EXAMEN UD 5. EQUILIBRIO QUÍMICO OPCIÓN A

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1 EXAMEN UD 5. EQUILIBRIO QUÍMICO OPCIÓN A 1. Considere la reacción SO (g) + O (g) SO 3 (g) ΔH 198, kj/mol Señale cómo se modificarían concentraciones de SO, O y SO 3 en el equilibrio si: El principio de Le Chatelier establece que si un sistema que está en equilibrio se somete a una perturbación que lo rompe, el sistema evolucionará hasta que el equilibro se restablezca. a) se aumenta la temperatura. (1 punto) Un aumento de la temperatura hace que el equilibrio se desplace en el sentido que la reacción sea endotérmica, para absorber el exceso de calor que le llega. Como la reacción del problema es exotérmica, el equilibrio se desplazará hacia la formación de reactivos, por lo tanto las concentraciones de SO y O aumentan y la de SO 3 disminuye. b) se incrementa el SO. (0,75 puntos) Para que el equilibrio se restablezca, se debe formar más SO 3, para compensar en la expresión de la constante de equilibrio el exceso de reactivo. c) se agrega un catalizador. (0,75 puntos) Los catalizadores no afectan al equilibrio, pues solamente modifican la energía de activación de la reacción, normalmente disminuyéndola, y por lo tanto, aumentan la velocidad, pero el equilibrio no se altera.. Considere el siguiente proceso en equilibrio a 700 C: H (g) + S (g) H S (g) Un análisis muestra que hay,50 moles de H, 1, moles de S, y 8,70 moles de H S contenidos en un matraz de 1.0 L. Calcule la constante de equilibrio kc de la reacción. ( puntos) Para calcular la kc necesitamos las concentraciones de los reactivos y productos: [H ],50 1 0,08 M n [ S ] 1, , M 1 [H S] 8,70 1 0,75 M n A partir de estos valores, calculamos la constante: kc [ H S] [H ] [S ] 0,75 1, ,08 1,15 10

2 3. Considere la disociación del yodo: I (g) I (g) Una muestra de 1,00 g de I se calienta a 100 C en un matraz de 500 ml. La presión total en el equilibrio es de 1,51 atm. Determine la kp de la reacción. ( puntos) Determinamos los moles en el equilibrio a partir del grado de disociación: I (g) I (g) inicialmente n o 0 reacciona -n o α +n o α equilibrio n o -n o α n o α Los moles iniciales son: n o g/m M n o 1,00/( 17)3, moles Si consideramos los gases como ideales, podemos determinar los moles en el equilibrio: pv nrt n pv RT 1,51 0,5 0,08 (100+73) 6, moles Por otro lado, según la reacción, los moles en el equilibrio son: n o -n o α+n o α n o +n o α n o (1+α) y por lo tanto, el grado de disociación es: 6, , (1+α) α 6, , ,94 10 Ahora ya se puede determinar la kp kp p I χ n ( 0 α I p T n 0 (1+α) ) p T 4α p T p I χ I p T (1 α) 1 α 4 0,586 1,51 3,16 1 0,586 (1+α) 4. El producto de solubilidad de PbBr es 8, Determine la solubilidad: a) en agua pura Establecemos el equilibrio de solubilidad y a partir de él, determinamos la solubilidad: PbBr (g) Pb + (aq) +Br - (aq) inicialmente C o 0 0 reacciona -s +s +s equilibrio C o -s s s ks[pb + ][Br - ] [ s][ s] 4 s 3 s 3 ks 4 3 8, ,013 mol/ L 4

3 b) en una disolución de Pb(NO 3 ) 0,0 M. ( puntos) Para calcular la nueva solubilidad, tenemos que tener en cuenta el efecto del ion común de la sal soluble, por lo que calcularemos primero la concentración de Pb + presente en el medio. Pb(NO 3 ) Pb + + NO 3 - Mediante la estequiometría de la disociación, determinamos la concentración de plomo (II): 1Pb + 0,0 M Pb(NO 3 ) [ Pb + ]0,M 1 Pb(NO 3 ) Y ahora, podemos calcular la nueva solubilidad: PbBr (g) Pb + (aq) +Br - (aq) inicialmente C o 0, 0 reacciona -s +s +s equilibrio C o -s 0,+s s ks[pb + ][Br - ] [0,+s][ s] 0, 4 s 0,8s s ks 0,8 8, , mol/ L 0,8 5. Considere la siguiente reacción a cierta temperatura : A + B AB La mezcla de 1 mol de A con 3 moles de B da origen a n moles de AB en equilibrio. Si se rompe el equilibrio adicionando moles más de A se observa que los moles de AB se duplican. Cuál es la constante de equilibrio para la reacción? (1,5 puntos) Para resolver el problema estableceremos los equilibrios y como las kc son las mismas las igualaremos y calcularemos el valor de x, para posteriormente sustituirlo en en cualquiera de las expresiones y obtener la constante de equilibrio. Primer equilibrio A + B AB inicialmente reacciona -x -x +x equilibrio 1-x 3-x x Segundo equilibrio A + B AB inicialmente 1-x+ 3-x x reacciona -x -x +x equilibrio 3-x 3-x 4x kc [ AB] [ A ][B ] 4 x (1 x)(3 x) kc [ AB] 16 x [ A ][B ] (3 x)

4 4 x (1 x)(3 x) 16 x (3 x) 1 x 4 x x 1 x+9 4 x 1 x+94 x 16 x+1 4 x3 x 3 4 0,75 4 x kc (1 x)(3 x) 4 0,75 (1 0,75)(3 0,75) 4 La kc para la reacción NH 3(g) 3H (g) + N (g) tiene un valor de 0,5. Determina cuanto vale la constante de equilibrio para la reacción: 3/H (g) + 1/N (g) NH 3(g) (1,5 puntos) Para determinar el valor de la constante de equilibrio (kc), tenemos que establecer la ecuación de la kc para los equilibrios y luego relacionar la segunda con la primera: kc ' [NH 3 ] [NH [ H ] 3/ [N ] 1/ ( 3 ] [ H ] 3 [N ] ) kc [H ] 3 [ N ] [ NH 3 ] 0,5 1/ ( [H ] 3 [ N ] [ NH 3 ] ) 1/ kc 1/ 0,5 1/ Dato: R0,08 atm L mol 1 K 1 Masa atómica I 17 u

5 EXAMEN UD 4. EQUILIBRIO QUÍMICO OPCIÓN B 1. Considere el siguiente equilibrio: PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl (g) ΔH 9,5 kj/mol Pronostique la dirección en que se desplaza el equilibrio cuando El principio de Le Chatelier establece que si un sistema que está en equilibrio se somete a una perturbación que lo rompe, el sistema evolucionará hasta que el equilibro se restablezca. a) la temperatura se eleva (1 punto) Un aumento de la temperatura hace que el equilibrio se desplace en el sentido que la reacción sea endotérmica, para absorber el exceso de calor que le llega. Como la reacción del problema es endotérmica, el equilibrio se desplazará hacia la formación de productos. b) se retira algo de PCl 3 de la mezcla (0,75 puntos) Para compensar el descenso de la concentración de PCl 3, el sistema evoluciona formando más cantidad de ese compuesto, y por lo tanto hacia la formación de productos c) se agrega un catalizador a la mezcla de reacción. (0,75 puntos) Los catalizadores no afectan al equilibrio, pues solamente modifican la energía de activación de la reacción, normalmente disminuyéndola, y por lo tanto, aumentan la velocidad, pero el equilibrio no se altera.. Cuál es el valor de kp a 173 C para la reacción CO (g) + O (g) CO (g) si kc es de,4 10 a la misma temperatura? ( puntos) kpkc(rt ) Δ n,4 10 [0,08 (173+73)] ( 3) 1, Considere la reacción en equilibrio PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl (g). En un matraz al vacío de 0,500 L se depositan,50 g de PCl 5 y se calienta a 50 C. A esa temperatura la kp1,05. a) Calcule la presión parcial de PCl 5 en el equilibrio. b) Cuál es el grado de disociación del PCl 5? ( puntos) Para resolver el problema, calcularemos primero el grado de disociación (α) para seguidamente determinar la presión parcial. En el equilibrio: PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl (g) n eq n o α+ α+ α (1+α) inicialmente n o 0 0 reacciona - n o α +n o α +n o α equilibrio n o- n o α n o α n o α M M (PCl 5 )31+35,5 508,5 u,50 0,01 moles 08,5

6 kp p PCl 3 p Cl χ ( PCl 3 p T χ PCl3 p T p PCl5 χ PCl5 p T p T V n eq R T p T n R T eq V p T 0,01(1+α)0,08(50+73) 1,09(1+α) 0,5 α (1+α) ) (1 α ) (1+α) p T α 1,09(1+α) (1+α)(1 α) 1,09α (1 α) 1,051,09α (1 α) 1,05(1 α)1,09 α 1,09 α +1,05 α 1,050 α 1 1,64 α 0,6 válido Conocido el grado de disociación se puede calcular la presión parcial de PCl 5. p PCl5 χ PCl5 p T (1 α) 1,09(1+α)(1 α) 1,09(1 0,6) 1,090,39 atm (1+α) 4. El producto de solubilidad de PbBr es 8, Determine la solubilidad: a) en agua pura Establecemos el equilibrio de solubilidad y a partir de él, determinamos la solubilidad: PbBr (g) Pb + (aq) +Br - (aq) inicialmente C o 0 0 reacciona -s +s +s equilibrio C o -s s s ks[pb + ][Br - ] [ s][s] 4s 3 s 3 ks 4 3 8, ,013 mol/ L 4 b) en una disolución de KBr 0,0 M ( puntos) Para calcular la nueva solubilidad, tenemos que tener en cuenta el efecto del ion común de la sal soluble, por lo que calcularemos primero la concentración de Br - presente en el medio. KBr K + + Br - Mediante la estequiometría de la disociación, determinamos la concentración de bromuro: 0,0 M KBr 1 Br- 1KBr [Br- ]0, M

7 Y ahora, podemos calcular la nueva solubilidad: PbBr (g) Pb + (aq) +Br - (aq) inicialmente C o 0 0, reacciona -s +s +s equilibrio C o -s s s+0, ks[pb + ][Br - ] [ s][ s+0,] s 0,040,04 s s ks 0,04 8,9 10 6, mol / L 0,04 5. Considere la siguiente reacción a cierta temperatura : A + B AB La mezcla de 1 mol de A con 3 moles de B da origen a n moles de AB en equilibrio. Si se rompe el equilibrio adicionando moles más de A se observa que los moles de AB se duplican. Cuál es la constante de equilibrio para la reacción? (1,5 puntos) Para resolver el problema estableceremos los equilibrios y como las kc son las mismas las igualaremos y calcularemos el valor de x, para posteriormente sustituirlo en en cualquiera de las expresiones y obtener la constante de equilibrio. Primer equilibrio A + B AB inicialmente reacciona -x -x +x equilibrio 1-x 3-x x Segundo equilibrio A + B AB inicialmente 1-x+ 3-x x reacciona -x -x +x equilibrio 3-x 3-x 4x kc [ AB] [ A ][B ] 4 x (1 x)(3 x) kc [ AB] 16 x [ A ][B ] (3 x) 4 x (1 x)(3 x) 16 x (3 x) 1 x 4 x x 1 x+9 4 x 1 x+94 x 16 x+1 4 x3 x 3 4 0,75 4 x kc (1 x)(3 x) 4 0,75 (1 0,75)(3 0,75) 4 Datos: R0,08 atm L mol 1 K 1 Masas atómicas: P31 u, Cl35,5 u