EJERCICIOS RESUELTOS DE EQUILIBRIO QUIMICO

(1)

EJERCICIOS RESUELTOS DE EQUILIBRIO QUIMICO

1. Cuando el cloruro amónico se calienta a 275ºC en un recipiente cerrado de 1,0 litro, se descompone dando lugar a cloruro de hidrógeno gaseoso y amoniaco gaseoso alcanzándose el equilibrio. La constante Kp = 1,04·102. ¿Cuál será la masa de cloruro de amonio que

queda sin descomponer cuando se alcance el equilibrio si en la vasija se introducen 0,980 g de sal sólida?

NH4Cl (s)  NH3 (g)+ HCl (g)

2 HCl

NH

p P ·P 1,04 ·10

K

3

 



0,102 10

· 1,04 P

P_NH _HCl 2

3   



Cl NH g 0,859 tos

descompues Cl

NH g 0,121 -Cl NH g 0,980

Cl NH g 0,121 x NH mol 10 · 2,27

Cl NH g x

NH mol 1

g/mol 53,5 · Cl NH mol 1

NH de mol 10 · 2,27 K 548 · mol·K

L·atm 0,082

L 1,0 · atm 0,102 R·T

P·V n

4 4

4

4 3

3 4

3 3



  

 



 

2. Cuando el dióxido de estaño se calienta en presencia de hidrógeno tiene lugar la reacción siguiente:

(2)

Si los reactivos se calientan en una vasija cerrada a 500ºC, se alcanza el equilibrio con unas concentraciones de H2 y H2O de 0,25 M. Se añade hidrógeno a la vasija de manera que su

concentración inicial es de 0,5 M. ¿Cuáles serán las concentraciones de H2 y H2O cuando

se restablezca el equilibrio?

0 , 1 25 , 0

25 , 0 C

C K

2 2

2 H

2 O H c

2

2  



2

H

C CH₂O

inicial 0,5 0,25 reacciona 2x

formado 2x

en equilibrio 0,5 - 2x 0,25+2x

M 0,0625 x

x) 2 (0,5

x) 2 (0,25

1,0 ₂

2

 

 

2

H

C _H _O

2

C

en equilibrio 0,375 M 0,375 M

3. En una vasija de 200 mL en la que se encuentra azufre sólido, se introduce 1,0 g de hidrógeno y 3,2 g de sulfuro de hidrógeno. Se calienta el sistema a 380 K con lo que se establece el equilibrio:

H2S (g)  H2 (g) + S (s) Kc = 7,0·102

calcular la presión de ambos gases en el equilibrio.

2

H

C C_H₂_S

inicial 0,5 mol/0,2 L 0,1 mol/0,2 L reacciona x

formado x

(3)

M 01 , 2 x

x 0,5

x 5 , 2 7,0·10

7,0·10 C

C K

2

S H

H c

2 2



  

 



atm 15,3 K 380 · mol·K

L·atm 0,082 · L mol 0,49 P

atm 2 , 78 K 380 · mol·K

L·atm 0,082 · L mol 51 , 2 P

CRT P

2 2

H S H

 



4. Una mezcla de dióxido de azufre y oxígeno en relación molar 2:1, en presencia de un catalizador, alcanza el equilibrio:

2 SO2 (g) + O2 (g)  2 SO3 (g)

¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio Kp si a la presión total de 5 atmósferas el 32

% del SO2 (g) se ha transformado en SO3 (g)?

2 SO

P PO₂ PSO3

inicial 2 Pi Pi 0

reaccionó 2x = 0,32 · 2 Pi x = 0,32 Pi

formado 2x = 0,64 Pi

en equilibrio (2-0,64)Pi =1,36 Pi (1-0,32)Pi=0,68 Pi 0,64 Pi

(1,36 + 0,68 +0,64) Pi = 5 atm Pi = 1,87 atm

175 , 0 1,27 · 2,54

1,20

P · P

P K

2 2

O 2 SO

2 SO p

2 2

3 _ _

(4)

5. En un recipiente de volumen fijo se introduce, a 250 ºC, una cierta cantidad de pentacloruro de fósforo que se descompone:

PCl5 (g)  PCl3 (g) + Cl2 (g)

En el equilibrio existen 0,53 moles de cloro y 0,32 moles de pentacloruro de fósforo. ¿Cuál es el volumen del recipiente si Kc = 4,1·102?

L 21,4 V

V 0,32

V 0,53 · V 0,53

10 · 4,1 C

·C C

Kc 2

PCl Cl PCl

5 2 3



 

 

6. Para el equilibrio:

NH4HS (s)  NH3 (g) + H2S (g)

la constate de equilibrio es Kc = 1,2 · 104

a. En un vaso de 1 litro se coloca NH4HS (s) que se descompone hasta alcanzar el

equilibrio. Calcular las concentraciones de ambos gases presentes.

mol/L 0,011 10

· 1,2 C

C

10 · 1,2 ·C

C K

4 S

H NH

4 S

H NH c

2 3

 



 

 

b. Se introduce NH4HS (s) en la misma vasija en la que hay presentes 1,1.103 moles de

NH3 (g) y se alcanza de nuevo el equilibrio. Calcular las concentraciones de los

gases.

CNH₃ CH₂S

inicial 0,0011 0

reaccionó 0 0

formado x x

(5)

M 0,0104 equilibrio

en C

M 0,0115 equilibrio

en C

0,0104 x

x x) (0,0011 1,2·10

10 · 1,2 ·C

C K

S H NH

4

4 S

H NH c

2 3

  

 

 



7. En un recipiente cerrado de 32 litros de capacidad existe carbono sólido que reacciona con CO2 y forma CO. A 600 K, el sistema alcanza el equilibrio:

C (s) + CO2 (g)  2 CO (g)

estando presentes carbono en exceso, 1,5 moles de CO (g) y 0,5 moles de CO2 (g).

a. Calcular Kc.

14 , 0

32 5 , 0 32

5 , 1

C C K

2

CO 2 CO c

2

        

b. A la misma temperatura y en la misma vasija existen 30,0 g de CO2 (g) cuando se

introduce suficiente carbono para alcanzar el equilibrio anterior. Calcula la cantidad de cada gas en el equilibrio.

2

CO

C C_CO

inicial 2,13 · 10-2 0 reaccionó x

formado 2x

(6)

mol

0,074

L

32

· L

mol

0,0023

n

mol

0,608

L

32

· L

mol

0,019

n

0,019

x

0,14

x

2,13·10

(2x)

C

K

2 2

CO CO

2 2

CO 2 CO c







_

8. Para la reacción en equilibrio a 25ºC

2 ICl (s)  I2 (s) + Cl2 (g)

la constante Kp vale 0,24 cuando la presión se expresa en atmósferas.

En un recipiente de dos litros en el que se ha hecho el vacío se introducen 2 moles de ICl (s).

a. ¿Cuál será la concentración de Cl2 cuando se alcance el equilibrio?

2 3 Cl

p

Cl M 9,82·10 K

298 · mol·K

L·atm 0,082

atm 0,24 RT

P C

0,24 P

K 2



 



 

b. ¿Qué masa de ICl (s) quedará en el equilibrio?

ICl g 318,4 ICl

g 6,38 ICl mol

g ·162,4 ICl mol 2

ICl g 6,38 x

Cl L 2 · L mol 9,82·10

ICl g x Cl

mol 1

ICl mol

g ·162,4 ICl mol 2

2 3

2

 



(7)

9. El valor de la constante de equilibrio para la reacción

H2 (g) + I2 (g)  2 HI (g) a 533 K es Kc = 85

a. Una muestra de 50 g de HI (g) se calienta en un recipiente de 2 litros a 533 K. Calcula la composición de la mezcla en el equilibrio.

M 0,196 L

2,0 mol

g 127,9

g 50

C_HI  

2

H

C C_I₂ C_HI

inicial 0 0 0,196

reaccionó 2 x

formado x x

en equilibrio x x 0,196 – 2x

M 0,161 C

M 10 · 1,75 C

C

10 · 1,75 x

x

2x) (0,196 85

85 C

· C

C K

HI

2 I

H

2 2

2 I H

2 HI c

2 2



  

 

 

 

(8)

c 2

2

I H

2

HI ₁ _K

1 1 C · C

C Q

2 2

   

Por lo tanto la reacción se desplaza hacia la formación de productos

2

H

C C_I₂ C_HI

inicial 1 1 1 reaccionó x x

formado 2x

en equilibrio 1-x 1-x 1 + 2x

 

M 46 , 2 C

M 7 2 , 0 C C

73 , 0 x

x

-1

2x) (1 85

85 C

· C

C K

HI I H

2 2

I H

2 HI c

2 2

   

 

 

10. A 380 K se mezclan 0,1 mol de H2S (g) y 0,1 mol de H2 (g) con exceso de azufre sólido en

una vasija de 1 litro, de manera que se alcanza el equilibrio:

H2S (g)  S (s) + H2 (g) Kc = 7·102

a. Determine la concentración de H2 existente en el equilibrio.

c S

H H

K 1 1 , 0

1 , 0 C

C Q

2

2   



El equilibrio se desplazará hacia la formación de reaccionantes

S H₂

C

2

H

C

inicial 0,1 0,1

(9)

formado x

en equilibrio 0,1+x 0,1-x

M 0,187 C

M 0,013 C

0,087 x

10 · 7 x 0,1

x 0,1 C

C K

S H H

2

S H

H c

2 2

  

   

 

b. Deduzca si la concentración de H2S presente en el equilibrio aumentará, disminuirá o no

se modificará (justifique razonadamente sus respuestas): a. añadiendo azufre sólido a la vasija de la reacción.

No hay variación porque el S sólido no interviene en el equilibrio

b. disminuyendo el volumen de la vasija.

No hay variación porque hay igual número de moles de reactivos y de productos

11. A 800 K la constante de equilibrio de la reacción: H2(g) + I2(g)  2 HI(g) es Kp=37,2. En

un recipiente de 4 litros que contiene hidrógeno a 800 K y una presión de 0,92 atm se introducen 0,2 moles de HI. ¿Qué sucederá?

a. Calcule la concentración de I2 que habrá en el recipiente cuando se alcance el estado

de equilibrio.

Como n = 0 Kp = Kc

M 0,014 K

800 · mol·K L·atm 0,082

atm 0,92 RT

P C

2

H   

2

H

C

2

I

C C_HI

inicial 0,014 0 0,05

(10)

formado x x

en equilibrio 0,014+x x 0,05-2x





M 0497 , 0 C

M 10 · 1,38 C

M 0,0141 C

10 · 1,38 x

x x 0,014

2x) -(0,05 2

, 7 3

2 , 37 C

· C

C K

HI

4 -I

H

4 2 I H

2 HI c

2 2

 

 

 



b. Calcule la presión total en el estado inicial y en el equilibrio.

atm 4,20 K

800 · K · mol

atm · L ·0,082 L

mol 2x) -0,05 x

x (0,014 C·R·T

P

atm 4,20 K

800 · K · mol

atm · L ·0,082 L

mol 0,05) (0,014

C·R·T P

equilibrio inicial

 

  



 

 

12. En un recipiente cerrado de 10 litros en el que se ha hecho el vacío se introducen 0,2 moles de H2 y 0,2 moles de I2. Se mantiene la temperatura a 440ºC alcanzándose el equilibrio:

H2 (g) + I2 (g)  2 HI (g)

A esa temperatura el Kc vale 50.

a. ¿Cuál es el valor de Kp?

c p

Δn c

p

K K

0 n

(RT ) K K

  



(11)

atm 2,34 L

10

K ·713 mol·K

L·atm ·0,082

mol 0,4

P_total  

c. ¿Cuántos moles de yodo quedan sin reaccionar en el equilibrio?

2

H

C C_I₂ C_HI

inicial 0,02 0,02 0 reaccionó x x

formado 2x

en equilibrio 0,02-x 0,02-x 2x





mol 0,3 L 10 · L mol ·10 3 n

mol 0,185 L

10 · L mol 1,85·10 n

M 10 · 1,85 C

C

10 · 1,5 x

x

0,02 (2x) 50

50 C

· C

C K

3 HI

2 I

2 -I

H

3 2 2

I H

2 HI c

2

2 2

 

  

 

 

  

d. ¿Cuál es la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio?

i total parcial P ·Χ

P 

atm 0,18 0,03)mol 0,185

(0,185

mol 0,03 atm·

2,34 P

atm 08 , 1 0,03)mol 0,185

(0,185

0,185mol 2,34atm·

P P

HI I H₂ ₂

 

 

 

 

(12)

13. La constante de equilibrio de la reacción N2O4 (g)  2 NO2 (g) a 134ºC vale Kp = 66.

Cuando se alcanza el equilibrio en un recipiente de 10 litros la presión es de 10 atm. a. Calcula el número de moles de NO2 en la mezcla de equilibrio.

98 , 1 407) · (0,082 66 K

(RT ) K K

1 c

Δn c p

 





gases de mol 3,0 K 407 · mol·K

L·atm 0,082

L atm·10

10 RT

PV

n  

2 2

2

O N

2 NO c

NO de mol 2,6 NO

de M 26 , 0 x

x 0,3

x 98 , 1 C

C K

4 2

2

 

   

b. ¿Se perturbará el estado de equilibrio si manteniendo constante la temperatura se aumenta el volumen que ocupa la mezcla al doble de su valor (a 20 L)? En caso afirmativo indica en que sentido se producirá el desplazamiento.

2 2

2

O N

2 NO c

NO de mol 8 , 2 NO de M 14 , 0 x

x 0,15

x 98 , 1 C

C K

4 2

2

 

   

Al aumentar el volumen el equilibrio se desplaza hacia la formación de NO2 (donde

hay mayor número de moles).

14. A 375 ºC el SO2Cl2 se descompone según la siguiente reacción:

SO2Cl2 (g)  SO2 (g) + Cl2 (g)

Se introduce un mol de SO2Cl2 en un recipiente cerrado de 2 litros en el que previamente se

(13)

a. Calcula el valor de Kc.

2 2Cl

SO

C C_SO₂ C_Cl₂

inicial 0,5 0 0

reaccionó 0,129

formado 0,129 0,129

en equilibrio 0,5-0,129=0,371 M 0,129 M 0,129 M

0,045 0,371

9 0,129·0,12 C

·C C K

2 2

Cl SO

c   

b. Calcula la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio, y a partir de estas presiones parciales calcula el valor de Kp.

atm 6,85 K

648 · mol·K

L·atm ·0,082 L

mol 0,129 CRT

P P

atm 19,7 K 648 · mol·K

L·atm ·0,082 L

mol 0,371 CRT

P

2 2

Cl SO

 



38 , 2 19,7

·6,85 6,85 P

·P P K

2 2

Cl SO

p   

15. A 300 ºC el pentacloruro de fósforo se descompone parcialmente en tricloruro de fósforo y cloro según la siguiente ecuación:

PCl5 (g)  PCl3 (g) + Cl2 (g)

Se introducen 13,35 g de pentacloruro de fósforo en un recipiente cerrado de 2 litros en el que previamente se ha realizado en vacío. Se calienta a 300 ºC y cuando se alcanza el equilibrio la presión total de la mezcla de los gases es de 2,84 atm.

(14)

M 0,032 L

2 208,5

g 13,35

C mol

g

PCl₅  

Y la suma de las concentraciones de los gases en el equilibrio:

M 0,060 K

573 · mol·K

L·atm 0,082

atm· 2,84 RT

P

C  

5

PCl

C

3

PCl

C

2

Cl

C

inicial 0,032 0 0 reaccionó x

formado x x

en equilibrio 0,032-x x x

0,032 – x + x + x = 0,060 x = 0,028 M

196 , 0 0,004 0,028 C

·C C K

2

PCl Cl PCl c

5 2

3  



b. Calcula la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio, y a partir de estas presiones calcula el valor de Kp.

atm 188 , 0 K ·573 mol·K

L·atm ·0,082 L

mol 0,004 CRT

P

atm 1,32 K ·573 mol·K L·atm ·0,082 L

mol 0,028 CRT

P P

5 2 3

PCl Cl PCl

 



 

26 , 9 0,188 1,32 P

·P P K

2

PCl Cl PCl p

5 2

3  



(15)

C (s) + CO2 (g)  2 CO (g)

Se introducen 4,4 g de dióxido de carbono (g) y 1,6 g de carbono (s) en un recipiente cerrado de 1 litro en el que previamente se ha hecho el vacío. Se calienta a 1000ºC y cuando se alcanza el equilibrio la presión total en el interior del recipiente es de 13,9 atmósferas.

a. Calcula el valor de Kc y la masa de sólido en el equilibrio, a 1000ºC

La concentración inicial de CO2 es:

M 0,1 L

1 mol

g 44

g 4,4

C

2

CO  

Y la suma de las concentraciones en el equilibrio:

M 0,133 K

1273 · mol·K

L·atm 0,082

atm 13,9 RT

P

C  

2

CO

C C_CO

inicial 0,1 0 reaccionó x

formado 2x

en equilibrio 0,1-x 2x

0,1 –x + 2x = 0,133 x = 0,033 M

0,065 0,067

0,066 C

C K

2

CO 2 CO c

2

 



C que queda sin reaccionar:

C g 0,804 x

CO mol 0,067

C g x CO

mol 1

mol g 12 · C mol 1

2 2



(16)

1,6 g de C – 0,804 g de C gastados = 0,796 g C

b. Calcula la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio y a partir de esas presiones parciales calcula el valor de Kp

6,89atm K

·1273 mol·K

L·atm 0,082 · L mol 0,066 CRT

P

6,99atm K

·1273 mol·K L·atm 0,082 · L mol 0,067 CRT

P

CO CO₂

 



 



6,79 6,99

6,89 P

P K

2

CO 2 CO p

2

 



17. El óxido de nitrógeno (II) reacciona con oxígeno según la siguiente ecuación: 2 NO (g) + O2 (g)  2 NO2 (g)

Se introducen 12 g de NO (g) y 16 g de O2 (g) en un recipiente cerrado de 3 litros en el que

previamente se ha hecho el vacío. Se calienta la mezcla a 100ºC y cuando se alcanza el equilibrio a dicha temperatura la presión total en el interior del recipiente es de 8,36 atmósferas.

Concentraciones iniciales:

M 0,166 L

3 mol

g 32

O g 16

C M 0,143 L

3 mol

g 28

NO g 12

C

2

O

NO   ₂  

Suma de concentraciones finales:

M 0,273 K

373 · mol·K

L·atm 0,082

atm 8,36 RT

P

C  

NO

C C_O₂ C_NO₂

(17)

reaccionó 2x x

formado 2x

en equilibrio 0,143-2x 0,166-x 2x 0,143 - 2x + 0,166 – x + 2x = 0,273 M

x = 0,036 M

7,9 0,13 · 0,071

0,072 C

· C

C K

2 2

O 2 NO

2 NO c

2

2 _ _



b. Calcula la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio y, a partir de estas presiones parciales, calcula el valor de Kp.

atm 2,20 K ·373 mol·K

L·atm 0,082 · L mol 0,072 CRT

P

atm 98 , 3 K ·373 mol·K L·atm 0,082 · L mol 0,13 CRT

P

atm 2,17 K ·373 mol·K

L·atm 0,082 · L mol 0,071 CRT

P

2 2

NO O NO

 



 



 



258 , 0 3,98 · 2,17

20 , 2 P

· P

P K

2 2

O 2 NO

2 NO p

2

2 _ _



18. En un recipiente de paredes rígidas de 1,0 L se hace el vacío y después se introduce N2O4

(g) hasta alcanzar una presión de 1,00 atm a l00ºC. El N2O4 se disocia parcialmente según:

N2O4 (g)  2 NO2 (g)

Al alcanzarse el equilibrio la presión total es de 1,78 atm a 100 ºC. a. Calcule la cantidad inicial de N2O4

mol 0,033 K

373 · mol·K

L·atm 0,082

L ·1,0 atm 1,00 RT

PV

n  

(18)

4 2O

N

C C_NO₂

Inicial 0,033 0 reaccionó x

formado 2x

en equilibrio 0,033 - x 2x

Suma de concentraciones de gases:

M 0,058 K

373 · mol·K

L·atm 0,082

atm 1,78 RT

P

C  

0,033 – x + 2x = 0,058 x = 0,025 M

M 0,05 C

M 0,008 C

2 4 2

NO O N

 

Porcentaje de disociación:

n disociació

de % 75,8 x

0,025 100

0,033

 

c. Calcule Kp y Kc de la reacción de disociación a 100ºC.

4 2O

N

P

2

NO

P

Inicial 1,0 0 reaccionó x

formado 2x

en equilibrio 1,0 - x 2x

1,0 – x + 2x = 1,78

(19)

31 , 0 0,008 0,05 C

C K

1,0 0,61 0,78 P

P K

2

O N

2 NO c

2

O N

2 NO p

4 2

2 4 2

2

 



 



19. Para el equilibrio H2 (g) + CO2 (g)  H2O (g) + CO (g), la Kc es 4,40 a 2000 K

a. Calcule la concentración de cada especie en el equilibrio si inicialmente se han introducido 1,00 mol de CO2 y 1,00 mol de H2, en un recipiente vacío de 5,0 litros, a

2000K

2

H

C

2

CO

C _H _O

2

C C_CO

Inicial 0,20 0,20 0 0 Reaccionó x x

Formado x x

En equilibrio 0,2-x 0,2-x x x





2

CO H

CO O H c

x 0,2

x 4,40

C · C

C · C K

2 2

2

  



x = 0,135 M

2

H

C C_CO₂ C_H₂_O C_CO

En equilibrio 0,065 M 0,065 M 0,135 M 0,135 M

20. El pentacloruro de fósforo se disocia según el equilibrio homogéneo en fase gas siguiente: PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g)

A una temperatura determinada se introducen en un matraz de un litro de capacidad un mol de pentacloruro de fósforo y se alcanza el equilibrio cuando se disocia el 35% de la cantidad de pentacloruro inicial. Si la presión de trabajo resulta ser de 5 atmósferas se desea saber:

(20)

5

PCl

C C_PCl₃ C_Cl₂

inicial 1,0 reaccionó 0,35

formado 0,35 0,35

en equilibrio 0,65 M 0,35 M 0,35 M

0,188 0,65

0,35·0,35 C

·C C

K

5 2 3 PCl

Cl PCl

c   

b. Las presiones parciales de los gases en el momento del equilibrio

atm 30 , 1 0,35) 0,35

(0,65 0,35 atm·

5 P

P

atm 2,40 0,35)

0,35 (0,65

0,65 atm·

5 P

2 3

5

Cl PCl

PCl

 

 



 

 

c. La constante de equilibrio en función de las presiones parciales.

704 , 0 2,40

1,30 · 1,30 P

·P P

K

5 2 3 PCl

Cl PCl

p   

21. El CO2 reacciona rápidamente con el H2S a altas temperaturas según la reacción siguiente:

CO2 (g) + H2S (g)  COS (g) + H2O (g)

En una experiencia se colocaron 0,1 mol de CO2, en una vasija de 2,5 litros, a 327ºC, y una

cantidad suficiente de H2S para que la presión total fuese de 10 atm una vez alcanzado el

equilibrio. En la mezcla que se obtiene una vez alcanzado el equilibrio existían 0,01 moles de agua. Determine:

a. El número de moles de cada una de las especies en el equilibrio.

2

CO

C C_H₂_S C_COS C_H₂_O

inicial 0,04 Ci 0 0

(21)

formado 0,004 0,004 en equilibrio 0,04-0,004 Ci-0,004 0,004 M 0,004 M

Suma de concentraciones en equilibrio:

M 0,20 K

600 · mol·K L·atm 0,082

atm 10 RT

P

C  

0,04 - 0,004 + Ci - 0,004 + 0,004 + 0,004= 0,20

Ci = 0,16 M

2

CO

C C_H₂_S C_COS C_H₂_O

en equilibrio 0,036 M 0,156 M 0,004 M 0,004 M b. El valor de Kc

285 , 0 0,156 · 0,036

0,004 · 0,004 ·C

C

·C C

K

S H CO

O H COS c

2 2

2  



c. El valor de Kp.

0,285

600)

·

2 0,285(0,08

(RT)

K

_p



_c Δn



0



22. La obtención de un halógeno en el laboratorio puede realizarse tratando un hidrácido con un oxidante Para el caso del cloro la reacción viene dada por el equilibrio;

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

Si en un recipiente de 2,5 litros se introducen 0,075 moles de cloruro de hidrógeno y la mitad de esa cantidad de oxígeno, se alcanza el equilibrio cuando se forman 0,01 moles de cloro e igual cantidad de agua. Calcule el valor de la constante de equilibrio

HCl

C

2

O

C _H _O

2

C

2

Cl

C

inicial 0,03 0,015 0 0

(22)

formado 0,004 0,004 en equilibrio (0,03-0,004) M (0,015-0,004) M 0,004 M 0,004 M

0,051 0,011

· 0,026

0,004 · 0,004 C

· C

C · C

K

4

2 2

O 4 HCl

2 Cl 2 O H c

2 2

2 _ _



23. La constante Kp correspondiente al equilibrio

CO (g) + H2O  CO2 (g) + H2 (g)

vale 9 a la temperatura de 690 K. Si inicialmente se introducen en un reactor, de 15 litros de volumen, 0,3 mol de CO y 0,3 mol de H2O, calcule:

a. Las concentraciones de cada una de las especies (CO, H2O, CO2 y H2) una vez el

sistema alcance el equilibrio.

CO

C CH₂O CCO₂ CH₂

inicial 0,02 0,02 0 0

reaccionó x x

formado x x

en equilibrio 0,02 - x 0,02 - x x x

Como n = 0 Kp = Kc = 9

2 2

O H CO

H CO c

x) (0,02

x 9

·C C

·C C K

2 2 2

   

x = 0,015 M

CO

C _H _O

2

C

2

CO

C

2

H

C

en equilibrio 0,005 M 0,005 M 0,015 M 0,015 M

(23)

atm 2,26 K

690 · mol·K L·atm 0,082

· L mol 0,015) 0,015

0,005 (0,005

CRT

P     

24. La formación del SO3 a partir de SO2 y O2 es una etapa intermedia en la síntesis industrial

del ácido sulfúrico:

SO2 (g) + ½ O2 (g)  SO3 (g)

Se introducen 128 g de SO2 y 64 g de O2 en un recipiente cerrado de 2 litros en el que

previamente se ha hecho el vacío. Se calienta a 830 ºC y tras alcanzar el equilibrio se observa que ha reaccionado el 80 % del SO2 inicial.

a. Calcula la composición (en moles) de la mezcla en el equilibrio y el valor de Kc.

Concentraciones iniciales

M 1 L 2

mol g 32

g 64

C M 1 L 2

mol g 64

g 128

C

2

2 O

SO    

2

SO

C C_O₂ C_SO₃

inicial 1,0 1,0 0 reaccionó 0,8 0,4

formado 0,8

b. Calcula la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio y, a partir de esas presiones parciales, calcula el valor de Kp

atm 4 , 72 K 1103 · mol·K

L·atm 0,082 · L mol 0,8 CRT P

atm 3 , 4 5 K 1103 · mol·K

atm 18,1 K 1103 · mol·K

3 2

2

SO O SO

 



 



 

(24)

0,543 54,3 18,1· 72,4 P · P P K 2 2 3 O SO SO

p   

25. En el proceso Deacon el cloro (g) se obtiene según el equilibrio: 4 HCl (g) + O2 (g)  2 Cl2 (g) + 2 H2O (g)

Se introducen 3,65 gramos de HCl (g) y 3,20 gramos de O2 (g) en un recipiente cerrado de

10 litros en el que previamente se ha hecho el vacío. Se calienta la mezcla a 390ºC y cuando se ha alcanzado el equilibrio a esta temperatura, se observa la formación de 2,84 gramos de Cl2 (g).

a. Calcule el valor de Kc.

HCl

C C_O₂ C_H₂_O C_Cl₂

inicial 0,01 0,01 0 0

reaccionó 0,004 0,004

formado 0,004 0,004

en equilibrio (0,01-0,004) M (0,01-0,004) M 0,004 M 0,004 M

9 , 32 0,006 · 0,006 0,004 · 0,004 C · C C · C K 4 2 2 O 4 HCl 2 Cl 2 O H c 2 2

2  



b. Calcule la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio y, a partir de esas presiones parciales, calcule el valor de Kp.

atm 22 , 0 K 663 · mol·K L·atm 0,082 · L mol 004 , 0 CRT P P atm 33 , 0 K 663 · mol·K L·atm 0,082 · L mol 006 , 0 CRT P P 2 2 2 Cl O H O HCl         60 , 0 0,33 · 0,33 0,22 · 0,22 P · P P · P K 4 2 2 O 4 HCl 2 Cl 2 O H p 2 2

2 _ _



26. La constante de equilibrio Kc es de 0,16 a 550 ºC para la siguiente reacción:

(25)

En un recipiente de 5,00 litros se introducen 11 gramos de dióxido de Carbono, 0,5 gramos de Hidrógeno y se calienta a 550ºC. Calcula la composición de la mezcla de gases en el equilibrio.

2

CO

C C_H₂ C_CO C_H₂_O

inicial 0,05 0,05 0 0 reaccionó x x

formado x x

en equilibrio 0,05-x 0,05-x x x

2 2

H CO

O H CO c

x) (0,05

x 0,16

·C C

·C C K

2 2

2

 

 

x = 0,014 M

2

CO

C CH₂ CCO CH₂O

en equilibrio 0,036 M 0,036 M 0,014 M 0,014 M

27. A 400ºC, el NaHCO3 se descompone parcialmente según la siguiente ecuación:

2 NaHCO3 (s)  Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (g)

Se introduce una cierta cantidad de NaHCO3 (s) en un recipiente cerrado de 2 litros, en el

cual previamente se ha hecho el vacío; se calienta a 400ºC y cuando se llega al equilibrio a la citada temperatura, se observa que la presión en el interior del recipiente es de 0,962 atm. a. Calcula el valor de Kp yKc

atm 0,481 2

atm 0,962 P

P_CO _H _O

2

2   

0,231 0,481

·P P

K_p _CO _H _O 2

2

2  



5 2

Δn p

c K (RT) 0,231(0,082 ·673) 7,58 · 10

K      

(26)

mol 0,0083 K

673 · mol·K L·atm 0,082

L 2 · atm 0,231 RT

PV n

2

CO   

2 3

CO mol 0,0083

NaHCO g

x CO

mol 1

mol g 84 · NaHCO mol

1



x = 0,70 g NaHCO3

28. En un recipiente de 200 mL de capacidad y mantenido a 400 °C se introducen 2,56 gramos de yoduro de hidrógeno alcanzándose el equilibrio siguiente:

2 HI (g)  H2 (g) + I2 (g)

La constante de equilibrio en esas condiciones vale Kp = 0,16. Se desea saber:

a. El valor de Kc para este equilibrio.

Kc = Kp porque n = 0

b. La concentración de cada uno de los componentes en el equilibrio.

HI

C C_H₂ C_I₂

inicial 0,1 0 0

reaccionó 2x

formado x x

en equilibrio 0,1 – 2x x x

2 2

2 HI

I H c

2x) (0,1

x 0,16

C ·C C

K 2 2

   

x = 0,012 M

HI

C CH₂ CI₂

(27)

atm 41 K 500 · mol·K

L·atm 0,082

· L mol 0,12) 0,12

(0,76 CRT

P    

29. El yodo reacciona con el hidrógeno según la siguiente ecuación: I2 (g) + H2 (g)  2 HI (g)

El análisis de una mezcla gaseosa de I2 (g), H2 (g), HI (g), contenida en un recipiente de 1 L

a 227°C, donde se ha alcanzado el equilibrio, dio el siguiente resultado: 2,21.103 mol de HI; 1,46.103 mol de I2; y 2,09.103 mol de H2.

a. ¿Cuál es la presión de cada uno de los gases en el equilibrio a 227°C, y la presión total en el interior del recipiente?

atm 0,086 L

1,0

K 500 · mol.K L·atm 0,082 · mol 2,09·10

V nRT P

atm 0,060 L

1,0

K 500 · mol.K L·atm 0,082 · mol 1,46·10

V nRT P

atm 0,091 L

1,0

K 500 · mol.K L·atm 0,082 · mol 2,21·10

V nRT P

3

H

3

I

3

HI

2 2

 



 



 



 



b. Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kp para la reacción indicada y

calcule su valor numérico.

1,60 0,060 · 0,086

0,091 ·P

P P K

2

I H

2 HI p

2 2

 



c. En el mismo recipiente, después de hecho el vacío, se introducen 0,10 mol de I2 y

0,10 mol de HI y se mantiene a 227 °C. Calcule la concentración de cada uno de los componentes de la mezcla cuando se alcance el equilibrio.

(28)

inicial 0,1 0,1

reaccionó 2 x

formado x x

en equilibrio 0,1 + x x 0,1 – 2x

Kp = Kc = 1,60 porque n = 0

1,60 x)x (0,1

2x) (0,1 ·C

C C K

2

I H

2 HI c

2 2

    

x = 0,022 M

CI₂ CH2 CHI

30. La formamida, HCONH2, es un compuesto orgánico de gran importancia en la obtención de

fármacos y fertilizantes agrícolas. A altas temperaturas, la formamida se descompone en amoniaco y monóxido de carbono de acuerdo al equilibrio:

HCONH2 (g)  NH3 (g) + CO (g) Kc = 4,84 a 400 K

En un recipiente de almacenamiento industrial de 200 L (en el que previamente se ha hecho el vacío) mantenido a una temperatura de 400 K se añade formamida hasta que la presión inicial es de 1,45 atm. Calcule:

a. Las concentraciones de formamida, amoniaco y monóxido de carbono que contiene el recipiente una vez se alcance el equilibrio.

Concentración inicial de formamida:

M 0,044 K

400 · mol·K

L·atm 0,082

atm 1,45 RT

P

C  

2

HCONH

C CNH₃ CCO

inicial 0,044 0 0

reaccionó x

formado x x

(29)

x 0,044

x 4,84 C

·C C K

2

HCONH CO NH c

2 3

 

 

x = 0,0436 M

2

HCONH

C C_NH₃ C_CO

en equilibrio 4 · 10-4 M 0,0436 M 0,0436 M

b. El porcentaje de disociación de la formamida en esas condiciones (porcentaje de de reactivo disociado en el equilibrio).

x 0436 , 0 100 0,044_

x = 99 %

31. A 427ºC, el cloruro amónico, NH4Cl, se descompone parcialmente según la ecuación:

NH4Cl (s)  NH3 (g) + HCl (g)

Se introduce una cierta cantidad de NH4Cl (s) en un recipiente cerrado de 5 litros en el que

previamente se ha hecho el vacío; se calienta a 427 ºC y, cuando se alcanza el equilibrio a la citada temperatura, se observa que la presión en el interior del recipiente es de 6 atm. a. Calcule el valor de Kp y Kc

atm 3 2 atm 6 P

P_NH _HCl

3   

9 3 · 3 ·P P

K_p _NH _HCl

3  



3 2

Δn p

c K (RT) 9(0,082 ·700) 2,7 ·10

K      

b. Calcule la masa de NH4Cl que se habrá descompuesto

M 0,052 K

700 · mol·K

L·atm 0,082

atm 3 RT

P

(30)

HCl L 5 · L mol 0,052

Cl NH g x HCl

mol 1

mol g 53,5 · Cl NH mol 1

4 4



x =13,91 g NH4Cl

32. Cuando el óxido de mercurio sólido, HgO (s), se calienta en un recipiente cerrado en el que se ha hecho el vacío, se disocia reversiblemente en vapor de mercurio y oxígeno de acuerdo con el equilibrio:

2 HgO (s)  2 Hg (g) + O2 (g)

Si tras alcanzar el equilibrio, la presión total fue de 0,184 atm a 380 ºC, calcule: a. Las presiones parciales de cada uno de los componentes gaseosos

atm 0,061 atm

0,184 3 1 P

atm 0,123 atm

0,184 3 2 Hg P

2

O  

 

b. Las concentraciones molares de los mismos.

M 0,0011 K

653 · mol·K

L·atm 0,082

atm 0,061 RT

P C

M 0,0023 K

653 · mol·K L·atm 0,082

atm 0,123 RT

P C

2 O Hg

 



 



c. El valor de las constantes de equilibrio Kc y Kp

4 2

O 2 Hg p

9 2

O 2 Hg c

10 · 9,2 0,061 · 0,123 ·P

P K

10 · 5,8 0,0011 · 0,0023 ·C

C K

2 2

 

 



 