Problemas Química Propuestos en las P.A.U. Equilibrio Químico

Transcripción

1 Ley de Chatelier 1.- Indica, justificando brevemente la respuesta, si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones: a) Para la reacción N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) un aumento de la presión, manteniendo constante las demás variables, desplaza el equilibrio hacia la derecha. b) Para una reacción, K p nunca puede ser mas pequeña que k c. c) Si en una reacción para la que la constante de equilibrio vale k c, multiplicamos los coeficientes estequiométricos del ajuste por dos, la constante de equilibrio también queda multiplicada por dos. 2.- Para la reacción: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) ; H = 58,2 kj Si, una vez alcanzado el equilibrio, queremos aumentar la concentración de dióxido de nitrógeno: a) Habrá que calentar el sistema. b) Habrá que incorporar un catalizador. c) Habrá que modificar la estequiometría de la reacción. d) Habrá que bajar la temperatura. 3.- El metanol se fabrica industrialmente por hidrogenación del monóxido de carbono según: CO (g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH (g) H = kj Razona, en cada uno de los casos siguientes, si la concentración del metanol aumentará: a) Al aumentar la temperatura. b) Al aumentar la presión total. c) Al añadir al sistema un catalizador positivo. d) Al aumentar la presión parcial de H Para la siguiente reacción en equilibrio: 4 HCl (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (g) + 2 Cl 2 (g); H <0 justifica razonadamente cuál será el efecto sobre la concentración de HCl en el equilibrio en los siguientes casos: a) aumentar la concentración de O 2. b) Disminuir la concentración de H 2 O. c) Aumentar el volumen. d) Reducir la temperatura. e) Añadir un gas inerte como He. f) Introducir un catalizador.

2 Cálculos de Kc, Kp...etc. Problemas Química 5.- A 670 K, un recipiente de un litro contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0,003 mol de hidrógeno, 0,003 mol de yodo y 0,024 mol de yoduro de hidrógeno, según: H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) En estas condiciones, calcula: a) El valor de K c y K p. Sol: K c = K p = 64 b) La presión total en el recipiente y las presiones parciales de los gases de la mezcla. Datos: R = 0,082 atm l /mol K. Sol: P T = 1,65 atm ; P (H 2 ) = P(I 2 ) = 0,165 atm ; P (HI) = 1,32 atm. 6.- Para el proceso: I 2 (g) 2 I (g) la constante de equilibrio a 1000K vale K c = 3, Si se inyecta 1,00 mol de I 2 en un recipiente de 2,00 litros que ya contenía 5, mol de I, calcula las concentraciones de I 2 e I en el equilibrio a esa temperatura. Sol: [I 2 ] eq = 0,499 mol/l ; [I] eq = 4, mol/l 7.- En un recipiente de 5 litros se introducen 2,0 mol de PCl 5 (g) y 1,0 mol de PCl 3 (g). La temperatura se eleva a 250ºC, estableciéndose el siguiente equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Sabiendo que K c para la reacción a esa misma temperatura vale 0,042, se pregunta: a) Calcular la concentración de Cl 2 en el equilibrio. Sol: 0,056 M b) Calcular el valor de K p a esa misma temperatura. Sol: 1,8 c) Calcular el porcentaje (%) de disociación alcanzado por el PCl 5. Sol: 14% Dato: R = 0,082 atm l /mol K 8.- En un matraz de 5 litros se introduce una mezcla de 0,92 mol de N 2 y 0,51 mol de O 2. Se calienta la mezcla hasta 2200 K, estableciéndose el equilibrio N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO (g). Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 1,09 % del nitrógeno inicial ( con el oxígeno correspondiente), calcula: a) La concentración de todos los compuestos en el equilibrio a 2200 K. Sol: [N 2 ] = 0,182 M ; [O 2 ] = 0,1 M ; [NO] = M b) El valor de las constantes K c y K p a esa temperatura. Sol: K p = K c = 8, Dato: R = 0,082 atm l /mol K

3 9.- La síntesis de metanol (alcohol metílico) se basa en le equilibrio siguiente: CO (g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH (g) En un reactor cilíndrico de 1 litro de capacidad, se disponen 2 mol de CO y 2 mol de hidrógeno, y se calienta el conjunto hasta 600 K. Considerando que una vez alcanzado el equilibrio a esta temperatura, se han formado 0,8 mol de metanol: a) Calcula los moles de cada sustancia una vez alcanzado el equilibrio. Sol: CO = 1,2 mol ; H 2 = 0,4 mol ; CH 3 OH = 0,8 mol b) Calcula el valor de K p a 600 K. Sol : K p = 1, c) Indica el efecto que producirá sobre el equilibrio un aumento de volumen del recipiente (supón que el cilindro está provisto de un pistón que permite la variación de su volumen). Razona la respuesta. Datos: R = 0,082 atm l /mol K <> 8,314 J / mol K 10.- A 400 ºC el amoniaco se encuentra disociado un 40% en nitrógeno e hidrógeno cuando la presión del sistema es de 710 mm Hg. Calcula para el equilibrio: 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) a) Las presiones parciales de cada especie en el equilibrio cuando la cantidad inicial de NH 3 es de 4 moles. Sol: P (NH 3 ) = 0,400 atm ; P (N 2 ) = 0,134 atm ; P (H 2 ) = 0,400 atm b) El valor de K p. Sol: 0, En un recipiente cerrado de 400 ml, en el que se ha hecho el vacío se introducen 2,032 g de yodo y 1,280 g de bromo. Se eleva la temperatura a 150ºC y se alcanza el equilibrio: Br 2 (g) + I 2 (g) 2 IBr (g) Calcula: a) Las concentraciones molares y la presión total en el equilibrio. Sol: [I 2 ] = [Br 2 ] = 2, M ; [IBr] = 0,036 M ; P T = 1,4 atm. b) El valor de K p para este equilibrio a 150 ºC. Sol: 280 Datos: K c (150ºC) = 280 ; R = 0,082 atm l /mol K. Masas Atómicas: Br = 79,9 ; I = 126,9.

4 12.- En un recipiente de 0,4 litros se introduce 1 mol de N 2 y 3 mol de H 2 a la temperatura de 780 K. Cuando se establece el equilibrio para la reacción N H 2 2 NH 3, se tiene una mezcla con un 28 % en mol de NH 3. Determina: a) El número de moles de cada componente en el equilibrio. Sol: N 2 = 0,562 mol ; H 2 = 1,686 mol ; NH 3 = 0,876 mol b) La presión final del sistema. P T = 500 atm c) El valor de la constante de equilibrio K p. Sol: 1, Dato: R = 0,082 atm l /mol K 13.- A una determinada temperatura, en estado gaseoso, el cloro reacciona con tricloruro de fósforo para formar pentacloruro de fósforo: PCl 3 (g) + Cl 2 (g) PCl 5 (g) En un recipiente de dos litros, una mezcla de las tres especies en equilibrio contiene, 132 g de PCl 3, 56,8 g de Cl 2 y 10,4 g de PCl 5. a) Calcula la constante de equilibrio, K c, a esta temperatura. Sol: 0,13 b) Explica si con estos datos se podría calcular la k p de este equilibrio. c) Calcula la nueva composición en equilibrio si el volumen se reduce a la mitad. Sol: n (Cl 2 ) = 0,76 mol ; n (PCl 3 ) = 0,92 mol ; n (PCl 5 ) = 0,09 mol 14.- En un matraz de 10 litros se introducen 2 mol de PCl 5 a 162ºC. Calcular: a) La concentración de todas las sustancias en el equilibrio según la reacción: Sol:0,125 M ; 0,075M; 0,075 M PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) b) La presión total del matraz en el equilibrio. Sol: 9,8 atm Datos: El matraz es de volumen constante; K c = 0,054 a 162ºC; R = 0,082 atm l /mol K

5 15.-A 400ºC el hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO 3 se descompone parcialmente según el siguiente equilibrio: 2 NaHCO 3 (s) Na 2 CO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (g) Se introduce una cierta cantidad de NaHCO 3 (s) en un recipiente cerrado de 2 litros, en el que previamente se ha hecho el vacío; se calienta a 400ºC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura, se observa que la presión en el interior del recipiente es de 0,962 atm. a) Calcula el valor de K c y K p. Sol: K p = 0,231; K c = 7, b) Calcula la cantidad (en gramos) de NaHCO 3 (s) que se habrá descompuesto. M(g) = 2,93 c) Si inicialmente hay 1,0 g de NaHCO 3 (s), calcula la cantidad que se habrá descompuesto tras alcanzarse el equilibrio. Sol: 1,0 g Datos: Masas atómicas: H=1; C=12; O=16; Na=23; R=0,082 atml/mol K 16.- En un recipiente de 4 litros, a una cierta temperatura, se introducen las cantidades de HCl, O 2 y Cl 2 indicadas en la tabla, estableciéndose el siguiente equilibrio: 4 HCl(g) + O 2 (g) H 2 O(g) + 2 Cl 2 (g) a) Los datos necesarios para completar la tabla. b) El valor de Kc a esa temperatura A 523K las concentraciones de PCl 5, PCl 3 y Cl 2 en equilibrio para la reacción: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) son 0,809 M, 0,190 M y 0,190 M, respectivamente. Calcule a esa temperatura: a) Las presiones parciales de las tres especies en el equilibrio. b) La constante Kp de la reacción. Dato: R=0,082 atm L K -1 mol -1.

6 18.- En un recipiente de 1 L y a una temperatura de 800 C, se alcanza el siguiente equilibrio: CH 4 (g) + H 2 O (g) CO (g) + 3H 2 (g) Calcule: a) Los datos que faltan en la tabla. CH 4 H 2 O CO H 2 Moles Iniciales 2,0 0,5 0,73 Variación en el nº de moles al alcanzar el equilibrio -0,4 Nº de moles en el equilibrio 0,4 b) La constante de equilibrio Kp. Dato: R = 0,082 atm L K -1.mol En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0,387 moles de nitrógeno y 0,642 moles de hidrógeno, se calienta a 800 K y se establece el equilibrio: N 2 (g) + 3 H 2 (g) NH 3 (g) Encontrándose que se han formado 0,06 moles de amoniaco. Calcule: a) La composición de la mezcla gaseosa en equilibrio. b) Kc y Kp a la citada temperatura. Datos: R = 0,082 atm L K -1 mol En un recipiente de 5 litros se introducen 1,84 moles de nitrógeno y 1,02 moles de oxígeno. Se calienta el recipiente hasta 2000 ºC estableciéndose el equilibrio: N 2 (g) + O 2 (g) NO(g) En estas condiciones reacciona el 3% del nitrógeno existente. Calcule: a) El valor de Kc a dicha temperatura. b) La presión total en el recipiente, una vez alcanzado el equilibrio. Dato: R = 0,082 atm L K -1.mol En un recipiente de 10 litros de capacidad se introducen 2 moles del compuesto A y 1 mol del compuesto B. Se calienta a 300 O C y se establece el siguiente equilibrio: A(g) + 3 B(g) C(g) Cuando se alcanza el equilibrio, el número de moles de B es igual al de C. Calcule: a) El número de moles de cada componente en el equilibrio. b) El valor de las constantes Kc y Kp a esa temperatura.

7 Dato: R = 0,082 atm L K -1.mol Se introduce una mezcla de 0,5 moles de H 2 Y 0,5 moles de I 2 en un recipiente de 1 litro y se calienta a la temperatura de 430 º C. Calcule: a) Las concentraciones de H 2, I 2 y HI en el equilibrio, sabiendo que, a esa temperatura, la constante de equilibrio Kc es 54,3 para la reacción: H 2 (g) + I 2 (g) HI(g) b) El valor de la constante Kp a la misma temperatura. Dato: R = 0,082 atm L K -1.mol En una vasija que tiene una capacidad de 3 litros se hace el vacío y se introducen 0,5 gramos de H 2 y 30 gramos de I 2. Se eleva la temperatura a 500ºC, estableciéndose el siguiente equilibrio para el que Kc vale 50: H 2 (g) + I 2 (g) HI (g) Calcule: a) Moles de HI que se han formado. b) Moles de I 2 presentes en el equilibrio. Datos: Masas atómicas (g/mol) : H=1; I= En un recipiente de 10 L se hacen reaccionar, a 450 º C, 0,75 moles de H 2 y 0,75 moles de I 2, según la ecuación: H 2 (g) + I 2 (g) HI (g) Sabiendo que a esa temperatura Kc = 50, calcule en el equilibrio: a) El número de moles de H2, I2 y de HI. b) La presión total en el recipiente y el valor de Kp. Dato: R = 0,082 atm L K -1.mol En un recipiente de 1L, a 2000 K, se introducen 6,1 x 10-3 moles de CO 2 y una cierta cantidad de H 2, produciéndose la reacción: H 2 (g) + CO 2 (g) H 2 O (g) + CO (g) Si cuando se alcanza el equilibrio, la presión total es de 6 atm, calcule: a) Los moles iniciales de H 2. b) Los moles en el equilibrio de todas las especies químicas presentes. Datos: R = 0,082 atm L K -1 mol -1 ; Kc = 4,4

8 26.- En un matraz de un litro, a 440 O C, se introducen 0,03 moles de yoduro de hidrógeno y se cierra, estableciéndose el equilibrio: 2 HI (g) I 2 (g) + H 2 (g) En estas condiciones la fracción molar del HI en la mezcla es 0,80. Calcule: a) Las concentraciones de cada gas en el equilibrio y Kc. b) La presión parcial de cada gas y Kp Datos: Masas atómicas: H = l; I = Se añade un número igual de moles de CO y H 2 O a un recipiente cerrado de 5 Litros que se encuentra a 327 º C, estableciéndose el siguiente equilibrio: CO (g) + H 2 O CO 2 (g) + H 2 (g) Una vez alcanzado éste, se encuentra que la concentración de CO 2 es 4,6 M y el valor de Kc es 302. a) Cuáles son las concentraciones de CO, H2 y H2O en el equilibrio? b) Calcule la presión total del sistema en el equilibrio. Dato: R = 0,082 atm L K -1.mol Para la reacción: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) El valor de Kc a 360 ºC es 0,58. En un recipiente de 25 litros se introducen 2 moles de Cl 2, 1,5 moles PCl 3 y 0,15 moles de PCl 5. a) Calcule las concentraciones de todas las especies en equilibrio. b) Calcule las presiones parciales de cada una de las especies en equilibrio. Dato: R = 0,082 atm L K -1.mol A 1200 º C el valor de la constante Kc es 1, para el equilibrio: Br 2 (g) Br (g) Si la concentración inicial de bromo molecular es 1M, calcule: a) El tanto por ciento de Br 2 que se encuentra disociado. b) La concentración de bromo atómico en el equilibrio.

9 30.- En un recipiente de 5 litros se introducen 0,28 moles de N 2 O 4 a 50 ºC. A esa temperatura el N 2 O 4 se disocia según: N 2 O 4 (g) NO 2 (g) Al llegar al equilibrio, la presión total es de 2 atm. Calcule: a) El grado de disociación del N 2 O 4 a esa temperatura. b) El valor de Kp a 50 O C. Dato: R = 0,082 atm L K -1.mol A la temperatura de 400 ºC y 710 mm de mercurio de presión, el amoniaco se encuentra disociado en un 40% según la ecuación: 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) Calcule: a) La presión parcial de cada uno de los gases que constituyen la mezcla en equilibrio. b) El valor de las constantes Kp y Kc a esa temperatura. Datos: R = 0,082 atm L K -1 mol Al calentar PCl5(g) a 250 ºC, en un reactor de 1 litro de capacidad, se descompone según: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Si una vez alcanzado el equilibrio, el grado de disociación es 0,8 y la presión total es 1 atm, calcule: a) El número de moles de PCl 5 iniciales. b) La constante Kp a esa temperatura. -1 Dato: R = 0,082 atm L K -1 mol 33.- El cloruro de amonio se descompone según la reacción: NH 4 Cl(s) NH 3 (g) + HCl (g) En un recipiente de 5 litros, en el que previamente se ha hecho el vacío, se introducen 2,5 g de cloruro de amonio y se calientan a 300ºC hasta que se alcanza el equilibrio. El valor de Kp a dicha temperatura es 1, Calcule:

10 a) La presión total de la mezcla en equilibrio. b) La masa de cloruro de amonio sólido que queda en el recipiente. Datos: R = 0,082 atm.l.k -1 mol -1. Masas atómicas (g/mol): H = 1; N = 14; Cl = 35, Para la reacción: CO 2 (g) + C (s) CO (g) Kp = 10, a la temperatura de 815 ºC. Calcule, en el equilibrio: a) Las presiones parciales de CO 2 y CO a esa temperatura, cuando la presión total en el reactor es de 2 atm. b) El número de moles de CO 2 y de CO, si el volumen del reactor es de 3 litros. -1 Dato: R = atm L K -1 mol 35.- El CO 2 reacciona con el H 2 S a altas temperaturas, según la reacción: CO 2 (g) + H 2 S(g) COS (g) + H 2 O(g) Se colocan 4,4 gramos de CO 2 en un recipiente de 2,5 Litros, a 337ºC y una cantidad suficiente de H 2 S para que la presión total, una vez alcanzado el equilibrio, sea de 10 atm. En la mezcla en equilibrio existen 0,01 moles de agua. Calcule: a) El número de moles de cada una de las especies en el estado de equilibrio. b) El valor de las constantes Kc y Kp a 337ºC. Datos: Masas atómicas: C=12; O=16; R=0,082 atm.l.k -1.mol En un recipiente de 2 Litros en el que previamente se ha hecho el vacío, se introducen 2 moles de CuO (s) y se calienta hasta 1024ºC estableciéndose el siguiente equilibrio: 4 CuO (s) Cu 2 O (s) + O 2 (g). Sabiendo que el valor de la constante Kp para el equilibrio a esa temperatura es de 0,49, calcule: a) La concentración molar de oxígeno en el equilibrio. b) Los gramos de CuO que quedan en el estado de equilibrio.

11 37.- En un recipiente de 1 Litro se introduce 0,013 moles de PCl5 y se calienta el sistema hasta 250ºC estableciéndose el siguiente equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) En el equilibrio se observa que la presión total del sistema es de 1 atm, calcule: a) El grado de disociación del PCl 5 en las condiciones indicadas. b) El valor de las constantes Kc y Kp a la temperatura indicada A 30ºC y 1 atm de presión el N 2 O 4 está disociado en un 20% en 2NO 2, según el equilibrio siguiente: N 2 O 4 (g) NO 2 (g) Calcule: a) El valor de las constantes Kc y Kp. b) El porcentaje de disociación a 30ºC y una presión de 0,1 atm Al calentarse, el SO 3 (g) se descompone según el proceso siguiente: 2SO 3 (g) SO 2 (g) + O 2 (g) Si se calientan 1,6 gramos de SO 3 en un recipiente de 2 Litros, a 800ºC, se alcanza el equilibrio a 1,25 atm. En esas condiciones, calcule: a) El grado de disociación del SO 3. b) El valor de las constantes Kc y Kp. Dato: R=0,082atm L K -1 mol En un recipiente de 2 Litros se introducen 2,1 moles de CO 2 y 1,6 moles de H 2 y se calienta a 1800ºC, estableciéndose el equilibrio siguiente: CO 2 (g) + H 2 (g) CO (g) + H 2 O (g) Se analiza la mezcla y se encuentra que hay 0,9 moles de CO 2. Calcule: a) La concentración de cada especie en el equilibrio. b) La constante de equilibrio a esa temperatura, precisando si se trata de Kc o Kp.

12 41.- El fosgeno es un gas venenoso que se descompone según la reacción: COCl 2 (g) CO (g) + Cl 2 (g) A la temperatura de 900ºC el valor de la constante Kc para el proceso anterior es 0,083. Si en un recipiente de 2 Litros se introducen, a la temperatura antes indicada, 0,4 moles de COCl 2, calcule: a) Las concentraciones de cada una de las especies en el equilibrio. b) Cuál es el grado de disociación del fosgeno? 42.- La obtención de cloro mediante el proceso Deacon tiene lugar según la siguiente reacción: 4HCl (g) + O 2 (g) Cl 2 (g) + 2H 2 O(g) A la temperatura de 390ºC si se mezclan 0,08 moles de HCl y 0, 1 moles de O2, se forman a la presión total de 1 atm, 0,0332 moles de Cl 2. Calcular: a) El valor de Kp. b) El volumen del recipiente que contiene la mezcla..