cosiderado el sistema e ojuto, paree omo si la reaió se hubiese parado, ya que, e u itervalo de tiempo dado, se produe tatas moléulas de reativo o produto omo moléulas de reativo o produto se osume e los proesos iversos. El efeto fial es que las atidades de reativos y produtos permaee ostates. ) Falsa. Se umple: K K ( R ) Δ Como Δ -, K p < K. d) Falsa. K p P P SO SO P O. p SO 4. La siguiete reaió se lleva a abo e u reator de litros de apaidad: CO (g ) + Cl (g ) COCl (g ) Cuado se alaza el equilibrio se tiee 7, moles de CO (g ), 7, moles de Cl (g ) y 7 moles de COCl (g ). a) Calula el valor de la ostate K. b) Si se añade posteriormete, mol de loro, alula el oiete de reaió (Q) e las uevas odiioes y razoa a partir del valor obteido haia dóde se desplaza el equilibrio. (Castilla-La Maha, 00)

32 6 Equilibrio químio. Dada la reaió: a) Sustituimos los valores de oetraió e el equilibrio e la expresió de K : 7 [ COCl ] K K [ CO] [ Cl ] 67, 7, 7, b) Ahora tedremos 7, mol de CO, 7, +, 0 mol de Cl y 7 mol de COCl. Co estos uevos valores alulamos el oiete de reaió: 7 [ COCl ] Q Q [ CO] [ Cl ] 7, 0 Como Q < K, sigifia que hay más reativos o meos produtos que e el equilibrio, y el sistema, para ompesarlo, evoluioará haia la dereha. CH OH (l) + O (g ) CO (g ) + 4 H O (l ); H (98) -,8 kj a) Razoa si el proeso es espotáeo e odiioes estádar y a C. b) Supoiedo que el sistema estuviese e equilibrio, razoa ómo afetaría al equilibrio u aumeto e la presió y u aumeto e la temperatura. Datos: etropías estádar a 98 K (J/K mol): S (CH OH (l)) 6,8; S (CO (g)),7; S (O (g)) 0,0; S (H O (l)) 70,0. (País Vaso, 007) a) E primer lugar alulamos la variaió de etropía de reaió: ΔSº [ Sº ( CO ) + 4Sº ( HO) ]-[ Sº ( CH OH) + S º ( O ) ] (, ) -( 6, 8 + 0, 0) -6, J/(K mol) Comprobamos si la reaió es espotáea o la expresió: ΔGº ΔHº - ΔS - ΔG º -, 8-98 ( -6, 0 ) -04, 8 kj/mol Como ΔG < 0, la reaió es espotáea. b) Si aumeta la presió, dismiuye el volume y aumetará la oetraió de las espeies reaioates. El equilibrio ompesará el ambio evoluioado haia dode se produza u meor úmero de moles gaseosos. E este aso, evoluioará de izquierda a dereha (meos moles gaseosos), haia la formaió de produtos. 4

33 Soluioario Al aumetar la temperatura, el equilibrio se desplazará e el setido e que la reaió sea edotérmia. E este aso vemos que se trata de ua reaió exotérmia e su setido direto, ya que preseta ua etalpía egativa. Así, al aumetar la temperatura, esto hará que el equilibrio evoluioe de dereha a izquierda, e el setido edotérmio. 6. E u reator de L, a temperatura ostate, se establee el equilibrio NO + SO NO + SO, siedo las oetraioes molares e el equilibrio: [ NO ] 0,; [ SO ] 0,6; [ NO ] 4,0, y [ SO ], a) Calular el valor de la K a esa temperatura. b) Si se añade 0,4 mol de NO, uál será la ueva oetraió de reativos y produtos uado se restableza de uevo el equilibrio? (C. Madrid, 004) a) Co los datos de oetraió de las espeies e el equilibrio alulamos el valor de K a través de su expresió: K [ NO] [ SO] [ NO ] [ SO ] 4, K 40 0, 0,6 b) Estableemos la reaió o las odiioes iiiales de equilibrio, las modifiaioes y las uevas odiioes de equilibrio: Sustaias NO ( g ) + SO ( g ) NO ( g ) + SO ( g ) equilibrio iiial 0, 0,6 4, Se adiioa 0,4 uevas odiioes 0, + 0,4 0,6 4, reaioa -x -x x x equilibrio 0,6 - x 0,6 - x 4 + x, + x Al añadir NO el equilibrio se desplazará de izquierda a dereha, haia la formaió de produtos. Sustituimos los uevos valores e la expresió de K y despejamos x: K [ NO][ SO] 4 + x, + x [ NO ][ SO ] 40 ( ) ( ) ( 0,6 - x) ( 0,6 - x) x 0, 4 mol Al ser u volume de litro, tratamos idistitamete moles y oetraió molar.

34 6 Equilibrio químio Las uevas oetraioes e el uevo equilibrio será: [ NO ] 06, - 0, 4 0, 86 M [ SO ] 06, - 0, 4 0, 86 M [ NO] 4 + 0, 4 4, 4 M [ SO ], + 0, 4, 44 M 7. El valor de la ostate de equilibrio a 700 K para la reaió HI (g) H (g) + I (g ) es 0,08. Si se itrodue,0 mol de HI e u reipiete de L que estaba vaío y se deja alazar el equilibrio: a) Cuátos mol de I se forma? b) Cuál es la presió total? ) Cuál será la oetraió de HI e el equilibrio si a la misma temperatura se aumeta el volume al doble? Dato: R 0,08 atm L mol - K -. (C. Madrid, 008) E el equilibrio tedremos: Molaridad Sustaias HI ( g ) H ( g ) + I ( g ) iiiales 0 0 reaioa -x x x e el equilibrio - x x x e el equilibrio - x x x Sustituyedo e la expresió de la ostate de equilibrio y resolviedo la euaió de segudo grado obteemos: K [ I ] [ H ] [ HI] x x 0,08 x 0, mol - x a) Los moles e el equilibrio de I será: (I ) x 0, mol b) Los moles totales será: ( - x ) + x + x mol Co la euaió de los gases ideales alulamos la presió total: P V R R P 0, ,44 atm V 6

35 Soluioario ) Como Δ 0, u aumeto de volume a temperatura ostate o afetará al equilibrio. Sí afetará a la oetraió de HI, ya que el volume pasa de a 0 L: [ HI] 0, - x - - 0,6 mol L El trióxido de azufre (SO ) suele eotrarse e la atmósfera próxima a las zoas idustriales omo oseueia de la oxidaió del dióxido de azufre (SO ), segú el siguiete equilibrio: SO (g ) + O (g) SO (g); H < 0 a) Explia razoadamete tres formas distitas de atuar sobre diho equilibrio que favoreza la formaió del trióxido de azufre (SO ). b) eiedo e ueta que el dióxido de azufre (SO ) y el trióxido de azufre (SO ) so, etre otros, los gases resposables de la formaió de la «lluvia áida», explia e qué osiste diho feómeo y uáles so sus efetos. (Caarias, 00) a) Al dismiuir la temperatura el equilibrio se desplazará e el setido e que la reaió sea exotérmia. E este aso vemos que se trata de ua reaió exotérmia e su setido direto, ya que preseta ua etalpía egativa. Al dismiuir la temperatura se favoreerá la formaió de SO. Al aumetar la presió, dismiuye el volume y aumetará la oetraió de las espeies reaioates. El equilibrio ompesará el ambio evoluioado haia dode se produza u meor úmero de moles gaseosos. E este aso evoluioará de izquierda a dereha (meos moles gaseosos), haia la formaió de SO. El mismo efeto aterior tedríamos dismiuyedo el volume. Otra forma sería extrayedo del reator el SO que se vaya formado para así desplazar el equilibrio haia la dereha. b) El feómeo de la lluvia áida y sus efetos viee desrito e el tema 7 (Reaioes áido-base), e la págia 64 del libro. 9. Calular la solubilidad del fluoruro de plomo (II) a 8 C sabiedo que su K ps a esa temperatura es, 0-8. Cuáles so las oetraioes de F - y de Pb + e ua disoluió saturada de diha sal a la misma temperatura? (La Rioja, 006) 7

36 6 Equilibrio químio Segú la estequiometría de la reaió: PbF (s ) Pb + (aq ) + F - (aq ) s s K [ Pb ] [ F ] K s ( s) ps + - ps K ps 4s Despejado la solubilidad y sustituyedo el valor de K ps : K s ps 4-8, mol L Las oetraioes e la disoluió saturada será: [ Pb ] s 0 mol L [ F ] s 4 0 mol L 40. La sítesis del amoiao por el proeso de Haber-Bosh se expresa o la siguiete reaió: N (g) + H (g ) NH (g ); H -9,0 KJ E u reipiete de L y a 400 K se euetra e equilibrio 0,80 mol de amoiao, 0,40 mol de itrógeo y 0,0 mol de hidrógeo. a) Calule la ostate de equilibrio K de la reaió a 400 K. b) El año 98, dada la importaia idustrial del amoiao, Haber fue galardoado o el premio Nobel de Químia por el proeso de sítesis que lleva su ombre. Idique los priipales usos y apliaioes idustriales del amoiao. Datos: H(Z ); N(Z 7); O(Z 8). (Cataluña, 007) a) E este aso: K [ NH ] H [ N ] [ ] K 08, 04, 0,, b) El amoiao se utiliza para la obteió de sales amóias, usadas omo fertilizates. E su forma ahidra se usa omo aboo direto. ambié se emplea para la obteió de NO, áido ítrio y itratos. Otro de sus usos es omo refrigerate. E los hogares se utiliza omo produto de limpieza. 8

37 Soluioario 4. El amoiao ostituye la materia prima para la idustria de los fertilizates itrogeados, obteiédose idustrialmete mediate la llamada sítesis de Haber: N (g ) + H (g ) NH (g ); H < 0 Se pide: a) Cómo ifluiría e el equilibrio u aumeto de la temperatura? b) Si aumetamos la presió, e qué setido se desplaza el equilibrio? ) Cuáles sería las odiioes de presió y temperatura que favoree la produió de NH? d) Si S < 0, sería espotáea la reaió? (Caarias, 007) a) Al aumetar la temperatura, el equilibrio se desplazará e el setido e que la reaió sea edotérmia. E este aso vemos que se trata de ua reaió exotérmia e su setido direto, ya que preseta ua etalpía egativa. Así, al aumetar la temperatura, esto hará que el equilibrio evoluioe de dereha a izquierda, haia la formaió de los reativos. b) Al aumetar la presió, dismiuye el volume y aumetará la oetraió de las espeies reaioates. El equilibrio ompesará el ambio evoluioado haia dode se produza u meor úmero de moles gaseosos. E este aso evoluioará de izquierda a dereha (meos moles gaseosos), haia la formaió de amoiao. ) Segú hemos diho ateriormete, baja temperatura y alta presió. d) Como ΔG ΔH - ΔS, la reaió será espotáea uado ΔG < 0. Si ΔH < 0 y ΔS < 0, esto se logrará a bajas temperaturas. 4. Razoe el efeto que provoará e la sítesis de amoiao: N (g ) + H (g ) NH (g ); a) U aumeto de presió e el reator. b) Emplear u exeso de itrógeo. ) U aumeto de la temperatura. d) El uso de u atalizador. (C. F. Navarra, 00) H -9,4 KJ a) Al aumetar la presió, dismiuye el volume y aumetará la oetraió de las espeies reaioates. El equilibrio ompesará el ambio evoluioado haia dode se produza u meor úmero de moles gaseosos. 9

38 6 Equilibrio químio E este aso evoluioará de izquierda a dereha (meos moles gaseosos), haia la formaió de amoiao. b) Al aumetar la oetraió de uo de los reativos, el oiete de reaió dismiuirá y el sistema evoluioará haia la dereha (haia la sítesis de amoiao) para restableer el equilibrio. ) Al aumetar la temperatura, el equilibrio se desplazará e el setido e que la reaió sea edotérmia. E este aso vemos que se trata de ua reaió exotérmia e su setido direto, ya que preseta ua etalpía egativa. Así, al aumetar la temperatura, esto hará que el equilibrio evoluioe de dereha a izquierda, haia la formaió de los reativos, perjudiado así la sítesis de amoiao. d) U atalizador o afetará al equilibrio, pero sí aumetará la veloidad de sítesis del amoiao. E la idustria se usa omo atalizador Fe O 4 mezlado o promotores de la atálisis, omo KOH, SiO, Al O, et. 0