Facultad de Química Cátedra de Química Inorgánica DEPARTAMENTO ESTRELLA CAMPOS QUÍMICA GENERAL II 2006 Semana 7 El grado de avance de las reacciones Bibliografía: - Química, La Ciencia Central, T.L.Brown, H.E.LeMay, Jr., B.Burnsten. Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana, México, 7 a Edición, 1998, págs 539-571. Ejercicios de aplicación 1) El pentabromuro de fósforo se descompone según la siguiente reacción: PBr 5 (g) PBr 3 (g) + Br 2 (g) En un recipiente rígido y cerrado de 30 L se introducen 3,44 kg de PBr 5 (g) a 642 K. Al alcanzarse la situación de equilibrio, la presión total vale 22,5 atm. a) Calcular los moles, las concentraciones molares, las fracciones molares y las presiones parciales de cada especie en el equilibrio. b) Calcular K c, K p y K x a esa temperatura utilizando los resultados de la parte a. c) Calcular la cantidad en gramos de PBr 5 que ha quedado sin reaccionar y el porcentaje de PBr 5 que se ha descompuesto al alcanzarse el equilibrio. d) En otra experiencia se introduce en el mismo recipiente rígido y cerrado de 30 L una cierta cantidad de PBr 5 (g) a 642K. Este se descompone y al establecerse el equilibrio la presión de Br 2 (g) vale 6,8 atm. Calcular las presiones iniciales y en el equilibrio de todas las especies. e) Calcule la composición del sistema en equilibrio si se coloca inicialmente a 642K en el recipiente rígido y cerrado de 30 L: e1) 2 mol de PBr 3 (g) e2) 2 mol de PBr 3 y 1 mol de Br 2 (g) e3) 6 mol de PBr 5 y 1,63 kg de PBr 3 (g) e4) 8,5 atm de PBr 3 (g), 3,2 atm de Br 2 (g) y 1,4 atm de PBr 5 (g) f) Explique como afectará el equilibrio: f1) un aumento de la temperatura f2) un aumento del volumen del recipiente de reacción f3) el agregado de 3 mol de He(g) a V=cte f4) el agregado de Br 2 (g) Datos: PM PBr 5 = 430,47 PM PBr 3 = 270,67 PM Br 2 = 159,8 2) Indicar cual de los siguientes sistemas puede alcanzar el equilibrio:
A 3 g CaCO 3 B 0,7 atm CO 2 (g) 0,5 g CaO C 0,3 atm CO 2 (g) 2 g CaCO 3 D 0,7 atm CO 2 (g) 1 g CaCO 3 CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) T = 830 K K = 0,5 V = 2 L Datos: PF CaCO 3 = 100 PF CaO = 56 PF CO 2 = 44 Ejercicios de autoevaluación 1) A una temperatura de 1500 C se introducen 0,10 mol de A 2 (g) en un recipiente cerrado y rígido de un litro de capacidad que reaccionan según: A 2 (g) 2A(g) En el equilibrio se encuentra que la presión total es un 50% mayor que la original. La Kp para la reacción anterior vale: a) 2 b) 29 c) 31,6 2) Considere el siguiente sistema en equilibrio: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) Una mezcla gaseosa contenida en un recipiente cerrado de 2 L a una determinada temperatura contiene 96 g de SO 3, 25,6 g de SO 2 y 19,2 g de O 2. Calcular la constante de equilibrio, K c, para la reacción anterior a esa temperatura. 3) La constante de equilibrio de la reacción: CO 2 (g) + H 2 (g) CO(g) + H 2 O(g) es K c = 0,10 a 600 K a) Cuál es la presión de equilibrio de cada sustancia si se mezclan 0,5 mol de CO 2 y 0,5 mol de H 2 en un recipiente rígido y cerrado de 5 L a 600K? b) Cuál es el valor de K p de la reacción a esa temperatura? 4) El compuesto gaseoso NOBr se descompone según la reacción: NOBr(g) NO(g) + 1/2 Br 2 (g) A 350K, la constante de equilibrio Kp vale 0,15. Si se mezclan, en un recipiente rígido y cerrado, 0,50 atm de NOBr, 0,40 atm de NO y 0,20 atm de Br 2 a esta temperatura, ocurrirá alguna reaccion neta? Si es así, se consumirá o se formará Br 2 (g)? 5) La constante de equilibrio para la reacción:
2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) es Kc = 4,5 a 600 C Se coloca una cierta cantidad de gas SO 3 en una vasija de reacción rígida y cerrada de 1 L a 600 C. Cuando el sistema alcanza el estado de equilibrio, se determina que la cantidad de O 2 es igual a 2,0 mol. Cuántos mol de gas SO 3 habrán sido colocados originalmente en la vasija? a) 3 b) 14 c) 16 6) La descomposición del sulfuro ácido de amonio a 24 C ocurre según la siguiente reacción: NH 4 HS(s) NH 3 (g) + H 2 S(g) K = 0,126 a) Qué ocurre si se coloca NH 4 HS(s) a 24 C en un recipiente abierto de 0,5 L? b) La cantidad mínima de NH 4 HS(s) que se debe colocar en un recipiente rígido y cerrado de 0,5 L para que se establezca el equilibrio está: i) entre 0,5 y 0,8 mol ii) entre 0,1 y 0,3 g iii) entre 0,2 y 0,6 mol c) Cuál de los siguientes sistemas puede alcanzar el equilibrio en un recipiente cerrado de 0,5L a 24 C?: i) 0,1 g de NH 4 HS(s) ii) 0,5 atm de H 2 S(g) y 0,5 atm de NH 3 (g) iii) 0,4 atm de NH 3 (g) y 0,2 atm de H 2 S(g) iv) 1 g de NH 4 HS(s) y 0,1 atm de NH 3 (g) 7) Determinar la constante K a 650 C y a 800 C correspondiente a la reacción: 2 SnO 2 (s) + 4H 2 (g) 4H 2 O(g) + 2 Sn(s) a partir de los siguientes resultados analíticos: a) a 650 C la mezcla en equilibrio vapor de agua - hidrógeno contiene un 38% en volumen de H 2 b) a 800 C la mezcla en equilibrio vapor de agua - hidrógeno contiene un 22% en volumen de H 2 8) Considere las siguientes reacciones: i) H 2 O(g) H 2 O(l) K 298 = 782 ii) F 2 (g) 2 F(g) K 298= 4,9 x 10-21 iii) C(grafito) + O 2 (g) CO 2 (g) K 298 = 1,3 x 10 69 iv) H 2 (g) + C 2 H 4 (g) C 2 H 6 (g) K 298 = 9,8 x 10 18 a) Ordenar las reacciones según su tendencia creciente a transcurrir (grado de avance) a 298K y 1 atm en el sentido en que están escritas b) Cuál de las reacciones anteriores llegará más rápidamente a su estado de equilibrio? 9) Las constantes de equilibrio para las siguientes reacciones han sido medidas a 823K: CoO(s) + H 2 (g) Co(s) + H 2 O(g) K = 67
CoO(s) + CO(g) Co(s) + CO 2 (g) K = 490 Cuál es el valor de la constante de equilibrio, Kp, de la siguiente reacción, a 823K? CO 2 (g) + H 2 (g) CO(g) + H 2 O(g) a) 0,137 b) 557 c) 423 10) Se prepara SO 2 Cl 2 (g) según la reacción: SO 2 (g) + Cl 2 (g) SO 2 Cl 2 (g) Kp = 1,94 Se colocan 0,5 mol de SO 2 y 0,8 mol de Cl 2 en un recipiente cerrado y rígido de 1 L a 298K a) El rendimiento de la preparación de SO 2 Cl 2 (g) en estas condiciones es: i) entre 90 y 95% ii) entre 70 y 80% iii) mayor que 95% b) Si una vez alcanzado el equilibrio se aumenta 10 veces el volumen de reacción a temperatura constante, cuál será la nueva composición de la mezcla en equilibrio? c) Indique cuál de las siguientes afirmaciones es correcta: i) el aumento de la presión total del sistema disminuirá el rendimiento de la reacción. ii) el agregado de un gas inerte, manteniendo el volumen constante, desplazará el equilibrio de modo que aumente la presión parcial de los reactivos. iii) si se aumentan en el mismo grado las presiones de ambos reactivos el rendimiento no variará. 11) Para sintetizar C 2 H 4 según la siguiente reacción: C 2 H 2 (g) + H 2 (g) C 2 H 4 (g) se colocan 2 mol de C 2 H 2 y 5 mol de H 2 en un recipiente cerrado y rígido de 5 L a 1700 C. Al alcanzar el equilibrio se observa que el rendimiento de la síntesis es del 80 %. a) Kc para dicha reacción vale: i) entre 0,8 y 0,1 ii) entre 5 y 6 iii) entre 0,3 y 0,4 b) De cuánto H 2 (g) habría que partir para que el rendimiento fuese del 95%? i) entre 11 y 14 mol ii) entre 15 y 18 mol iii) entre 8 y 11 mol 12) Considere el siguiente sistema en equilibrio: 2 HI(g) H 2 (g) + I 2 (g). La mezcla en equilibrio a 1000 C contiene 0,09 mol / L de I 2 y 0,02 mol / L de HI(g). La
presión total del sistema en equilibrio es de 36,5 atm. a) Kp vale: i) entre 100 y 120 ii) entre 50 y 60 iii) entre 25 y 30 b) Al sistema en equilibrio se agregan 0,02 mol de I 2. Calcular la nueva concentración de I 2 en el equilibrio, sabiendo que el número de moles totales en el nuevo equilibrio es 1,07. 13) Considerar el siguiente sistema en equilibrio: 2 NOBr(g) 2 NO(g) + Br 2 (g) con H > 0 Cuál de los siguientes cambios haría aumentar la presión del sistema permaneciendo invariable el número de moles de Br 2 (g)? a) disminuir el volumen del recipiente a temperatura constante b) aumentar la presión parcial de NOBr(g) a temperatura constante c) introducir argón gas a volumen y temperatura constantes d) disminuir la temperatura y la concentración de NOBr e) ninguna de las anteriores 14) Para el siguiente sistema en equilibrio: A(g) B(g) + C(s) T = 298K a) Plantear la expresión de la constante de equilibrio b) Graficar las concentraciones de B(g) y C(s) en el equilibrio para distintas concentraciones iniciales de A(g). c) Explique como afectaría al equilibrio anterior el agregado de C(s).