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mica A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 1 EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS PROBLEMAS Con datos del equilibrio 1. A 670 K, un recipiente de 2 dm³ contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0,003 moles de hidró- geno, 0,003 moles de yodo y 0,024 moles de yoduro de hidrógeno, según la reacción: H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g). En estas condiciones, calcula: a) El valor de K y K. b) La presión total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla. (P.A.U. Sep. 10) Rta.: a) K = K = 64; b) p = 83,5 kPa ; p(H₂) = p(I₂) = 8,4 kPa; p(HI) = 66,8 kPa Datos Cifras signiativas: 3 Gas: Volumen V = 2,00 dm³ Temperatura T = 670 K Cantidad en el equilibrio de I₂ nₑ(I₂) = 0,00300 mol I₂ Cantidad en el equilibrio de H₂ nₑ(H₂) = 0,00300 mol H₂ Cantidad en el equilibrio de HI nₑ(HI)= 0,0240 mol HI Inógnitas Constante del equilibrio K K Constante del equilibrio K K Presión total p Presiones parciales del H₂, I₂ e HI p(H₂),p(I₂),p(HI) Euaiones Ecuación de estado de los gases ideales p · V = n · R · T p = n·R·T V Concentración de la sustancia X [X] =n(X) / V Constantes del equilibrio: a A + b B ⇌ c C + d D K c = [ C ] e c · [ D] e d [ A] e a · [ B] e b K p = p e c (C )·p e d ( D) p e a ( A) ·p e b ( B) Soluión: La ecuación química es: I₂(g) + H₂(g) ⇌ 2 HI(g) La constante de equilibrio en función de las concentraciones es: K c = [ HI ] e 2 [ I 2 ] e [ H 2 ] e = ( 0,0240 2,00 ) 2 ( 0,00300 2,00 ) · ( 0,00300 2,00 ) =64,0 (concentraciones en mol/dm³) Si consideramos comportamiento ideal para los gases, podemos escribir: K p = p e 2 ( HI ) p e ( H 2 ) ·p e ( I 2 ) = ([ HI ] e ·R·T ) 2 [ H 2 ] e ·R·T· [ I 2 ] e ·R·T = [ HI ] e 2 [ H 2 ] e · [ I 2 ] e = K c =64,0 (presiones en atm)

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Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 1

EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

loz PROBLEMAS

Con datos del equilibrio

1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacute-geno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacutenH₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calculaa) El valor de K y Kb) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla

(PAU Sep 10)Rta a) K = K = 64 b) p = 835 kPa p(H₂) = p(I₂) = 84 kPa p(HI) = 668 kPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 670 K

Cantidad en el equilibrio de I₂ nₑ(I₂) = 0003000 mol I₂

Cantidad en el equilibrio de H₂ nₑ(H₂) = 0003000 mol H₂

Cantidad en el equilibrio de HI nₑ(HI)= 002400 mol HI

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Constante del equilibrio K K

Presioacuten total p

Presiones parciales del H₂ I₂ e HI p(H₂)p(I₂)p(HI)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[HI]e

2

[ I2]e[H2]e=

(002400200 )

2

(0003000200 )middot(0003000

200 )=640 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(HI )pe(H2)middot pe(I2)

=([HI ]emiddot R middotT )2

[H2]emiddot R middotT middot [ I2]e middot R middot T=

[HI ]e2

[H2]emiddot [ I2]e=K c=640 (presiones en atm)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 2

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrara solo en el recipiente La presioacuten total seraacute la suma de estas presiones parciales (Ley de Dalton)

p (HI)=n (HI)middot R middotTV T

= 002400 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot670 K

200middot10minus3 m3=668middot104 Pa=668 kPa

p (I2)=n(I2)middot R middotT

V T

=0003000 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot670 K

200middot10minus3 m 3=835middot 103 Pa=835 kPa

p(H₂) = p(I₂) = 835 kPa

p = p(H₂) + p(I₂) + p(HI) = 835 + 835 + 668 = 835 kPa

2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g)Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que pre-viamente se hizo el vaco Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta tem-peratura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂a) Calcula el valor de la constante Kb) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de

KₚDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 19)Rta a) K = 256middot10sup3 b) p(HCl) = 0544 p(O₂) = 544 atm p(Cl₂) = p(H₂O) = 218 atm K = 470

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 390 degC = 663 K

Cantidad inicial de HCl n₀(HCl) = 0900 mol HCl

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 120 mol O₂

Cantidad en el equilibrio de Cl₂ nₑ(Cl₂) = 0400 mol Cl₂

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Presiones parciales de cada componente p(HCl) p(O₂) p(Cl₂) p(H₂O)

Constante del equilibrio K K

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

4 HCl(g) +O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g)

Reaccionaron 0800 mol de HCl y 0200 mol de O₂ y se formoacute la misma cantidad de H₂O que de Cl₂Representamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad 4 HCl O₂ 2 Cl₂ 2 H₂O

inicial n₀ 0900 120 00 00 mol

que reacciona o se forma n 0800 0200 0400 0400 mol

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 3

Cantidad 4 HCl O₂ 2 Cl₂ 2 H₂O

en el equilibrio nₑ 0900 ndash 0800 = 0100 120 ndash 0200 = 100 0400 0400 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(HCl) = 0100 mol nₑ(O₂) = 100 mol nₑ(Cl₂) = nₑ(H₂O) = 0400 mol

Las concentraciones seraacuten

[HCl ]=n e(HCl)

V=0 100 mol HCl

10 0 dm3 =001000 mol dm3

[O2]=ne(O2)

V=

100 mol O2

100 dm3 =0100 mol dm3

[Cl2]=[H2 O]=ne(Cl2)

V=0 400 mol

10 0 dm3 =004000 mol dm3

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Cl2]e

2[H2O ]e2

[HCl ]e4[O2]e

= 0040002middot0 040002

0010004 middot0 001000=256middot103 (concentraciones en moldmsup3)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (HCl)=n(HCl )middot R middot TV T

=0 100 molmiddot0082 atmmiddot dm3 middotmolminus1 middotKminus1 middot663 K

100 dm3=0544 atm

p (O2)=n(O2)middot R middotT

V T

=1 00 molmiddot0 082 atm middotdm3middot molminus1middot Kminus1 middot663 K

100 dm3 =544 atm

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V T

=0 400 molmiddot0 082 atm middotdm3middot molminus1middot Kminus1 middot663 K

10 0 dm3 =218 atm

p(H₂O) = p(Cl₂) = 218 atm

K p=pe

2(Cl2)middot p e2(H2 O)

p e4(HCl)middot pe(O2)

= 2 182middot 2182

0 5444 middot5 44=470 (presiones en atm)

3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calculaa) La concentracioacuten de cada especie en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura

(ABAU Jun 17)Rta a) [CO₂] = 045 moldmsup3 [H₂] = 020 moldmsup3 [CO] = [H₂O] = 060 moldmsup3 b) K = K = 40

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 1800 degC = 2073 K

Cantidad inicial de CO₂ n₀(CO₂) = 210 mol CO₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 160 mol H₂

Cantidad de CO₂ en el equilibrio nₑ(CO₂) = 0900 mol CO₂

Inoacutegnitas

Cantidad (moles) de cada componente en el equilibrio nₑ(H₂) nₑ(CO) nₑ(H₂O)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 4

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K Kₚ

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Si quedan 0900 mol de los 210 mol que habiacutea inicialmente es que reaccionaron

n(CO₂) = 210 ndash 0900 = 120 mol CO₂ que reaccionaron

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)

Reaccionaron 120 mol de H₂ y se formaron los mismos de CO y H₂ORepresentamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad CO₂ H₂ H₂O

CO inicial n₀ 210 160 00 00 mol

que reacciona o se forma n 120 120 120 120 mol

en el equilibrio nₑ 090 040 120 120 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(CO₂) = 090 mol nₑ(H₂) = 040 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 120 mol

Las concentraciones seraacuten

[CO2]=n e(CO2)

V=

090 mol CO2

200 dm3 =045 mol dm3

[H2]=ne(H2)

V=

040 mol H2

200 dm3 =020 mol dm3

[CO]=[H2 O]=ne(H2 O)

V= 120 mol

200 dm3=060 mol dm3

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=

120 mol H2 O

200 dm3

120 mol CO

200 dm3

090 mol CO2

200 dm3

040 mol CO2

200 dm3

=40

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O)middot pe(CO)pe(H2)middot pe(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

Vne(H2)middot R middot T

Vmiddotne(CO2)middot R middot T

V

=[H2 O]emiddot [CO]e[H2]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 40

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 5

4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)se analiza la mezcla de gases encontraacutendose 035 moles de CO₂a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibriob) Calcula el valor de K a esa temperatura

(PAU Jun 08)Rta a) nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol b) K = 15

Datos Cifras significativas 2

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 1250 degC = 1523 K

Cantidad inicial de CO₂ n₀(CO₂) = 061 mol CO₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 039 mol H₂

Cantidad de CO₂ en el equilibrio nₑ(CO₂) = 035 mol CO₂

Inoacutegnitas

Cantidad (moles) de cada componente en el equilibrio nₑ(H₂) nₑ(CO) nₑ(H₂O)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 035 mol de los 061 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(CO₂) = 061 ndash 035 = 026 mol CO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)

han reaccionado 026 mol de H₂ y se han formado los mismos de CO y H₂ORepresentamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad CO₂ H₂ H₂O CO

inicial n₀ 061 039 00 00 mol

que reacciona o se forma n 026 026 026 026 mol

en el equilibrio nₑ 035 013 026 026 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=

026 mol H2 O

10 dm3

026 mol CO

10 dm3

035 mol CO2

10 dm3

013 mol CO2

10 dm3

=15

5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC produ-cieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analizala mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 6

a) Los gramos de SO₃ que se formanb) El valor de la constante de equilibrio K

(PAU Sep 08)Rta a) m(SO₃) = 68 g b) K = 280

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 727 degC = 1000 K

Cantidad inicial de SO₂ n₀(SO₂) = 100 mol SO₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 100 mol O₂

Cantidad de SO₂ en el equilibrio nₑ(SO₂) = 0150 mol SO₂

Masa molar del trioacutexido de azufre M(SO₃) = 800 gmol

Inoacutegnitas

Masa de SO₃ que se forma mₑ(SO₃)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 015 mol del 100 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(SO₂) = 100 ndash 015 = 085 mol SO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

2 SO₂(g) + O₂(g) SO₃(g)

han reaccionado 085 2 = 043 mol de O₂ y se han formado 085 mol SO₃Representamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad 2 SO₂ O₂ 2 SO₃

inicial n₀ 100 100 000 mol

que reacciona o se forma n 085 043 rarr 085 mol

en el equilibrio nₑ 015 057 085 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(SO₂) = 015 mol nₑ(O₂) = 057 mol nₑ(SO₃) = 085 mol

y la masa de SO₃ seraacute

mₑ(SO₃) = 085 mol middot 80 gmol = 68 g SO₃ en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[SO3]e

2

[O2]emiddot [SO2]e2=

(085 mol SO3

50 dm3 )2

057 mol O2

50 dm3 (015 mol SO2

50 dm3 )2=280

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 7

6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrioNOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calculaa) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 15)Rta a) K = 0035 b) p = 74 kPa p(NOCl) = 39 kPa p(Cl₂) = 20 kPa p(NO) = 15 kPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 30 degC = 303 K

Cantidad inicial de NOCl n₀(NOCl) = 004300 mol NOCl

Cantidad inicial de Cl₂ n₀(Cl₂) = 001000 mol Cl₂

Cantidad de NOCl en el equilibrio nₑ(NOCl) = 003100 mol NOCl

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Presioacuten total en el equilibrio p

Presiones parciales de cada gas en el equilibrio p(NOCl) p(Cl₂) p(NO)

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sump

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D Kc=[C]e

c[D ]ed

[A ]ea [B]e

b

Soluioacuten

a) Se calcula la cantidad de NOCl que ha reaccionado

n = nₑ ndash n₀ = 003100 ndash 004300 = -001200 mol NOCl

y se construye una tabla para calcular las cantidades de productos y reactivos en el equilibrio a partir de la estequiometriacutea de la reaccioacuten

NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g)

NOCl frac12 Cl₂ NO

Cantidad inicial n₀ 004300 001000 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001200 rarr 001200 2 = 0006000 001200 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 003100 001600 001200 mol

Se calcula la constante de equilibrio

K c=[NO]e middot[Cl2 ]e

1 2

[NOCl]e=

0012002

middotradic 0016002

0031002

=003406 (concentraciones en moldmsup3)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 8

b) Se calculan las presiones parciales de cada gas a partir de las cantidades en el equilibrio Suponiendo comportamiento ideal para los gases

p (NOCl)=n (NOCl)middot R middot TV

=003100 molmiddot831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot303 K

200 middot10minus3 m3=391 middot104 Pa=391 kPa

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V=001600 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot303 K

200middot10minus3 m3=202middot104 Pa=202 kPa

p (NO)=n (NO)middot R middotTV

= 001200 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot303 K

200middot10minus3 m3=151middot104 Pa=151 kPa

Se calcula la presioacuten total por la ley de Dalton

p = p(NOCl) + p(Cl₂) + p(NO) = 391 [kPa] + 202 [kPa] + 151 [kPa] = 744 kPa

7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se in-troducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calculaa) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibriob) El valor de K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 12)Rta a) nₑ(CO₂) = 0090 mol nₑ(H₂S) = 0399 mol nₑ(COS) = 001000 mol b) K = K = 28middot10⁻sup3

Datos Cifras significativas 3

Masa inicial de CO₂ m₀(CO₂) = 440 g

Gas Volumen V = 255 dmsup3 = 255middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 337 degC = 610 K

Presioacuten p₀ = 10 atm = 101301middot10⁶ Pa

Cantidad de agua en el equilibrio nₑ(H₂O) = 001000 mol H₂O

Constante de los gases ideales R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del dioacutexido de carbono M(CO₂) = 440 gmol

Inoacutegnitas

Cantidades de todas las especies en el equilibrio nₑ(CO₂) nₑ(H₂S) nₑ(COS)

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) La cantidad inicial de CO₂ es

n0(CO2)=440 g CO2 middot1 mol CO2

440 g CO2

=0100 mol CO2

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Una vez alcanzado el equilibrio la cantidad total de gas (supuesto comportamiento ideal) es

ne t=p middotVR middot T

= 1013 middot106 Pamiddot255 middot10minus3 m3

831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1middot 610 K=0509 mol total

De la ecuacioacuten quiacutemica

CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g)

se deduce que la cantidad total de gas no variacutea con el progreso de la reaccioacuten(Una forma de verlo es suponer que inicialmente hay n₁ moles de CO₂(g) y n₂ moles de H₂S(g) Llamando x a la cantidad de CO₂(g) que reacciona hasta que se alcanza el equilibrio

Cantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ n₁ n₂ 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₁ ndash x n₂ ndash x x x molse calcula que la cantidad finnal de gas es

nₑ = (n₁ ndash x) + (n₂ ndash x) + x + x = n₁ + n₂

igual que la que habiacutea inicialmente)Por tanto la cantidad de H₂S(g) que habiacutea inicialmente era

n₀(H₂S) = 0509 [mol total] ndash 0100 [mol CO₂] = 0409 mol H₂S

Representado en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada faseCantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ 0100 0409 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ 001000 molse deduce que se han formado 001000 mol de H₂O(g)

x = 001000 mol

Las cantidades de todos los gases en el equilibrio son

nₑ(CO₂) = 0100 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0090 mol CO₂ en el equilibrio

nₑ(H₂S) = 0409 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0399 mol H₂S en el equilibrio

nₑ(COS) = 001000 [mol formados] = 001000 mol COS en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO S]e[H2 S]emiddot [CO2]e

=

001000 mol H2 O

255 dm3

001000 mol CO S

255 dm3

0399 mol H2 S

255 dm3

0090 mol CO2

255 dm3

=28middot10minus3

Como uno de los factores (0090 mol CO₂) tiene solo dos cifras signifincativas la constante solo puede tener dos cifras signifincativasLa relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O) middot p e(CO S)pe(H2 S)middot p e(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middotTV

middotne(COS)middot R middotT

Vne(H2 S)middot R middotT

Vmiddotne(CO2)middot R middotT

V

=[H2O ]e middot [CO S]e[H2 S]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 28middot10⁻sup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 2: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 2

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrara solo en el recipiente La presioacuten total seraacute la suma de estas presiones parciales (Ley de Dalton)

p (HI)=n (HI)middot R middotTV T

= 002400 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot670 K

200middot10minus3 m3=668middot104 Pa=668 kPa

p (I2)=n(I2)middot R middotT

V T

=0003000 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot670 K

200middot10minus3 m 3=835middot 103 Pa=835 kPa

p(H₂) = p(I₂) = 835 kPa

p = p(H₂) + p(I₂) + p(HI) = 835 + 835 + 668 = 835 kPa

2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g)Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que pre-viamente se hizo el vaco Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta tem-peratura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂a) Calcula el valor de la constante Kb) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de

KₚDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 19)Rta a) K = 256middot10sup3 b) p(HCl) = 0544 p(O₂) = 544 atm p(Cl₂) = p(H₂O) = 218 atm K = 470

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 390 degC = 663 K

Cantidad inicial de HCl n₀(HCl) = 0900 mol HCl

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 120 mol O₂

Cantidad en el equilibrio de Cl₂ nₑ(Cl₂) = 0400 mol Cl₂

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Presiones parciales de cada componente p(HCl) p(O₂) p(Cl₂) p(H₂O)

Constante del equilibrio K K

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

4 HCl(g) +O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g)

Reaccionaron 0800 mol de HCl y 0200 mol de O₂ y se formoacute la misma cantidad de H₂O que de Cl₂Representamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad 4 HCl O₂ 2 Cl₂ 2 H₂O

inicial n₀ 0900 120 00 00 mol

que reacciona o se forma n 0800 0200 0400 0400 mol

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 3

Cantidad 4 HCl O₂ 2 Cl₂ 2 H₂O

en el equilibrio nₑ 0900 ndash 0800 = 0100 120 ndash 0200 = 100 0400 0400 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(HCl) = 0100 mol nₑ(O₂) = 100 mol nₑ(Cl₂) = nₑ(H₂O) = 0400 mol

Las concentraciones seraacuten

[HCl ]=n e(HCl)

V=0 100 mol HCl

10 0 dm3 =001000 mol dm3

[O2]=ne(O2)

V=

100 mol O2

100 dm3 =0100 mol dm3

[Cl2]=[H2 O]=ne(Cl2)

V=0 400 mol

10 0 dm3 =004000 mol dm3

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Cl2]e

2[H2O ]e2

[HCl ]e4[O2]e

= 0040002middot0 040002

0010004 middot0 001000=256middot103 (concentraciones en moldmsup3)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (HCl)=n(HCl )middot R middot TV T

=0 100 molmiddot0082 atmmiddot dm3 middotmolminus1 middotKminus1 middot663 K

100 dm3=0544 atm

p (O2)=n(O2)middot R middotT

V T

=1 00 molmiddot0 082 atm middotdm3middot molminus1middot Kminus1 middot663 K

100 dm3 =544 atm

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V T

=0 400 molmiddot0 082 atm middotdm3middot molminus1middot Kminus1 middot663 K

10 0 dm3 =218 atm

p(H₂O) = p(Cl₂) = 218 atm

K p=pe

2(Cl2)middot p e2(H2 O)

p e4(HCl)middot pe(O2)

= 2 182middot 2182

0 5444 middot5 44=470 (presiones en atm)

3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calculaa) La concentracioacuten de cada especie en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura

(ABAU Jun 17)Rta a) [CO₂] = 045 moldmsup3 [H₂] = 020 moldmsup3 [CO] = [H₂O] = 060 moldmsup3 b) K = K = 40

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 1800 degC = 2073 K

Cantidad inicial de CO₂ n₀(CO₂) = 210 mol CO₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 160 mol H₂

Cantidad de CO₂ en el equilibrio nₑ(CO₂) = 0900 mol CO₂

Inoacutegnitas

Cantidad (moles) de cada componente en el equilibrio nₑ(H₂) nₑ(CO) nₑ(H₂O)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 4

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K Kₚ

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Si quedan 0900 mol de los 210 mol que habiacutea inicialmente es que reaccionaron

n(CO₂) = 210 ndash 0900 = 120 mol CO₂ que reaccionaron

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)

Reaccionaron 120 mol de H₂ y se formaron los mismos de CO y H₂ORepresentamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad CO₂ H₂ H₂O

CO inicial n₀ 210 160 00 00 mol

que reacciona o se forma n 120 120 120 120 mol

en el equilibrio nₑ 090 040 120 120 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(CO₂) = 090 mol nₑ(H₂) = 040 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 120 mol

Las concentraciones seraacuten

[CO2]=n e(CO2)

V=

090 mol CO2

200 dm3 =045 mol dm3

[H2]=ne(H2)

V=

040 mol H2

200 dm3 =020 mol dm3

[CO]=[H2 O]=ne(H2 O)

V= 120 mol

200 dm3=060 mol dm3

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=

120 mol H2 O

200 dm3

120 mol CO

200 dm3

090 mol CO2

200 dm3

040 mol CO2

200 dm3

=40

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O)middot pe(CO)pe(H2)middot pe(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

Vne(H2)middot R middot T

Vmiddotne(CO2)middot R middot T

V

=[H2 O]emiddot [CO]e[H2]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 40

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 5

4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)se analiza la mezcla de gases encontraacutendose 035 moles de CO₂a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibriob) Calcula el valor de K a esa temperatura

(PAU Jun 08)Rta a) nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol b) K = 15

Datos Cifras significativas 2

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 1250 degC = 1523 K

Cantidad inicial de CO₂ n₀(CO₂) = 061 mol CO₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 039 mol H₂

Cantidad de CO₂ en el equilibrio nₑ(CO₂) = 035 mol CO₂

Inoacutegnitas

Cantidad (moles) de cada componente en el equilibrio nₑ(H₂) nₑ(CO) nₑ(H₂O)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 035 mol de los 061 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(CO₂) = 061 ndash 035 = 026 mol CO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)

han reaccionado 026 mol de H₂ y se han formado los mismos de CO y H₂ORepresentamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad CO₂ H₂ H₂O CO

inicial n₀ 061 039 00 00 mol

que reacciona o se forma n 026 026 026 026 mol

en el equilibrio nₑ 035 013 026 026 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=

026 mol H2 O

10 dm3

026 mol CO

10 dm3

035 mol CO2

10 dm3

013 mol CO2

10 dm3

=15

5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC produ-cieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analizala mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 6

a) Los gramos de SO₃ que se formanb) El valor de la constante de equilibrio K

(PAU Sep 08)Rta a) m(SO₃) = 68 g b) K = 280

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 727 degC = 1000 K

Cantidad inicial de SO₂ n₀(SO₂) = 100 mol SO₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 100 mol O₂

Cantidad de SO₂ en el equilibrio nₑ(SO₂) = 0150 mol SO₂

Masa molar del trioacutexido de azufre M(SO₃) = 800 gmol

Inoacutegnitas

Masa de SO₃ que se forma mₑ(SO₃)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 015 mol del 100 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(SO₂) = 100 ndash 015 = 085 mol SO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

2 SO₂(g) + O₂(g) SO₃(g)

han reaccionado 085 2 = 043 mol de O₂ y se han formado 085 mol SO₃Representamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad 2 SO₂ O₂ 2 SO₃

inicial n₀ 100 100 000 mol

que reacciona o se forma n 085 043 rarr 085 mol

en el equilibrio nₑ 015 057 085 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(SO₂) = 015 mol nₑ(O₂) = 057 mol nₑ(SO₃) = 085 mol

y la masa de SO₃ seraacute

mₑ(SO₃) = 085 mol middot 80 gmol = 68 g SO₃ en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[SO3]e

2

[O2]emiddot [SO2]e2=

(085 mol SO3

50 dm3 )2

057 mol O2

50 dm3 (015 mol SO2

50 dm3 )2=280

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 7

6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrioNOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calculaa) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 15)Rta a) K = 0035 b) p = 74 kPa p(NOCl) = 39 kPa p(Cl₂) = 20 kPa p(NO) = 15 kPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 30 degC = 303 K

Cantidad inicial de NOCl n₀(NOCl) = 004300 mol NOCl

Cantidad inicial de Cl₂ n₀(Cl₂) = 001000 mol Cl₂

Cantidad de NOCl en el equilibrio nₑ(NOCl) = 003100 mol NOCl

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Presioacuten total en el equilibrio p

Presiones parciales de cada gas en el equilibrio p(NOCl) p(Cl₂) p(NO)

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sump

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D Kc=[C]e

c[D ]ed

[A ]ea [B]e

b

Soluioacuten

a) Se calcula la cantidad de NOCl que ha reaccionado

n = nₑ ndash n₀ = 003100 ndash 004300 = -001200 mol NOCl

y se construye una tabla para calcular las cantidades de productos y reactivos en el equilibrio a partir de la estequiometriacutea de la reaccioacuten

NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g)

NOCl frac12 Cl₂ NO

Cantidad inicial n₀ 004300 001000 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001200 rarr 001200 2 = 0006000 001200 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 003100 001600 001200 mol

Se calcula la constante de equilibrio

K c=[NO]e middot[Cl2 ]e

1 2

[NOCl]e=

0012002

middotradic 0016002

0031002

=003406 (concentraciones en moldmsup3)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 8

b) Se calculan las presiones parciales de cada gas a partir de las cantidades en el equilibrio Suponiendo comportamiento ideal para los gases

p (NOCl)=n (NOCl)middot R middot TV

=003100 molmiddot831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot303 K

200 middot10minus3 m3=391 middot104 Pa=391 kPa

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V=001600 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot303 K

200middot10minus3 m3=202middot104 Pa=202 kPa

p (NO)=n (NO)middot R middotTV

= 001200 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot303 K

200middot10minus3 m3=151middot104 Pa=151 kPa

Se calcula la presioacuten total por la ley de Dalton

p = p(NOCl) + p(Cl₂) + p(NO) = 391 [kPa] + 202 [kPa] + 151 [kPa] = 744 kPa

7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se in-troducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calculaa) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibriob) El valor de K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 12)Rta a) nₑ(CO₂) = 0090 mol nₑ(H₂S) = 0399 mol nₑ(COS) = 001000 mol b) K = K = 28middot10⁻sup3

Datos Cifras significativas 3

Masa inicial de CO₂ m₀(CO₂) = 440 g

Gas Volumen V = 255 dmsup3 = 255middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 337 degC = 610 K

Presioacuten p₀ = 10 atm = 101301middot10⁶ Pa

Cantidad de agua en el equilibrio nₑ(H₂O) = 001000 mol H₂O

Constante de los gases ideales R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del dioacutexido de carbono M(CO₂) = 440 gmol

Inoacutegnitas

Cantidades de todas las especies en el equilibrio nₑ(CO₂) nₑ(H₂S) nₑ(COS)

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) La cantidad inicial de CO₂ es

n0(CO2)=440 g CO2 middot1 mol CO2

440 g CO2

=0100 mol CO2

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 9

Una vez alcanzado el equilibrio la cantidad total de gas (supuesto comportamiento ideal) es

ne t=p middotVR middot T

= 1013 middot106 Pamiddot255 middot10minus3 m3

831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1middot 610 K=0509 mol total

De la ecuacioacuten quiacutemica

CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g)

se deduce que la cantidad total de gas no variacutea con el progreso de la reaccioacuten(Una forma de verlo es suponer que inicialmente hay n₁ moles de CO₂(g) y n₂ moles de H₂S(g) Llamando x a la cantidad de CO₂(g) que reacciona hasta que se alcanza el equilibrio

Cantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ n₁ n₂ 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₁ ndash x n₂ ndash x x x molse calcula que la cantidad finnal de gas es

nₑ = (n₁ ndash x) + (n₂ ndash x) + x + x = n₁ + n₂

igual que la que habiacutea inicialmente)Por tanto la cantidad de H₂S(g) que habiacutea inicialmente era

n₀(H₂S) = 0509 [mol total] ndash 0100 [mol CO₂] = 0409 mol H₂S

Representado en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada faseCantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ 0100 0409 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ 001000 molse deduce que se han formado 001000 mol de H₂O(g)

x = 001000 mol

Las cantidades de todos los gases en el equilibrio son

nₑ(CO₂) = 0100 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0090 mol CO₂ en el equilibrio

nₑ(H₂S) = 0409 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0399 mol H₂S en el equilibrio

nₑ(COS) = 001000 [mol formados] = 001000 mol COS en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO S]e[H2 S]emiddot [CO2]e

=

001000 mol H2 O

255 dm3

001000 mol CO S

255 dm3

0399 mol H2 S

255 dm3

0090 mol CO2

255 dm3

=28middot10minus3

Como uno de los factores (0090 mol CO₂) tiene solo dos cifras signifincativas la constante solo puede tener dos cifras signifincativasLa relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O) middot p e(CO S)pe(H2 S)middot p e(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middotTV

middotne(COS)middot R middotT

Vne(H2 S)middot R middotT

Vmiddotne(CO2)middot R middotT

V

=[H2O ]e middot [CO S]e[H2 S]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 28middot10⁻sup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 3: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 3

Cantidad 4 HCl O₂ 2 Cl₂ 2 H₂O

en el equilibrio nₑ 0900 ndash 0800 = 0100 120 ndash 0200 = 100 0400 0400 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(HCl) = 0100 mol nₑ(O₂) = 100 mol nₑ(Cl₂) = nₑ(H₂O) = 0400 mol

Las concentraciones seraacuten

[HCl ]=n e(HCl)

V=0 100 mol HCl

10 0 dm3 =001000 mol dm3

[O2]=ne(O2)

V=

100 mol O2

100 dm3 =0100 mol dm3

[Cl2]=[H2 O]=ne(Cl2)

V=0 400 mol

10 0 dm3 =004000 mol dm3

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Cl2]e

2[H2O ]e2

[HCl ]e4[O2]e

= 0040002middot0 040002

0010004 middot0 001000=256middot103 (concentraciones en moldmsup3)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (HCl)=n(HCl )middot R middot TV T

=0 100 molmiddot0082 atmmiddot dm3 middotmolminus1 middotKminus1 middot663 K

100 dm3=0544 atm

p (O2)=n(O2)middot R middotT

V T

=1 00 molmiddot0 082 atm middotdm3middot molminus1middot Kminus1 middot663 K

100 dm3 =544 atm

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V T

=0 400 molmiddot0 082 atm middotdm3middot molminus1middot Kminus1 middot663 K

10 0 dm3 =218 atm

p(H₂O) = p(Cl₂) = 218 atm

K p=pe

2(Cl2)middot p e2(H2 O)

p e4(HCl)middot pe(O2)

= 2 182middot 2182

0 5444 middot5 44=470 (presiones en atm)

3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calculaa) La concentracioacuten de cada especie en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura

(ABAU Jun 17)Rta a) [CO₂] = 045 moldmsup3 [H₂] = 020 moldmsup3 [CO] = [H₂O] = 060 moldmsup3 b) K = K = 40

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 1800 degC = 2073 K

Cantidad inicial de CO₂ n₀(CO₂) = 210 mol CO₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 160 mol H₂

Cantidad de CO₂ en el equilibrio nₑ(CO₂) = 0900 mol CO₂

Inoacutegnitas

Cantidad (moles) de cada componente en el equilibrio nₑ(H₂) nₑ(CO) nₑ(H₂O)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 4

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K Kₚ

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Si quedan 0900 mol de los 210 mol que habiacutea inicialmente es que reaccionaron

n(CO₂) = 210 ndash 0900 = 120 mol CO₂ que reaccionaron

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)

Reaccionaron 120 mol de H₂ y se formaron los mismos de CO y H₂ORepresentamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad CO₂ H₂ H₂O

CO inicial n₀ 210 160 00 00 mol

que reacciona o se forma n 120 120 120 120 mol

en el equilibrio nₑ 090 040 120 120 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(CO₂) = 090 mol nₑ(H₂) = 040 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 120 mol

Las concentraciones seraacuten

[CO2]=n e(CO2)

V=

090 mol CO2

200 dm3 =045 mol dm3

[H2]=ne(H2)

V=

040 mol H2

200 dm3 =020 mol dm3

[CO]=[H2 O]=ne(H2 O)

V= 120 mol

200 dm3=060 mol dm3

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=

120 mol H2 O

200 dm3

120 mol CO

200 dm3

090 mol CO2

200 dm3

040 mol CO2

200 dm3

=40

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O)middot pe(CO)pe(H2)middot pe(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

Vne(H2)middot R middot T

Vmiddotne(CO2)middot R middot T

V

=[H2 O]emiddot [CO]e[H2]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 40

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 5

4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)se analiza la mezcla de gases encontraacutendose 035 moles de CO₂a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibriob) Calcula el valor de K a esa temperatura

(PAU Jun 08)Rta a) nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol b) K = 15

Datos Cifras significativas 2

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 1250 degC = 1523 K

Cantidad inicial de CO₂ n₀(CO₂) = 061 mol CO₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 039 mol H₂

Cantidad de CO₂ en el equilibrio nₑ(CO₂) = 035 mol CO₂

Inoacutegnitas

Cantidad (moles) de cada componente en el equilibrio nₑ(H₂) nₑ(CO) nₑ(H₂O)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 035 mol de los 061 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(CO₂) = 061 ndash 035 = 026 mol CO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)

han reaccionado 026 mol de H₂ y se han formado los mismos de CO y H₂ORepresentamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad CO₂ H₂ H₂O CO

inicial n₀ 061 039 00 00 mol

que reacciona o se forma n 026 026 026 026 mol

en el equilibrio nₑ 035 013 026 026 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=

026 mol H2 O

10 dm3

026 mol CO

10 dm3

035 mol CO2

10 dm3

013 mol CO2

10 dm3

=15

5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC produ-cieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analizala mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 6

a) Los gramos de SO₃ que se formanb) El valor de la constante de equilibrio K

(PAU Sep 08)Rta a) m(SO₃) = 68 g b) K = 280

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 727 degC = 1000 K

Cantidad inicial de SO₂ n₀(SO₂) = 100 mol SO₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 100 mol O₂

Cantidad de SO₂ en el equilibrio nₑ(SO₂) = 0150 mol SO₂

Masa molar del trioacutexido de azufre M(SO₃) = 800 gmol

Inoacutegnitas

Masa de SO₃ que se forma mₑ(SO₃)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 015 mol del 100 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(SO₂) = 100 ndash 015 = 085 mol SO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

2 SO₂(g) + O₂(g) SO₃(g)

han reaccionado 085 2 = 043 mol de O₂ y se han formado 085 mol SO₃Representamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad 2 SO₂ O₂ 2 SO₃

inicial n₀ 100 100 000 mol

que reacciona o se forma n 085 043 rarr 085 mol

en el equilibrio nₑ 015 057 085 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(SO₂) = 015 mol nₑ(O₂) = 057 mol nₑ(SO₃) = 085 mol

y la masa de SO₃ seraacute

mₑ(SO₃) = 085 mol middot 80 gmol = 68 g SO₃ en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[SO3]e

2

[O2]emiddot [SO2]e2=

(085 mol SO3

50 dm3 )2

057 mol O2

50 dm3 (015 mol SO2

50 dm3 )2=280

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 7

6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrioNOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calculaa) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 15)Rta a) K = 0035 b) p = 74 kPa p(NOCl) = 39 kPa p(Cl₂) = 20 kPa p(NO) = 15 kPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 30 degC = 303 K

Cantidad inicial de NOCl n₀(NOCl) = 004300 mol NOCl

Cantidad inicial de Cl₂ n₀(Cl₂) = 001000 mol Cl₂

Cantidad de NOCl en el equilibrio nₑ(NOCl) = 003100 mol NOCl

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Presioacuten total en el equilibrio p

Presiones parciales de cada gas en el equilibrio p(NOCl) p(Cl₂) p(NO)

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sump

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D Kc=[C]e

c[D ]ed

[A ]ea [B]e

b

Soluioacuten

a) Se calcula la cantidad de NOCl que ha reaccionado

n = nₑ ndash n₀ = 003100 ndash 004300 = -001200 mol NOCl

y se construye una tabla para calcular las cantidades de productos y reactivos en el equilibrio a partir de la estequiometriacutea de la reaccioacuten

NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g)

NOCl frac12 Cl₂ NO

Cantidad inicial n₀ 004300 001000 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001200 rarr 001200 2 = 0006000 001200 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 003100 001600 001200 mol

Se calcula la constante de equilibrio

K c=[NO]e middot[Cl2 ]e

1 2

[NOCl]e=

0012002

middotradic 0016002

0031002

=003406 (concentraciones en moldmsup3)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 8

b) Se calculan las presiones parciales de cada gas a partir de las cantidades en el equilibrio Suponiendo comportamiento ideal para los gases

p (NOCl)=n (NOCl)middot R middot TV

=003100 molmiddot831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot303 K

200 middot10minus3 m3=391 middot104 Pa=391 kPa

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V=001600 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot303 K

200middot10minus3 m3=202middot104 Pa=202 kPa

p (NO)=n (NO)middot R middotTV

= 001200 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot303 K

200middot10minus3 m3=151middot104 Pa=151 kPa

Se calcula la presioacuten total por la ley de Dalton

p = p(NOCl) + p(Cl₂) + p(NO) = 391 [kPa] + 202 [kPa] + 151 [kPa] = 744 kPa

7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se in-troducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calculaa) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibriob) El valor de K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 12)Rta a) nₑ(CO₂) = 0090 mol nₑ(H₂S) = 0399 mol nₑ(COS) = 001000 mol b) K = K = 28middot10⁻sup3

Datos Cifras significativas 3

Masa inicial de CO₂ m₀(CO₂) = 440 g

Gas Volumen V = 255 dmsup3 = 255middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 337 degC = 610 K

Presioacuten p₀ = 10 atm = 101301middot10⁶ Pa

Cantidad de agua en el equilibrio nₑ(H₂O) = 001000 mol H₂O

Constante de los gases ideales R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del dioacutexido de carbono M(CO₂) = 440 gmol

Inoacutegnitas

Cantidades de todas las especies en el equilibrio nₑ(CO₂) nₑ(H₂S) nₑ(COS)

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) La cantidad inicial de CO₂ es

n0(CO2)=440 g CO2 middot1 mol CO2

440 g CO2

=0100 mol CO2

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 9

Una vez alcanzado el equilibrio la cantidad total de gas (supuesto comportamiento ideal) es

ne t=p middotVR middot T

= 1013 middot106 Pamiddot255 middot10minus3 m3

831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1middot 610 K=0509 mol total

De la ecuacioacuten quiacutemica

CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g)

se deduce que la cantidad total de gas no variacutea con el progreso de la reaccioacuten(Una forma de verlo es suponer que inicialmente hay n₁ moles de CO₂(g) y n₂ moles de H₂S(g) Llamando x a la cantidad de CO₂(g) que reacciona hasta que se alcanza el equilibrio

Cantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ n₁ n₂ 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₁ ndash x n₂ ndash x x x molse calcula que la cantidad finnal de gas es

nₑ = (n₁ ndash x) + (n₂ ndash x) + x + x = n₁ + n₂

igual que la que habiacutea inicialmente)Por tanto la cantidad de H₂S(g) que habiacutea inicialmente era

n₀(H₂S) = 0509 [mol total] ndash 0100 [mol CO₂] = 0409 mol H₂S

Representado en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada faseCantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ 0100 0409 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ 001000 molse deduce que se han formado 001000 mol de H₂O(g)

x = 001000 mol

Las cantidades de todos los gases en el equilibrio son

nₑ(CO₂) = 0100 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0090 mol CO₂ en el equilibrio

nₑ(H₂S) = 0409 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0399 mol H₂S en el equilibrio

nₑ(COS) = 001000 [mol formados] = 001000 mol COS en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO S]e[H2 S]emiddot [CO2]e

=

001000 mol H2 O

255 dm3

001000 mol CO S

255 dm3

0399 mol H2 S

255 dm3

0090 mol CO2

255 dm3

=28middot10minus3

Como uno de los factores (0090 mol CO₂) tiene solo dos cifras signifincativas la constante solo puede tener dos cifras signifincativasLa relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O) middot p e(CO S)pe(H2 S)middot p e(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middotTV

middotne(COS)middot R middotT

Vne(H2 S)middot R middotT

Vmiddotne(CO2)middot R middotT

V

=[H2O ]e middot [CO S]e[H2 S]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 28middot10⁻sup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 4: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 4

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K Kₚ

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Si quedan 0900 mol de los 210 mol que habiacutea inicialmente es que reaccionaron

n(CO₂) = 210 ndash 0900 = 120 mol CO₂ que reaccionaron

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)

Reaccionaron 120 mol de H₂ y se formaron los mismos de CO y H₂ORepresentamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad CO₂ H₂ H₂O

CO inicial n₀ 210 160 00 00 mol

que reacciona o se forma n 120 120 120 120 mol

en el equilibrio nₑ 090 040 120 120 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(CO₂) = 090 mol nₑ(H₂) = 040 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 120 mol

Las concentraciones seraacuten

[CO2]=n e(CO2)

V=

090 mol CO2

200 dm3 =045 mol dm3

[H2]=ne(H2)

V=

040 mol H2

200 dm3 =020 mol dm3

[CO]=[H2 O]=ne(H2 O)

V= 120 mol

200 dm3=060 mol dm3

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=

120 mol H2 O

200 dm3

120 mol CO

200 dm3

090 mol CO2

200 dm3

040 mol CO2

200 dm3

=40

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O)middot pe(CO)pe(H2)middot pe(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

Vne(H2)middot R middot T

Vmiddotne(CO2)middot R middot T

V

=[H2 O]emiddot [CO]e[H2]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 40

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 5

4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)se analiza la mezcla de gases encontraacutendose 035 moles de CO₂a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibriob) Calcula el valor de K a esa temperatura

(PAU Jun 08)Rta a) nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol b) K = 15

Datos Cifras significativas 2

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 1250 degC = 1523 K

Cantidad inicial de CO₂ n₀(CO₂) = 061 mol CO₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 039 mol H₂

Cantidad de CO₂ en el equilibrio nₑ(CO₂) = 035 mol CO₂

Inoacutegnitas

Cantidad (moles) de cada componente en el equilibrio nₑ(H₂) nₑ(CO) nₑ(H₂O)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 035 mol de los 061 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(CO₂) = 061 ndash 035 = 026 mol CO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)

han reaccionado 026 mol de H₂ y se han formado los mismos de CO y H₂ORepresentamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad CO₂ H₂ H₂O CO

inicial n₀ 061 039 00 00 mol

que reacciona o se forma n 026 026 026 026 mol

en el equilibrio nₑ 035 013 026 026 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=

026 mol H2 O

10 dm3

026 mol CO

10 dm3

035 mol CO2

10 dm3

013 mol CO2

10 dm3

=15

5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC produ-cieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analizala mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 6

a) Los gramos de SO₃ que se formanb) El valor de la constante de equilibrio K

(PAU Sep 08)Rta a) m(SO₃) = 68 g b) K = 280

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 727 degC = 1000 K

Cantidad inicial de SO₂ n₀(SO₂) = 100 mol SO₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 100 mol O₂

Cantidad de SO₂ en el equilibrio nₑ(SO₂) = 0150 mol SO₂

Masa molar del trioacutexido de azufre M(SO₃) = 800 gmol

Inoacutegnitas

Masa de SO₃ que se forma mₑ(SO₃)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 015 mol del 100 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(SO₂) = 100 ndash 015 = 085 mol SO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

2 SO₂(g) + O₂(g) SO₃(g)

han reaccionado 085 2 = 043 mol de O₂ y se han formado 085 mol SO₃Representamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad 2 SO₂ O₂ 2 SO₃

inicial n₀ 100 100 000 mol

que reacciona o se forma n 085 043 rarr 085 mol

en el equilibrio nₑ 015 057 085 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(SO₂) = 015 mol nₑ(O₂) = 057 mol nₑ(SO₃) = 085 mol

y la masa de SO₃ seraacute

mₑ(SO₃) = 085 mol middot 80 gmol = 68 g SO₃ en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[SO3]e

2

[O2]emiddot [SO2]e2=

(085 mol SO3

50 dm3 )2

057 mol O2

50 dm3 (015 mol SO2

50 dm3 )2=280

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 7

6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrioNOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calculaa) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 15)Rta a) K = 0035 b) p = 74 kPa p(NOCl) = 39 kPa p(Cl₂) = 20 kPa p(NO) = 15 kPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 30 degC = 303 K

Cantidad inicial de NOCl n₀(NOCl) = 004300 mol NOCl

Cantidad inicial de Cl₂ n₀(Cl₂) = 001000 mol Cl₂

Cantidad de NOCl en el equilibrio nₑ(NOCl) = 003100 mol NOCl

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Presioacuten total en el equilibrio p

Presiones parciales de cada gas en el equilibrio p(NOCl) p(Cl₂) p(NO)

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sump

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D Kc=[C]e

c[D ]ed

[A ]ea [B]e

b

Soluioacuten

a) Se calcula la cantidad de NOCl que ha reaccionado

n = nₑ ndash n₀ = 003100 ndash 004300 = -001200 mol NOCl

y se construye una tabla para calcular las cantidades de productos y reactivos en el equilibrio a partir de la estequiometriacutea de la reaccioacuten

NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g)

NOCl frac12 Cl₂ NO

Cantidad inicial n₀ 004300 001000 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001200 rarr 001200 2 = 0006000 001200 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 003100 001600 001200 mol

Se calcula la constante de equilibrio

K c=[NO]e middot[Cl2 ]e

1 2

[NOCl]e=

0012002

middotradic 0016002

0031002

=003406 (concentraciones en moldmsup3)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 8

b) Se calculan las presiones parciales de cada gas a partir de las cantidades en el equilibrio Suponiendo comportamiento ideal para los gases

p (NOCl)=n (NOCl)middot R middot TV

=003100 molmiddot831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot303 K

200 middot10minus3 m3=391 middot104 Pa=391 kPa

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V=001600 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot303 K

200middot10minus3 m3=202middot104 Pa=202 kPa

p (NO)=n (NO)middot R middotTV

= 001200 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot303 K

200middot10minus3 m3=151middot104 Pa=151 kPa

Se calcula la presioacuten total por la ley de Dalton

p = p(NOCl) + p(Cl₂) + p(NO) = 391 [kPa] + 202 [kPa] + 151 [kPa] = 744 kPa

7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se in-troducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calculaa) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibriob) El valor de K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 12)Rta a) nₑ(CO₂) = 0090 mol nₑ(H₂S) = 0399 mol nₑ(COS) = 001000 mol b) K = K = 28middot10⁻sup3

Datos Cifras significativas 3

Masa inicial de CO₂ m₀(CO₂) = 440 g

Gas Volumen V = 255 dmsup3 = 255middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 337 degC = 610 K

Presioacuten p₀ = 10 atm = 101301middot10⁶ Pa

Cantidad de agua en el equilibrio nₑ(H₂O) = 001000 mol H₂O

Constante de los gases ideales R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del dioacutexido de carbono M(CO₂) = 440 gmol

Inoacutegnitas

Cantidades de todas las especies en el equilibrio nₑ(CO₂) nₑ(H₂S) nₑ(COS)

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) La cantidad inicial de CO₂ es

n0(CO2)=440 g CO2 middot1 mol CO2

440 g CO2

=0100 mol CO2

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 9

Una vez alcanzado el equilibrio la cantidad total de gas (supuesto comportamiento ideal) es

ne t=p middotVR middot T

= 1013 middot106 Pamiddot255 middot10minus3 m3

831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1middot 610 K=0509 mol total

De la ecuacioacuten quiacutemica

CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g)

se deduce que la cantidad total de gas no variacutea con el progreso de la reaccioacuten(Una forma de verlo es suponer que inicialmente hay n₁ moles de CO₂(g) y n₂ moles de H₂S(g) Llamando x a la cantidad de CO₂(g) que reacciona hasta que se alcanza el equilibrio

Cantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ n₁ n₂ 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₁ ndash x n₂ ndash x x x molse calcula que la cantidad finnal de gas es

nₑ = (n₁ ndash x) + (n₂ ndash x) + x + x = n₁ + n₂

igual que la que habiacutea inicialmente)Por tanto la cantidad de H₂S(g) que habiacutea inicialmente era

n₀(H₂S) = 0509 [mol total] ndash 0100 [mol CO₂] = 0409 mol H₂S

Representado en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada faseCantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ 0100 0409 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ 001000 molse deduce que se han formado 001000 mol de H₂O(g)

x = 001000 mol

Las cantidades de todos los gases en el equilibrio son

nₑ(CO₂) = 0100 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0090 mol CO₂ en el equilibrio

nₑ(H₂S) = 0409 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0399 mol H₂S en el equilibrio

nₑ(COS) = 001000 [mol formados] = 001000 mol COS en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO S]e[H2 S]emiddot [CO2]e

=

001000 mol H2 O

255 dm3

001000 mol CO S

255 dm3

0399 mol H2 S

255 dm3

0090 mol CO2

255 dm3

=28middot10minus3

Como uno de los factores (0090 mol CO₂) tiene solo dos cifras signifincativas la constante solo puede tener dos cifras signifincativasLa relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O) middot p e(CO S)pe(H2 S)middot p e(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middotTV

middotne(COS)middot R middotT

Vne(H2 S)middot R middotT

Vmiddotne(CO2)middot R middotT

V

=[H2O ]e middot [CO S]e[H2 S]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 28middot10⁻sup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 5: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 5

4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)se analiza la mezcla de gases encontraacutendose 035 moles de CO₂a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibriob) Calcula el valor de K a esa temperatura

(PAU Jun 08)Rta a) nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol b) K = 15

Datos Cifras significativas 2

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 1250 degC = 1523 K

Cantidad inicial de CO₂ n₀(CO₂) = 061 mol CO₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 039 mol H₂

Cantidad de CO₂ en el equilibrio nₑ(CO₂) = 035 mol CO₂

Inoacutegnitas

Cantidad (moles) de cada componente en el equilibrio nₑ(H₂) nₑ(CO) nₑ(H₂O)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 035 mol de los 061 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(CO₂) = 061 ndash 035 = 026 mol CO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)

han reaccionado 026 mol de H₂ y se han formado los mismos de CO y H₂ORepresentamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad CO₂ H₂ H₂O CO

inicial n₀ 061 039 00 00 mol

que reacciona o se forma n 026 026 026 026 mol

en el equilibrio nₑ 035 013 026 026 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(CO₂) = 035 mol nₑ(H₂) = 013 mol nₑ(CO) = nₑ(H₂O) = 026 mol

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=

026 mol H2 O

10 dm3

026 mol CO

10 dm3

035 mol CO2

10 dm3

013 mol CO2

10 dm3

=15

5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC produ-cieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analizala mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 6

a) Los gramos de SO₃ que se formanb) El valor de la constante de equilibrio K

(PAU Sep 08)Rta a) m(SO₃) = 68 g b) K = 280

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 727 degC = 1000 K

Cantidad inicial de SO₂ n₀(SO₂) = 100 mol SO₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 100 mol O₂

Cantidad de SO₂ en el equilibrio nₑ(SO₂) = 0150 mol SO₂

Masa molar del trioacutexido de azufre M(SO₃) = 800 gmol

Inoacutegnitas

Masa de SO₃ que se forma mₑ(SO₃)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 015 mol del 100 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(SO₂) = 100 ndash 015 = 085 mol SO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

2 SO₂(g) + O₂(g) SO₃(g)

han reaccionado 085 2 = 043 mol de O₂ y se han formado 085 mol SO₃Representamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad 2 SO₂ O₂ 2 SO₃

inicial n₀ 100 100 000 mol

que reacciona o se forma n 085 043 rarr 085 mol

en el equilibrio nₑ 015 057 085 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(SO₂) = 015 mol nₑ(O₂) = 057 mol nₑ(SO₃) = 085 mol

y la masa de SO₃ seraacute

mₑ(SO₃) = 085 mol middot 80 gmol = 68 g SO₃ en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[SO3]e

2

[O2]emiddot [SO2]e2=

(085 mol SO3

50 dm3 )2

057 mol O2

50 dm3 (015 mol SO2

50 dm3 )2=280

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 7

6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrioNOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calculaa) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 15)Rta a) K = 0035 b) p = 74 kPa p(NOCl) = 39 kPa p(Cl₂) = 20 kPa p(NO) = 15 kPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 30 degC = 303 K

Cantidad inicial de NOCl n₀(NOCl) = 004300 mol NOCl

Cantidad inicial de Cl₂ n₀(Cl₂) = 001000 mol Cl₂

Cantidad de NOCl en el equilibrio nₑ(NOCl) = 003100 mol NOCl

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Presioacuten total en el equilibrio p

Presiones parciales de cada gas en el equilibrio p(NOCl) p(Cl₂) p(NO)

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sump

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D Kc=[C]e

c[D ]ed

[A ]ea [B]e

b

Soluioacuten

a) Se calcula la cantidad de NOCl que ha reaccionado

n = nₑ ndash n₀ = 003100 ndash 004300 = -001200 mol NOCl

y se construye una tabla para calcular las cantidades de productos y reactivos en el equilibrio a partir de la estequiometriacutea de la reaccioacuten

NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g)

NOCl frac12 Cl₂ NO

Cantidad inicial n₀ 004300 001000 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001200 rarr 001200 2 = 0006000 001200 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 003100 001600 001200 mol

Se calcula la constante de equilibrio

K c=[NO]e middot[Cl2 ]e

1 2

[NOCl]e=

0012002

middotradic 0016002

0031002

=003406 (concentraciones en moldmsup3)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 8

b) Se calculan las presiones parciales de cada gas a partir de las cantidades en el equilibrio Suponiendo comportamiento ideal para los gases

p (NOCl)=n (NOCl)middot R middot TV

=003100 molmiddot831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot303 K

200 middot10minus3 m3=391 middot104 Pa=391 kPa

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V=001600 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot303 K

200middot10minus3 m3=202middot104 Pa=202 kPa

p (NO)=n (NO)middot R middotTV

= 001200 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot303 K

200middot10minus3 m3=151middot104 Pa=151 kPa

Se calcula la presioacuten total por la ley de Dalton

p = p(NOCl) + p(Cl₂) + p(NO) = 391 [kPa] + 202 [kPa] + 151 [kPa] = 744 kPa

7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se in-troducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calculaa) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibriob) El valor de K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 12)Rta a) nₑ(CO₂) = 0090 mol nₑ(H₂S) = 0399 mol nₑ(COS) = 001000 mol b) K = K = 28middot10⁻sup3

Datos Cifras significativas 3

Masa inicial de CO₂ m₀(CO₂) = 440 g

Gas Volumen V = 255 dmsup3 = 255middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 337 degC = 610 K

Presioacuten p₀ = 10 atm = 101301middot10⁶ Pa

Cantidad de agua en el equilibrio nₑ(H₂O) = 001000 mol H₂O

Constante de los gases ideales R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del dioacutexido de carbono M(CO₂) = 440 gmol

Inoacutegnitas

Cantidades de todas las especies en el equilibrio nₑ(CO₂) nₑ(H₂S) nₑ(COS)

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) La cantidad inicial de CO₂ es

n0(CO2)=440 g CO2 middot1 mol CO2

440 g CO2

=0100 mol CO2

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 9

Una vez alcanzado el equilibrio la cantidad total de gas (supuesto comportamiento ideal) es

ne t=p middotVR middot T

= 1013 middot106 Pamiddot255 middot10minus3 m3

831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1middot 610 K=0509 mol total

De la ecuacioacuten quiacutemica

CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g)

se deduce que la cantidad total de gas no variacutea con el progreso de la reaccioacuten(Una forma de verlo es suponer que inicialmente hay n₁ moles de CO₂(g) y n₂ moles de H₂S(g) Llamando x a la cantidad de CO₂(g) que reacciona hasta que se alcanza el equilibrio

Cantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ n₁ n₂ 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₁ ndash x n₂ ndash x x x molse calcula que la cantidad finnal de gas es

nₑ = (n₁ ndash x) + (n₂ ndash x) + x + x = n₁ + n₂

igual que la que habiacutea inicialmente)Por tanto la cantidad de H₂S(g) que habiacutea inicialmente era

n₀(H₂S) = 0509 [mol total] ndash 0100 [mol CO₂] = 0409 mol H₂S

Representado en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada faseCantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ 0100 0409 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ 001000 molse deduce que se han formado 001000 mol de H₂O(g)

x = 001000 mol

Las cantidades de todos los gases en el equilibrio son

nₑ(CO₂) = 0100 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0090 mol CO₂ en el equilibrio

nₑ(H₂S) = 0409 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0399 mol H₂S en el equilibrio

nₑ(COS) = 001000 [mol formados] = 001000 mol COS en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO S]e[H2 S]emiddot [CO2]e

=

001000 mol H2 O

255 dm3

001000 mol CO S

255 dm3

0399 mol H2 S

255 dm3

0090 mol CO2

255 dm3

=28middot10minus3

Como uno de los factores (0090 mol CO₂) tiene solo dos cifras signifincativas la constante solo puede tener dos cifras signifincativasLa relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O) middot p e(CO S)pe(H2 S)middot p e(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middotTV

middotne(COS)middot R middotT

Vne(H2 S)middot R middotT

Vmiddotne(CO2)middot R middotT

V

=[H2O ]e middot [CO S]e[H2 S]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 28middot10⁻sup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 6: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 6

a) Los gramos de SO₃ que se formanb) El valor de la constante de equilibrio K

(PAU Sep 08)Rta a) m(SO₃) = 68 g b) K = 280

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 727 degC = 1000 K

Cantidad inicial de SO₂ n₀(SO₂) = 100 mol SO₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 100 mol O₂

Cantidad de SO₂ en el equilibrio nₑ(SO₂) = 0150 mol SO₂

Masa molar del trioacutexido de azufre M(SO₃) = 800 gmol

Inoacutegnitas

Masa de SO₃ que se forma mₑ(SO₃)

Constante de equilibrio K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Si quedan 015 mol del 100 mol que habiacutea inicialmente es que han reaccionado

n(SO₂) = 100 ndash 015 = 085 mol SO₂ que han reaccionado

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

2 SO₂(g) + O₂(g) SO₃(g)

han reaccionado 085 2 = 043 mol de O₂ y se han formado 085 mol SO₃Representamos en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada fase

Cantidad 2 SO₂ O₂ 2 SO₃

inicial n₀ 100 100 000 mol

que reacciona o se forma n 085 043 rarr 085 mol

en el equilibrio nₑ 015 057 085 molEn el equilibrio habraacute

nₑ(SO₂) = 015 mol nₑ(O₂) = 057 mol nₑ(SO₃) = 085 mol

y la masa de SO₃ seraacute

mₑ(SO₃) = 085 mol middot 80 gmol = 68 g SO₃ en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[SO3]e

2

[O2]emiddot [SO2]e2=

(085 mol SO3

50 dm3 )2

057 mol O2

50 dm3 (015 mol SO2

50 dm3 )2=280

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 7

6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrioNOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calculaa) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 15)Rta a) K = 0035 b) p = 74 kPa p(NOCl) = 39 kPa p(Cl₂) = 20 kPa p(NO) = 15 kPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 30 degC = 303 K

Cantidad inicial de NOCl n₀(NOCl) = 004300 mol NOCl

Cantidad inicial de Cl₂ n₀(Cl₂) = 001000 mol Cl₂

Cantidad de NOCl en el equilibrio nₑ(NOCl) = 003100 mol NOCl

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Presioacuten total en el equilibrio p

Presiones parciales de cada gas en el equilibrio p(NOCl) p(Cl₂) p(NO)

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sump

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D Kc=[C]e

c[D ]ed

[A ]ea [B]e

b

Soluioacuten

a) Se calcula la cantidad de NOCl que ha reaccionado

n = nₑ ndash n₀ = 003100 ndash 004300 = -001200 mol NOCl

y se construye una tabla para calcular las cantidades de productos y reactivos en el equilibrio a partir de la estequiometriacutea de la reaccioacuten

NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g)

NOCl frac12 Cl₂ NO

Cantidad inicial n₀ 004300 001000 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001200 rarr 001200 2 = 0006000 001200 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 003100 001600 001200 mol

Se calcula la constante de equilibrio

K c=[NO]e middot[Cl2 ]e

1 2

[NOCl]e=

0012002

middotradic 0016002

0031002

=003406 (concentraciones en moldmsup3)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 8

b) Se calculan las presiones parciales de cada gas a partir de las cantidades en el equilibrio Suponiendo comportamiento ideal para los gases

p (NOCl)=n (NOCl)middot R middot TV

=003100 molmiddot831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot303 K

200 middot10minus3 m3=391 middot104 Pa=391 kPa

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V=001600 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot303 K

200middot10minus3 m3=202middot104 Pa=202 kPa

p (NO)=n (NO)middot R middotTV

= 001200 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot303 K

200middot10minus3 m3=151middot104 Pa=151 kPa

Se calcula la presioacuten total por la ley de Dalton

p = p(NOCl) + p(Cl₂) + p(NO) = 391 [kPa] + 202 [kPa] + 151 [kPa] = 744 kPa

7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se in-troducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calculaa) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibriob) El valor de K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 12)Rta a) nₑ(CO₂) = 0090 mol nₑ(H₂S) = 0399 mol nₑ(COS) = 001000 mol b) K = K = 28middot10⁻sup3

Datos Cifras significativas 3

Masa inicial de CO₂ m₀(CO₂) = 440 g

Gas Volumen V = 255 dmsup3 = 255middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 337 degC = 610 K

Presioacuten p₀ = 10 atm = 101301middot10⁶ Pa

Cantidad de agua en el equilibrio nₑ(H₂O) = 001000 mol H₂O

Constante de los gases ideales R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del dioacutexido de carbono M(CO₂) = 440 gmol

Inoacutegnitas

Cantidades de todas las especies en el equilibrio nₑ(CO₂) nₑ(H₂S) nₑ(COS)

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) La cantidad inicial de CO₂ es

n0(CO2)=440 g CO2 middot1 mol CO2

440 g CO2

=0100 mol CO2

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 9

Una vez alcanzado el equilibrio la cantidad total de gas (supuesto comportamiento ideal) es

ne t=p middotVR middot T

= 1013 middot106 Pamiddot255 middot10minus3 m3

831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1middot 610 K=0509 mol total

De la ecuacioacuten quiacutemica

CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g)

se deduce que la cantidad total de gas no variacutea con el progreso de la reaccioacuten(Una forma de verlo es suponer que inicialmente hay n₁ moles de CO₂(g) y n₂ moles de H₂S(g) Llamando x a la cantidad de CO₂(g) que reacciona hasta que se alcanza el equilibrio

Cantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ n₁ n₂ 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₁ ndash x n₂ ndash x x x molse calcula que la cantidad finnal de gas es

nₑ = (n₁ ndash x) + (n₂ ndash x) + x + x = n₁ + n₂

igual que la que habiacutea inicialmente)Por tanto la cantidad de H₂S(g) que habiacutea inicialmente era

n₀(H₂S) = 0509 [mol total] ndash 0100 [mol CO₂] = 0409 mol H₂S

Representado en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada faseCantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ 0100 0409 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ 001000 molse deduce que se han formado 001000 mol de H₂O(g)

x = 001000 mol

Las cantidades de todos los gases en el equilibrio son

nₑ(CO₂) = 0100 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0090 mol CO₂ en el equilibrio

nₑ(H₂S) = 0409 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0399 mol H₂S en el equilibrio

nₑ(COS) = 001000 [mol formados] = 001000 mol COS en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO S]e[H2 S]emiddot [CO2]e

=

001000 mol H2 O

255 dm3

001000 mol CO S

255 dm3

0399 mol H2 S

255 dm3

0090 mol CO2

255 dm3

=28middot10minus3

Como uno de los factores (0090 mol CO₂) tiene solo dos cifras signifincativas la constante solo puede tener dos cifras signifincativasLa relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O) middot p e(CO S)pe(H2 S)middot p e(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middotTV

middotne(COS)middot R middotT

Vne(H2 S)middot R middotT

Vmiddotne(CO2)middot R middotT

V

=[H2O ]e middot [CO S]e[H2 S]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 28middot10⁻sup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 7: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 7

6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrioNOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calculaa) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 15)Rta a) K = 0035 b) p = 74 kPa p(NOCl) = 39 kPa p(Cl₂) = 20 kPa p(NO) = 15 kPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Temperatura T = 30 degC = 303 K

Cantidad inicial de NOCl n₀(NOCl) = 004300 mol NOCl

Cantidad inicial de Cl₂ n₀(Cl₂) = 001000 mol Cl₂

Cantidad de NOCl en el equilibrio nₑ(NOCl) = 003100 mol NOCl

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Presioacuten total en el equilibrio p

Presiones parciales de cada gas en el equilibrio p(NOCl) p(Cl₂) p(NO)

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot TV

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sump

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D Kc=[C]e

c[D ]ed

[A ]ea [B]e

b

Soluioacuten

a) Se calcula la cantidad de NOCl que ha reaccionado

n = nₑ ndash n₀ = 003100 ndash 004300 = -001200 mol NOCl

y se construye una tabla para calcular las cantidades de productos y reactivos en el equilibrio a partir de la estequiometriacutea de la reaccioacuten

NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g)

NOCl frac12 Cl₂ NO

Cantidad inicial n₀ 004300 001000 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001200 rarr 001200 2 = 0006000 001200 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 003100 001600 001200 mol

Se calcula la constante de equilibrio

K c=[NO]e middot[Cl2 ]e

1 2

[NOCl]e=

0012002

middotradic 0016002

0031002

=003406 (concentraciones en moldmsup3)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 8

b) Se calculan las presiones parciales de cada gas a partir de las cantidades en el equilibrio Suponiendo comportamiento ideal para los gases

p (NOCl)=n (NOCl)middot R middot TV

=003100 molmiddot831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot303 K

200 middot10minus3 m3=391 middot104 Pa=391 kPa

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V=001600 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot303 K

200middot10minus3 m3=202middot104 Pa=202 kPa

p (NO)=n (NO)middot R middotTV

= 001200 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot303 K

200middot10minus3 m3=151middot104 Pa=151 kPa

Se calcula la presioacuten total por la ley de Dalton

p = p(NOCl) + p(Cl₂) + p(NO) = 391 [kPa] + 202 [kPa] + 151 [kPa] = 744 kPa

7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se in-troducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calculaa) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibriob) El valor de K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 12)Rta a) nₑ(CO₂) = 0090 mol nₑ(H₂S) = 0399 mol nₑ(COS) = 001000 mol b) K = K = 28middot10⁻sup3

Datos Cifras significativas 3

Masa inicial de CO₂ m₀(CO₂) = 440 g

Gas Volumen V = 255 dmsup3 = 255middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 337 degC = 610 K

Presioacuten p₀ = 10 atm = 101301middot10⁶ Pa

Cantidad de agua en el equilibrio nₑ(H₂O) = 001000 mol H₂O

Constante de los gases ideales R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del dioacutexido de carbono M(CO₂) = 440 gmol

Inoacutegnitas

Cantidades de todas las especies en el equilibrio nₑ(CO₂) nₑ(H₂S) nₑ(COS)

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) La cantidad inicial de CO₂ es

n0(CO2)=440 g CO2 middot1 mol CO2

440 g CO2

=0100 mol CO2

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 9

Una vez alcanzado el equilibrio la cantidad total de gas (supuesto comportamiento ideal) es

ne t=p middotVR middot T

= 1013 middot106 Pamiddot255 middot10minus3 m3

831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1middot 610 K=0509 mol total

De la ecuacioacuten quiacutemica

CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g)

se deduce que la cantidad total de gas no variacutea con el progreso de la reaccioacuten(Una forma de verlo es suponer que inicialmente hay n₁ moles de CO₂(g) y n₂ moles de H₂S(g) Llamando x a la cantidad de CO₂(g) que reacciona hasta que se alcanza el equilibrio

Cantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ n₁ n₂ 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₁ ndash x n₂ ndash x x x molse calcula que la cantidad finnal de gas es

nₑ = (n₁ ndash x) + (n₂ ndash x) + x + x = n₁ + n₂

igual que la que habiacutea inicialmente)Por tanto la cantidad de H₂S(g) que habiacutea inicialmente era

n₀(H₂S) = 0509 [mol total] ndash 0100 [mol CO₂] = 0409 mol H₂S

Representado en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada faseCantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ 0100 0409 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ 001000 molse deduce que se han formado 001000 mol de H₂O(g)

x = 001000 mol

Las cantidades de todos los gases en el equilibrio son

nₑ(CO₂) = 0100 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0090 mol CO₂ en el equilibrio

nₑ(H₂S) = 0409 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0399 mol H₂S en el equilibrio

nₑ(COS) = 001000 [mol formados] = 001000 mol COS en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO S]e[H2 S]emiddot [CO2]e

=

001000 mol H2 O

255 dm3

001000 mol CO S

255 dm3

0399 mol H2 S

255 dm3

0090 mol CO2

255 dm3

=28middot10minus3

Como uno de los factores (0090 mol CO₂) tiene solo dos cifras signifincativas la constante solo puede tener dos cifras signifincativasLa relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O) middot p e(CO S)pe(H2 S)middot p e(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middotTV

middotne(COS)middot R middotT

Vne(H2 S)middot R middotT

Vmiddotne(CO2)middot R middotT

V

=[H2O ]e middot [CO S]e[H2 S]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 28middot10⁻sup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 8: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 8

b) Se calculan las presiones parciales de cada gas a partir de las cantidades en el equilibrio Suponiendo comportamiento ideal para los gases

p (NOCl)=n (NOCl)middot R middot TV

=003100 molmiddot831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot303 K

200 middot10minus3 m3=391 middot104 Pa=391 kPa

p (Cl2)=n (Cl2)middot R middot T

V=001600 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot303 K

200middot10minus3 m3=202middot104 Pa=202 kPa

p (NO)=n (NO)middot R middotTV

= 001200 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot303 K

200middot10minus3 m3=151middot104 Pa=151 kPa

Se calcula la presioacuten total por la ley de Dalton

p = p(NOCl) + p(Cl₂) + p(NO) = 391 [kPa] + 202 [kPa] + 151 [kPa] = 744 kPa

7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se in-troducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calculaa) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibriob) El valor de K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 12)Rta a) nₑ(CO₂) = 0090 mol nₑ(H₂S) = 0399 mol nₑ(COS) = 001000 mol b) K = K = 28middot10⁻sup3

Datos Cifras significativas 3

Masa inicial de CO₂ m₀(CO₂) = 440 g

Gas Volumen V = 255 dmsup3 = 255middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 337 degC = 610 K

Presioacuten p₀ = 10 atm = 101301middot10⁶ Pa

Cantidad de agua en el equilibrio nₑ(H₂O) = 001000 mol H₂O

Constante de los gases ideales R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del dioacutexido de carbono M(CO₂) = 440 gmol

Inoacutegnitas

Cantidades de todas las especies en el equilibrio nₑ(CO₂) nₑ(H₂S) nₑ(COS)

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) La cantidad inicial de CO₂ es

n0(CO2)=440 g CO2 middot1 mol CO2

440 g CO2

=0100 mol CO2

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 9

Una vez alcanzado el equilibrio la cantidad total de gas (supuesto comportamiento ideal) es

ne t=p middotVR middot T

= 1013 middot106 Pamiddot255 middot10minus3 m3

831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1middot 610 K=0509 mol total

De la ecuacioacuten quiacutemica

CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g)

se deduce que la cantidad total de gas no variacutea con el progreso de la reaccioacuten(Una forma de verlo es suponer que inicialmente hay n₁ moles de CO₂(g) y n₂ moles de H₂S(g) Llamando x a la cantidad de CO₂(g) que reacciona hasta que se alcanza el equilibrio

Cantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ n₁ n₂ 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₁ ndash x n₂ ndash x x x molse calcula que la cantidad finnal de gas es

nₑ = (n₁ ndash x) + (n₂ ndash x) + x + x = n₁ + n₂

igual que la que habiacutea inicialmente)Por tanto la cantidad de H₂S(g) que habiacutea inicialmente era

n₀(H₂S) = 0509 [mol total] ndash 0100 [mol CO₂] = 0409 mol H₂S

Representado en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada faseCantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ 0100 0409 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ 001000 molse deduce que se han formado 001000 mol de H₂O(g)

x = 001000 mol

Las cantidades de todos los gases en el equilibrio son

nₑ(CO₂) = 0100 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0090 mol CO₂ en el equilibrio

nₑ(H₂S) = 0409 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0399 mol H₂S en el equilibrio

nₑ(COS) = 001000 [mol formados] = 001000 mol COS en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO S]e[H2 S]emiddot [CO2]e

=

001000 mol H2 O

255 dm3

001000 mol CO S

255 dm3

0399 mol H2 S

255 dm3

0090 mol CO2

255 dm3

=28middot10minus3

Como uno de los factores (0090 mol CO₂) tiene solo dos cifras signifincativas la constante solo puede tener dos cifras signifincativasLa relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O) middot p e(CO S)pe(H2 S)middot p e(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middotTV

middotne(COS)middot R middotT

Vne(H2 S)middot R middotT

Vmiddotne(CO2)middot R middotT

V

=[H2O ]e middot [CO S]e[H2 S]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 28middot10⁻sup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 9: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 9

Una vez alcanzado el equilibrio la cantidad total de gas (supuesto comportamiento ideal) es

ne t=p middotVR middot T

= 1013 middot106 Pamiddot255 middot10minus3 m3

831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1middot 610 K=0509 mol total

De la ecuacioacuten quiacutemica

CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g)

se deduce que la cantidad total de gas no variacutea con el progreso de la reaccioacuten(Una forma de verlo es suponer que inicialmente hay n₁ moles de CO₂(g) y n₂ moles de H₂S(g) Llamando x a la cantidad de CO₂(g) que reacciona hasta que se alcanza el equilibrio

Cantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ n₁ n₂ 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₁ ndash x n₂ ndash x x x molse calcula que la cantidad finnal de gas es

nₑ = (n₁ ndash x) + (n₂ ndash x) + x + x = n₁ + n₂

igual que la que habiacutea inicialmente)Por tanto la cantidad de H₂S(g) que habiacutea inicialmente era

n₀(H₂S) = 0509 [mol total] ndash 0100 [mol CO₂] = 0409 mol H₂S

Representado en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas en cada faseCantidad CO₂ H₂S COS H₂O

inicial n₀ 0100 0409 000 000 mol

que reacciona o se forma n x x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ 001000 molse deduce que se han formado 001000 mol de H₂O(g)

x = 001000 mol

Las cantidades de todos los gases en el equilibrio son

nₑ(CO₂) = 0100 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0090 mol CO₂ en el equilibrio

nₑ(H₂S) = 0409 [mol iniciales] ndash 001000 [mol que reaccionan] = 0399 mol H₂S en el equilibrio

nₑ(COS) = 001000 [mol formados] = 001000 mol COS en el equilibrio

b) La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]emiddot [CO S]e[H2 S]emiddot [CO2]e

=

001000 mol H2 O

255 dm3

001000 mol CO S

255 dm3

0399 mol H2 S

255 dm3

0090 mol CO2

255 dm3

=28middot10minus3

Como uno de los factores (0090 mol CO₂) tiene solo dos cifras signifincativas la constante solo puede tener dos cifras signifincativasLa relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(H2 O) middot p e(CO S)pe(H2 S)middot p e(CO2)

=

ne(H2 O)middot R middotTV

middotne(COS)middot R middotT

Vne(H2 S)middot R middotT

Vmiddotne(CO2)middot R middotT

V

=[H2O ]e middot [CO S]e[H2 S]e middot [CO2]e

=K c

Por lo que

K = K = 28middot10⁻sup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

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Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 10: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 10

8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacute-geno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que sehan formado 0061 moles de amoniaco Calculaa) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibriob) K y K a la citada temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 16)Rta a) n(N₂) = 0356 mol n(H₂) = 0550 mol b) K = 006203 K = 145middot10⁻⁵

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 800 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0387 mol N₂

Cantidad inicial de H₂ n₀(H₂) = 0642 mol H₂

Cantidad de NH₃ en el equilibrio nₑ(NH₃) = 006100 mol NH₃

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio nₑ(N₂) nₑ(H₂)

Constante de equilibrio K K

Constante de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X que ha reaccionado n(X)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p=n middot R middot T

V

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c(C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten los moles de I₂ e H₂ que han reaccionado son

n(N₂) = 006100 [mol NH₃] middot 1 [mol N₂] 2 [mol NH₃] = 003005 mol N₂ que han reaccionado

n(H₂) = 006100 [mol NH₃] middot 3 [mol H₂] 2 [mol NH₃] = 009105 mol H₂ que han reaccionado

En el equilibrio quedaron

nₑ(N₂) = n₀(N₂) ndash n(N₂) = 0387 ndash 0031 = 0356 mol N₂ que quedaron en el equilibrio

nₑ(H₂) = n₀(H₂) ndash n(H₂) = 0642 ndash 0092 = 0550 mol H₂ que quedaron en el equilibrio

b)N₂ 3 H₂ 2 NH₃

Cantidad inicial n₀ 0387 0642 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0031 0092 rarr 006100 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0356 0550 006100 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0356 0550 006100 moldmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 11: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 11

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

0061002

0356 middot05503=006203 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(NH3)

pe(N2)middot pe3(H2)

=([NH3]e middot R middot T )2

[N2]e middotR middot T middot([H2]emiddot R middot T )3=

[NH3]e2

[N2]e middot [H2]e3

1

(R middot T )2=

K c

(R middot T )2

K p=006203

(008200 middot800)2=145 middot10minus5

(presiones en atm)

9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08a) Calcula K y Kb) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrioDatos R = 0082 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (ABAU Sep 17)Rta a) K = 512 K = 367 b) p(Br₂) = 57 atm p(Br) = 459 atm

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0500 dmsup3

Temperatura T = 600 degC = 873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 0200 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 0800

Constante de los gases ideales R = 008200 atmmiddotLmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constantes del equilibrio K y K K K

Presioacuten parciales ejercida por cada componente p(Br₂) p(Br)

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio la La + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot[D]ed

[A]ea middot[B]e

b K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 0800 middot 0200 [mol Br₂] = 0160 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio son

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 12: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 12

Br₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 0200 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 0160 rarr 0320 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0200 ndash 0160 = 0040 0320 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0040 0500 = 0080 0640 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(0640)2

0080=512 (concentraciones en moldmsup3)

Si consideramos comportamiento ideal para los gases podemos escribir

K p=pe

2(Br)pe(Br2)

=([Br]e middot R middot T )2

[Br2]e middot R middot T=

[Br]e2

[Br2]e=K c=middot R middot T=512 middot 008200 middot873=367 (presiones en atm)

b) La presioacuten parcial de cada uno de los gases supuesto comportamiento ideal es la que ejerceriacutea si se en-contrase solo en el recipiente

p (Br)=n(Br )middot R middot TV T

=0640 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1 middot873 K

0500 middot10minus3 m3=465middot106 Pa=459 atm

p (Br2)=n (Br2)middot R middot T

V T

=0080 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middot Kminus1 middot873 K

0500 middot 10minus3 m3 =58middot105 Pa=57 atm

10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equili-brio K de la reaccioacuten

(PAU Jun 14)Rta a) K = 625middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 0980 dmsup3

Temperatura T = 1873 K

Cantidad inicial de Br₂ n₀(Br₂) = 105 mol Br₂

Grado de disociacioacuten α = 120 = 001200

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de Br₂ que se ha disociado n(Br₂)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten p=n middot R middot TV

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 13: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 13

La ecuacioacuten de disociacioacuten quiacutemica del bromo es

Br₂(g) 2 Br(g)

Se han disociado

n(Br₂) = α middot n₀(Br₂) = 001200 middot 105 [mol Br₂] = 001206 mol Br₂ disociados

Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten las cantidades de bromo atoacutemico formado y en equilibrio sonBr₂ 2 Br

Cantidad inicial n₀ 105 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001206 rarr 002502 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 105 ndash 001 = 104 002502 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 104 0980 = 106 002507 moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Br]e

2

[Br2]e=(002507 )2

106=625middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

11 En un recipiente cerrado y vaco de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calculaa) El valor de K y de Kb) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 16)Rta K = 240 K = 366 b) m = 0700 g CO

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3 = 100middot10⁻sup2 msup3

Temperatura T = 525 degC = 798 K

Cantidad de CO inicial n₀(CO) = 004000 mol CO

Cantidad de Cl₂ inicial n₀(Cl₂) = 004000 mol Cl₂

Cantidad de Cl₂ que ha reaccionado n(Cl₂) = 375 middot n₀ = 001500 mol Cl₂

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar del monoacutexido de carbono M(CO) = 280 gmol

Inoacutegnitas

Constantes de equilibrio K K

Masa de CO en el equilibrio mₑ

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K p=

pec (C )middot pe

d (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D p=n middot R middot TV

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 14: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 14

a) La cantidad de Cl₂ que reacciona es el 375 de la cantidad inicial

n(Cl₂) = 375 middot n₀(Cl₂) = 0375 middot 004000 [mol]= 001500 mol Cl₂

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad CO Cl₂ COCl₂

inicial n₀ 004000 004000 0 mol

que reacciona o se forma n 001500 001500 rarr 001500 mol

en el equilibrio nₑ 002500 002500 001500 mol

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[COCl2]e

[Cl2]e middot[CO]e=

001500 mol CO Cl2

100 dm3

002500 mol Cl2

100 dm3

002500 mol CO

100 dm3

=240

La relacioacuten entre K y K para esta reaccioacuten es

K p=pe(COCl2)

pe(Cl2)middot pe(CO)=

n e(COCl2) middot R middot TV

n e(Cl2)middot R middot TV

middotn e(CO)middot R middot T

V

=[COCl2]e

[Cl2 S]emiddot [CO ]e1

R middotT=

K c

R middotT

La constante K vale

K p=240

0082middot798=366

b) La masa de CO en el equilibrio es

mₑ = 002500 mol CO middot 280 gmol = 0700 g CO

12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno iniciala) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 Kb) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperaturaDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 12)Rta a) [N₂] = 0182 moldmsup3 [O₂] = 0100 moldmsup3 [NO] = 000400 moldmsup3 b) K = K = 884middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 500 dmsup3

Temperatura T = 2200 K

Cantidad inicial de N₂ n₀(N₂) = 0920 mol N₂

Cantidad inicial de O₂ n₀(O₂) = 0510 mol O₂

Grado de reaccioacuten α = 001009

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones molares de todos los gases en el equilibrio n(N₂) n(O₂) n(NO)

Constantes de equilibrio K K

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 15: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 15

Otros siacutembolos

Cantidad de gas que ha reaccionado n

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K p=pe

c (C )middot ped (D)

pea(A)middot pe

b (B)

Grado de reaccioacuten α = n n₀

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b p=n middot R middot TV

Soluioacuten

a) Han reaccionado

n(N₂) = α middot n₀(N₂) = 001009 middot 0920 [mol N₂] = 001000 mol N₂

La reaccioacuten ajustada es

N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g)

De la estequiometriacutea de la reaccioacuten

n(O₂) = n(N₂) = 001000 mol O₂

n(NO) = 2 n(N₂) = 002000 mol NO

N₂ O₂ 2 NO

Cantidad inicial n₀ 0920 0510 0 mol

Cantidad que reacciona o se forma n 001000 001000 rarr 002000 mol

Cantidad en el equilibrio nₑ 0910 0500 002000 mol

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 0182 0100 0004000 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones

K c=[NO ]e

2

[N2]e middot [O2]e= 00040002

0182 middot0100=884middot10minus4 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones

K p=pe

2 (NO)pe(N2)middot pe(O2)

=([NO]e R middotT )2

[N2]e middot R middot T middot [O2]e middot R middot T=

[NO ]e2

[N2]e middot [O2]e=K c=884 middot 10minus4 (presiones en atm)

13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sis-tema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio qumico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calculaa) El valor de K a 29815 Kb) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3 middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 11)Rta a) K = 013 b) n₁ = 0025 mol NO₂ n₂ = 0057 mol N₂O₄

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 200 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 16: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 16

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 29815 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm = 1013 kPa

Presioacuten parcial del N₂O₄ en el equilibrio p(N₂O₄) = 0700 atm = 709 kPa

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K K

Cantidad de NO₂ y N₂O₄ n(NO₂) n(N₂O₄)

Euaiones

Ecuacioacuten de estado de los gases idealesp middot V = n middot R middot T rArr K c=

[C ]ec middot [D]e

d

[A]ea middot[B]e

b

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[HI]e

2

[I2]e middot[H2]e

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones (en atm) es

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

La ley de Dalton de las presiones parciales dice que la presioacuten total es la suma de estas presiones parciales

p = sump

p(NO₂) = 100 [atm] ndash 0700 [atm] = 030 atm

K p=p e

2(NO2)pe(N2 O4)

= 0302

0700=013

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

n(NO2)=p (NO2)middot V

R middotT= 030 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0025 mol NO2

n(N2 O4)=p (N2 O4)middot V

R middot T= 0700 atmmiddot200 dm3

0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot29815 K=0057 mol N2 O4

14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla ga-seosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que

esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegenoDato R = 0082 atmmiddotdmsup3(Kmiddotmol) (PAU Jun 07)Rta a) K = 001205 b) V = 125 dmsup3

Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 310 cmsup3 = 0310 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 17: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 17

Datos Cifras significativas 3

Temperatura apartado a) T = 35 degC = 308 K

Masa en el equilibrio N₂O₄ a 35 degC mₑ(N₂O₄) = 1660 g N₂O₄

Masa en el equilibrio NO₂ a 35 degC mₑ(NO₂) = 0385 g NO₂

Constante del equilibrio Kprime a 150 degC Kprime = 320

Cantidad en el equilibrio N₂O₄ a 150 degC nₑ(N₂O₄) = 100 mol N₂O₄

Cantidad en el equilibrio NO₂ a 150 degC nₑ(NO₂) = 200 mol NO₂

Masa molar dioacutexido de nitroacutegeno M(NO₂) = 460 gmol

tetraoacutexido de dinitroacutegeno M(N₂O₄) = 920 gmol

Inoacutegnitas

Constante del equilibrio K a 35 degC K

Volumen del recipiente V

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D = 001200004300

=0 279=279

Soluioacuten

La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

La expresioacuten de la constante de equilibrio

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e

Las concentraciones de las especies en el equilibrio son

[NO2]e=0385 g NO2

0310 dm3

1 mol NO2

460 g NO2

=002700 mol dm3

[N2 O4]e=1660 g N2 O4

0310 dm3

1 mol N2 O4

920 g N2 O4

=005802 mol dm3

y el valor de la constante de equilibrio a 35 degC es

K c=[NO2]e

2

[N2O4]e=(0027)2

005802=001205

b) Al variar la temperatura variacutea la constante de equilibrio Volviendo a escribir la expresioacuten de la constan-te a la temperatura de 150 degC

K c=320=

[NO2]e2

[N2 O4 ]e=(200

V )2

(100V )

= 400V

de donde

V = 400 320 = 125 dmsup3

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

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Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 18: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 18

15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaco se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equili-brio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociadoDatos R= 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa

(ABAU Jul 19)Rta b) α = 69

b) Datos Cifras significativas 3

Volumen V = 150 dmsup3 = 150middot10⁻sup3 msup3

Temperatura T = 35 degC = 308 K

Cantidad inicial de tetraoacutexido de dinitroacutegeno n₀(N₂O₄) = 008000 mol

Presioacuten en el equilibrio p = 227 atm = 230middot10⁵ Pa

Inoacutegnitas

Porcentaje de N₂O₄ disociado α

Euaiones

Cantidad (nuacutemero de moles) n = m M

Concentracioacuten de la substancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante do equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B)

Soluioacuten

b) La ecuacioacuten quiacutemica es

N₂O₄(g) 2 NO₂(g)

Llamando x a la cantidad de N₂O₄ que se disocia hasta llegar al equilibrio se puede escribirCantidad N₂O₄ 2 NO₂

inicial n₀ 008000 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 008000 ndash x 2 x molLa cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =008000 ndash x + 2 x = 008000 + x

Por otra parte se pode calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

nt=p middotVR middot T

= 230middot105 Pa middot150middot10minus3 dm3

8 31 JmiddotKminus1 middot molminus1 middot308 K=0135 mol gas

Despejando

x = 0135 ndash 0080 = 0055 mol de N₂O₄ que se disocian

El porcentaje de N₂O₄ disociado es

α=nr

n0

=0 0550 080

=0 69=69

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 19: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 19

16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaco contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcial-mente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecularb) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC Dato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 09)Rta a) α = 398 b) K = 826middot10⁻sup3 K = 0999

Datos Cifras significativas 4

Gas Volumen V = 1000 dmsup3

Temperatura T = 1200 degC = 1473 K

Masa inicial de I₂ m₀(I₂) = 1998 g I₂

Presioacuten total en el equilibrio p = 1330 atm

Constante de los gases ideales R = 0082006 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Masa molar I₂ M(I₂) = 2538 gmol

Inoacutegnitas

Grado de disociacioacuten α

Constantes de equilibrio K K

Euaiones

Presioacuten de una mezcla de gases p middot V =n middot R middot T

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constante de concentraciones del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Constante de presiones del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Soluioacuten

a) Inicialmente hay

n0(I2)=1998 g I2 middot1 mol I2

2538 g I2

=7872 middot10minus3 mol I2

Si se llama x a la cantidad de yodo molecular que se disocia y se representa en un cuadro las cantidades (moles) de cada gas

Cantidad I₂ 2 I

inicial n₀ 7872middot10⁻sup3 000 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 7872middot10⁻sup3 ndash x 2 x mol

La cantidad total de gas en el equilibrio seraacute

n =7872middot10⁻sup3 ndash x + 2 x = 7872middot10⁻sup3 + x

Por otra parte se puede calcular la cantidad de gas a partir de la presioacuten total

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 20: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 20

nt=p middotVR middot T

= 1330 atm middot100 dm3

0082006 atmmiddotdm3 middot Kminus1 middotmolminus1 middot1473 K=0011000 mol gas

Despejando

x = 0011000 ndash 7872middot10⁻sup3 = 3130middot10⁻sup3 mol de I₂ que reaccionoacute

Las cantidades de cada especie en el equilibrio son

nₑ(I) = 2 middot x = 6260middot10⁻sup3 mol I en el equilibrio

nₑ(I₂) = 7872middot10⁻sup3 ndash x = 0011000 ndash 3130middot10⁻sup3 = 4742middot10⁻sup3 mol I₂ en el equilibrio

El grado de disociacioacuten por lo tanto fue

α=n r

n0

= 3130 middot10minus3

7872 middot10minus3=039706=3976

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[ I]e

2

[ I2]e=(6280 middot10minus3 mol I

100dm3 )2

( 4742 middot10minus3 mol I2

100 dm3 )=8264middot10minus3

Para calcular la constante en funcioacuten de las presiones podemos emplear la relacioacuten

K p=pC

c middot pDd

pAa middot pB

b =([C]middot R middot T )c ([D]middot R middotT )d

([A ]middot R middotT )a([B ]middot R middotT )b=[C ]c middot [D]d

[A]a middot [B ]bmiddot(R middotT )c+dminus(a+b)=K c middot(R middot T )Δ n

K = K middot (R middot T)⁽sup2⁻sup1⁾ = 8264middot10⁻sup3 middot (0082006 middot 1473) = 099809

17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la si-guiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calculaa) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperaturaDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Jun 18)Rta a) n(PCl₅) = 148 mol PCl₅ n(PCl₃) = n(Cl₂) = 102 mol b) K = 007008 K = 315

Datos Cifras significativas 3

Cantidad inicial de PCl₅ n₀(PCl₅) = 250 mol

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura t = 270 degC = 543 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 157 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 21: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 21

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 157 atm middot100 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot543 K=352 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Se llama x a la cantidad de PCl₅ disociada Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x x x mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash x + x + x = n₀ + xComparando con el resultado anterior

352 = 250 + x

x = 352 ndash 250 = 102 mol disociados

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash x = 250 ndash 102 = 148 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = x = 102 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 148 mol PCl₅ 100 dmsup3 = 0148 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 102 mol100 dmsup3 = 0102 moldmsup3

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0102middot 0102

0148=007008 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 007008 middot 0082 middot 543 = 315 (presiones en atm)

18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descom-ponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calculaa) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parcialesb) El valor de K y KDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Sep 13)Rta a) [PCl₅]ₑ = 001207 moldmsup3 [Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 000600 moldmsup3 b) p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa b) K = 282middot10⁻sup3 K = 0114 [p en atm]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 22: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 22

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 493 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 0320

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Concentraciones de cada especie en el equilibrio [PCl₅] [PCl₃] [Cl₂]

Presiones parciales de cada especie en el equilibrio p(PCl₅) p(PCl₃) p(Cl₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Grado de disociacioacuten = 001200004300

=0 279=279

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Suponiendo comportamiento ideal para los gases

ne t=p middot VR middot T

= 100 atm middot10 L

008200 atmmiddotLmiddotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=002407 mol de gases en el equilibrio

La ecuacioacuten de disociacioacuten es

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

Como el grado de disociacioacuten es

= 001200004300

=0 279=279

la cantidad de PCl₅ disociada seraacute α n₀ Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad PCl₅ PCl₃ Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash α n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es nₑ = n₀ ndash α n₀ + α n₀ + α n₀ = n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀Comparando con el resultado anterior

002407 = (1 + 0320) middot n₀

n₀ = 002407 1320 = 001807 mol PCl₅ inicial

Las cantidades en el equilibrio seraacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 23: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 23

nₑ(PCl₅) = n₀ ndash α n₀ = (1 ndash α) n₀ = (1 ndash 0320) middot 001807 = 001207 mol PCl₅ en el equilibrio

nₑ(Cl₂) = nₑ(PCl₃) = α middot n₀ = 0320 middot 001807 = 0006000 mol

Y las concentraciones seraacuten

[PCl₅]ₑ = 001207 mol PCl₅ 10 dmsup3 = 001207 moldmsup3

[Cl₂]ₑ = [PCl₃]ₑ = 0006000 mol10 dmsup3 = 0006000 moldmsup3

Y las presiones parciales

p (PCl5)=n (PCl5)middotR middot T

V=[PCl5] middotR middotT =001207 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0515 atm

p(PCl₅) = 0515 atm = 522 kPa

p (Cl2)=p (PCl3)=n (PCl3) middot R middotT

V=[PCl3]middot R middotT =0006 mol middot0082 atmmiddotdm3 middotmolminus1 middotKminus1middot 493 K=0243 atm

p(PCl₃) = p(Cl₂) = 0243 atm = 246 kPa

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[PCl3]e middot[Cl2]e

[PCl5]e= 0006middot 0006

001207=282middot10minus3 (concentraciones en moldmsup3)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(PCl3)middot pe(Cl2)

pe(PCl5)=[PCl3]e middot R middot T [Cl2]e middot R middot T

[PCl5]emiddot R middotT=[PCl3]e middot [Cl2]e

[PCl5]emiddot R middot T=K c middot R middot T

K = K middot R middot T = 282middot10⁻sup3 middot 0082 middot 493 = 0114 (presiones en atm)

19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacutenCOCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calculaa) El valor de Kb) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K

(PAU Jun 05)Rta a) K = 032 b) αprime = 245

Datos Cifras significativas 3

Temperatura T = 1000 K

Presioacuten total en el equilibrio inicial p = 100 atm

Grado de disociacioacuten α = 492 = 0492

Presioacuten total en el equilibrio finnal p = 500 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Porcentaje de disociacioacuten a 5 atm α

Otros siacutembolos

Cantidad de la sustancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Fraccioacuten molar de una sustancia i x = n sumn = n n

Ley de Dalton de las presiones parciales p = x middot p

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 24: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 24

Euaiones

Grado de disociacioacuten K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot[B]e

b

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) Se llama n₀ a la cantidad inicial de COCl₂ La cantidad de COCl₂ disociada seraacute

n(COCl₂) = α middot n₀

Por la estequiometriacutea de la reaccioacutenCantidad COCl₂ CO Cl₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n α n₀ rarr α n₀ α n₀ mol

en el equilibrio nₑ (1 ndash α) n₀ α n₀ α n₀ mol

La cantidad de gas que hay en el equilibrio es

nₑ = (1 ndash α) n₀ + α n₀ + α n₀ = (1 + α) n₀

Las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio sonCOCl₂ CO Cl₂

fraccioacuten molar xₑ1minusα1+α

α1+α

α1+α

presioacuten pₑ1minusα1+α

p t

α1+α

p tα

1+αp t atm

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

K p=pe(CO)middot pe(Cl2)

pe(COCl2)=

α1+α

middot p t middotα

1+αmiddot p t

1minusα1+α

middot p t

= α middotα(1+α )(1minusα)

middot p t =α 2

1minusα 2middot p t

Sustituyendo los valores

K p=α 2

1minusα 2middot p t=

04922

1minus04922middot100=0319 (presiones en atm)

(Si la presioacuten inicial solo tiene una cifra signifincativa p = 1 atm la constante valdraacute K = 03)

b) Cuando la presioacuten sea de p = 500 atm la cantidad de gas en la nueva situacioacuten de equilibrio seraacute menor (el equilibrio se habraacute desplazado hacia la formacioacuten de COCl₂) La cantidad nprime de COCl₂ disociada en es-tas condiciones seraacute menor y el nuevo grado de disociacioacuten α = nprime n₀ tambieacutenDe la expresioacuten obtenida en el apartado anterior y con el mismo valor para la constante de equilibrio ya que la temperatura no cambia

0319=α b

2

1minusα b2

middot 500

006309 (1 ndash αsup2) = αsup2

α b=radic 006309106309

=0245=245

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 25: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 25

que es inferior al valor inicial tal como se esperaba

20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaco se disocia seguacuten la reaccioacuten2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calculaa) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibriob) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacutenDatos R = 831 JmiddotK⁻sup1middotmol⁻sup1 = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 1 atm = 1013 kPa (ABAU Sep 18)Rta a) p(Hg) = 0123 atm p(O₂) = 006107 atm b) K = 61middot10⁻⁹ K = 94middot10⁻⁴

Datos Cifras significativas 3

Temperatura t = 380 degC = 653 K

Presioacuten total en el equilibrio p = 0185 atm

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Presiones parciales de las especies en el equilibrio p(HgO) p(Hg) p(O₂)

Constantes de equilibrio K K

Otros siacutembolos

Cantidad de la substancia X en el equilibrio nₑ(X)

Euaiones

Concentracioacuten de la substancia X [X] = n(X) V

Ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [i] middot R middot T

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D = 0012000 04300

=0 279=27 9 = 001200004300

=0 279=27 9

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten de disociacioacuten es

HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g)

Cantidad HgO Hg O₂

inicial n₀ n₀ 0 0 mol

que reacciona o se forma n x rarr 2 x x mol

en el equilibrio nₑ n₀ ndash x 2 x x mol

En el equilibrio a presioacuten total es la suma de las presiones parciales de los gases Hg y O₂ La presioacuten del Hges el doble que la presioacuten de O₂ Llamando y a la presioacuten del oxiacutegeno queda

p = p(Hg) + p(O₂)

0185 = 2 middot y + y = 3 y

y = 006107 atm

Y las presiones seraacuten

p(O₂) = 006107 atm

p(Hg) = 0123 atm

A presioacuten del HgO es nula pues no es un gas

b) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 26: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 26

K p=pe2(Hg)middot pe(O2)=01232 middot006107=938 middot 10minus4 (presiones en atm)

La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[Hg]e2 middot [O2]e=( pe(Hg)

R middot T )2

middotpe(O2)R middotT

=K c

(R middot T )3= 938 middot10minus4

(0082middot 653)3=61 middot10minus9 (concentraciones en moldmsup3)

Con la constante como dato

1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibriob) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrioDato R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1 (PAU Jun 11)Rta a) nₑ(HI) = 156 mol HI b) p(I₂) = p(H₂) = 13 MPa p(HI) = 93 MPa

Datos Cifras significativas 3

Gas Volumen V = 100 dmsup3

Temperatura T = 448 degC = 721 K

Cantidad inicial de yodo n₀(I₂) = 100 mol I₂

Cantidad inicial de hidroacutegeno n₀(H₂) = 100 mol H₂

Constante de equilibrio (en funcioacuten de las concentraciones en molmiddotdm⁻sup3) K = 500

Constante de los gases ideales R = 0082 atmmiddotdmsup3middotK⁻sup1middotmol⁻sup1

Inoacutegnitas

Cantidad de HI en el equilibrio nₑ(HI)

Presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio p(I₂) p(H₂) p(HI)

Euaiones

Ley de Dalton de las presiones parciales p = sum p

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Ecuacioacuten de estado de los gases ideales p middot V = n middot R middot T

Constante del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La ecuacioacuten quiacutemica es

I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g)

Se llama x a la cantidad de yodo que se transforma en yoduro de hidroacutegeno Por la estequiometriacutea de la reaccioacuten

Cantidad I₂ H₂ 2 HI

inicial n₀ 100 100 0 mol

que reacciona o se forma n x x rarr 2 x mol

en el equilibrio nₑ 100 ndash x 100 ndash x 2 x mol

La ecuacioacuten de la constante de equilibrio es

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 27: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 27

K c=[C ]e

c middot [D]ed

[A]ea middot [B]e

b

La concentracioacuten en molmiddotdm⁻sup3 se obtiene dividiendo la cantidad entre el volumen (en dmsup3)

K c=500=(ne(HI )

V )2

(n e(I2)V )middot(n e(H2)

V )=

( 2x100 )

2

(100minusx100 )(100minusx

100 )= (2 x )2

(100minusx )2

plusmnradic500= 2 x100minusx

=plusmn707

x = 0780 mol

Las cantidades en el equilibrio son

nₑ(HI)= 2 x = 156 mol HI

nₑ(H₂) = nₑ(I₂) = 100 ndash x = 022 mol HI

b) Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de cada uno de ellos viene dada por

p i=ni middot R middot T

V

p (HI)= 156 mol HImiddot 831 Jmiddotmolminus1middot Kminus1 middot721 K

100middot 10minus3 m3=934 middot106 Pa=934 MPa=922 atm

p (H2)=p (I2)=022 molmiddot831 Jmiddotmolminus1 middotKminus1middot721 K

100middot10minus3 m3=13middot106 Pa=13 MPa=13 atm

2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concen-traciones en equilibrio de las especies son[CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seran las

concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio(PAU Sep 14)

Rta a) K = 0517 b) [CO₂] = 047 [H₂] = 0020 [CO] = 0075 y [H₂O] = 0065 moldmsup3

Datos Cifras significativas 2

Temperatura T = 686 degC = 959 K

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂ [H₂]ₑ = 0045 moldmsup3 H₂

Concentracioacuten en el equilibrio de CO₂ [CO₂]ₑ = 0086 moldmsup3 CO₂

Concentracioacuten en el equilibrio de H₂O [H₂O]ₑ = 0040 moldmsup3 H₂O

Concentracioacuten en el equilibrio de CO [CO]ₑ = 0050 moldmsup3 CO

Concentracioacuten inicial de CO₂ en el apartado b) [CO₂]₀ = 050 moldmsup3 CO₂

Inoacutegnitas

Constante de equilibrio K

Concentraciones en el nuevo equilibrio [H₂]ₑ [CO₂]ₑ [H₂O]ₑ [CO]ₑ

Euaiones

Concentracioacuten de la sustancia X [X] =n(X) V

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 28: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 28

Euaiones

Constantes del equilibrio a A + b B c C + d D K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea(A)middot pe

b(B )

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio K vale

K c=[H2 O]emiddot [CO ]e[H2]emiddot [CO2]e

=0040 mol dm3middot 0050 mol dm3

0045 moldm3middot 0086 mol dm3=052 (concentraciones en moldmsup3)

b) Llamando x a las concentraciones en moldmsup3 de CO₂ que reaccionan desde que la concentracioacuten de CO₂es 050 moldmsup3 hasta alcanzar el equilibrio se puede escribir

CO₂ H₂ CO H₂O

Concentracioacuten inicial [X]₀ 050 0045 0050 0040 moldmsup3

Concentracioacuten que reacciona o se forma [X] x x rarr x x moldmsup3

Concentracioacuten en el equilibrio [X]ₑ 050 ndash x 0045 ndash x 0050 + x 0040 + x moldmsup3

La expresioacuten de la constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones es

K c=[H2O ]ebmiddot [CO]eb

[CO2]eb middot [H2]eb

=(0040+x )middot(0050+x )(050minusx )middot(0045minusx )

=052

Resolviendo la ecuacioacuten de segundo grado da dos soluciones Una de ellas (-079) no es vaacutelida ya que su-pondriacutea la existencia de concentraciones negativas en el equilibrio La otra solucioacuten es x = 0025 moldmsup3Las concentraciones en el equilibrio son

[CO₂]ₑ = 0475 moldmsup3

[H₂]ₑ = 0020 moldmsup3

[CO]ₑ = 0075 moldmsup3

[H₂O]ₑ = 0065 moldmsup3

loz CUESTIONES

1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casosa) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)

(PAU Sep 04)

Rta a) 34 Fe(s) + H₂O(g) 14 Fe₃O₄(s) + H₂(g) K c a=[H2]e[H2 O]e

b) N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) K c b=[NH3]e

2

[H2 ]e3 [N2]e

c) C(s) + O₂(g) CO₂(g) K c c=[CO2]e[O2]e

d) S(s) + H₂(g) H₂S(s) K c d=1

[H 2]e

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 29: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 29

2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibriosCO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g)2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) CO₂(g) + C(s) 2 CO(g)

b) Indica de manera razonada en queacute casos K coincide con K(PAU Jun 11)

Soluioacuten

Equilibrio K K ∆n(gas)

CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g) K c=[CO2]e[H2]e[CO ]e[H2 O]e

K p=pe(CO2)middot pe(H2)

pe(CO)middot pe(H2 O)1 + 1 ndash 1 -1 = 0

CO(g) + 2 H₂(g) CH₃OH(g) K c=[CH3 OH ]e[CO ]e[H2]e

2K p=

pe(CH3 OH)

pe(CO)middot pe2(H2)

1 ndash 1 ndash 2 = -2

2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) K c=[SO3]e

2

[SO2]e2[O2]

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

2 ndash 2 ndash 1 = -1

CO₂(g) + C(s) 2 CO(g) K c=[CO ]e

2

[CO2]eK p=

pe2(CO)

pe(CO2)2 ndash 1 = 1

b) En una reaccioacuten general como

a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)

la constante de equilibrio K se puede expresar

K p=pec(C)middot pe

d (D)

pea (A)middot pe

b (B)

Suponiendo comportamiento ideal para los gases la presioacuten parcial de un gas laquoiraquo se puede sustituir por

p i=n i middot R middotT

V=[i ]middot R middotT

quedando

K p=pe

c (C)middot p ed (D)

pea (A)middot pe

b (B)=([C ]emiddot R middotT )c ([D]emiddot R middotT )d

([A ]e middot R middotT )a ([B]e middot R middot T )b=[C ]e

c middot [D]ed

[A ]ea middot [B ]e

b middot(R middotT )c+d minus(a +b)=K c (R middotT )Δn

En aquellos casos que ∆n(gas) fuese nulo K = K Solo se cumpliriacutea en el primero caso de este ejercicio

3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectara la adicioacuten de NO(g)al sistema en equilibrio Razona la respuesta

(PAU Jun 06)

Soluioacuten

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al adicionar NO al sistema

K c=[NO]e middot[NO2]e

[N2 O3 ]e

Si la concentracioacuten de monoacutexido de nitroacutegeno aumenta para que K permanezca constante o bien el nu-merador [NO₂] disminuye o bien el denominador [N₂O₃] aumentaEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂O₃ y menos NO₂Histoacutericamente el principio de Le Chatelier dice que al variar alguacuten factor el equilibrio se desplaza en el sentido de contrarrestar esa variacioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 30: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 30

4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ as como la relacioacuten entre ambasb) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante

(PAU Sep 15)

Soluioacuten

a) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Las expresiones de las constantes de equilibrio son

K = [O₂] Kₚ = p(O₂)

De la ecuacioacuten de los gases ideales p middot V = n middot R middot T rArr p = [n V] middot R middot T

Kₚ = K middot R middot T

b) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante la concentracioacuten de O₂ debe mantenerseSi el aumento de presioacuten se produce por una disminucioacuten de volumen

[O₂] = n(O₂) V

La [O₂] se mantiene si disminuye la cantidad n(O₂) de oxiacutegenoEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute menos O₂

5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experi-mentara K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten

(PAU Sep 14)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para esta reaccioacuten endoteacutermica (∆Hdeg gt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (+)

+middot ( minus ) gt 0

K₂ gt K₁

La constante de equilibrio aumenta al aumentar la temperatura

6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsasa) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre sc) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura

d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es K p=p 2(SO2)middot p (O2)

p 2(SO3)(PAU Sep 11)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 31: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 31

Soluioacuten

a) Verdadero La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=pe

2(SO3)

pe2(SO2)middot pe(O2)

=(xe(SO3)middot p t)

2

(x e(SO2)middot p t)2middot x e(O2)middot p t

=x e

2(SO3)

xe2(SO2)middotx e(O2)

1p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se aumenta la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten molardel SO₃ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de SO₂ y de O₂ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂ y O₂

b) Falso En una reaccioacuten reversible se producen los dos procesos indicados al leer la ecuacioacuten quiacutemica de izquierda a derecha y de derecha a izquierda En este caso la siacutentesis y descomposicioacuten del trioacutexido de azu-fre El equilibrio quiacutemico es un equilibrio dinaacutemico Las moleacuteculas individuales siguen chocando y reaccio-nado pero las cantidades de los reactivos y productos permanecen constantes porque la cantidad de moleacute-culas de SO₃ que se produce en un instante es igual a la de moleacuteculas de SO₃ que se desintegra en el mismo tiempo

c) Falso La relacioacuten entre K y K es

K p=p2(SO3)

p2(SO2)middot p (O2)=

(n (SO3)middot R middotT )2

(n (SO2)middot R middotT )2middot n(O2)middot R middot T=

n 2(SO3)

n 2(SO2) middot n (O2)1

R middotT=

K c

R middotT

Si el denominador es mayor que 1 K lt KPara temperaturas absolutas superiores a

T= 10082

=12 K

el valor de K seraacute inferior al de K(Hasta 1982 la presioacuten estaacutendar era 1 atm y los valores de las presiones debiacutean expresarse en atmoacutesferas y la constante en las unidades apropiadas es R = 0082 atmmiddotdmsup3middotmol⁻sup1middotK⁻sup1 Desde ese antildeo a presioacuten estaacutendar esde 1 bar = 100middot10⁵ Pa = 0987 atm pero el valor de la temperatura que se calcula es praacutecticamente el mismo)

d) Falso La expresioacuten correcta ya estaacute escrita en los apartados a y c

7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante

(PAU Jun 14)

Soluioacuten

La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p e

2(NF2)pe(N2 F4)

=(x e(NF2)middot p t)

2

x e(N2 F4)middot p t

=x e

2(NF2)

x e2(N2 F4)

p t

en donde x(gas) es la fraccioacuten molar de cada gas y p es la presioacuten total en el interior del recipienteLa constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos el volumen o la presioacutenSi se disminuye la presioacuten total para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar la fraccioacuten mo-lar del NF₂ que aparece en el numerador o bien disminuir la fraccioacuten molar de N₂F₄ en el denominador El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NF₂ y menos N₂F₄

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 32: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 32

8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura

(ABAU Jul 19)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura segundo la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperatura

9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equili-brio sia) Se antildeade hidroacutegenob) Se aumenta la temperaturac) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumend) Se extrae nitroacutegeno

(PAU Sep 10)

Soluioacuten

a c y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[NH3]e

2

[N2]emiddot [H2]e3=

ne2(NH3)

V 2

n e(N2)V

n e3(H2)

V 3

=ne

2(NH3)

ne(N2)middotn e3(H2)

V 2

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o disminuya el volumena) Si se antildeade hidroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el numerador nₑ(NH₃) o disminuir la cantidad de nitroacutegeno en el denominador nₑ(N₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂

c) Si el volumen V disminuye para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nₑsup3(H₂)] El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes NH₃ y menos N₂ e H₂

d) Si se extrae nitroacutegeno para que K permanezca constante o bien deberaacute disminuir el numerador nₑ(NH₃) o bien aumentar la cantidad de hidroacutegeno en el denominador nₑ(H₂) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 33: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 33

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0) si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador nₑ(NH₃) yo aumentar el denominador [nₑ(N₂) middot nsup3e(H₂)]El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes N₂ y H₂ y menos NH₃

10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC a) Enuncia el principio de Le Chatelierb) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermicac) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura

(PAU Jun 04)Rta b) Endoteacutermica c) Mayor descomposicioacuten

11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute sia) Se antildeade H₂(g)b) Disminuye el volumen del recipiente

(PAU Sep 07)Rta a) Aumenta para mantener el mismo valor de la constante K = [H₂] [H₂S] = n(H₂) n(H₂S)

b) Aumenta la concentracioacuten No variacutea la cantidad n(H₂S) de gas pero disminuye el volumen

12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrioa) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperaturab) Al disminuir la temperaturac) Al antildeadir cloro

(PAU Jun 09)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea al aumentar la presioacuten

K p=p (Cl2)middot p (PCl3)

p (PCl5)=

x (Cl2)p t middot x (PCl3)p t

x (PCl5)p t

=x (Cl2)middotx (PCl3)

x (PCl5)middot p t

Para que K permanezca constante al aumentar la presioacuten total p el numerador n(Cl₂) middot n(PCl₃) debe dismi-nuir y el denominador n(PCl₅) debe aumentarEl equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃ y Cl₂

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una disminucioacuten de temperatura favorece el sentido exoteacutermico Si T₂ lt T₁

1T 2

gt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) gt 0

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 34: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 34

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( + ) gt 0

K₂ gt K₁

la constante aumenta al disminuir la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[Cl2]middot [PCl3 ]

[PCl5]=

n(Cl2)V

middotn(PCl3)

Vn(PCl5)

V

=n (Cl2)middotn (PCl3)

n(PCl5)middot 1V

Si el volumen permanece constante para que aumente el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de Cl₂ o PCl₃ y disminuir la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos PCl₅ y maacutes PCl₃ y Cl₂

c) De la expresioacuten de K

K c=[Cl2]e middot[PCl3]e

[PCl5 ]e

Si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de Cl₂ para que K permanezca constante deberaacute disminuir la cantidad de PCl₃ y aumentar la cantidad de PCl₅El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes PCl₅ y menos PCl₃

13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamentea) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperaturab) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxgeno

(PAU Sep 16)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Una aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

La constante disminuye al aumentar la temperaturaDe la expresioacuten de K

K c=[SO3]

2

[SO2]2middot [O2]

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 35: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 35

Para que disminuya el valor de K deberaacute aumentar la cantidad de SO₂ y O₂ y disminuir la cantidad de SO₃ El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute menos SO₃ y maacutes SO₂ y O₂

c) De la expresioacuten de K si aumenta la cantidad (y concentracioacuten) de O₂ para que K permanezca constan-te deberaacute disminuir la cantidad de SO₂ y aumentar la cantidad de SO₃El equilibrio se desplazaraacute (hacia la derecha) hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes SO₃ y menos SO₂

14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parcialesb) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura

(PAU Jun 13)

Soluioacuten

a) La constante de equilibrio en funcioacuten de las presiones parciales es

K = p(CO₂(g)) middot p(H₂O(g))

ya que los soacutelidos no ejercen presioacuten

b) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperatura y el equilibrio se desplaza hacia la izquierda A una temperatura mayor se alcanza un nuevo estado de equilibrio con menor cantidad de CO₂ y H₂O en fase gas

15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = -221 kJmola) Si se antildeade COb) Si se antildeade Cc) Si se eleva la temperaturad) Si aumenta la presioacuten

(PAU Sep 13)

Soluioacuten

a b y d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las concentraciones puede escribirse asiacute

K c=[CO ]2

[O ]2=(n(CO)

V )2

(n(O2)V )

=n 2(CO)n(O2)

middot1V

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacuten

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 36: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 36

a) Si se antildeade monoacutexido de carbono sin variar el volumen deberaacute aumentar la cantidad de oxiacutegeno en el denominador para que el valor de la constante no variacutee El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) has-ta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

b) La concentracioacuten o la presioacuten de soacutelidos no aparecen en la expresioacuten de la constante de equilibrio Cual-quier variacioacuten no afectaraacute al resto de cantidades en el equilibrio

d) La constante de equilibrio en funcioacuten de las de las presiones puede escribirse asiacute

K p=p2(CO)p (O2)

=(x (CO)middot p t)

2

x (O2)middot p t

=x 2(CO)x (O2)

p t

La constante de equilibrio solo depende de la temperatura No variacutea aunque cambien las cantidades de reactivos o productos o aumente la presioacutenSi aumenta la presioacuten para que K permanezca constante o bien deberaacute aumentar el denominador x(O₂) o disminuir la cantidad de monoacutexido de carbono en el numerador x(CO) El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que habraacute maacutes O₂ y menos CO

c) La constante de equilibrio variacutea con la temperatura seguacuten la ecuacioacuten de Vant Hoff

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)

Un aumento de temperatura favorece el sentido endoteacutermico Si T₂ gt T₁

1T 2

lt 1T 1

rArr ( 1T 2

ndash 1T 1) lt 0

Para una reaccioacuten exoteacutermica (∆Hdeg lt 0)

lnK 2

K 1

=minusΔH ordmR ( 1

T 2

minus 1T 1)=minus middot (minus)

+middot ( minus ) lt 0

K₂ lt K₁

la constante disminuye al aumentar la temperaturaSi el volumen no variacutea de la expresioacuten de la constante del apartado a) se deduce que para que disminuya la constante debe disminuir el numerador n(CO) yo aumentar el denominador n(O₂)El equilibrio se desplazaraacute (hacia la izquierda) hasta alcanzar una nuevo estado de equilibrio en el que ha-braacute maacutes O₂ y menos CO

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nuacutemero adecuado de cifras signifincativasPor eso he supuesto que los datos tienen un nuacutemero de cifras signifincativas razonables casi siempre tres ci-fras signifincativas Menos cifras dariacutean resultados en ciertos casos con amplio margen de incertidumbre Asiacute que cuando tomo un dato como V = 1 dmsup3 y lo reescribo comoCifras signifincativas 3V = 100 dmsup3lo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifincativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los caacutelculos con un margen de incertidumbre maacutes pequentildeo que el que tendriacutea si lo tomara tal como lo dan (1 dmsup3 tiene una sola cifra signifincativa y una incertidumbre relativa del iexcl100 Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del caacutelculo la incertidumbre finnal seriacutea inadmisi-ble Entonces iquestpara queacute realizar los caacutelculos Con una estimacioacuten seriacutea sufinciente)

Cuestiones y problemas de las Pruebas de evaluaci oacute n de Bachillerato para el a cceso a la Universidad (ABAU y PAU) en Galicia

Respuestas y composicioacuten de Alfonso J Barbadillo MaraacutenAlgunos caacutelculos se hicieron con una hoja de caacutelculo LibreOfficce del mismo autor

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 37: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 37

Algunas ecuaciones y las foacutermulas orgaacutenicas se construyeron con la extensioacuten CLC09 de Charles Lalanne-CassouLa traduccioacuten aldesde el gallego se realizoacute con la ayuda de traducindote de Oacutescar Hermida LoacutepezSe procuroacute seguir las recomendaciones del Centro Espantildeol de Metrologiacutea (CEM)

Actualizado 021019

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten
Page 38: ABAU Equilibrio Gasteleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/...Química A.B.A.U. EQUILIBRIO QUÍMICO EN FASE GAS 5 4. En un recipiente de 10,0 dm³ se introducen 0,61

Quiacutemica ABAU EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS 38

SumarioEQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS

PROBLEMAS 1Con datos del equilibrio1Con la constante como dato26

CUESTIONES 28

Iacutendice de pruebas ABAU y PAU2004

1ordf (jun)332ordf (sep)28

20051ordf (jun)23

20061ordf (jun)29

20071ordf (jun)162ordf (sep)33

20081ordf (jun)52ordf (sep)6

20091ordf (jun)332ordf (sep)19

20102ordf (sep)1 32

20111ordf (jun)26 292ordf (sep)15 30

20121ordf (jun)82ordf (sep)14

20131ordf (jun)352ordf (sep)21 35

20141ordf (jun)12 312ordf (sep)27 30

20151ordf (jun)72ordf (sep)30

20161ordf (jun)102ordf (sep)13 34

20171ordf (jun)32ordf (sep)11

20181ordf (jun)202ordf (sep)25

20191ordf (jun)22ordf (jul)18 32

  • EQUILIBRIO QUIacuteMICO EN FASE GAS
    • loz PROBLEMAS
      • Con datos del equilibrio
        • 1 A 670 K un recipiente de 2 dmsup3 contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0003 moles de hidroacutegeno 0003 moles de yodo y 0024 moles de yoduro de hidroacutegeno seguacuten la reaccioacuten H₂(g) + I₂(g) 2 HI(g) En estas condiciones calcula
          • a) El valor de K y K
          • b) La presioacuten total en el recipiente y las presiones parciales de los gases en la mezcla
            • 2 El cloro gas se puede obtener seguacuten la reaccioacuten 4 HCl(g) + O₂(g) rarr 2 Cl₂(g) + 2 H₂O(g) Se introducen 090 moles de HCl y 12 moles de O₂ en un recipiente cerrado de 10 dmsup3 en el que previamente se hizo el vaciacuteo Se calienta la mezcla a 390 degC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura se observa la formacioacuten de 040 moles de Cl₂
              • a) Calcula el valor de la constante K
              • b) Calcula la presioacuten parcial de cada componente en el equilibrio y a partir de ellas calcula el valor de Kₚ
                • 3 En un recipiente de 20 L se introducen 21 moles de CO₂ y 16 moles de H₂ y se calienta a 1800 degC Una vez alcanzado el siguiente equilibrio CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) se analiza la mezcla y se encuentran 090 moles de CO₂ Calcula
                  • a) La concentracioacuten de cada especie en el equilibrio
                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ la esa temperatura
                    • 4 En un recipiente de 100 dmsup3 se introducen 061 moles de CO₂ y 039 moles de H₂ calentando hasta 1250 degC Una vez alcanzado el equilibrio seguacuten la reaccioacuten CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g)
                      • a) Calcula los moles de los demaacutes gases en el equilibrio
                      • b) Calcula el valor de K a esa temperatura
                        • 5 En un recipiente de 5 dmsup3 se introducen 10 mol de SO₂ y 10 mol de O₂ y se calienta a 727 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla encontrando que hay 015 moles de SO₂ Calcula
                          • a) Los gramos de SO₃ que se forman
                          • b) El valor de la constante de equilibrio K
                            • 6 En un recipiente de 20 L se introducen 0043 moles de NOCl(g) y 0010 moles de Cl₂(g) Se cierra se calienta hasta una temperatura de 30 degC y se deja que alcance el equilibrio NOCl(g) frac12 Cl₂(g) + NO(g) Calcula
                              • a) El valor de K sabiendo que en el equilibrio se encuentran 0031 moles de NOCl(g)
                              • b) La presioacuten total y las presiones parciales de cada gas en el equilibrio
                                • 7 El CO₂ reacciona con el H₂S a altas temperaturas seguacuten CO₂(g) + H₂S(g) COS(g) + H₂O(g) Se introducen 44 g de CO₂ en un recipiente de 255 dmsup3 a 337 degC y una cantidad suficiente de H₂S para que una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total sea de 10 atm (10131 kPa) Si en la mezcla en equilibrio hay 001 moles de agua calcula
                                  • a) El nuacutemero de moles de cada una de las especies en el equilibrio
                                  • b) El valor de K y K a esa temperatura
                                    • 8 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0387 moles de nitroacutegeno y 0642 moles de hidroacutegeno se calienta a 800 K y se establece el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) encontraacutendose que se han formado 0061 moles de amoniaco Calcula
                                      • a) La composicioacuten de la mezcla gaseosa en equilibrio
                                      • b) K y K a la citada temperatura
                                        • 9 Se introducen 02 moles de Br₂ en un recipiente de 05 L de capacidad a 600 degC Una vez establecido el equilibrio Br₂(g) 2 Br(g) en estas condiciones el grado de disociacioacuten es 08
                                          • a) Calcula K y K
                                          • b) Determina las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en el equilibrio
                                            • 10 Considera la siguiente reaccioacuten Br₂(g) 2 Br(g) Cuando 105 moles de Br₂ se colocan en un matraz de 0980 dmsup3 a una temperatura de 1873 K se disocia el 120 de Br₂ Calcula la constante de equilibrio K de la reaccioacuten
                                            • 11 En un recipiente cerrado y vaciacuteo de 10 L de capacidad se introducen 004 moles de monoacutexido carbono e igual cantidad de cloro gas Cuando a 525 degC se alcanza el equilibrio se observa que ha reaccionado el 375 del cloro inicial seguacuten la reaccioacuten CO(g) + Cl(g) COCl₂(g) Calcula
                                              • a) El valor de K y de K
                                              • b) La cantidad en gramos de monoacutexido de carbono existente cuando se alcanza el equilibrio
                                                • 12 En un matraz de 5 dmsup3 se introduce una mezcla de 092 moles de N₂ y 051 moles de O₂ y se calienta hasta 2200 K establecieacutendose el equilibrio N₂(g) + O₂(g) 2 NO(g) Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 109 del nitroacutegeno inicial
                                                  • a) Calcula la concentracioacuten molar de todos los gases en el equilibrio a 2200 K
                                                  • b) Calcula el valor de las constantes K y K a esa temperatura
                                                    • 13 En un recipiente de 2 dmsup3 de capacidad se dispone una cierta cantidad de N₂O₄(g) y se calienta el sistema hasta 29815 K La reaccioacuten que tiene lugar es N₂O₄(g) 2 NO₂(g) Sabiendo que se alcanza el equilibrio quiacutemico cuando la presioacuten total dentro del recipiente es 10 atm (1013 kPa) y la presioacuten parcial del N₂O₄ es 070 atm (709 kPa) calcula
                                                      • a) El valor de K a 29815 K
                                                      • b) El nuacutemero de moles de cada uno de los gases en el equilibrio
                                                        • 14 A la temperatura de 35 degC disponemos en un recipiente de 310 cmsup3 de capacidad de una mezcla gaseosa que contiene 1660 g de N₂O₄ en equilibrio con 0385 g de NO₂
                                                          • a) Calcula la K de la reaccioacuten de disociacioacuten del tetraoacutexido de dinitroacutegeno a la temperatura de 35 degC
                                                          • b) A 150 degC el valor numeacuterico de K es de 320 iquestCuaacutel debe ser el volumen del recipiente para que esteacuten en equilibrio 1 mol de tetraoacutexido y dos moles de dioacutexido de nitroacutegeno
                                                            • 15 b) En un matraz de 15 dmsup3 en el que se hizo el vaciacuteo se introducen 008 moles de N₂O₄ y se calienta a 35 degC Parte del N₂O₄ se disocia seguacuten la reaccioacuten N₂O₄(g) 2 NO₂(g) y cuando se alcanza el equilibrio la presioacuten total es de 227 atm Calcula el porcentaje de N₂O₄ disociado
                                                            • 16 Un recipiente cerrado de 1 dmsup3 en el que se ha hecho previamente el vaciacuteo contiene 1998 g de yodo (soacutelido) Seguidamente se calienta hasta alcanzar la temperatura de 1200 degC La presioacuten en el interior del recipiente es de 133 atm En estas condiciones todo el yodo se halla en estado gaseoso y parcialmente disociado en aacutetomos I₂(g) 2 I(g)
                                                              • a) Calcula el grado de disociacioacuten del yodo molecular
                                                              • b) Calcula las constantes de equilibrio K y K para la dicha reaccioacuten a 1200 degC
                                                                • 17 En un reactor de 10 L se introducen 25 moles de PCl₅ y se calienta hasta 270 degC producieacutendose la siguiente reaccioacuten PCl₅ (g) PCl₃ (g) + Cl₂ (g) Una vez alcanzado el equilibrio se comprueba que la presioacuten en el reactor es de 157 atm Calcula
                                                                  • a) El nuacutemero de moles de todas las especies presentes en el equilibrio
                                                                  • b) El valor de las constantes K y Kₚ a dicha temperatura
                                                                    • 18 Se introduce PCl₅ en un recipiente cerrado de 1 dmsup3 de capacidad y se calienta a 493 K hasta descomponerse teacutermicamente seguacuten la reaccioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) Una vez alcanzado el equilibrio la presioacuten total es de 1 atm (1013 kPa) y el grado de disociacioacuten 032 Calcula
                                                                      • a) Las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio y sus presiones parciales
                                                                      • b) El valor de K y K
                                                                        • 19 El COCl₂ gaseoso se disocia a una temperatura de 1000 K seguacuten la siguiente reaccioacuten COCl₂(g) CO(g) + Cl₂(g) Cuando la presioacuten de equilibrio es de 1 atm el porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ es del 492 Calcula
                                                                          • a) El valor de K
                                                                          • b) El porcentaje de disociacioacuten de COCl₂ cuando la presioacuten de equilibrio sea 5 atm a 1000 K
                                                                            • 20 Al calentar HgO(s) en un recipiente cerrado en el que se hizo el vaciacuteo se disocia seguacuten la reaccioacuten 2 HgO(s) 2 Hg(g) + O₂(g) Cuando se alcanza el equilibrio a 380 degC la presioacuten total en el recipiente es de 0185 atm Calcula
                                                                              • a) Las presiones parciales de las especies presentes en el equilibrio
                                                                              • b) El valor de las constantes K y Kₚ de la reaccioacuten
                                                                                  • Con la constante como dato
                                                                                    • 1 La reaccioacuten I₂(g) + H₂(g) 2 HI(g) tiene a 448 degC un valor de la constante de equilibrio K igual a 50 A esa temperatura un recipiente cerrado de 1 dmsup3 contiene inicialmente 10 mol de I₂ y 10 mol de H₂
                                                                                      • a) Calcula los moles de HI(g) presentes en el equilibrio
                                                                                      • b) Calcula la presioacuten parcial de cada gas en el equilibrio
                                                                                        • 2 Considera el siguiente proceso en equilibrio a 686 degC CO₂(g) + H₂(g) CO(g) + H₂O(g) Las concentraciones en equilibrio de las especies son [CO₂] = 0086 moldmsup3 [H₂] = 0045 moldmsup3 [CO] = 0050 moldmsup3 y [H₂O] = 0040 moldmsup3
                                                                                          • a) Calcula K para la reaccioacuten a 686 degC
                                                                                          • b) Si se antildeadiera CO₂ para aumentar su concentracioacuten a 050 moldmsup3 iquestcuaacuteles seriacutean las concentraciones de todos los gases una vez restablecido el equilibrio
                                                                                            • loz CUESTIONES
                                                                                              • 1 Escribe la expresioacuten de la constante de equilibrio (ajustando antes las reacciones) para los siguientes casos
                                                                                                • a) Fe(s) + H₂O(g) Fe₃O₄(s) + H₂(g)
                                                                                                • b) N₂(g) + H₂(g) NH₃(g)
                                                                                                • c) C(s) + O₂(g) CO₂(g)
                                                                                                • d) S(s) + H₂(g) H₂S(s)
                                                                                                  • 2 a) Escribe la expresioacuten de K y K para cada uno de los siguientes equilibrios
                                                                                                  • 3 Para el sistema gaseoso en equilibrio N₂O₃(g) NO(g) + NO₂(g) iquestcoacutemo afectariacutea la adicioacuten de NO(g) al sistema en equilibrio Razona la respuesta
                                                                                                  • 4 Para la siguiente reaccioacuten en equilibrio 2 BaO₂(s) 2 BaO(s) + O₂(g) ∆Hdeg gt 0
                                                                                                    • a) Escribe la expresioacuten para las constantes de equilibrio K y Kₚ asiacute como la relacioacuten entre ambas
                                                                                                    • b) Razona coacutemo afecta al equilibrio un aumento de presioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 5 a) Para el siguiente sistema en equilibrio A(g) 2 B(g) ∆Hdeg = +200 kJ justifica queacute cambio experimentariacutea K si se elevara la temperatura de la reaccioacuten
                                                                                                      • 6 Considerando la reaccioacuten 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) razona si las afirmaciones son verdaderas o falsas a) Un aumento de la presioacuten conduce a una mayor produccioacuten de SO₃ b) Una vez alcanzado el equilibrio dejan de reaccionar las moleacuteculas de SO₂ y O₂ entre siacute c) El valor de K es superior al de K a la misma temperatura d) La expresioacuten de la constante de equilibrio K es
                                                                                                      • 7 Considera el siguiente proceso en equilibrio N₂F₄(g) 2 NF₂(g) ∆Hdeg = 385 kJ Razona que le ocurre al equilibrio si se disminuye la presioacuten de la mezcla de reaccioacuten a temperatura constante
                                                                                                      • 8 a) Dada la reaccioacuten N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ΔHordm lt 0 razona coacutemo influye sobre el equilibrio un aumento de la temperatura
                                                                                                      • 9 Considera el equilibrio N₂(g) + 3 H₂(g) 2 NH₃(g) ∆H = -46 kJmiddotmol⁻sup1 Razona queacute le ocurre al equilibrio si
                                                                                                        • a) Se antildeade hidroacutegeno
                                                                                                        • b) Se aumenta la temperatura
                                                                                                        • c) Se aumenta la presioacuten disminuyendo el volumen
                                                                                                        • d) Se extrae nitroacutegeno
                                                                                                          • 10 En una reaccioacuten A + B AB en fase gaseosa la constante K vale 43 a la temperatura de 250 degC y tiene un valor de 18 a 275 degC
                                                                                                            • a) Enuncia el principio de Le Chatelier
                                                                                                            • b) Razona si dicha reaccioacuten es exoteacutermica o endoteacutermica
                                                                                                            • c) En queacute sentido se desplazaraacute el equilibrio al aumentar la temperatura
                                                                                                              • 11 Dado el siguiente equilibrio H₂S(g) H₂(g) + S(s) indica si la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno aumentaraacute disminuiraacute o no se modificaraacute si
                                                                                                                • a) Se antildeade H₂(g)
                                                                                                                • b) Disminuye el volumen del recipiente
                                                                                                                  • 12 Si consideramos la disociacioacuten del PCl₅ dada por la ecuacioacuten PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ∆H lt 0 Indica razonadamente queacute le ocurre al equilibrio
                                                                                                                    • a) Al aumentar la presioacuten sobre el sistema sin variar la temperatura
                                                                                                                    • b) Al disminuir la temperatura
                                                                                                                    • c) Al antildeadir cloro
                                                                                                                      • 13 Para el equilibrio 2 SO₂(g) + O₂(g) 2 SO₃(g) ∆H lt 0 explica razonadamente
                                                                                                                        • a) iquestHacia que lado se desplazaraacute el equilibrio si se aumente la temperatura
                                                                                                                        • b) iquestComo afectaraacute a la cantidad de producto obtenido un aumento de la concentracioacuten de oxiacutegeno
                                                                                                                          • 14 Para la siguiente reaccioacuten 2 NaHCO₃(s) 2 Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) ∆H lt 0
                                                                                                                            • a) Escribe la expresioacuten para la constante de equilibrio K en funcioacuten de las presiones parciales
                                                                                                                            • b) Razona como afecta al equilibrio un aumento de temperatura
                                                                                                                              • 15 Explica razonadamente el efecto sobre el equilibrio 2 C(s) + O₂(g) 2 CO(g) ∆Hdeg = ‑221 kJmol
                                                                                                                                • a) Si se antildeade CO
                                                                                                                                • b) Si se antildeade C
                                                                                                                                • c) Si se eleva la temperatura
                                                                                                                                • d) Si aumenta la presioacuten