Bloque II: Equilibrios Químicos. Profesor: Mª del Carmen Clemente Jul

Transcripción

1 Bloque II: Equilibrios Químicos Profesor: Mª del Carmen Clemente Jul

2 LEY DE EQUILIBRIO QUÍMICO. CONSTNTE DE EQUILIBRIO, EQ L LEY DE EQUILIBRIO QUÍMICO ES L EXPRESIÓN MTEMÁTIC DE L LEY DE CCIÓN DE MSS QUE RELCION LS CONCENTRCIONES DE RECTIVOS Y PRODUCTOS EN EL EQUILIBRIO EN TÉRMINOS DE UN CNTIDD DENOMIND CONSTNTE DE EQUILIBRIO. PR L RECCIÓN REVERSIBLE a + bb cc + Dd L CONSTNTE DE EQUILIBRIO ES Y DEPENDE DE L NTURLEZ DE L RECCIÓN L TEMPERTUR C c a D B d b

3 CRCTERÍSTICS DEL EQUILIBRIO QUÍMICO >> 1 : << 1 : NI >> 1 L CNTIDD DE LOS PRODUCTOS EN EL EQUILIBRIO ES MUCHO MYOR QUE L DE LOS RECTIVOS. L CNTIDD DE LOS PRODUCTOS EN EL EQUILIBRIO ES MUCHO MENOR QUE L DE LOS RECTIVOS. NI << 1: L CNTIDD DE LOS PRODUCTOS Y DE LOS RECTIVOS EN EL EQUILIBRIO SON DEL MISMO ORDEN DE MGNITUD.

4 RELCIÓN ENTRE EQUILIBRIO QUÍMICO Y CINÉTIC QUÍMIC + B B L VELOCIDD DIRECT ES: L VELOCIDD INVERS ES: V V f r (en k k el f r [ ][ B] [ B ] equilibrio ) V r f V k [ B ] [ ][ B] V k COMO f 1 : f V r k r k r f [ ][ B ] [ B ] CONSTNTES UN Tª DD CONSTNTE UN Tª DD

5 EQUILIBRIOS HOMOGÉNEOS ES EL ESTDO DINÁMICO QUE SUME UN RECCIÓN QUÍMIC DONDE TODS LS ESPECIES QUE INTERVIENEN ESTÁN EN L MISM FSE SI TODS LS ESPECIES ESTÁN EN FSE DE DISOLUCIÓN SUS CONCENTRCIONES EN EQUILIBRIO SE EXPRESN COMO MOLRIDDES (moles/l). a (ac) bb (ac) b B c a SI TODS LS ESPECIES ESTÁN EN FSE GSEOS SUS CONCENTRCIONES EN EQUILIBRIO SE EXPRESN COMO PRESIONES PRCILES (atm) a (g) b B a bb (g)

6 RELCIÓN ENTRE C Y P a (g) bb (g): SUPONIENDO PR (g) Y B(g) COMPORTMIENTO DE GSES IDELES P.V n RT ; P B V n b RT b B a ( SI n V n V c B SUSTITUYENDO n b RT RT a b a b a (,8T ) (,8T ) MOLES B R RT c b a c RT L. atm,8 :. mol n b a PRODUCTOS MOLES RECTIVOS : c )

7 EQUILIBRIOS HETEROGÉNEOS ES EL ESTDO DINÁMICO QUE SUME UN RECCIÓN QUÍMIC DONDE LS ESPECIES QUE INTERVIENEN ESTÁN EN FSES DIFERENTES CaCO (s) CaO (s) + CO (g) EN EL EQUILIBRIO L EXPRESIÓN DE L CONSTNTE ES c [ CaO][ CO ] [ CaCO ] COMO L CONCENTRCIÓN MOLR DE UN SÓLIDO ES CONSTNTE UN TEMPERTUR DETERMIND E INDEPENDIENTE DE L CNTIDD DE SÓLIDO PRESENTE c [ CaO] [ ] [ ] CO [ CO ] c CaCO [ CO ] CO

8 EQUILIBRIOS MÚLTIPLES SI UN EQUILIBRIO SE PUEDE EXPRESR COMO L SUM DE DOS O MÁS EQUILIBRIOS, L CONSTNTE DE EQUILIBRIO TOTL ES IGUL L PRODUCTO DE LS CONSTNTES DE LOS EQUILIBRIOS PRCILES EQUILIBRIOPRCIL(1) : + B EQUILIBRIOPRCIL() : C + D 1 EL EQUILIBRIO C D E F B C D E F B E F B C + D; E + F; TOTL(1) + () : + B 1 C D B E F C D E + F

9 CÁLCULO DE L CONSTNTE DE EQUILIBRIO TOTL DEL H CO (a 5 ºC) PRTIR DE LS CONSTNTES DE LOS EQUILIBRIOS PRCILES 1) + 7 H CO HCO + H 1 4,.1 (5 º C) ) HCO CO + H + 4, (5 º C) Y TENIENDO EN CUENT QUE EL EQUILIBRIO TOTL ES: H CO CO + H (1 + + ) ( 4,.1 )( 4,8.1 ),. 1 1

10 .4. N (g) + H (g) NH(g) MEZCL EN EL EQUILIBRIO EN UN MTRZ DE 4L: N : 1,8 MOLES H : 1, MOLES NH : 1,6 MOLES ES UN EQUILIBRIO HOMOGÉNEO CUY c N NH H 1,6 MOLES MOLES NH,4 4L L 1,8MOLES MOLES N,7 4L L 1,MOLES MOLES H, 4L L (,4) M c (,7) M / L(,) UNIDDES DE C : / L M / L moles L moles L moles L,16,7,M L

11 EX. NaHCO c (s),5.1 Na CO (a 1 º C) SI UN MTRZ DE L CONTIENE 1 ºC,5 MOLES DE NaHCO,15 MOLES DE Na CO,5.1 - MOLES DE CO 4,.1 - MOLES DE H O SE H LCNZDO EL EQUILIBRIO? ES UN EQUILIBRIO HETEROGÉNEO DONDE: 4 M (s) + CO (g) + H O(g) CO H O,5.1 MOLES MOLES CO 1,5.1 ; L L 4,.1 MOLES MOLES H O.1 L L MOLES MOLES 1,5.1.1,5.1 L L ESTÁ EN EQUILIBRIO 4 M

12 CÁLCULO DE LS PRESIONES EN EL EQUILIBRIO inicial cambio equilibrio (g ) ( ) x ( ) + x B (g ) (B ) x (B ) x C (g ) + x + x x ( x)( B x) SI P ES MUY PEQUEÑ, L CNTIDD DE PRODUCTO QUE SE FORM EN EL EQUILIBRIO TMBIÉN ES MUY PEQUEÑ Y SE PUEDEN HCER LS PROXIMCIONES: -x ; B-x B (VÁLIDS SI x ES MENOR Ó IGUL 5 % )

13 GRDO DE DISOCICIÓN, α α α CMBIO DE CONCENTRCIÓN CONCENTRCIÓN INICIL P x P RT RT P P x x C

14 .1. SO (g) + inicial (SO ) 1atm cambio equilibrio x atm O (g) SO (g) (O ),5atm x atm x atm ( 1 x ) atm (,5 x ) atm x atm COMO EN EL EQUILIBRIO L MEZCL TIENE UN P T 1,5 atm: P T (1-x) + (,5 x) + x 1,5 atm; x,15 CÁLCULO DE LS PRESIONES PRCILES EN EL EQUILIBRIO SO 1- x,15,7 atm; O,5 -,15,5 atm SO x,15, atm SO, SO O,7.,5 ( ) ( ) atm atm.atm,5 atm 1

15 .5. PCl5 (g) PCl(g) + Cl(g) DTOS: MOLES INICILES DE PCl 5 :,1 VOLÚMEN MTRZ: 1L; T 5 ºC α,81 CÁLCULO DE DEL PCl 5 n,1mol atm. L P R T,8 5º 4, 8 V 1L º. mol atm

16 .5. Cont. a) CÁLCULO DE P T EN EL EQUILIBRIO PCl 5 (g) PCl (g) + inicial (PCl 5 )atm cambio x (PCl 5 )atm x (PCl )atm equilibrio ( x )atm x atm Cl (g) x (PCl x atm )atm COMO x. α EN EL EQUILIBRIO: PRESIONES (PCl 5 ) - α (1- α) 4,8 (1-,81) PRCILES (PCl ) α 4,8.,81 (Cl ) α 4,8.,81 P T (1- α) + α 7,76 atm

17 .5. Cont. (PCl) (Cl (PCl ) ) ( 4,8,81)( 4,8,81) 4,8( 1,81) 5 14,8 atm c) c n ( RT) (,8 5) c 1 14,8 c,8 14,8 atm atm.l 5.MOL,45MOL / L

18 .. COCl (g) CO(g) + Cl(g) CÁLCULO DE α: INICIL: DTOS: P T, g iniciales del reactivo y volumen del matraz. CLCULR: α,,5g [ COCl ] COCl,84 COCl atm 1mol COCl PmCOCl (g),5 moles,4l n V RT,14,14,5 99 moles L moles.l,5 1,8 moles atm.l.mol COCl 67

19 EQUILIBRIO: COCl (g) (1 α) CO(g) + Cl α α (g) COMO L PRESIÓN TOTL EN EL EQUILIBRIO ES 76 mmhg 1atm: P T 1 atm (1 α) + α + α + α 1 α 1,84,,84

20 .. Cont. (CO) (Cl (COCl ) ) (α)(α) (1 α) 5.1 atm

21 CÁLCULO DE LS CONCENTRCIONES DE EQUILIBRIO 1) LS CONCENTRCIONES DE EQUILIBRIO SE EXPRESN EN FUNCIÓN DE LS CONCENTRCIONES INICILES Y DE UN SOL INCÓGNIT QUE REPRESENT EL CMBIO DE CONCENTRCIÓN, X (.) H(g) + I(g) 1, mol 1, mol inicial 1L 1L cambio x M x M equilibrio(1 x) M (1 x) M HI(g) x M x M SI C ES MUY PEQUEÑ: 1 x 1; ESTS PROXIMCIONES SON VÁLIDS SI x< 5 % C : [(C x) C ]

22 ) SE FORMUL c EN FUNCIÓN DE LS CONCENTRCIONES EN EQUILIBRIO. COMO SE CONOCE EL VLOR DE c SE CLCUL X ) CON EL VLOR DE X SE CLCULN TODS LS CONCENTRCIONES EN EQUILIBRIO

23 EX. CÁLCULO DE CONCENTRCIONES EN EQUILIBRIO EXPRESDS COMO FRCCIONES MOLRES inicio cambio equilibrio 4HCl (g) + O (g) H O(g) + Cl (g) 1MOL 4MOLES 1L 1L 4x x + x + x 1 4x 4 x + x + x X Cl equilibrio x + x + moles x de Cl x ( 1 4x)( 4 x) 5 x moles de Cl + moles H O + moles O + moles HCl

24 PREDICCIÓN DE L DIRECCIÓN DE UN RECCIÓN QUÍMIC PRTIR DE L CONSTNTE DE EQUILIBRIO SE COMPRN L CONSTNTE DE EQUILIBRIO c Y EL COCIENTE DE RECCIÓN Q c. a + bb cc + dd c C c a D B d b Q c C c a D B d b (, B, C, Y D ) SON CONCENTRCIONES EN EL EQUILIBRIO. (, B, C Y D ) SON CONCENTRCIONES INICILES. Q c > c : PRODUCTOS TRNSFORMÁNDOSE EN RECTIVOS DIRECCIÓN DE L RECCIÓN DE DCH IZQD. Q c < c : RECTIVOS TRNSFORMÁNDOSE EN PRODUCTOS DIRECCIÓN DE L RECCIÓN DE IZQD DCH. Q c c : CONCENTRCIONES INICILES CONCENTRCIONES EN EL EQUILIBRIO.

25 N c + H [ N ],6M ; [ H ],76M ; [ NH ],48M NH,65 a º C PR PREDECIR L DIRECCIÓN DE L RECCIÓN SE COMPRN c Y Q c. Q c N NH H (,48) (,6)(,76),886 CONCLUSIÓN: Q c > c, PRTE DEL NH SE DESCOMPONE EN N e H Y CUNDO SE LCNCE EL EQUILIBRIO EL N Y EL H HBRÁN UMENTDO SU CONCENTRCIÓN Y EL NH L HBRÁ DISMINUIDO. DIRECCIÓN DE L RECCIÓN: DE DCH IZQD.

26 FCTORES QUE FECTN L EQUILIBRIO QUÍMICO PRINCIPIOS DE LE CHTELIER SI UN SISTEM EN EQUILIBRIO SE LE PLIC UN ESFUERZO EXTERNO (CMBIO EN L TEMPERTUR, PRESIÓN, CONCENTRCIÓN O VOLÚMEN) EL SISTEM SE JUST POR SÍ MISMO DE TL FORM QUE EL SISTEM SE CONTRREST PRCILMENTE CMBIOS EN CONCENTRCIONES equilibrio N + H,68M 8,8M NH 1,5M c 5ºC,7.1 SI ÑDIMOS MS NH (,65M) PRTE DEL NH RECCIONRÁ PR DR N e H. SI SE COMPRN Q c, CON c,7.1 -, L RECCIÓN SE DESPLZ DE DERECH IZQUIERD HST QUE Q c c

27 CMBIOS EN PRESIÓN Y VOLÚMEN n ( RT) V EN LS RECCIONES EN FSE GSEOS SI P UMENT (V DISMINUYE) DESPLZMIENTO HCI DONDE DISMINUYE n T N Q c O 4 (g) NO N O 4 NO EN EL EQUILIBRIO Q c c L UMENTR P UMENTN L NO Y N O 4 PERO COMO NO, EL NUMERDOR DE Q c UMENT MÁS RÁPIDMENTE QUE EL DENOMINDOR. PRTE DEL NO SE CONVIERTE EN N O 4 PR QUE Q c c Y SE RESTBLEZC EL EQUILIBRIO c NO N O 4

28 SI L P DISMINUYE (O UMENT V) DESPLZMIENTO HCI DONDE UMENT n T N O4 NO SI P DISMINUYE, DISMINUYEN N O 4 Y NO PERO EL NUMERDOR DE NO DISMINUYE MÁS Q c RPIDMENTE QUE EL DENOMINDOR LUEGO PRTE DEL N O 4 SE CONVIERTE EN NO PR QUE Q c c Y SE RESTBLEZC EL EQUILIBRIO N O 4

29 CMBIOS EN L TEMPERTUR L CONSTNTE DE EQUILIBRIO DEPENDE EXCLUSIVMENTE DE L TEMPERTUR RECCIÓN ENDOTÉRMIC: B; H L UMENTR L TEMPERTUR, SE FCILIT L CONVERSIÓN DE EN B DESPLZMIENTO HCI L DERECH. c B UMENT R RECCIÓN EXOTÉRMIC: B; H R < L UMENTR L TEMPERTUR, SE FCILIT L CONVERSIÓN DE B EN DESPLZMIENTO HCI L IZQUIERD. B c DISMINUYE

30 LEY DE VN T HOFF: ln H R R 1 T 1 T H R : VRICIÓN DE L ENTLPÍ ESTÁNDR DE L RECCIÓN Tª T )

31 SE PUEDE CMBIR L PRESIÓN TOTL, SIN CMBIR EL VOLÚMEN ÑDIENDO UN GS INERTE UMENT P T DISMINUYEN LS FRCCIONES MOLRES DE CD RECTIVO Y PRODUCTO. PERO NO CMBIN LS PRESIONES PRCILES P Ej : Cambian : P T X X B n n n + n + B n n B B (g ) B (g ) no cambian P P X X.P.P T T :

32 ÑDIENDO UN GS INERTE, SI VRÍ EL VOLUMEN, VRÍN LS PRESIONES PRCILES DE LS ESPECIES EN EL EQUILIBRIO VRÍN LS CONCENTRCIONES DE LS ESPECIES EN EL EQUILIBRIO n (EN LS RECCIONES DONDE ) NO VRÍ PORQUE SÓLO DEPENDE DE L T.

33 EFECTO DE LOS CTLIZDORES NO INFLUYEN EN LS CONCENTRCIONES EN EL EQUILIBRIO L CONSTNTE DE EQUILIBRIO SI INFLUYEN EN L VELOCIDD CON QUE SE LCNZ EL EQUILIBRIO DISMINUYEN L ENERGÍ DE CTIVCIÓN TNTO DE L RECCIÓN DIRECT B COMO DE L RECCIÓN INVERS B

34 O (g) O(g) H 84 J 1. UMENT P T :. UMENT O :. UMENT T: 4. DICIÓN DE He (a P cte): 5. DICIÓN DE He (a v cte)

35 O (g) O(g) H 84 J 1. UMENT P T :. UMENT O :. UMENT T: UMENT n T Q c < c RECCIÓN ENDOTÉRMIC 4. DICIÓN DE He (a cte): DESPLZMIENTO HCI L DERECH HST RECUPERR EQUILIBRIO DESPLZMIENTO HCI L DERECH HST RECUPERR EQUILIBRIO DESPLZMIENTO HCI MYOR O Y UMENT C EL EQUILIBRIO NO SE FECT 5. DICIÓN DE He (a v cte): EL EQUILIBRIO NO SE FECT

36 .7. CaCO 1 CaO(s) + CO (g) 678 TORR a 81 º C 18 º 1 TORR a 865 ºC 118 º L CONSTNTE H ln 1 1 y CO H 1 1 cal 1 1, mol 6 cal / mol,6 cal / mol