1. El pentacloruro de fósforo se disocia según el equilibrio homogéneo en fase gaseosa: PCl 5 (g) PCl (g) + Cl (g). A una temperatura determinada, se introducen en un matraz de medio litro de capacidad un mol de pentacloruro de fósforo y se alcanza el equilibrio cuando se disocia el 5 % de pentacloruro inicial. Si la presión final del sistema una vez alcanzado el equilibrio resulta ser de 1,5 atmósferas, se pregunta: a) Calcula el valor de la constante de equilibrio en función de las concentraciones molares (K C ), b) Calcula las presiones parciales de cada uno de los gases euilibrio; c) En el matraz se introducen, manteniendo la temperatura constante, dos moles de argón; razona si el valor de la K C se verá alterado y si se producen desplazamientos en el equilibrio. Soluciones: a) 0,77; b) 0,7 atm; 0,9 atm; 0,9 atm. V 0,5 L (PCl 5 ) 1 mol % 5% α 0,5 P eq 1,5 atm a) Kc b) P i c) desplazamiento Kc [ PCl ] [Cl ] [ PCl 5 ] b) P i P T X i P T ni PPCl 5 1,5 0,65 1,5 0,7atm a) PCl 5 (g) PCl (g) + Cl (g) PCl 5 PCl Cl 1 0 0 n -α - 0,5 α 0,5 α 0,5 1-0,5 0,65 0,5 0,5 [ ] eq 0,65 0,5 1, 0,5 0,5 0,7 0,5 0,5 0,7 0,7 0,7 0,77 1, PPCl PCl 1,5 0,5 0,9 atm 1,5 donde 0,65 + 0,5 + 0,5 1,5 moles totales c) No existe desplazamiento porque el aumento de presión por introducción de un gas inerte no modifica el equilibrio.. En un matraz de un litro de capacidad, se introducen 4,4 gramos de CO y 1, gramos de C. La reacción que tiene lugar es: C (s) + CO (g) CO (g); K P 4,96. Cuando el sistema alcanza el equilibrio, la presión en el interior del matraz es de 1 atm. a) Calcula la masa, en gramos, de cada una de las especies presentes cuando se alcanza el equilibrio; b) Calcula la masa de CO que tendría que haberse introducido en el matraz para que en el equilibrio solo quedaran 1 mg de carbono. Soluciones: a) 0,84 g,,05 g,1,71 g; b) 1,76 g m CO 4,4 g m C 1, g K P 4,96 P eq 1 atm a) m eq b) m CO m eq C 1 mg a) C (s) + CO (g) CO (g) n CO m CO 4,4 M CO 1 16 0,1 mol CO n C m C M C 1, 1 0,1mol C P CO P CO De los datos iniciales sabemos que α es 0,5 Como αx/ entonces xα α 1α Porque el C es sólido y por tanto no aparece en la constante de equilibrio
CO CO 0,1 0 n -x x 0,1-x x x eq n i P eq x eq P T 0,1 x 0,1 x 1 x x 1 El número total de moles es: 0,1-x+x 0,1+x P CO P CO x 1 0,1 x 0,1 x 1 48x 0,1 x 48x 0,1 x 0,1 x 48x 0,1 x 4,96 48x 4,96 10 4,96 x ; 5,96 x 4,96 10 ; x 4,96 10,06 10 5,96 44 g masa de CO 0,1-x0,1-,06 10-6,94 10 - moles de CO,05 g de CO 1mol CO 8 g masa de CO x,06 10-6,1 10 - moles de CO 1,71 g deco 1mol CO masa de C Suma de masas iniciales Suma de masas finales (Principio de conservación de la masa) masa inicial de C + masa inicial de CO + masa inicial de CO masa final de C + masa final de CO + masa final de CO Otra forma de hacerlo es: 1, + 4,4 + 0 x +,05 + 1,71 x 5,6 4,76 0,84 g de C en el equilibrio Si han desaparecido x mol de CO, también habrán desaparecido x mol de C porque están en relación 1 a 1. po rlo 1g que lo que quedará de C es 0,1-x 0,1-,06 10-6,94 10 - moles de C 0,8 g de C 1mol CO que es una cantidad muy similar (la diferencia se debe a los decimales) b) 1 mg de C 1, 10-4 g de C CO CO c 0 n -0,089 0,089 0,178 c-0,089 0,178 x eq n i P eq x eq P T P CO P CO 0,178 1 0,178 1 0,178 1 1 Como partías de 1, g de C y finalmente tienes 1, 10-4 g de C, se han consumido: 1,-1, 10-4 1,068 g de C 1mol/1g 0,089 mol se han convertido en CO. Por tanto 0,089 mol de CO se han gastado también (al estar en relación 1 a 1), por lo que 0,089 mol es x. El número total de moles es: c 0,089 + 0,178 c + 0,089 0,80 0,80 0,80 c 0,089 4,96
0,804,96 c 0,089 ; 0,804,96 c 0,09; c 0,80 0,09 0,9 mol de CO 4,96 iniciales 0,9 mol de CO 44 g 1 mol1,76 g de CO debían haberse introducido.. Una muestra de 10 gramos de SO Cl gaseoso se descompone a 450 ºC en un recipiente de litros, hasta alcanzarse el equilibrio: SO Cl (g) SO (g) + Cl (g). En el equilibrio a 450 ºC, el SO Cl se encuentra disociado en un 79 %. Calcula: a) Los moles de cada una de las especies en el equilibrio; b) El valor de las constantes K c y K p c) La presión total en el recipiente. Soluciones: a) 0,0156 mol, 0,0585 mol, 0,0585 mol; b) 0,071, 4,; c),6 atm. a) SO Cl (g) SO (g) + Cl (g) m SOCl 10 g T 450ºC 7 K V L α 0,79 a) b) Kc y Kp c) P eq De los datos iniciales sabemos que α es 0,79 Como αx/ entonces xα α 0,0740,074α 0,074α 0,074 0,790,0585 M SO Cl,1+16 +5,5 15,1 1 mol 10 g SO Cl 15,1 g 0,074 mol de SO Cl SO Cl SO Cl 0,074 0 0 n -0,074α -0,0585 0,074α 0,0585 0,074α 0,0585 0,074-0,0585 0,0155 0,0585 0,0585 0,0155 0,0585 [ ] eq 5, 10 La solución del apartado a) está en la cuarta fila de la tabla. b) Kc [SO ] [Cl ] 0,0195 0,0195 0,071 [SO Cl ] 5, 10 Kp Kc RT n 0,071 0,08 7 1 4, c) PV nrt ; P nrt V 0,0195 0,0585 0,0195 0,08 7 ; P 0,0155 0,0585 0,0585,6 atm; 4. La reacción de síntesis del amoniaco es: N (g) + H (g) NH (g) a 00 ºC se dispone de 10 mol de nitrógeno y 0 mol de hidrógeno dentro de un reactor. Cuando se llega al equilibrio quedan 4,4 mol de nitrógeno sin reaccionar. a) Calcula el número de moles de amoniaco en el equilibrio y los moles totales en el equilibrio b) Sabiendo que la presión total de los gases en el equilibrio es de 50 atm, calcula la presión parcial de cada gas en el equilibrio y el valor de Kp. Soluciones: a) 4,4 mol, 1, mol, 11, mol, 8,8 mol; b) 7,64 atm,,9 atm, 19,44 atm, 4,11 10 -. T 00ºC 57 K (N ) 10 mol (H ) 0 mol (N ) 4,4 mol a) (NH ), b) P T 50 atm P i, Kp a) N (g) + H (g) NH (g) N H NH 10 0 0 n -x -x x 10-x4,4 (x5,6) 0-x1, x11, La solución del apartado a) está en la cuarta fila de la tabla.
Número total de moles 4,4 + 1, + 11, 8,8 moles totales en el equilibrio P(N )X(N ) P T n N 4,4 8,8 50 7,64 atm debidas al de N P(H )X(H ) P T n H 1, 8,8 50,9 atm debidas al de H P(NH )X(NH ) P T n NH 11, 8,8 50 19,44 atm debidas al de NH P NH P N P H 19,44 7,64,9 48x 0,1 x 48x 0,1 x 48x 0,1 x 4,11 10 5. Se introduce,1 mol de SbCl 5 en un recipiente de dos litros, se calientan a 18 ºC y se produce su disociación según la reacción: SbCl 5 (g) SbCl (g) + Cl (g). Al alcanzarse el equilibrio, el número de moles de SbCl 5 es de 0,08. Calcula: a) Las constantes de equilibrio Kc y Kp; b) La presión total de la mezcla en el equilibrio; c) Justifica hacia dónde se desplazará el equilibrio si aumenta el volumen, manteniendo constante la temperatura. Soluciones: a) 1,7 10 - ; 6,5 10 - ; b),18 atm (SbCl 5 ) 0,1 mol V L T 18ºC 455 K (SbCl 5 ) 0,08 mol a) Kc y Kp b) P T c) ΔV desplazamiento SbCl 5 (g) SbCl (g) + Cl (g) SbCl 5 SbCl Cl 0,1 0 0 n -x x x 0,1-x 0,08 (x 0,1-0,080,017) [ ] eq 0,08 x 0,017 x 0,017 0,017 0,017 4,15 10 8,5 10 8,5 10 a) K c [SbCl ] [Cl ] [ SbCl 5 ] [8,5 10 ] [8,5 10 ] 1,74 10 [4,15 10 ] Kp Kc RT n 1,74 10 0,08 455 1 6,50 10 b) PV nrt ; P nrt V 455 ; P 0,08 0,017 0,017 0,08,18 atm; c) Si aumenta el volumen disminuye la presión, por lo que el equilibrio tendrá a aumentar la presión y para ello se desplazará hacia donde haya más moles gaseosos, en este caso hacia los productos, es decir, se desplazará hacia la derecha. 6. El metanol se prepara industrialmente a partir del llamado gas de síntesis (mezcla CO + H ) según el proceso CO (g) + H (g) CH OH (g) H -90,8 kj. Razona cuál de las siguientes actuaciones producen un mayor rendimiento en el mismo: a) aumentar la temperatura; b) aumentar la presión; c) Trabajar con un exceso de CO; d)mantener todas las sustancias en el reactor hasta que se agoten los reactivos; e) Retirar del reactor CH OH al tiempo que se produce. Se producirá un mayor rendimiento cuando se generen más productos, es decir cuando el equilibrio se desplace hacia la derecha.
CO (g) + H (g) CH OH (g) H -90,8 kj. a) Si aumenta la temperatura el equilibrio tenderá a disminuirla y para ellos se desplazará hacia la reacción endotérmica (para que absorba energía y así disminuya la temperatura). Como la reacción directa es exotérmica, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda, para favorecer la reacción contraria que es la endotérmica. No produce un mayor rendimiento. b) Aumentar la presión. Esta cuestión tiene dos respuestas dependiendo si es un aumento debido a la introducción de un gas inerte, en cuyo caso no modifica el equilibrio y por tanto no produce un mayor rendimiento; o si se trata de un aumento de presión debido a una disminución del volumen, en cuyo caso el equilibrio tenderá a disminuir la presión y para ello se desplazará hacia donde haya menos moles gaseosos, en este caso hacia los productos. Por lo tanto el equilibrio se desplazará hacia la derecha y producirá un mayor rendimiento. c) Trabajar con un exceso de CO significa que tenemos mucho CO, tanto que no se va a gastar nunca, porque se gasta primero el otro reactivo. Como tenemos tanto CO el equilibrio tenderá a disminuirlo. Como es un reactivo el equilibrio se desplazará hacia los productos, hacia la derecha, produciendo un mayor rendimiento. d) Si dejo todas las sustancias en el reactor cada vez habrá más productos y menos reactivos por lo que llegará un momento que el equilibrio tenderá a formar reactivos y hacer desaparecer los productos, es decir, desplazarse hacia la izquierda y por tanto esto no producirá un mayor rendimiento. e) Si al contrario que en el caso anterior, vamos retirando el CH OH a medida que se va formando, todo el tiempo habrá muy poco producto y el equilibrio tenderá a formar más y para eso se desplazará hacia la derecha, aumentando el rendimiento de la reacción.