Equilibrio químico
- Presentación
- Mapa conceptual
- Video
- P1: Cálculo de la constante de equilibrio
- P2: Cálculos con concentraciones
- P3: Cálculos con presiones
- P4: Cociente de reacción
- P5: Parámetros termodinámicos del equilibrio
- P6: Equilibrios de solubilidad
- C1: Cuestionario de respuesta múltiple
- + Problemas
- Selectividad CARM
- Resumen
En un recipiente vacío de 5,00 L se ha colocado una mezcla de nitrógeno e hidrógeno a 500 ºC. Al alcanzarse el equilibrio, se ha comprobado la presencia de 84,28 g de N2, 4,20 g de H2 y 9,61 g de amoniaco. Calcula el valor de la constante de equilibrio Kc para la reacción siguiente a la temperatura dada.
SOLUCIÓN
Reacción | N2(g) | + | 3H2(g) | ⇔ | 2NH3 |
Cantidades iniciales | ¿? | ¿? | ¿? | ||
Cantidades en equlibrio (g) | 84,28 | 4,20 | 9,61 | ||
Moles en equilibrio | 84,28/28 = 3,01 | 4,20/2 = 2,10 | 9,61/17 = 0,565 | ||
[ ] en equilibrio | 3,01 mol/5 L =0,602 mol/L | 2,10 mol/ 5 L = 0,42 mol/L | 0,565 mol/5 L= 0,113 mol/L |
Para el equilibrio dado, el valor de Kc será:
En un recipiente de 2,0 L se mezcla una cierta cantidad de N2 (g) y de H2 (g) y se eleva la temperatura a 1000 K hasta que el sistema alcance el equilibrio:
N2(g) + 3H2(g) ⇔ 2NH3(g)
A esta temperatura, el valor de Kc es 2,37·10-3 L2mol-2. Calcula el valor de Kp.
SOLUCIÓN
La constante de equilibrio Kc para la reacción H2(g) + I2(g) ⇔ 2HI(g) vale 46,00 a 490 0C. Sabiendo que en el equilibrio las concentraciones molares de yodo y de yoduro de hidrógeno son, respectivamente, 0,0031 mol·L-1 y 0,0027 mol·L-1, calcula el valor de la concentración de hidrógeno en el equilibrio.
SOLUCIÓN
-
- Kc = 46,00
- [I2] = 0,0031 mol·L-1
- [HI] = 0,0027 mol·L-1
Reacción | I2(g) | + | H2(g) | ⇔ | 2HI(g) |
Cantidades iniciales | ¿? | ¿? | ¿? | ||
[ ] en equilibrio mol·L-1 | 0,031 | ¿? | 0,0027 |
Despejando la concentración de hidrógeno tenemos:
2NH3(g) ⇔ N2(g) + 3H2(g)
SOLUCIÓN
-
- V = 4L,
- Masa inicial de nitrógeno = 9,80 g
- Masa inicial de amoniaco = 15,64 g
- Masa inicial de hidrógeno = 0
- Moles de amoniaco en el equilibrio = 0,70 mol
- Mm(N2) = 28 g/mol
- Mm(H2) = 2 g/mol
- Mm(NH3) = 17 g/mol
Reacción | 2NH3 (g) | ⇔ | N2(g) | + | 3H2(g) |
Cantidades iniciales en (g) | 16,64 | 9,8 | 0 | ||
Moles iniciales | 15,54 g/ 17 g/mol = 0,92 moles | ||||
Supongamos que se forman x moles de N2 hasta llegar al equilibrio | |||||
Moles en equilibrio (*) | 0,70 = 0,92-2x | x+0,35 | 3x | ||
x = (0,92-0,70)/2 = 0,11 moles | 0,11+0,35 = 0,46 | 3·0,11 = 0,33 moles | |||
[ ] en equilibrio (molL-1) | 0,70/4 = 0,175 | 0,46/4 = 0,115 | 0,33/4 = 0,083 |
(*) En la tabla anterior x representa el número de moles de N2 que se han formado. Según la estequiometría de la reacción:
-
- Por cada mol de nitrógeno que se forma, también se forman 3 moles de hidrógeno. Por tanto, si se forman hasta alcanzar el equilibrio x moles de hidrógeno, también se formarán 3x moles de hidrógeno. Los x moles de nitrógeno formados se sumarán a los 0,35 moles que había desde el principio.
- Por cada mol de nitrógeno que se forma, se disocian 2 moles de amoniaco. Por tanto, si se forman hasta alcanzar el equilibrio x moles de hidrógeno, también se habrán disociado 2x moles de amoniaco, siendo la cantidad de amoniaco en equilibrio (0,70 moles) la inicial menos la disociada = 0,92-2x.
Por tanto:
Se define el grado de disociación, α, como el tanto por uno de sustancia que se disocia en un equilibrio químico. Se determina mediante la razón entre el número de moles de la sustancia que se disocia en el equilibrio y el número de moles iniciales de dicha sustancia:
Es evidente que se habla de grado de disociación en equilibrios químicos en los que se parte de una sustancia reactiva que se divide en dos o más sustancias más simples, es decir, para equilibrios generales del tipo:
aA ⇔ bB + cC
En el ejemplo seguido aquí, el grado de disociación será:
Es decir, el amoniaco se disocia a la temperatura dada un 23,9%.
En un recipiente de 0,50 L se introdujeron 2 moles de bromo y tres moles de hidrógeno. Al alcanzarse el equilibrio a cierta temperatura, el valor de Kc es 0,50. Calcula las concentraciones de las tres sustancias presentes en el equilibrio:
Br2(g) + H2(g) ⇔ 2HBr(g)
SOLUCIÓN
Datos:
-
- V = 0,5 L,
- Cantidad inicial de Br2 = 2 moles.
- Cantidad inicial de H2 = 3 moles.
- Cantidad inicial de HBr = 0
- Kc = 0,50
Reacción | Br2 (g) | + | H2(g) | ⇔ | 2HBr(g) |
Cantidades iniciales en (moles) | 2 | 3 | 0 | ||
Supongamos que reaccionan x moles de Br2 hasta alcanzar el equilibrio | |||||
Moles en equilibrio | 2-x | 3-x | 2x | ||
[ ] en equilibrio (molL-1) | 2-x/0,5 | 3-x/0,5 | 2x/0,5 |
La expresión de Kc es:
Realizando operaciones se obtiene una ecuación de segundo grado:
Cuyas soluciones son: x1 = 0,64 moles x2 = -1,35
Es evidente que la segunda solución no tiene sentido, por tanto, x = 0,64 moles.
Las concentraciones de las tres sustancias en el equilibrio serán:
-
- [Br2] = 2,72 mol·L-1
- [H2] = 4,72 mol·L-1
- [HBr] = 2,56 mol·L-1
Se coloca cierta cantidad de trióxido de azufre en un matraz de 0,80 L. A cierta temperatura, se establece el equilibrio de disociación siguiente:
2SO3 ⇔ 2SO2 + O2
Se comprueba que en el equilibrio había dos moles de oxígeno. Si la constante Kc es igual a 0,22 mol·L-1 a la temperatura de la experiencia, calcula las concentraciones de las tres sustancias en el equilibrio y el grado de disociación.
SOLUCIÓN
Datos:
-
- V = 0,80 L
- Kc = 0,22 mol·L-1
- Moles de oxígeno en el equilibrio = 2
Reacción | 2SO3 (g) | ⇔ | 2SO2(g) | + | O2(g) |
Moles iniciales en (moles) | ¿? = n | 0 | 0 | ||
Supongamos que reaccionan x moles de O2 hasta alcanzar el equilibrio | |||||
Moles en equilibrio | n-2xn-4 | 2×4 | x = 2 (dato)2 | ||
[ ] en equilibrio (molL-1) | n-4/0,8 | 4/0,8 | 2/0,8 |
Por tanto:
Operando se obtiene una ecuación de segundo grado:
Cuyas soluciones son: n1 = 20,85 moles y n2 = -12,85
Es evidente que la segunda solución no tiene sentido, por tanto, n = 20,85 moles. Por tanto, las concentraciones de las especies en el equilibrio son:
-
- [SO3] = 21,06 mol·L-1
- [SO2] = 5 mol·L-1
- [O2] = 2,5 mol·L-1
En un recipiente de 0,5 L se colocan 0,075 moles de PCl5 y se establece, a cierta temperatura, el equilibrio:
PCl5(g) ⇔ PCl3(g) + Cl2(g)
Calcula la constante de equilibrio sabiendo que PCl5 se encuentra disociado un 62,5%.
SOLUCIÓN
Datos:
-
- V = 0,50 L
- Cantidad inicial de PCl5 = 0,075 moles
- α = 0,625
Reacción | PCl5 (g) | ⇔ | PCl3(g) | + | Cl2(g) |
Moles iniciales en (moles) | 0,075 | 0 | 0 | ||
Supongamos que reaccionan x moles de PCl3 hasta alcanzar el equilibrio | |||||
Moles en equilibrio | 0,075-x | x | x | ||
[ ] en equilibrio (molL-1) | 0,075-x/0,5 | x/0,5 | x/0,5 |
El valor de Kc será:
El valor de x se puede calcular a partir del dato del grado de disociación:
De donde x = 0,047 moles. Por tanto:
En un recipiente se han introducido 2 moles de N2O4 y se ha alcanzado el equilibrio N2O4(g) ⇔ 2NO2(g) cuando la presión total es de 0,1 atm. Si Kp vale 0,17 atm, calcula el grado de disociación del N2O4 y las presiones parciales en el equilibrio. Datos: PT = 0,1 atm y Kp = 0,17 atm
SOLUCIÓN
Reacción | N2O4(g) | ⇔ | 2NO2(g) |
Moles iniciales | 2 | 0 | |
Supongamos que se disocian x moles de N2O4 | |||
Moles en equilibrio | 2-x | 2x | |
[ ] en equilibrio (mol·L-1) |
No se puede conocer pues no conocemos el volumen del recipiente |
Planteamos Kp y la desarrollamos en función de las fracciones molares (ya que los datos que se dan son moles y conocemos la presión total).
Donde las fracciones molares son las del equilibrio, es decir:
Sustituyendo estos valores en la expresión de Kp, así como los valores conocidos:
Operando:
De donde resulta una ecuación de segundo grado cuyas soluciones son:
El grado de disociación será:
Las presiones parciales en el equilibrio serán:
O bien:
Se han introducido 0,1 moles de PCl5 en un recipiente de 2 L y se alcanzó el equilibrio a 250 ºC.
PCl5(g) ⇔ PCl3(g) + Cl2(g)
Si Kp = 1,80 atm, calcula el valor de Kc a la misma temperatura y el grado de disociación de PCl5. Datos: V = 2L; Moles iniciales de PCl5 = 0,1; Kp = 1,80 atm; T = 250 ºC = 523 K
SOLUCIÓN
Reacción | PCl5(g) | ⇔ | PCl3(g) | + | Cl2(g) |
Moles iniciales | 2 | 0 | |||
Supongamos que se disocian x moles de PCl5 hasta llegar al equilibrio | |||||
Moles en equilibrio | 0,1-x | x | x | ||
[ ] en equilibrio (mol·L-1) |
|
0,1-x/2 |
x/2 |
|
x/2 |
Utilizando la relación:
podemos calcular Kc:
Aplicando la ley de acción de presiones:
El grado de disociación será:
En la reacción 2HF(g) ⇔ H2(g) + F2(g), a una temperatura a la que Kc = 1,0·10-13, se analizó la mezcla de reacción y se hallaron estos valores (todos ellos en mol·L-1): [HF] = 0,45 [H2] = 1,0·10-3 [F2] = 3,0·10-3. Predice si el sistema está en equilibrio o bien progresará en un sentido determinado para llegar a él.
SOLUCIÓN
Reacción | 2HF(g) | ⇔ | F2(g) | + | H2(g) |
[ ] (mol·L-1) ¿en equilibrio? |
0,45 | 3,0·10-3 | 1,0·10-3 |
Luego, como Qc ≠ Kc, el sistema no está en equilibrio. Además, como Qc > Kc, el sistema se desplazará de manera que la concentración de productos disminuya y aumente la de reactivo, es decir, hacia la izquierda.
Calcular la constante de equilibrio a 25°C para la decarboxilación del ácido pirúvico líquido para formar acetaldehído y CO2. Datos: ΔGof (acetaldehído) = -31,86 Kcal/mol, ΔGof (CO2) = -94,26 Kcal/mol y ΔGof (pirúvico) = -110,75 Kcal/mol.
SOLUCIÓN
La reacción es:
El factor 2,303·RT = 1365 cal/mol a 25 ºC.
La solubilidad del hidróxido de níquel [Ni(OH)2] en agua destilada es 1,94·10-5 g/100ml a 25 ºC. determina su solubilidad a esta temperatura si a 1L de una disolución saturada de este compuesto se le añade: a) 1 g de cloruro de níquel (NiCl2) b) 1 g de hidróxido de sodio (NaOH). Basándote en los resultados anteriores, razona sí, para que precipite el hidróxido de níquel en un medio, es más útil añadirle cloruro de níquel o hidróxido de sodio.
Nota: se supone que tanto el NiCl2 como el NaOH añadidos se disuelven totalmente en agua y que el volumen de la disolución no varía al añadirlos.
SOLUCIÓN
Cuando se disuelve en agua destilada, los únicos iones en la disolución son los que proceden del Ni(OH)2; por tanto:
+ | ||||||
s | s | 2s |
En las constantes de equilibrio, las concentraciones deben expresarse en M (mol/L):
2. A continuación se estudia la solubilidad del Ni(OH)2 totalmente disociado. calculamos la concentración de cada uno de sus iones a partir de la concentración de sal.
+ | |||||
Concentración |
El ion Cl– no influye en el equilibrio de solubilidad del Ni(OH)2, pero el ion Ni2+ si lo hace, pues es común a ambos compuestos:
Según el principio de Le Chatelier, la solubilidad del Ni(OH)2 en una disolución con un ion común es aún menor que en agua:
3. Se estudia la solubilidad del Ni(OH)2 al añadir 1 g/L de NaOH que estará totalmente disociado. Se calcula la concentración de los iones a partir de la concentración de la base:
+ | |||||
Concentración |
El Na+ no influye en el equilibrio de solubilidad del Ni(OH)2 pero el OH– sí, al ser un ion común a ambos compuestos:
Según el principio de Le Chatelier, la solubilidad del Ni(OH)2 en una disolución con un ion común es aún menor que en agua:
4. Se comparan los dos resultados. El NaOH es más efectivo para hacer que precipite el Ni(OH)2 que el NiCl2, ya que la concentración del ion común está elevada al cuadrado en el equilibrio de solubilidad del Ni(OH)2.
La ingestión contínua de pequeñas cantidades de sales de plomo acaba provocando saturnismo, una enfermedad que afecta seriamente nuestro sistema nervioso. Por este motivo, la Unión Europea establece que el contenido de Pb2+ en aguas potables no puede sobrepasar los 10-5 g/L.
a) La cerusita es un mineral formado por PbCO3, una sal muy poco soluble en agua. Razona si un agua subterránea que haya estado en contacto con cerusita y, en consecuencia, se haya saturado de PbCO3 se podría destinar al consumo oral.
b) En el laboratorio se mezclan 150 mL de una disolución de nitrato de plomo (II) 0,04 M con 50 mL de carbonato de sodio 0,01 M. Razona si precipitará el carbonato de plomo (II) en el recipiente en el que se ha hecho la mezcla. ¿Qué sucedería si esta mezcla se acidifica con una disolución de ácido nítrico? Escribe la reacción correspondiente.
Datos: Kps PbCO3 a 25 ºC es 1,5 · 10-15. Considera que la temperatura siempre ha estado a 25ºC, que los volúmenes son aditivos y que el ácido carbónico es un ácido débil.
SOLUCIÓN
Expresamos la [Pb2+] en el agua saturada con cerusita en g/L para compararla con el límite establecido por la Unión Europea:
b) La reacción que se produce al mezclar las dos disoluciones:
Para saber si se va a formar o no el precipitado, determina la concentración de cada uno de los iones que están relacionados con su equilibrio de solubilidad y evaluamos la Q del sistema:
+ | |||||
Concentración | 0,04 M | 0,04 M | |||
+ | |||||
Concentración | 0,01 M | 0,01 M |
Calculamos los moles de cada uno de los iones que intervienen en el equilibrio y su concentración en la mezcla de las dos disoluciones. Suponemos que los volúmenes son aditivos:
Q > Kps, lo que indica que se formará el precipitado de PbCO3.
Como el anión carbonato procede de un ácido débil, si se trata esta sal con un ácido fuerte, se produce la reacción:
Si se libera, el equilibrio se desplazará hacia la derecha y acabará disolviéndose el precipitado de PbCO3.
Se añade AgNO3 a 1L de una disolución que contiene 0,1 mol de Cl– y 0,1 mol de PO43-. Suponiendo que el volumen de la disolución es siempre de 1 L, determina: a) Qué cantidad, en gramos, de AgNO3 tenemos que añadir para que aparezca precipitado. b) Cuál es el primer precipitado que aparece. c) La máxima cantidad de AgNO3 que podemos añadir a la disolución sin que aparezca un segundo precipitado. Datos: Kps AgCl = 1,8·10-10; Kps Ag3PO4 = 2,6·10-18.
SOLUCIÓN
Se calcula [Ag+] en equilibrio con cada uno de los aniones:
La primera sustancia que precipita es el AgCl que aparece al añadir [Ag+] = 1,8·10-9 mol/L. Como MAgCl = 169,9 g/mol.
[Ag+] = [AgNO3] = 1,8·10-9 mol/L·169 g/mol = 3,06·10-7 g/L
Podemos añadir AgNO3 sin riesgo de que aparezca un precipitado distinto hasta que [Ag+] = 2,96·10-6 M, lo que hace:
[Ag+] = [AgNO3] = 2,96·10-6 mol/L·169 g/mol = 5,03·10-4 g/L
- Escribe la expresión de la constante Kc para cada una de las siguientes reacciones reversibles en el equilibrio: 2NOCl (g) ⇄ 2NO (g) + Cl2 (g) ; b) N2O5(g) ⇄ 2 N02(g) + 1/2 O2(g) c) C6H5COOH(aq) + H2O (aq) ⇄ C6H5COO–(aq) + H3O+(aq)
- Calcula cómo varía el valor de Kc de una reacción reversible si se multiplican o se dividen por dos los coeficientes estequiométricos de la ecuación ajustada.
- La constante de equilibrio Kc para la reacción Cl2(g) ⇄ CI (g) + CI (g) vale 1,4.10-38 a 25ºC. Explica qué indica este valor tan pequeño de Kc. Escribe la expresión de la constante de equilibrio para esta reacción y para su contraria. Deduce el valor de la constante K’c para esta última y halla la relación existente entre Kc Y K’c.
- Se ha comprobado en cierta experiencia que, a 25 ºC, las concentraciones en equilibrio en el sistema N2O4 (g) ⇄ 2N02 (g) son: [NO2] = 0,048 mol/L y [N2O4] = 0,491 mol/L. Calcula la constante Kc a la temperatura dada y su valor si el equilibrio dado se formulase del modo siguiente: 1/2 N2O4 (g) ⇄ N02 (g) ; Sol.: 4,693·10-3 mol/L; 6,85. 10-2.
- Para el equilibrio 2NO (g) + O2 (g) ⇄ 2 NO2 (g), a 230 ºC la constante Kc vale 6,44·105 (m/l)-1. Si las concentraciones de NO y de NO2 en el equilibrio son, respectivamente, 0,054 mol/l y 15,5 mol/l, calcula el valor de la concentración de O2 en el equilibrio. Sol: 0,128 mol/l
- En un recipiente de 0,76 L están presentes en equilibrio 0,60 mol de S03, 0,40 mol de NO, 0,10 mol de NO2 y 0,80 mol de SO2. Escribe la ecuación correspondiente y calcula los moles de NO que deberán introducirse en el recipiente, en las mismas condiciones, para que en el equilibrio llegue a haber 0,30 mol de NO2. Sol: 2,07 moles.
- Calentando a 1 000ºC en un recipiente cerrado una mezcla de 3 moles de CO2 y 1 mol de H2, se alcanzó el siguiente equilibrio cuando se habían formado 0,8 moles de CO y 0,8 moles de H2O: CO2 (g) + H2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) ; Calcula la constante de equilibrio Kc. Sol: 1,45.
- Una vasija de 1,0 L contiene 1,04 g de H2 y 8,32 g de O2, Después de elevar la temperatura hasta cierto valor, se alcanzó el equilibrio cuando el recipiente contenía 2,16 g de H2O. Calcula la constante Kc para el equilibrio de síntesis del agua: 2H2(g) + O2(g) ⇄ 2 H2O(g) Sol: 0,45 L/mol.
- Se ha calentado a 490ºC el yoduro de hidrógeno contenido en un recipiente con una concentración de 2,1·10-3 mol/l. Si a esa temperatura Kc vale 0,022, calcula las concentraciones de las tres sustancias en el equilibrio: 2HI (g) ⇄ H2 (g) + I2 (g) Sol.: 0,24.10-3 mol/l; 1,6.10-3 mol/l.
- En un recipiente de 1,0 L se introdujo a cierta temperatura 1,0 mol de PCl5 y se estableció el equilibrio PCl5 (g) ⇄ PCl3 (g) + Cl2 (g). Si Kc vale 0,045 mol/l a dicha temperatura, calcula las concentraciones de equilibrio de las tres sustancias. Sol: 0,19 mol/l; 0,81 mol/l.
- A cierta temperatura la constante Kc del equilibrio de síntesis del amoníaco vale Kc = 2,0 (m/l)-2. Si al comienzo de la reacción se colocó cierta cantidad de NH3 en un recipiente de 1,0 L y se comprobó que en el equilibrio había 2,0 moles de N2, calcula la concentración de cada sustancia en el equilibrio: N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g) Sol: 2,0 mol/l; 6,0 mol/l; 29,4 mol/l.
- El equilibrio N2O4 (g) ⇄ 2 NO2 (g) tiene una constante Kc cuyo valor es 5,8·10-3 mol/l a cierta temperatura. Calcula el grado de disociación del N2O4 a esta temperatura si la concentración inicial es 0,02 mol/l. Sol: 0,24.
- Se prepara una mezcla de reacción cuyas concentraciones son las siguientes: 0,003 mol/l de H2, 0,001 mol/l de N2 y 0,002 mol/l de NH3 y se calienta a 500ºC. Sabiendo que a esta temperatura Kc = 0,11 (m/l)-2, predice si se producirá amoníaco o se descompondrá éste para alcanzar el equilibrio: N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g)
- Una mezcla de reacción formada por hidrógeno, yodo y yoduro de hidrógeno, en concentración 0,002 M para cada una de las sustancias, se introdujo en un recipiente de reacción y se calentó a 490 °C. Si se sabe que para el sistema en equilibrio H2 (g) + I2 (g) ⇄ 2 HI (g) la constante Kc vale 46,0, predice el sentido en que progresará la reacción hasta alcanzar el equilibrio en el caso de que no lo haya alcanzado ya.
- Para el equilibrio N2O4 (g) ⇄ 2 NO2 (g) la constante Kp vale 0,17 atm a 300 K. Calcula el grado de disociación del N2O4 si la presión total es de 1 atm. Sol: 20%.
- Escribe las expresiones de las constantes Kc y Kp para las reacciones: a) C (s) + H2O (g) ⇄ CO (g) + H2 (g) b) (NH4)2Se (s) ⇄ 2 NH3 (g) + H2Se (g).
- Para el equilibrio NH4HS (s) ⇄ NH3 (g) + H2S (g), la constante Kp a 25 °C es igual a 0,12 atm2. Calcula el valor de Kc para el mismo equilibrio a dicha temperatura. Sol: 2,01·10-4 (mol/l)2.
- Razona cuál será el efecto de aumentar la temperatura en los siguientes equilibrios: a) 2SO2(g) + O2(g) ⇄ 2SO3(g); ΔHº = -198 kJ b) C(s) + H2O (g) ⇄ CO (g) + H2(g); ΔHº = +131 kJ.
- Explica el efecto que producirá sobre cada uno de los siguientes equilibrios el aumento de presión por disminución del volumen: a) 2NO2(g) ⇄ N2O4(g) ; b) 2SO3(g) ⇄ 2SO2(g) + O2(g).
- Razona el efecto que producirán en los equilibrios siguientes los cambios indicados: a) Añadir Cl2(g) a CO(g) + Cl2(g) ⇄ COCl2(g). b) Retirar PCl3(g) de PCl3(g) + Cl2(g) ⇄ PCl5(g). c) Retirar HCI (g) de NH4Cl(s) ⇄ NH3(g) + HCl(g).
- Dado el equilibrio N2F4(g) ⇄ 2 NF2(g), en el que ΔHº = +38,5 kJ, razona qué efecto producirán en él los cambios siguientes: a) Calentar la mezcla a volumen constante. b) Retirar algo de NF2 de la mezcla. c) Aumentar la presión disminuyendo el volumen. d) Agregar un gas inerte a volumen constante.
- Describe razonadamente el efecto que producirá cada uno de los cambios siguientes sobre el sistema en equilibrio: 2NO (g) + Cl2(g) ⇄ 2NOCl (g); para el que ΔHº = +25,85 kJ/mol. Añadir a la mezcla de reacción algo de cloro. b) Retirar algo de NOCI. c) Disminuir la temperatura. d) Disminuir la presión aumentando el volumen. e) Añadir un catalizador.
- En un recipiente de 1 L a 300 °C se encuentran en equilibrio 0,50 mol de SO3, 1,30 mol de SO2 y 1 ,06 mol de O2, Calcula las presiones parciales de los tres gases y las constantes Kc y Kp para el equilibrio 2SO2(g) + O2(g) ⇄ 2SO3(g). Sol: 61,08 atm; 49,81 atm; 23,49 atm; 0,14 L/mol; 0,003 atm-1.
- En un recipiente cerrado, a 600 K, tiene lugar el equilibrio 2NO2(g) ⇄ 2NO(g) + O2(g). Calcula el valor de Kp si las concentraciones de los gases en el equilibrio son [NO2] = 0,0146 M, [NO] = 0,00382 M y [O2] = 0,00191 M. Sol: 6,44 . 10-3 atm.
- Se llena un recipiente con fosgeno, a la presión inicial de 1,0 atm y a 573 K. Y se alcanza el equilibrio COCl2(g) ⇄ CO(g) + Cl2(g), cuya constante Kp vale 10-3 atm. Calcula las presiones parciales y la presión total en el equilibrio. Sol: 0,969 atm; 0,031 atm; 0,031 atm; 1,031 atm.
- Una muestra de N2O4 (g), en un recipiente cerrado a 298 K, alcanza el equilibrio de disociación N2O4(g) ⇄ 2 NO2(g). A esta temperatura, Kp es igual a 0,140 atm. Calcula la presión parcial de cada gas si la presión total en el equilibrio es de 2,0 atm. Sol: 1,54 atm; 0,46 atm.
- A 1300 K la constante Kp vale 0,70 para el equilibrio CO2(g) + H2(g) ⇄ CO (g) + H2O(g). Se han colocado en un matraz 10 moles de CO2 y 10 moles de H2, y el equilibrio se alcanza a la temperatura dada cuando la presión total vale 10 atm. Calcula las presiones parciales de los cuatro gases en el equilibrio. Sol: 2,72 atm; 2,72 atm; 2,28 atm; 2,28 atm.
- En un recipiente de 7,5 L se han mezclado 0,50 mol de H2 y 0,50 mol de I2.La temperatura se eleva a 448 °C hasta que se alcanza el equilibrio: H2 (g) + I2 (g) ⇄ 2HI (g), siendo Kc = 50. Calcula el valor de Kp, la presión total en el equilibrio, los moles de cada sustancia presentes en el equilibrio y sus presiones parciales. Sol: 50; 7,88 atm; 0,1102 mol; 0,1102 mol; 0,7796 mal; 0,87 atm; 0,87 atm; 6,15 atm.
- Un matraz de 1 L que contiene 15,23 gr de yodo, se llena de IH a 25ºC y 743 mm. Se cierra el matraz y se calienta a 450ºC. Calcular la composición de la mezcla gaseosa en el equilibrio. La para el proceso : + 2 HI ; a 450ºC es igual a 50,9. Considerar nulo el volumen del iodo sólido. Sol.- y 0,039 ; 0,000501 ; 0,0605 moles.
- En un recipiente de capacidad igual a 1,876 litros se colocan 20 gr de iodo y se llena con hidrogeno a 20ºC y 767 mm. Se cierra el matraz y se calienta a 400ºC. Calcular la cantidad de yoduro de hidrógeno que se forma. Para el proceso: HI(g) ⇄ 1/2H2(g) + 1/2I2(g); la constante es igual a 0,1297 a 400ºC. Sol: 0,1251 moles.
- A 350ºC el yoduro de hidrógeno está disociado en un 19,18%. Hallar la constante de equilibrio a esta temperatura para las reacciones: a) HI(g) ⇄ 1/2H2(g) + 1/2I2(g) ¿Cómo varía el grado de disociación del HI al modificar la presión? Sol: 0,1186 ; 71,02 ; no varía.
- Un matraz de 1 litro contiene 6,28 milimoles de N2O4. Al calentar a 25ªC la presión gaseosa es de 0,2118 atm. Calcular las constantes para la reacción: de disociación del tetróxido de nitrógeno a dicha temperatura. Sol: 0,005851 moles/L; 0,143 atm.
- A 50ºC y presión de 1 atm, la densidad de vapor del , es 2,202 veces mayor que la del aire a las mismas condiciones. Hallar la constante Kp para la disociación del tetróxido de nitrógeno a dicha temperatura. Sol: 0,977 atm.
- A 35ºC, la constante para la disociación del N2O4 es igual a 0,32 atm. Calcular las presiones a las cuales el N2O4 está disociado a esta temperatura en un 25% y en 50%. Sol: 1,2 atm y 0,24 atm.
- Hallar el volumen de un recipiente que al contener 1 gr de N2O4, la presión ejercida a 45ºC es de 2 atm. Las constantes Kc y Kp para la disociación del N2O4 a esta temperatura son, respectivamente 0,02577 moles/L y 0,672 atm. Sol: 0,1812 litros.
- Un recipiente de 10 litros contiene en equilibrio a 200ºC; 4,24 gr de PCl5; 2,88 gr de PCl3 y 5,46 gr de Cl2. Hallar las constantes Kc y Kp para la disociación del a esta temperatura. Sol: 0,007929 moles/L; 0,3075 atm.
- Un recipiente de 1,891 litros contiene 0,03 moles de PCl3; 0,03 moles de Cl2 y 0,06 moles de PCl5 en equilibrio a 200ºC. Determinar: a) la constante Kc para la disociación del PCl5 a esta temperatura; b) la presión de la mezcla gaseosa; c) la composición de la mezcla gaseosa si a temperatura invariable el volumen se reduce a la mitad, y d) la presión de la mezcla en estas nuevas condiciones. Sol: 0,007931 moles/L; 2,461 atm; 0,0675 moles de PCl5; 0,0225 moles de PCl3; 0,0225 moles de Cl2; 4,615 atm.
- A 250ºC y presión de 1,261 atm la densidad de vapor del PCl5 con respecto al hidrogeno es igual a 58,5. Hallar la constante para la disociación del PCl5 a esta temperatura. Sol: 1,79 atm.
- Hallar la presión a la cual el PCl5 a 200ºC tiene una densidad de vapor relativa al aire en las mismas condiciones igual a 5. La constante Kp para la disociación del a esta temperatura es 0,3075 atm. Sol:1,288 atm.
- 41.Hallar el grado de disociación de 0,01 moles de contenidos en un recipiente de 1 litro de capacidad a 250ºC. La constante para la disociación del PCl5 a esta temperatura es 1,79 atm. Sol: 0,834.
- Al calentar el pentacloruro de antimonio se disocia en tricloruro de antimonio y cloro. A 182ºC y presión de 1 atm se disocia en un 29,2%. Calcular las constantes Kc y Kp para la disociación del SbCl5 a esta temperatura y hallar la presión a la cual se disociaría en un 60%. Sol: 0,09324 atm; 0,0025 m/L; 0,166 atm.
- La densidad de vapor con respecto al aire del SbCl5 a 248ºC y 2 atm es 6,5. Calcular la constante Kp para la disociación del SbCl5 a esta temperatura. Sol: 1,063 atm.
- Una mezcla de nitrógeno e hidrógeno en la relación volumétrica y molar de 1 a 3 se calienta a 400ºC y se comprime a 50 atm . En la mezcla gaseosa en equilibrio que se obtiene, en presencia de un catalizador adecuado, existe un 15,11% de amoniaco. Calcular la constante Kp para el proceso: N2(g) + 3H2(g) ⇄ NH3(g), a 400ºC. Sol: 0,0001667 atm-2.
- La constante para el proceso: N2(g) + 3H2(g) ⇄ NH3(g), a 450ºC, es igual a 0,0000519 atm-2. Calcular el tanto por ciento en volumen de NH3 que existirá en la mezcla gaseosa en equilibrio obtenida al someter una mezcla que contiene en volumen un 25% de N2 y un 75% de H2 a 450ºC y 100 atm en presencia de un catalizador. Sol: 16,4%.
- En presencia de un catalizador, el alcohol isopropílico se transforma en acetona e hidrógeno, según la reacción: CH3CHOHCH3 ⇄ CH3COCH3 + H2. Calcular los gramos de acetona que se forman al calentar a 227ºC, 6 gr de alcohol isopropílico contenidos en un recipiente de 5 litros de capacidad en presencia del catalizador. La constante Kp para este proceso a 227ºC es igual a 1,42 atm. Sol: 4,11 gr de acetona.
- El proceso Deacon para la obtención del cloro viene expresado por la ecuación : 4HCl(g) + O2 (g) ⇄ 2H2O(g) + 2Cl2 (g). Calcular la constante Kp para este proceso a 390ºC si al mezclar 0,08 moles de cloruro de hidrógeno y 0,1 moles de oxígeno a esta temperatura se forman a la presión total de 1 atm 0,032 moles de cloro. Hallar el volumen del recipiente que contiene esta mezcla. Sol: 69,6 1/atm; 8,885 L.
- La constante de equilibrio a 100ºC para la formación del acetato de etilo a partir de ácido acético y de alcohol etílico es igual a 4. Calcular el número de moles de acetato de etilo que se forman al reaccionar 2 moles del alcohol con 5 moles del ácido. Sol: 1,76.
- Se hacen reaccionar 25 gr de ácido acético con 75 gr de alcohol etílico a 100ºC. La constante de equilibrio para la formación del acetato de etilo es igual a 4. Calcular la fracción del ácido acético que se esterifica. Sol: 92,9%.
- Calcular la cantidad de agua que debe añadirse a 100 gr de acetato de etilo para que a 100ºC se descompongan 40 gr de éster. Kx para la formación del acetato de etilo a 100ºC es 4. Sol: 30 gr de agua.
- Calcular la cantidad de ácido acético que debe añadirse a 100 gr de alcohol etílico para obtener a 100ºC, 100 gr de acetato de etilo. Kx para la formación del acetato de etilo a 100ºC es 4. Sol: 86,9 gr.
- A 55ºC, el valor de Kp para la reacción N2O4 ⇄ 2NO2 es de 0,66 atm. Calcular el % de disociación del N2O4 a 55ºC y con una presión total de 380 mm.¿cuáles son las presiones parciales de N2O4 y NO2 en el equilibrio?. Sol: 50%, 0,17 y 0,33 atm.
- Dado que K = 33,3 para la disociación del Cl5P a 760ºC, ¿Cuál será el estado final en el equilibrio del sistema si se inyectan simultáneamente 1,5 g de Cl5P y 15 g de Cl3P en un volumen de 36,3 ml a 760ºC? Sol: 0,017; 3,18; 0,181 M.
- Hallar el volumen de un recipiente que al contener 1 g de N2O4, la presión ejercida a 45ºC es de 2 atm. La constante Kc es de 0,02577 m/L. Sol: 0,18 L.
- En una cámara vacía se hacen reaccionar a 448ºC, 0,5 moles de hidrógeno y 0,5 moles de yodo, siendo Kc para la reacción I2 + H2 ⇄ 2HI, igual a 50. Calcular: a) Kp b) la presión total en la cámara, c) moles de yodo sin reaccionar en el equilibrio, d) presión parcial de cada componente en la mezcla. Sol: 50; 5,9; 0,11; 0,65; 4,6.
- A 817ºC la constante Kp para la reacción CO2(g) + C(s) ⇄ 2CO(g) es de 10 atm. ¿Cuál es el análisis de los gases en equilibrio a 817ºC y una presión de 4 atm?¿Cuál es la presión parcial de CO2 en el equilibrio?¿Para qué presión parcial dará el análisis de los gases un contenido en CO2 del 6% en volumen? Sol: 23%, 77%, 0,92; 0,04.
- El fosgeno, COCl2 se descompone a elevada temperatura dando CO y Cl2. En una experiencia, se inyectan 0,631 g de fosgeno en un recipiente de 472 cc a 1000ºK. Cuando se ha establecido el equilibrio se observa que la presión total es de 2,175 atm. Calcular Kc para la descomposición del fosgeno a 1000ºK. Sol: 0,32.
- A 2000ºC y 1 atm, el dióxido de carbono está disociado en un 18% según la ecuación : 2CO2 ⇄ O2 + 2CO ; calcular Kp, averiguar qué presión debe ejercer la mezcla gaseosa para que el grado de disociación llegue a ser del 32 %.
- A 250ºC un recipiente de 12 L, contiene 0,428 moles de Cl5P, 0,125 moles de Cl3P y 1,71 moles de Cl2. Calcular: a) la constante de equilibrio, b) la composición de la mezcla si a temperatura constante se reduce el volumen a la mitad. Sol: 0,0416; 0,072 ; 1,657 ; 0,375.
- A temperatura próxima a 400ºC se mezclan 0,062 moles de hidrógeno y 0,042 moles de yodo, al establecerse el equilibrio se forma 0,076 moles de IH. Calcular: las constantes de equilibrio, el número de moles de HI que se formarían al mezclar a la misma temperatura 0,08 moles de hidrógeno, con 0,08 moles de yodo. Sol: 60,15; 0,1272.
- A 200ºC la constante Kc para la disociación del Cl5P es 0,007927. Hallar: el grado de disociación a 200ºC. Si en un matraz de 1 L existe 3,125 gr de Cl5P, calcular el grado de disociación de éste, si el matraz estaba previamente lleno de cloro en las condiciones normales. Sol: 50,93%, 14,5%.
- La constante Kp para la disociación del tetróxido de dinitrógeno a 25º C es 0,141. Calcular a dicha temperatura la concentración del NO2 en equilibrio con 0,0072 moles de N2O4 existentes en un recipiente de 0,25 L de capacidad. Hallar la presión y la densidad de la mezcla gaseosa. Sol: 0,0129; 138; 3,243.
- Un recipiente de 1L, contiene N2, H2 y NH3, en equilibrio. La reacción es exotérmica, ΔH = -24 kcal/mol. 3H2 + N2 ⇄ 2NH3. Las concentraciones son: [N2] = 0,921 m/l, [H2] = 0,761 m/l, [NH3] = 0,158 m/l.
- Predecir el efecto en la posición de equilibrio por la adición de 1 mol de H2.
- Predecir el efecto de la adición de 1 mol de NH3.
- Predecir el efecto de la remoción de 0,2 moles de N2.
- Predecir el efecto de aumentar la presión al doble.
- Predecir el efecto de reducir el volumen a la mitad.
- Predecir el efecto de un aumento de presión por la adición de He. (comportamiento ideal).
- Predecir el efecto de aumento en la temperatura.
- Predecir el efecto de una disminución en la temperatura.
- Considere la reacción : 2NO2 ⇄ N2 + 2O2 + calor. Predecir como afectará cada uno de los siguientes cambios a la posición de equilibrio:
- Se adiciona NO2.
- Disminuye la concentración de N2.
- El volumen se reduce a la mitad.
- Se adiciona He.
- Se aumenta la temperatura.
- Para la reacción: 4 NH3 + O2 ⇄ 4 NO + 6H2O + calor. La posición es este equilibrio se desplazará a la izquierda por:
- Remoción de NO.
- Adición de O2.
- Disminución de la temperatura.
- Aumento de la presión.
- Disminución de la presión.
- Calcular la constante de equilibrio de la reacción: CO + H2O ⇄ CO2 + H2. Todos en estado gaseoso. A 300ºC, el análisis indicó 0,6 m/l de CO, 0,2 m/l de vapor de agua, 0,5 m/l de CO2 y 0,96 m/l de H2 en equilibrio. Sol: 4
JUNIO 2017
En un recipiente de 1 L se introdujeron 131 g de NOCl, calentándose seguidamente hasta 462 ºC. Una vez alcanzado el equilibrio siguiente:
2 NOCl(g) ↔ 2NO(g) + Cl2(g)
se comprobó que se había disociado un 33% de NOCl. Para dicho equilibrio:
- Calcule Kc (1,5 puntos)
- Calcule Kp (0,5 puntos)
- Indique razonadamente cómo evolucionaría al disminuir la concentración de cloro (0,2 puntos)
Datos: Masas atómicas: N=14, O=16; Cl=35,5 g/mol. R=0,082 atmL/molK
SEPTIEMBRE 2017
1. En un recipiente de 10L en el que se ha hecho vacío se introducen 56 g de N2 y 2 g de H2. Se calienta la mezcla a 300 ºC estableciéndose el siguiente equilibrio:
N2(g)+ 3H2(g) ↔ 2NH3(g)
Cuando se alcanza el equilibrio, el número de moles de H2 es igual al de NH3.
- Calcule los moles de cada componente en el equilibrio (1 punto)
- Calcule Kc y Kp (1 punto)
- Razone como afectaría al equilibrio una disminución del volumen del sistema (0,2puntos)
Datos: Masas atómicas: N= 14; H= 1 g/ mol. R= 0,082 atmL/molK
2. Sabiendo que el producto de solubilidad (Kps) de la especie Zn(OH)2 es igual a 2·10-17:
- Calcule el pH de una disolución saturada de dicha especie. (1 punto)
- Calcule la concentración de Zn2+ en una disolución saturada de Zn(OH)2. Exprese el resultado en g/L (0,5 puntos)
- Si Kps (Co(OH)2) = 1,6·10-15, indique razonadamente cuál de las dos hidróxidos es más soluble en agua (0,5 puntos)
Dato: Masa atómica: Zn= 65,4 g/mol.
JUNIO 2018
En un recipiente de 3 L se introdujeron 29,9 g de SbCl5 y se calentó hasta 182 oC, alcanzándose el equilibrio siguiente:
SbCl5(g) ↔ SbCl3(g) + Cl2(g)
Sabiendo que la presión total fue de 1,54 atm, calcule:
- La constante Kc (1,5 puntos)
- La constante Kp (0,5 puntos)
Datos: Masas atómicas: Sb = 121,7; Cl = 35,5 g mol-1. R=0,082 atmLmol-1K-1.
SEPTIEMBRE 2018
Una mezcla gaseosa, constituida inicialmente por 15,9 gramos de hidrógeno y 1345 g de vapor de yodo y se calienta a 450 ºC en un recipiente de 1 L, alcanzándose el siguiente equilibrio:
I2(g) + H2(g) ↔ 2HI(g)
en el que se han formado 9,52 moles de HI.
- Calcule Kc (1 punto)
- Calcule Kp (0,5 puntos)
- Si la variación de entalpía de la reacción es de -2,6 Kcal, indique razonadamente como afectaría un aumento de temperatura a la concentración de I2 en el equilibrio (0,5 puntos)
Datos: Masas atómicas: I= 126,9; H= 1 g mol; R= 0,082 atmLmol-1K-1
JUNIO 2019
En un recipiente de 3 L se introdujeron 29,9 g de SbCl5 y se calentó hasta 182 ºC, alcanzándose el equilibrio siguiente:
SbCl5(g) ↔ SbCl3(g) + Cl2(g)
Sabiendo que la presión total fue de 1,54 atm, calcule:
- La constante Kc (1,5 puntos)
- La constante Kp (0,5 puntos)
Datos: Masas atómicas: Sb=121,7; Cl=35,5 g mol-1. R=0,082 atm L mol-1K-1
SEPTIEMBRE 2019
En un recipiente cerrado de 400 mL en el que se ha hecho vacío, se introducen 2,032 g de I2 y 1,280 g de Br2 y se calienta hasta 150 ºC, alcanzándose el siguiente equilibrio:
Br2(g) + I2(g) ↔ 2IBr(g)
- Calcule la presión total en el equilibrio. (0,8 p.)
- Si en el equilibrio hay 1,43‧10-2 moles de IBr, calcule la concentración molar de cada una de las especies en el equilibrio y los valores de Kc y Kp a 150 ºC (1,2 p.)
Datos: Masas atómicas: Br=80; I=127 (g‧mol-1). R=0,082 atm‧L‧mol-1‧K-1
JULIO 2020
El tetraóxido de dinitrógeno se disocia para dar dióxido de nitrógeno según el siguiente equilibrio: N2O4(g) ↔ 2NO2 (g) Kc = 0,212 a 100 ºC En una mezcla de los dos gases, a 100 ºC, sus concentraciones son: [N2O4] = 0,10 M y [NO2] = 0,12 M.
- ¿Se encontrará dicha mezcla en equilibrio? Justifique numéricamente su respuesta. En caso de no ser así, ¿cuáles serán las concentraciones de ambos gases cuando se alcance el equilibrio? (1,75 p.)
- ¿Cómo afectará al equilibrio un aumento de la presión total del sistema? Justifique su respuesta. (0,25 p)
SEPTIEMBRE 2020
a) En un recipiente se encuentra una disolución saturada de Ni(OH)2, en equilibrio con 2,0 g de Ni(OH)2(s).
a1) Si la concentración de iones hidroxilo es [OH–] = 3,2·10-5 M, ¿cuál será la [Ni2+]? (0,6 p)a2) Si se extrae del recipiente 1,0 g del precipitado de Ni(OH)2(s), ¿qué ocurrirá con las concentraciones [OH–] y [Ni2+] (aumentarán, disminuirán o permanecerán constantes)? Justifique su respuesta. (0,3 p)a3) Si se adiciona al recipiente una disolución saturada de NiCl2 en agua, de forma que la [Ni2+] en la disolución aumenta, ¿qué ocurrirá con el precipitado de Ni(OH)2(s) (su masa aumentará, disminuirá o permanecerá constante)? Justifique su respuesta. (0,3 p)
b) Calcule la constante del producto de solubilidad (Kps) del Fe(OH)3 a 25 ºC si su solubilidad en agua a dicha temperatura es s = 1,96·10-10 M. (0,8 p)
Estado de equilibrio
- Un sistema se encuentra en estado de equilibrio químico cuando su composición química no varía con el tiempo. Dos características:
- El equilibrio es reversible. Se puede alcanzar un mismo estado de equilibrio partiendo de los reactivos o de los productos: reactivo ⇄ productos
- El equilibrio químico es dinámico.
Constante de equilibrio
- Para el proceso genérico: aA +bB ⇄ cC + dD
- El valor de la constancia depende de los coeficientes estequiométricos con que esté definido el proceso. para: 2aA + 2bB ⇆ 2 cC + 2dD, K’C= KC2.
Estudio del equilibrio
- Evolución hacia el equilibrio:
- Equilibrios homogéneos: todas las sustancias están en la misma fase y todas figuran en la K.
2AB ⇆ A2 + B2 Inicial c0 0 0 Reacciona -2x x x Equilibrio c0-2x x x Grado de disociación:
- Equilibrios heterogéneos: no todas las sustancias que forman el sistema se encuentran en el mismo estado físico o en la misma fase. En la K solo se incluyen las sustancias que están en fase homogénea:
Principio de Le Chatelier
- Cuando un sistema en equilibrio experimenta una transformación, dicho sistema evoluciona para alcanzar un nuevo equilibrio en el sentido en que se opone a la transformación sufrida.
Si aumenta la concentración de una sustancia evoluciona en el sentido en que se consume esa sustancia. Si disminuye la concentración de una sustancia en el sentido en que aumenta esa sustancia. Si aumenta la presión del sistema o disminuye su volumen en el sentido en que disminuye el número de partículas gaseosas. Si disminuye la presión del sistema o aumenta su volumen el sentido en el que aumenta el número de partículas gaseosas. Si aumenta la temperatura en el sentido en que tiene lugar el proceso endotérmico. Si disminuye la temperatura en el sentido en que tiene lugar el proceso exotérmico.
Equilibrio de solubilidad
- Equilibrio de solubilidad: es el equilibrio que se establece entre una sustancia sólida y esa sustancia disuelta en una disolución saturada.
- Solubilidad (s): es la concentración que alcanza un sólido en una disolución saturada. Se suele expresar en g/L o en g/100 mL. Su valor para una sustancia depende del disolvente y de la temperatura.
- La solubilidad está relacionada con la constancia el equilibrio de solubilidad KPS; la relación depende de la estequiometría del compuesto:
- La solubilidad disminuye en presencia de un ion común.
FUENTE: Inicia DUAL QUÍMICA 2º BACHILLERATO Oxford EDUCACIÓN