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Este documento proporciona una comprensión integral del equilibrio químico, cubriendo conceptos fundamentales como la constante de equilibrio, el cociente de reacción y el principio de le chatelier. incluye ejercicios prácticos que refuerzan la comprensión de los temas tratados, haciendo énfasis en la aplicación de los conceptos a reacciones homogéneas y heterogéneas. Se exploran ejemplos de equilibrios en sistemas gaseosos y en solución, así como la influencia de factores como la temperatura, la presión y la concentración en el equilibrio químico. ideal para estudiantes universitarios que cursan química general o química física.
Tipo: Apuntes
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Autoría, recopilación y edición : Bioq. Juan Pablo Layerenza, Bioq. Alejandro Becerra, Quím. Prof.
Silvana Peirano
Cátedra de Ciencias Exactas
“Para una voluntad firme, nada es imposible, no hay fácil ni difícil; fácil es lo
que ya sabemos hacer, difícil, lo que aún no hemos aprendido a hacer bien”.
Bernardo Houssay. (1 887 - 1971 ). Médico y farmacéutico argentino
Premio Nobel en Fisiología y Medicina (1947) por su trabajo
sobre el rol de la hipófisis en el metabolismo de los hidratos de carbono.
L a presente Guía de Trabajos Prácticos contiene material para iniciar el estudio del tema Equilibrio
Químico. Consta de un breve resumen del tema, seguido por Ejercicios prácticos de aplicación de
conceptos teóricos (vistos en las clases teóricas correspondientes) y Ejercicios prácticos de
autocomprobación (con respuesta). En las clases de Trabajos Prácticos presenciales se trabajará sobre
los Ejercicios de aplicación. Posteriormente, cualquier duda o consulta, puede ser resuelta durante los
horarios de consulta que dispone la Cátedra.
Para abordar la resolución de los Ejercicios, se recomienda como actividad previa, el repaso de temas
relacionados (Guía de repaso), como así también revisar los contenidos teóricos básicos del tema.
En el Entorno educativo de la Cátedra se podrá encontrar material de estudio y actividades que
ayudarán a reafirmar lo trabajado en clases presenciales.
Objetivos :
principales características.
Chatelier).
Contenidos conceptuales:
Recomendaciones :
recomienda: leer la Guía de repaso (si hay temas de Química básica para repasar); y revisar los
Conceptos teóricos básicos del tema a desarrollar (consultar la teoría, Bibliografía y demás material si
es necesario).
Cátedra de Ciencias Exactas Guía de Trabajos Prácticos N° 5. EQUILIBRIO QUÍMICO
Ley de Equilibrio Químico
𝒆𝒒
[𝑪]
𝒄
.[𝑫]
𝒅
[𝑨]
𝒂 .[𝑩]
𝒃
La expresión de la constante de equilibrio solo depende de la estequiometría de la reacción.
Cuando, en la reacción en equilibrio, intervienen sustancias gaseosas, además de K C , se puede plantear
P
𝒆𝒒
𝒑
𝒑 𝑪
𝒄
.𝒑 𝑫
𝒅
𝒑 𝑨
𝒂 .𝒑 𝑩
𝒃
donde 𝒑 = 𝒑𝒓𝒆𝒔𝒊ó𝒏 𝒑𝒂𝒓𝒄𝒊𝒂𝒍 𝒅𝒆𝒍 𝒈𝒂𝒔
Presión parcia l : en una mezcla de gases, es la presión de cada gas (p 1 , p 2 , p 3 , ...p n
Presión total : es la suma de las presiones parciales: 𝑷 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍
𝟏
𝟐
𝒏
Además:
𝒏
𝒏
𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍
(presión parcial gas= fracción molar gas. presión total).
𝒏
= 𝒇𝒓𝒂𝒄𝒄𝒊ó𝒏 𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓
𝒇𝒓𝒂𝒄𝒄𝒊ó𝒏 𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓
𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒈𝒂𝒔
𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍𝒆𝒔
𝟏
𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝟏
𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍𝒆𝒔
𝒏
𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒏
𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍𝒆𝒔
Las fracciones molares son numéricamente menores que 1.
La suma de las fracciones molares es =
𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍
𝟏
𝟐
𝒏
Símbolos para expresar la constante de equilibrio: K, K eq
C
P
Relación entre K c y K p
Usando la Ecuación General de los gases (P. V = n. R. T ) se puede demostrar que:
𝒑
𝒄
∆𝒏
donde: n = número de moles de producto gaseoso - número de moles de reactivos gaseosos
La constante de equilibrio es específica para cada reacción y solo varía con la Temperatura.
Valores de K
productos.
los reactivos.
donde las concentraciones corresponden a
las concentraciones de equilibrio (en Molaridad)
Cátedra de Ciencias Exactas Guía de Trabajos Prácticos N° 5. EQUILIBRIO QUÍMICO
Keq reacción inversa
(g)
**(g) c C (g)
𝒆𝒒
[𝑪]
𝒄
.[𝑫]
𝒅
[𝑨]
𝒂 .[𝑩]
𝒃
Para la reacción planteada a la inversa, a la misma temperatura:
(g)
**(g) a A (g)
𝒆𝒒′
[𝑨]
𝒂
.[𝑩]
𝒃
[𝑪]
𝒄 .[𝑫]
𝒅
𝟏
𝑲 𝒆𝒒
Equilibrios heterogéneos
Cuando, en la reacción en equilibrio, las sustancias se encuentran en distinto estado de agregación, los
sólidos y los líquidos puros no se incluyen en la K eq
. Ejemplo:
(g)
**(s) c C (g)
𝒆𝒒
[𝑪]
𝒄
[𝑨]
𝒂
Equilibrio heterogéneo. Ejemplo: Equilibrio de solubilidad
Se aplica especialmente para sales e hidróxidos poco solubles en agua.
Cuando se disuelven cantidades crecientes de un soluto sólido en agua, llega un punto en el que la
solución no admite más soluto disuelto (solución saturada). En este punto se establece un equilibrio
entre el soluto en la solución saturada y el soluto sólido sin disolver, este se denomina Equilibrio de
solubilidad (o de precipitación). La K correspondiente a este proceso se denomina K s o K ps (constante
de solubilidad o producto de solubilidad). Si en este punto, se sigue agregando soluto, el mismo no se
disuelve (precipitación). A Temperatura constante, a mayor Kps, mayor será la solubilidad de un soluto.
Ejemplo: 𝐴𝑔𝐶𝑙 (𝑠)
(𝑎𝑐)
−
(𝑎𝑐)
𝒆𝒒
𝒑𝒔
]. [𝑪𝒍
−
]
El sólido no se incluye en la constante, solo las especies en solución acuosa (ac).
En cualquier momento del proceso, si:
ps se puede disolver más soluto
ps solución saturada (equilibrio entre solido disuelto y sin disolver)
ps la solución no puede disolver más soluto (precipitado).
Cambios en el equilibrio
Cuando se perturba un sistema en equilibrio, ocurre una reacción química para reestablecer el
equilibrio.
Principio de Le Chatelier : si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatura,
presión, volumen o concentración de uno de los componentes, el sistema desplazará su posición de
equilibrio de manera que se contrarreste el efecto de la perturbación.
En síntesis: todo sistema en equilibrio sometido a una perturbación, tiende a cambiar para compensar
su efecto. La perturbación puede producirse como consecuencia de:
Cátedra de Ciencias Exactas Guía de Trabajos Prácticos N° 5. EQUILIBRIO QUÍMICO
reacción directa, pero también lo hace con la reacción inversa, de manera que ambas serán más
rápidas. Por lo tanto, afecta de igual manera ambos sentidos de reacción, pero las concentraciones en
el equilibrio no varían. En conclusión, el catalizador no influye en el equilibrio de la reacción.
En resumen:
CAMBIOS EN EL EQUILIBRIO Y SUS EFECTOS
PERTURBACIÓN EL SISTEMA SE DESPLAZA: LA K EQ :
- Aumenta la concentración de
una de las sustancias presentes
En el sentido de disminuir esa
concentración
No cambia
- Disminuye la concentración de
una de las sustancias presentes
En el sentido de aumentar esa
concentración
No cambia
- Disminuye el volumen del
sistema (o aumento de presión)
En el sentido que se produzcan menos
moléculas
No cambia
- Aumenta el volumen del
sistema (o disminución de
presión)
En el sentido que se produzcan más
moléculas
No cambia
**- Aumenta la Temperatura En el sentido que se absorba calor Cambia
Cátedra de Ciencias Exactas Guía de Trabajos Prácticos N° 5. EQUILIBRIO QUÍMICO
Reacciones en equilibrio en el metabolismo
Numerosos procesos metabólicos presentan reacciones en equilibrio. Uno de ellos es el equilibrio
Hemoglobina – oxihemoglobina, responsable de la oxigenación celular; equilibrios ácido-base que
actúan como reguladores de pH; reacciones metabólicas de interconversión de azúcares; reacciones
de transferencia de electrones en mitocondrias, metabolismo del amoníaco; ionización de
aminoácidos; etc.
Ejercicio N°
Se tienen las siguientes ecuaciones correspondientes a reacciones en equilibrio:
(g)
(g)
(g)
(ac)
3
(ac)
(s)
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
(l)
(s)
(g)
2 (s)
(ac)
(ac)
Determinar el tipo de reacción (heterogénea u homogénea) y escribir las expresiones de Kc para
cada una de las ecuaciones anteriores y de Kp para a), c) y d) y e).
Ejercicio N°
Parar las siguientes reacciones en equilibrio, plantear la constante de equilibrio Kc y calcular las
concentraciones indicadas en cada caso.
2 (g)
c
12
Sabiendo que, en el equilibrio, la concentración de oxígeno es 0,2 M, ¿Qué valor tendrá la
concentración de ozono?
(s)
2 (g)
(g)
c
14
Calcular la concentración de monóxido de carbono si la concentración de CO 2 en el equilibrio
es 3,04.
M.
(g)
2
(g)
2(g)
2(g)
c
Determinar la concentración de dióxido de carbono en el equilibrio, sabiendo que
eq
2
eq = 0,4 M y [H 2
eq
Cátedra de Ciencias Exactas Guía de Trabajos Prácticos N° 5. EQUILIBRIO QUÍMICO
Ejercicio N° 7
Se mezclan I 2 (g) e H 2(g) a 229°C en un recipiente de 1 litro. Cuando se establece el equilibrio, las
concentraciones son las siguientes: [IH] = 0,49 M , [H 2
2 ] = 0,06 M. Si se añaden 0,3 moles
adicionales de IH, calcular las concentraciones de todas las especies presentes en el nuevo equilibrio.
2(g)
2 (g)
(g)
Ejercicio N° 8
Se colocan inicialmente 20 moles de A 2
(g) y 12 moles de B 3 (g) en un reactor de 4 litros. En el
equilibrio se forman 8 moles de AB 2 (g) , según: A 2
(g)
3 (g)
2 (g)
Según estos datos:
a) Calcular la constante de equilibrio para la reacción correspondiente.
b) Indicar que ocurrirá con el equilibrio y con la constante en los siguientes casos:
I. Cuando se agregan 4 moles de A 2
II. Cuando se extraen 4 moles de B 3
III. Cuando se extraen 4 moles de AB 2
IV. Al disminuir la presión del sistema.
V. Al aumentar la temperatura del sistema si la reacción es exotérmica.
Ejercicio N° 9
Existen tres reacciones capaces de generar la sustancia C:
a) A (g)
(g)
(g)
eq
5
b) D 2(g)
(g)
(g)
eq
c) P (ac)
(g)
eq
a) Indique cuál de las reacciones elegiría para sintetizar C.
Ejercicio N° 10
La hemoglobina (Hb ) proteína constituyente fundamental de los eritrocitos (glóbulos rojos) es la
encargada de transportar el O 2
desde los pulmones a los tejidos La ecuación que describe el proceso
es la siguiente:
(ac)
2 (ac)
2 (ac)
Cuando la cantidad de O 2 que llega a los tejidos es insuficiente, se produce un cuadro de hipoxia
con dolores de cabeza, nauseas y cansancio.
Si la concentración de O 2
disminuye a la mitad: ¿Qué valor alcanzaría la concentración de
Hemoglobina.O 2
(oxihemoglobina: HbO 2
) a la misma temperatura?
Esta situación se produce cuando una persona se traslada a un lugar de gran altitud , sin embargo
con el tiempo el organismo se adapta y los síntomas desaparecen.
Cátedra de Ciencias Exactas Guía de Trabajos Prácticos N° 5. EQUILIBRIO QUÍMICO
Sabiendo que la concentración de O 2 a 3000 m de altura es un 30 % inferior que a nivel del
mar, describir el mecanismo fisiológico que produce la compensación y
cuantificar el mismo. (Suponer una concentración de Hb a nivel del mar de 13 , 5 g/ 100 ml)
Ejercicio N° 11
El monóxido de carbono CO que se produce por combustión incompleta de compuestos del carbono
desplaza al O2 de la HbO2 (oxihemoglobina) formando un complejo más estable provocando un
proceso de envenenamiento potencialmente mortal.
La ecuación que representa el proceso es la siguiente:
(g)
2(ac)
2 (g)
(ac)
Suponiendo una situación de intoxicación en la que la concentración de Hb.CO (carboxihemoglobina)
es del 2 % respecto de la Hb.O 2 en sangre. Calcular:
a) La relación de concentración CO 2
b) La fracción molar del CO en el aire sabiendo que la del O 2 es de 0 , 20
c) Si una habitación donde se encuentra una estufa defectuosa tiene 4 m de alto,
3 , 70 m de ancho 2 , 80 m de alto alcanza una temperatura de 25 °C a una
presión atmosférica de 765 mm Hg luego de una hora de funcionamiento se encuentra CO en
una proporción semejante a la calculada en el punto b. ¿ Que cantidad de gramos de CO hay
presentes en la habitación?
d) Sabiendo que cuando el porcentaje de Hb.CO supera el 10 % se produce un grado de intoxicación
que pone en peligro la vida; ¿Cuánto tiempo demorará la estufa encendida para llegar a dicha
situación?
Ejercicio N° 12
El PCl 3 es un compuesto tóxico que se utiliza en la manufactura de compuestos organofosforados
(pesticidas, herbicidas). Se sintetiza mediante la siguiente reacción:
4 (𝑠)
2 (𝑔)
3 (𝑙)
19
a) ¿Qué deduce del valor de la constante de equilibrio?
b) Plantear la expresión de la constante de equilibrio
c) Si la reacción se lleva a cabo en un recipiente cerrado. ¿Qué ocurre si una vez alcanzado el
equilibrio se abre el recipiente dejando escapar parte del gas?
Ejercicio N° 13
Considere la siguiente reacción:
(𝑠)
2 (𝑔)
(𝑔)
3
𝑎 25°𝐶
Inicialmente se colocan 2g de carbono sólido y 250ml de CO 2 a 4atm en un recipiente cerrado de
300ml. Calcular la concentración de monóxido de carbono en el equilibrio.
Cátedra de Ciencias Exactas Guía de Trabajos Prácticos N° 5. EQUILIBRIO QUÍMICO
IV. Aumento de volumen.
V. Agregado de un catalizador.
Ejercicio N° 4
En un recipiente de 5 litros se introducen, a 500°C, 3 moles de HI, 2 moles de H 2 y 1 mol de I 2
Calcular la concentración de las distintas especies en equilibrio sabiendo que la constante de
equilibrio para la reacción 2 HI (g)
2(g)
2(g) a esa temperatura es K=0,025.
Ejercicio N° 5
Un litro de solución saturada de Ag 2 CrO 4 (cromato de plata), contiene disueltos 0,04 gramos de la sal.
Calcular la constante del producto de solubilidad (Kps). Dato: PM Ag 2 CrO 4
Respuestas a los ejercicios de autocomprobación:
Ejercicio 1: 0,011 M, una disminución de Presión (aumento de volumen) favorece la producción de
amoníaco ya que favorece la reacción hacu la derecha (menor nro de moléculas). Ejercicio 2: K c
P = 4133 , v formación de agua = v desaparición de H 2 = 0,1 M/s; Ejercicio 3 : Para a) I. El sistema
se desplaza de derecha a izq (reacción inversa e endotérmica), II. el sistema se desplaza de izq a
derecha (consume CO); III. y IV. No hay cambios en el equilibrio (igual nro de molécula a izq y
derecha por lo que no se ve favorecida ninguna dirección); V. No hay cambios en el equilibrio (el
catalizador actúa de la misma manera para la reacción directa y la inversa); Para b) I. El sistema se
desplaza de izquierda a derecha a izq (reacción directa es endotérmica), II. el sistema se desplaza de
derecha a izquierda (consume CO); III. El sistema se desplaza de izq a derecha (menor nro de
moléculas) IV. El sistema se desplaza de derecha a izq (mayor nro de moléculas). V. No hay cambios
en el equilibrio (el catalizador actúa de la misma manera para la reacción directa y la inversa);
Ejercicio 4 : [HI]= 0,862 M, [H 2
2 ] = 0,069 M. Ejercicio 5: Kps: 6,96.
.
Bibliografía
edición. Pearson Educación. México. 2009
Autoria, recopilación y edición:
Bioq. Alejandro Becerra
Bioq. Juan Pablo Layerenza
Quím. Silvana Peirano
Cátedra de Ciencias Exactas.
Facultad de Ciencias Médicas. UNLP
