IES LEÓN FELIPE (GETAFE) Examen de Química de 2º de Bachillerato. 2ª evaluación. Tema 3 (cinética) y primera mitad del tema 4 (equilibrio). Nombre: Fecha: 1. Para la reacción A(g) + 2B(g) C(g), su ecuación de velocidad es v=k [A] [B]: a) Es una reacción elemental? Justifica tu respuesta. b) Di los órdenes parciales y el orden total. c) Indica razonadamente cuáles son las unidades de su constante de velocidad. d) Cómo afectará a la velocidad de reacción una disminución de la temperatura a volumen constante? Justifica tu respuesta. 2. El yoduro de hidrógeno se descompone de acuerdo con la ecuación: 2HI(g) H 2 (g) + I 2 (g) siendo K C = 0,0156 a 400 ºC. Se introducen 0,6 moles de HI en un matraz de 1 L de volumen y se calientan hasta 400 ºC, dejando que el sistema alcance el equilibrio. Calcula: a) La concentración de cada especie en el equilibrio. b) El valor de K p. c) La presión total en el equilibrio. DATO: R=0,082 atm L mol 1 K 1. (2 puntos; 1 punto el apartado a) y 0,5 puntos los apartados b) y c)). 3. Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones, justificando su respuesta: a) En la reacción A 2 (g) + 2B 2 (g) A 2 B 4 (g), al añadirse A 2 al sistema en equilibrio la constante de equilibrio K C se hace más grande. b) Cuando aumenta la temperatura en un equilibrio exotérmico, el equilibrio se desplaza a la izquierda. c) En una reacción del tipo A(g) + 2B(g) 2C(g), los valores de K c y K p son iguales. d) En una reacción del tipo A(g) + 2B(g) 2C(g) + D(g), un aumento en la presión del recipiente, a temperatura constante, no modifica la cantidad de reactivos y productos presentes en el equilibrio. (2 puntos) 4. El equilibrio PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) se alcanza calentando 3 g de pentacloruro de fósforo hasta 300 ºC en un recipiente de medio litro, siendo la presión final de 2 atm. Calcula: a) El grado de disociación del pentacloruro de fósforo. b) El valor de K P a dicha temperatura. (2 puntos; 1 punto cada apartado) 5. Considerando el equilibrio existente entre el oxígeno molecular y el ozono, de acuerdo a la reacción 3O 2 (g) 2O 3 (g), cuya entalpía de reacción es H r = 284 kj, justifica: a) El efecto que tendría sobre el equilibrio un aumento de la presión del sistema. b) El efecto que tendría sobre la cantidad de ozono en el equilibrio una disminución de la temperatura. c) El efecto que tendría sobre el equilibrio la adición de un catalizador. d) El efecto que tendría sobre la constante de equilibrio K p añadir más ozono al sistema.
SOLUCIÓN 1. Para la reacción A (g) + 2B (g) C (g), su ecuación de velocidad es v=k [A] [B]: a) Es una reacción elemental? Justifica tu respuesta. b) Di los órdenes parciales y el orden total. c) Indica razonadamente cuáles son las unidades de su constante de velocidad. d) Cómo afectará a la velocidad de reacción una disminución de la temperatura a volumen constante? Justifica tu respuesta. a) No, no es una reacción elemental (es decir, es una reacción que transcurre en más de una etapa), puesto que los órdenes parciales de los reactivos (1 para A y 1 para B) no coinciden con los coeficientes estequiométricos (1 para A y 2 para B). b) El orden parcial de A es 1 y el de B también es 1. El orden total es 1+1=2. c) Si las unidades de v son mol L -1 s -1, entonces: Las unidades de k son L mol -1 s -1. d) Si el volumen permanece constante, las concentraciones no varían, con lo que en la expresión v=k [A] [B], [A] y [B] no van a modificar v. Pero un cambio en la temperatura provoca un cambio en la constante de velocidad k. Si k aumenta, v también aumenta, y si k disminuye, k también disminuye, como se observa en v=k [A] [B]. Dado que, (donde A es el factor de frecuencia, E a la energía de activación, R la constante de los gases y T la temperatura) se observa en la fórmula que si T disminuye k también disminuye por lo que la velocidad disminuiría. También se podría justificar que la velocidad disminuye al hacerlo la temperatura utilizando la teoría de colisiones. Para que se produzca una reacción química, en los reactivos tiene que haber choques eficaces entre moléculas, que rompan los enlaces existentes (para que así se puedan formar los nuevos enlaces). Para que se produzcan estos choques eficaces una de las condiciones es que las partículas tengan suficiente energía cinética como para que al chocar se debiliten los enlaces de los reactivos. Si disminuimos la temperatura, las moléculas tendrán menos energía cinética y por tanto habrá menos moléculas que tengan la energía suficiente como para transformarse en productos, por lo que la velocidad disminuirá.
2. El yoduro de hidrógeno se descompone de acuerdo con la ecuación: 2HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) siendo K C = 0,0156 a 400 ºC. Se introducen 0,6 moles de HI en un matraz de 1 L de volumen y se calientan hasta 400 ºC, dejando que el sistema alcance el equilibrio. Calcula: a) La concentración de cada especie en el equilibrio. b) El valor de K p. c) La presión total en el equilibrio. DATO: R=0,082 atm L mol 1 K 1. (2 puntos; 1 punto el apartado a) y 0,5 puntos los apartados b) y c)). [HI] in =n/v=0,6/1=0,6 mol/l 2HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) [] in 0,6 - - [] eq 0,6-2c c c Esta ecuación de 2º grado tiene como solución c=0,06 mol/l (la otra solución de la ecuación de 2º grado es negativa y por tanto no válida). [H 2 ] eq =[I 2 ] eq =0,06 mol/l. [HI] eq =0,6-2 0,06=0,48 mol/l b) c) (al ser V=1, el valor del número de moles coincide con el de la concentración).
3. Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones, justificando tu respuesta: a) En la reacción A 2 (g) + 2B 2 (g) A 2 B 4 (g), al añadirse A 2 al sistema en equilibrio la constante de equilibrio K C se hace más grande. b) Cuando aumenta la temperatura en un equilibrio exotérmico, el equilibrio se desplaza a la izquierda. c) En una reacción del tipo A (g) + 2B (g) 2C (g), los valores de K C y K P son iguales. d) En una reacción del tipo A (g) + 2B (g) 2C (g) + D (g), un aumento en la presión del recipiente, a temperatura constante, no modifica la cantidad de reactivos y productos presentes en el equilibrio. (2 puntos) a) Falso, ya que el valor de K C sólo se modifica con la temperatura y por tanto no variaría al añadir A 2. b) Verdadero, ya que al aumentar la temperatura, el sistema va a querer bajarla (ya que se opone al cambio realizado en el equilibrio, principio de Le Chatelier). Si la reacción es exotérmica en el sentido directo, entonces al subir la temperatura se desplazará en el sentido inverso (el sentido endotérmico) para así bajar la temperatura. c) Falso, K P y K C se relacionan según la expresión K P =K C (RT) n, por lo que sólo son iguales si el número de moles de gases en los productos es igual al número de moles de gases en los reactivos ( n=0), lo cual no es el caso puesto que n=-1. d) Verdadero, puesto que si se aumenta la presión, el sistema va a querer bajarla (por el principio de Le Chatelier, que nos dice que ante un cambio en el equilibrio el sistema reaccionará oponiéndose a ese cambio). Para bajar la presión el sistema debería desplazarse hacia donde hubiese menor número de moles de gases, pero como en esta reacción el número de moles de gases de los reactivos es igual al número de moles de gases de los productos, el equilibrio no se desplaza. Al no desplazarse el equilibrio, no se modifica la cantidad de reactivos y productos.
4. El equilibrio PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) se alcanza calentando 3 g de pentacloruro de fósforo hasta 300 ºC en un recipiente de medio litro, siendo la presión final de 2 atm. Calcula: a) El grado de disociación del pentacloruro de fósforo. b) El valor de K P a dicha temperatura. (2 puntos; 1 punto cada apartado) MM(PCl 5 )=31+35,5 5=208,5 g/mol PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) [] in 0,0288 - - [] eq 0,0288-c c c b)
5. Considerando el equilibrio existente entre el oxígeno molecular y el ozono, de acuerdo a la reacción 3O 2 (g) 2O 3 (g), cuya entalpía de reacción es H r = 284 kj, justifica: a) El efecto que tendría sobre el equilibrio un aumento de la presión del sistema. b) El efecto que tendría sobre la cantidad de ozono en el equilibrio una disminución de la temperatura. c) El efecto que tendría sobre el equilibrio la adición de un catalizador. d) El efecto que tendría sobre la constante de equilibrio K p añadir más ozono al sistema. a) Si aumenta la presión, el sistema va a reaccionar oponiéndose a ese cambio (principio de Le Chatelier) y por ello querrá bajar la presión. Por tanto, el sistema se desplazará hacia donde haya menos moles de gases (para así bajar la presión), es decir, que el equilibrio se desplazará a la derecha. b) Si disminuye la temperatura, el sistema va a reaccionar oponiéndose a ese cambio (principio de Le Chatelier), por lo que se desplazará en el sentido en el que la temperatura aumente. La reacción en sentido directo es endotérmica, ya que la entalpía de la reacción es positiva, por lo tanto el equilibrio se desplazará a la izquierda, en el sentido exotérmico. Al desplazarse el equilibrio a la izquierda la cantidad de ozono disminuye. c) Un catalizador modifica la velocidad de reacción, acelerándola, por tanto, hace que se llegue al equilibrio antes, pero no modifica un equilibrio y por tanto no tiene ningún efecto sobre un sistema ya en equilibrio. d) La constante de equilibrio K p, al igual que K c, sólo se ve modificada por la temperatura, por lo tanto al añadir O 3 al sistema K p no se vería modificada.