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UNIDAD 4. EQUILIBRIO QUÍMICO
Actividades
1> Evalúa el rendimiento o desplazamiento del siguiente equilibrio: 2 O 3 (g) 3 O 2 (g); Kc = 2,54 · 1012 ; T = 2 000 °C 2 > Escribe la expresión de la constante K c para cada uno de los siguientes equilibrios: a) 2 H 2 O (g) + 2 SO 2 (g) 2 H 2 S (g) + 3 O 2 (g) b) 2 HBr (g) H 2 (g) + Br 2 (ℓ) c) CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g). 3 > En el proceso de formación del HI, realizado a 450 ºC en un recipiente de 10 litros, se han encontrado, en el equilibrio, la presencia de 0,811 moles de HI, 0, moles de H 2 y 0,091 moles de I 2. Calcula la K c a esa temperatura. 4 > Observa las siguientes reacciones químicas: 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (g) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g) 2 H 2 O (g) 2 H 2 (g) + O 2 (g) Si las correspondientes constantes de equilibrio, Kc , son, respectivamente, K 1 , K 2 y K 3 , ¿cuál será la relación entre K 1 y K 2? ¿Y entre K 2 y K 3? 5 > Al comienzo de una reacción en un reactor de 3,5 L, a 200 ºC, existen 0, moles de N 2 , 3,21 · 10 -^2 moles de H 2 y 6,42 · 10 -^4 moles de NH 3. Si el valor de la constante de equilibrio ( Kc) para el proceso de formación del amoniaco es de 0,65, a esa temperatura, indica si el sistema se encuentra en equilibrio y, en caso contrario, ¿qué es lo que debería ocurrir para que el sistema alcance el equilibrio? 6 > Calcula la constante Kc para el equilibrio: SO 2 (g) + NO 2 (g) SO 3 (g) + NO (g), a partir de las siguientes reacciones llevadas a cabo a la misma temperatura: SO 2 (g) + 1/2 O 2 (g) SO 3 (g) Kc1 = 20 NO 2 (g) NO (g) + 1/2 O 2 (g) Kc2 = 0, 7 > Conocido el valor de Kc para el equilibrio: 3 H 2 (g) + N 2 (g) 2 NH3, calcula a la misma temperatura: a) Kc ’ para : 1/2 N 2 + 3/2 H 2 NH 3 ; b) Kc ’’ para: 2 NH 3 N 2 + 3 H 2 8 > Escribe la Kp para el equilibrio: N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g). 9 > Considera el siguiente sistema en equilibrio: CO 2 (g) + C (s) 2 CO (g).
a) Escribe las expresiones de las constantes Kc y Kp. b) Establece la relación entre ambas constantes de equilibrio. 10 > Para la reacción: SbCl 5 (g) SbCl 3 (g) + Cl 2 (g), se sabe que a 182 ºC el valor de Kp = 0,093 2. Calcula el valor de Kc. 11> En un recipiente de 1 L de capacidad, en el que previamente se ha hecho el vacío, se introducen 6,0 g de PCl 5. Se calienta a 250 ºC y se establece el equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g). Si la presión total en el equilibrio es de 2 atm, calcula el grado de disociación del PCl 5. 12> A 400 ºC y 1 atm de presión el amoniaco se encuentra disociado un 40 % en nitrógeno e hidrógeno gaseoso, según la reacción: NH 3 (g) 3/2 H 2 (g) + 1/2 N 2 (g). Calcula: a) La presión parcial de cada uno de los gases en el equilibrio. b) El volumen de la mezcla si se parte de 170 gramos de amoníaco. c) Kp y Kc. 13> Dada la siguiente reacción de equilibrio: C (s) + CO 2 (g) CO (g); H = 119,8 kJ. Razona si son correctas las siguientes afirmaciones: a) La adición de CO desplaza el equilibrio hacia la izquierda. b) La adición de C desplaza el equilibrio hacia la derecha. c) La elevación de temperatura no influye en el equilibrio. d) La expresión de la constante de equilibrio es: Kp = 𝑝CO^2 𝑝CO 2 · 𝑝𝐶. 14> Considerando el equilibrio: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) , razona si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas: a) Un aumento de presión conduce a una mayor producción de SO 3. b) El valor de Kp es superior al de Kc a la misma temperatura. 15> Considera el siguiente sistema en equilibrio: I 2 (g) + 5 CO 2 (g) 5 CO (g) + I 2 O 5 (s); H = 1 175 kJ. Justifica el efecto que tendrá sobre los parámetros que se indican el cambio que se propone. 16> Escribe la expresión del producto de solubilidad, K ps, de los siguientes compuestos: PbCl 2 , Mg 3 (PO 4 ) 2 y Fe(OH) 3.
4 > En un recipiente con un volumen de 20 L de volumen a 250 ºC se hacen reaccionar 4,0 mol de I 2 con 8,0 mol de H 2 , obteniéndose en el equilibrio 6,0 mol de ioduro de hidrógeno. Calcula los valores de Kc y Kp de esa reacción en esas condiciones. 5 > En un recipiente de 5,0 L se introducen 3,2 g de COCl 2 a 300 K. Cuando se alcanza el equilibrio: COCl 2 (g) CO(g) + Cl 2 (g), la presión final es 180 mmHg. Calcula: a) Las presiones parciales de COCl 2 , CO y Cl 2 en el equilibrio. b) Las constantes de equilibrio Kp y Kc. 6 > Una mezcla gaseosa constituida inicialmente por 3,5 moles de hidrógeno y 2,5 moles de yodo, se calienta a 400 ºC con lo que, al alcanzar el equilibrio, se obtienen 4,5 moles de HI, siendo el volumen del recipiente de reacción de 10 L. Calcula: a) El valor de las constantes de equilibrio Kc y Kp. b) La concentración de los compuestos las sustancias si el volumen se reduce a la mitad manteniendo constante la temperatura de 400 ºC. 7 > A 1 000ºC, el fosgeno (cloruro de carbonilo) se disocia en un 60 % según la reacción: COCl 2 (g) CO (g) + Cl 2 (g). Calcula las constantes K (^) p y Kc , a 1 000 ºC, si la presión total de equilibrio es de 1,20 atmósferas. 8 > A la presión total de 100 atmósferas y a una cierta temperatura, el trióxido de azufre está disociado en un 40 % según la reacción: SO 3 (g) SO 2 (g) + ½ O 2 (g). Calcula: a) Las fracciones molares de los gases en el equilibrio. b) La constante de disociación Kp a la temperatura de la experiencia. 9 > Una mezcla de 2,50 moles de nitrógeno y 2,50 moles de hidrógeno se coloca en un reactor de 25,0 Ly se calienta a 400 ºC. En el equilibrio ha reaccionado el 5 % del nitrógeno. Calcula: a) Los valores de las constantes de equilibrio Kc y Kp , a 400 ºC, para la reacción: N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g). b) Las presiones parciales de los gases en el equilibrio. 10 > Se introduce una mezcla de 0,50 moles de H 2 y 0,50 moles de I 2 en un recipiente de 1,0 L y se calienta a la temperatura de 430 °C. Calcula: a) Las [I 2 ] y [H 2 ] en equilibrio si Kc , para la reacción: H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g), es de 54,3. b) El valor de Kp a esa temperatura.
11 > En un recipiente de 25 L se introducen 2 moles de hidrógeno, 1 mol de nitrógeno y 3,2 moles de amoniaco. Cuando se alcanza el equilibrio a 400 °C, el número de moles de amoniaco se ha reducido a 1,8. Para la reacción: 3 H 2 (g) + N 2 (g) 2 NH 3 (g), calcula: a) El número de moles de H 2 y de N 2 en el equilibrio; b) Los valores de las constantes de equilibrio Kc y Kp a 400 °C. 12 > A 130 ºC el hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO 3 (s), se descompone parcialmente según el equilibrio: 2 NaHCO 3 (s) Na 2 CO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (g), siendo K p = 6,25 a 130 ºC. Se introducen 100 g de NaHCO 3 (s) en un recipiente cerrado de 2,0 L en el que previamente se ha hecho el vacío y se calienta a 130 ºC. Calcula: a) El valor de Kc y la presión total en el interior del recipiente cuando se alcance el equilibrio. b) La cantidad, en gramos, de NaHCO 3 (s) que quedará sin descomponer. 13 > En una vasija de 10 L mantenida a 270 ºC y previamente evacuada se introducen 2,5 moles de pentacloruro de fósforo y se cierra herméticamente. La presión en el interior comienza entonces a elevarse debido a la disociación térmica del pentacloruro: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g). Cuando se alcanza el equilibrio, la presión es de 15,6 atm. a) Calcula el número de moles de cada especie en el equilibrio. b) Obtén los valores de Kc y Kp. El valor de 𝐾𝑐 será: 𝐾𝑐 = [PCl 3 ][Cl 2 ] [PCl 5 ]
0,10 mol L–^1 ·0,10 mol L–^1 0,15 mol L–^1 ≅ 6,7· 10 –^2 mol L–^1. Aplicando la relación entre Kp y Kc , donde n =(1 + 1) − 1 = 1 : Kp = Kc ( R T ) n^ = 0,067 mol L–^1 · (0,082 atm L mol–^1 K–^1 · 543 K)^1 ≈ 3,0 atm. 14 > El óxido de mercurio(2+) contenido en un recipiente cerrado se descompone a 380 ºC según la reacción: 2 HgO (s) 2 Hg (g) + O 2 (g). Sabiendo que a esa temperatura el valor de Kp es 0,186, calcula: a) Las presiones parciales de O 2 y de Hg en el equilibrio. b) La presión total en el equilibrio y el valor de Kc a esa temperatura. 15 > El N 2 O 4 se descompone a 45 ºC según: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g). En un recipiente de 1,00 L de capacidad se introduce 0,100 mol de N 2 O 4 a dicha temperatura. Al alcanzar el equilibrio, la presión total es de 3,18 atmósferas. Calcula: a) El grado de disociación. b) El valor de Kc. c) La presión parcial ejercida por cada componente. d) La presión total si junto con los 0,100 mol de N 2 O 4 introducimos 0,010 mol de NO 2. 16 > En un recipiente de 250 mL se introducen 0,45 g de N 2 O 4 (g) y se calienta hasta 40 ºC, disociándose en un 42 %. Calcula: a) La constante Kc del equilibrio: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g).
22 > Se establece el siguiente equilibrio en un recipiente cerrado: 2 Cl 2 (g) + 2 H 2 O (g) 4 HCl (g) + O 2 (g); H = 113 kJ. Razona cómo afectaría a la concentración de O 2 : a) la adición de Cl 2 ; b) el aumento del volumen del recipiente; c) el aumento de la temperatura; d) la utilización de un catalizador. 23 > Dado el equilibrio: H 2 O (g) + C (s) CO (g) + H 2 (g); H > 0, señala, razonadamente, cuál de las siguientes medidas produce un aumento de la concentración de monóxido de carbono. a) Elevar la temperatura. b) Retirar vapor de agua de la mezcla en el equilibrio. c) Introducir H 2 en la mezcla en equilibrio. 24 > Se estudia el siguiente equilibrio: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g), cuya Kp a 298 K es 0,15. a) ¿En qué sentido evolucionará, hasta alcanzar el equilibrio, una mezcla de ambos gases cuya presión parcial sea la misma e igual a 1 atm? b) Si una vez alcanzado el equilibrio se comprime la mezcla, ¿qué le ocurrirá a la cantidad de NO 2? ¿Cómo será la descomposición de N 2 O 4 , exotérmica o endotérmica, si un aumento de temperatura provoca un aumento de la concentración de NO 2? 25 > A partir de la composición de mezclas gaseosas de I 2 y H 2 a diferentes temperaturas se han obtenido los siguientes valores de Kp para la reacción: H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g). a) Calcula Kc a 400 °C. b) Justifica por qué esta reacción es exotérmica. c) ¿Variará Kp si se altera la concentración de H 2? Razona la respuesta. 26 > En ciertas condiciones, 50 g de etanol reaccionan con 100 g de ácido etanoico, con lo que se forman 52,8 g de acetato de etilo y agua, todos ellos líquidos, mediante una reacción ligeramente endotérmica. Pedimos que, razonadamente: a) Calcules la constante del equilibrio de esterificación citado. b) Indiques si la reacción de obtención del éster se beneficiaría a alta o baja presión y temperatura. 27 > Considera el equilibrio: 2 NOBr (g) 2 NO (g) + Br 2 (g). Razona cómo variará el número de moles de Br 2 en el recipiente si se efectúan las modificaciones siguientes: a) Se añade NOBr. b) Se aumenta el volumen del recipiente. c) Se añade NO.
d) Se pone un catalizador. 28 > En un recipiente cerrado tiene lugar la reacción: 1/2 H 2 (g) + 1/2 F 2 (g) HF(g), con un H^0 = – 270,9 kJ mol –^1. Justifica qué le ocurrirá al equilibrio si se efectúan las modificaciones siguientes: a) Se añade un mol de F 2 permaneciendo constantes la temperatura y el volumen del recipiente. b) Se disminuye el volumen del recipiente. c) Se introduce un mol de helio sin variar la temperatura ni el volumen del recipiente. d) Se eleva la temperatura, manteniendo la presión constante. 29 > Para la reacción: Sb 2 O 5 (g) Sb 2 O 3 (g) + O 2 (g), se cumple que H > 0. Explica qué le sucede al equilibrio si: a) disminuye la presión a temperatura constante; b) se añade Sb 2 O 3 a volumen y temperatura constantes. Explica qué le sucede a la constante de equilibrio si: c) se añade un catalizador a presión y temperatura constantes; d) aumenta la temperatura. 30 > Dado el equilibrio: C (s) + H 2 O (g) CO (g) + H 2 (g), justifica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) La expresión de la constante de equilibrio Kp es: b) Al añadir más carbono, el equilibrio se desplaza hacia la derecha. c) En esta reacción, el agua actúa como oxidante. d) El equilibrio se desplaza hacia la izquierda cuando aumenta la presión total del sistema. 3 1> Dado el equilibrio: C (s) + CO 2 (g) 2 CO (g); H^0 = 119,8 kJ, contesta razonadamente cómo modificar dicho equilibrio: a) Disminuyendo la cantidad de carbón. b) Aumentando la cantidad de dióxido de carbono. c) Disminuyendo la temperatura. d) Aumentando la presión. 32 > El dióxido de nitrógeno es uno de los gases que contribuyen a la formación de la lluvia ácida, obteniéndose a partir del proceso: 2 NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g); H < 0. Explica, razonadamente, tres formas distintas de actuar sobre 33 > Dada la reacción endotérmica para la obtención de hidrógeno: CH 4 (g) C (s) + 2 H 2 (g): a) Escribe la expresión de la constante de equilibrio Kp. b) Justifica cómo afecta un aumento de presión al valor de Kp. c) Justifica cómo afecta una disminución de volumen a la cantidad de H 2 obtenida. d) Justifica cómo afecta un aumento de temperatura a la cantidad de H 2 obtenida.
Generales
42 > En un recipiente de 5,00 L se introduce 1,00 mol de SO 2 , 1,00 mol de O 2 y se calienta a 727 ºC, con lo que se alcanza el equilibrio: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g). En estas condiciones, los moles de SO 2 son 0,150. Calcula: a) La constante Kc para dicho equilibrio. b) La presión parcial y las fracciones molares de cada componente en equilibrio. c) Justifica cómo conseguir aumentar el rendimiento en SO 3 modificando dos magnitudes distintas. 43 > A partir de la reacción: 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(g), a) escribe las expresiones de las constantes Kc y Kp de la reacción; b) establece la relación entre los valores de Kc y Kp en esta reacción; c) razona cómo influiría en el equilibrio un aumento de la presión; d) si se aumentase la concentración de O 2 , explica en qué sentido se desplaza el equilibrio. ¿Se modificaría la constante de equilibrio? 44 > Responde las preguntas siguientes, dada la reacción de formación de agua según la ecuación: 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (g), H^0 = - 483,2 kJ a) ¿El valor de la constante de equilibrio Kp coincidirá con el de Kc? ¿Por qué? b) Al aumentar la temperatura, ¿se producirá más agua? ¿Por qué? c) Al aumentar la presión (debido a una variación en el volumen), ¿se producirá más agua? ¿Por qué?
