TEMA V: EQUILIBRIO QUIMICO

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1 EMA V: EQUILIBRIO QUIMICO 1.- El CO gaseoso se disocia a 1000K según la reacción: CO (g) CO (g) + (g) Calcule el valor de Kp cuando la presión de equilibrio es 1 atm y el grado de disociación del CO es del 49%. Escribimos en una tabla los datos de la reacción: CO CO Moles Iniciales C 0 0 Moles en Equilibrio C(1- ) C C 0,08C 0,49C 0,49C El valor de Kp viene dado por la epresión: CO Kp CO CO CO CO CO Las fracciones molares de cada uno son: C CO 1 + C 1 + CO 1 + 0,49 1,49 0,49 1,49 0, 0, 0,08 0,4 1,49 Si sustituimos en Kp: or tanto: Kp 0, atm 0,0, Kp 1 atm 0, atm 0,4.- A 00 C y 1 atm de presión el pentacloruro de fósforo se disocia dando cloro y tricloruro de fósforo en un 48,%. Calcular el grado de disociación a la misma temperatura pero a una presión de 10 atm. El equilibrio será: ( g ) ( g ) + ( g ) Si es el grado de disociación del y es del 48,%, quiere decir que de 100 moles, se disocian 48,, entonces de un mol lo harán 0,48 moles. Entonces: Moles Iniciales C 0 0 Moles en Equilibrio C(1- ) C C 0,1C 0,48C 0,48C ROBLEMAS DE QUIMICA Raúl G.M. 1

2 Como no hay variación de temperatura, entonces Kpcte. Vamos a calcular primero el valor de Kp. Kp Las fracciones molares de cada uno son: C 1 + C Si sustituimos en Kp: Kp 1 de donde: Kp β En otras condiciones de presión : Kp ' donde β es el nuevo grado de disociación. 1 β Entonces: Si sustituimos: 1 β ' 1 β 1 1 β 10 1 β 0, β 10 0,76 1 β β 0, β De donde: 0,07 0,07 0,07β 10β 0,07 10,07β β 0, 17 10,07 or tanto, el grado de disociación del pentacloruro de fósforo a 10 atm de presión y a una temperatura de 00 C es del 17%. 17% Este resultado es lógico, porque si aumentamos la presión, el equilibrio se desplaza hacia donde hay menor número de moles gaseosos, o sea, hacia la izquierda, por tanto el grado de disociación a esta nueva presión será menor..- La constante de equilibrio Kc de la reacción: H (g) + CO (g) H O (g) + CO (g) ROBLEMAS DE QUIMICA Raúl G.M.

3 Es de 4, a 160 C de temperatura. ara iniciarla se inyectan 0,80 moles de H y 0,80 moles de CO en un recipiente de l. a) Calcule la concentración de cada sustancia en el equilibrio b) endrá distinto valor Kc de Kp?. Si recogemos los datos en una tabla: H CO H O CO Moles Iniciales 0,80 0, Moles en Equilibrio O,80-0,80- En el equilibrio tenemos que Kc4,, por tanto: [ H ][ ] 4, [ CO K ][ ] 0,8 0,8 HO CO (0,8 ) (0,8 ) c De donde: 1 1,6, , 6,7, 6,7 +, ,4 enemos dos soluciones, pero la de 1,6 no es lógica porque no puede ser mayor de 0,80. or tanto: 0, 4 Como el volumen es de l, las cantidades de cada sustancia y sus concentraciones en el equilibrio son: H CO H O CO Moles en Equilibrio 0,6 0,6 0,4 0,4 Concentración ( mol/l ) 0,0 0,0 0,108 0, La constante de equilibrio Kp a C, para la descomposición de moles de bromuro de nitrosilo, NOBr (g), en monóido de nitrógeno NO (g) y bromo Br (g) es de 0,16. a) Se mezclan bromuro de nitrosilo, monóido de nitrógeno y bromo a C siendo sus presiones parciales 1,0; 0,8 y 0,4 atm respectivamente. Ocurrirá alguna reacción neta?. Si la respuesta es afirmativa, Se formará o se consumirá monóido de nitrógeno? La reacción que se puede producir será: NOBr (g) NO (g) + Br (g) enemos el valor de las presiones parciales de cada uno de los gases en la mezcla. Vamos a calcular el cociente de reacción: Q NO Br (0,8) (0,4) NOBr 1 0,6atm ROBLEMAS DE QUIMICA Raúl G.M.

4 Vemos que Q Kp, por tanto la reacción no está en equilibrio y se producirá una reacción. Como Q > Kp, tenemos que la velocidad de la reacción inversa es mayor que la de la reacción directa, por tanto se consumirá monóido de nitrógeno NO. b) Como afectarán a la concentración de monóido de nitrógeno: Acción Equilibrio Concentración de NO Adición de Bromo Disminuye Eliminación de NOBr Disminuye Aumento del Volumen ** Aumenta Aumento de la resión Disminuye resencia de catalizadores No cambia ** Un aumento del volumen, implica disminución de la presión, por tanto el equilibrio se desplaza hacia donde haya mayor numero de moles gaseosos, en este caso hacia la derecha, por lo que la concentración de NO aumenta..- Las concentraciones de equilibrio para la reacción: + ( g ) ( g ) ( g ) Que se realiza en un matraz de 1l, son respectivamente 0,; 0,1 y 0,4 moll -1. En ese momento se añaden 0,1 moles de cloro gaseoso. a) Cuál es la nueva concentración de (g) una vez alcanzado el equilibrio?. En el equilibrio, tenemos que: Moles en el equilibrio 0, 0,1 0,4 [ ] [ ][ ] 0,4 Kc 0mol l 0,0,1 Si añadimos cloro, el equilibrio para contrarrestar la adición de cloro se va a desplazar hacia la derecha. Hasta llegar a un nuevo equilibrio. Moles Iniciales 0, 0, 0,4 Moles en nuevo equilibrio 0,- 0,- 0,4+ En este nuevo equilibrio, como no hay variación de emperatura, la constante de equilibrio es la misma, por tanto: 0,4 + 0,4 + K c 0 0,4 + 0, , 4 (0, ) 0,04 + 0,4 ROBLEMAS DE QUIMICA Raúl G.M. 4

5 De donde: ,4 0 y resolviendo obtenemos: ,084 Ignoramos la solución 0,7 porque al principio no hay 0,7 moles de. Así que la nueva concentración de es 0,484 mol/l b) Discuta como podría influir una variación en la presión del sistema. Sabemos por la Ley de Le Chatelier que en un equilibrio, al aumentar la presión, éste se va a desplazar hacia donde hay menor numero de moles gaseosos. or tanto, si aumentamos la presión, el equilibrio se desplaza en el sentido directo, hacia la formación de. Mientras que si la presión disminuye, el equilibrio se desplazará hacia donde hay mayor número de moles, en este caso lo hará en sentido inverso. 6.- A 47K la siguiente reacción en equilibrio NO (g) + O (g) NO (g) iene una Kc6,10 -. Si las concentraciones de todas las especies son 0,1 molar, estará en sistema en equilibrio?. En caso negativo, Hacia donde se desplazará la reacción?. Si calculamos el cociente de reacción Q podemos saber en que estado está la reacción: Sabemos que si: Q [ NO ] [ O ][ NO ] 0,01 0,010,1 10 Q Cte. de equilibrio Es sistema está en equilibrio Q > Cte. de equilibrio Se produce más la reacción inversa, Q < Cte. de equilibrio Se produce más la reacción directa, En este caso, el sistema no está en equilibrio. hasta alcanzar el equilibrio. hasta alcanzar el equilibrio. Y como Q > Kc, el equilibrio se desplazará en sentido inverso, hacia la descomposición del NO. 7.- La reacción entre H y O alcanza el siguiente equilibrio: 4 H (g) + O (g) H O (g) + (g) Si el recipiente en donde se produce la reacción tiene un volumen de 1 litro y partimos inicialmente de 1 mol de H y de 4 moles de O, obtener la fracción molar de en el equilibrio: a) Si llamamos al número de moles de cloro que se forman b) Si llamamos y al número de moles de H que desaparecen. En la siguiente tabla vamos a hacer los dos apartados, primeramente escribimos los moles de cada especie en el equilibrio según el criterio habitual, y después llamaremos a) al ROBLEMAS DE QUIMICA Raúl G.M.

6 caso en el que son los moles de cloro formados y b) al caso en el que y son los moles que desaparecen de H. H O H O Moles Iniciales or tanto: Moles en Equilibrio Si aplicamos el criterio del ejercicio: a) 1 b) 1 - y 4 4 y 4 y y a) n y χ b) n y y y y 1 y y χ y A 4 C, en una cámara de reacción de un litro, Kp vale 10,91 para el equilibrio: CH OH (g) H (g) + CO (g) a) Si el grado de disociación es de 0,48 en las condiciones dadas, cuál es la concentración inicial del etanol? Representado en una tabla, tenemos que: CH OH H CO Moles Iniciales C 0 0 Moles en equilibrio C(1- ) C C Como sabemos Kp, vamos a calcular Kc: K K c p K n p ( R ),10 ( R ) 10,91 (0,08698) Y como Introduciendo el valor de : [ H ] [ CO ] [ CH OH ] K c [ H ] [ CO ] 4 C 4 C 0,44 [ CH OH ] 1 0, C K c 0,44C 0,K c,10 0, K c C 0, 6mol 0, 0,44 0,44 Como el volumen de la cámara de reacción es de un litro: ROBLEMAS DE QUIMICA Raúl G.M. 6

7 [ CH OH ] 0,6mol l b) Si la presión parcial de H (g) en el equilibrio es de,66 atm. Cuál es la presión parcial de CH OH (g) en el equilibrio? Sabemos que H, 66atm Como: H χh Y C χh C (1 + ) Si sustituimos: C 0,96 H χ H 0,49, 66atm C (1 + ) 1 + 1,96 Y Despejamos, obtenemos: H,66, 4atm 0,49 0,49 Una vez obtenida la presión total, podemos calcular la presión parcial del CH OH: 1 0, CH OH χ CH OH,4atm 1, 44atm C (1 + ) 1 + 1,96 CH OH 1, 44 atm 9.- Una muestra de 0,10 moles de BrF ; se coloca en un recipiente de 10 L, que cerrado se calienta a 100 K, estableciéndose el equilibrio: BrF (g) 1 Br (g) + F (g) En dicho equilibrio, la presión total es de,46 atm. Calcular: a) El grado de disociación del BrF. Si recogemos los datos en una tabla: Sabemos que la presión total es de,46 atm. BrF Br F Moles Iniciales C 0 0 Moles en equilibrio C(1 - ) 1 C C Si utilizamos la ecuación de los gases perfectos VnR, podemos calcular la cantidad de moles totales en el equilibrio: V,46atm10l n 0, 0mol R 0,08atm l mol K 100 ROBLEMAS DE QUIMICA Raúl G.M. 7

8 or otro lado, sabemos que el nº de moles totales en el equilibrio es: or tanto: n 0,1 0,1 + 0,0 + 0,1 0,1 + 0, 0,0 0,1 + 0, 0, 0, 1 0, 0% b) El valor de la constante de equilibrio K c. K c 0,, , ,1 10 [ Br ] 1 [ F ] [ BrF ] 10.- Conocido el valor de Kc para el equilibrio: 1 4 H (g) + N (g) NH (g) Kc78 Calcule a esa misma temperatura, el valor de la constante de equilibrio de las siguientes reacciones: 1 a) N (g) + H (g) NH (g) b) NH (g) N (g) + H (g) Hemos visto en clase que en una reacción, si multiplicamos los coeficientes de una reacción por un número, la constante de equilibrio queda elevada a ese número. or tanto en la reacción a) lo que hacemos es multiplicar por ½, así que: Kc a Kc ( ) , 99 ambién hemos visto que la constante de una reacción es la inversa de la reacción contraria, por tanto: 1 1 Kc b ( Kc ) 0, 001 Kc ara el equilibrio: I (g) + H (g) HI (g) Se sabe que la constante de equilibrio Kc a 400 C, vale 64. a) Calcular los gramos de HI que se formarán cuando en un recipiente cerrado se mezclen dos moles de I con dos moles de H y se deje alcanzar el equilibrio a esa temperatura. Recogemos los datos en una tabla: ROBLEMAS DE QUIMICA Raúl G.M. 8

9 I H HI Moles Iniciales 0 Moles en equilibrio - - Sabemos el valor de Kc. De donde K c [ HI ] [ I ][ H ] V V 4 V V 1 1, , De estas dos soluciones la correcta es 1,6 mol, porque no puede se mayor que, que es la cantidad inicial de Hidrógeno y Yodo. or tanto en el equilibrio se forman 1,6 moles de HI. Como m HI gmol -1 Entonces: m HI n m 1,6 mol 18g mol 1 409, 6 g b) Suponiendo que H para esa reacción fuera negativo, Cómo esperaría que fuese el valor de Kc a 600 C, mayor o menor que a 400 C?. Si la reacción es eotérmica, al aumentar la temperatura, el equilibrio se va a desplazar hacia donde absorbe calor, o sea, hacia donde es endotérmica. or tanto el equilibrio se desplaza hacia la reacción inversa. Si el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, la concentración de HI va a disminuir, y la concentración de H e I va a aumentar, de forma que Kc va a ser más pequeño a 600 C que a 400 C. ROBLEMAS DE QUIMICA Raúl G.M. 9