IENCIAS DE LAS ALUD

QUÍMICA II

Guía de problemas 4

I

C

S

U

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Guía 4: EQUILIBRIO QUÍMICO.

Conceptos importantes

 Constantes de equilibrio para una reacción: Kc, Kx y Kp

 Origen termodinámico de las constantes de equilibrio

 Extensión y dirección de una reacción

 Principio de Le Chatelier

 Influencia del agregado o remoción de reactivos o productos sobre un sistema en equilibrio. Efecto de la presión.

 Efecto de la temperatura sobre la constante de equilibrio

Problema 1

Una mezcla gaseosa se encuentra en equilibrio a 25°C, según la siguiente reacción: CO (g) + 3H2 (g) ⇌ CH4 (g) + H20(g)

La constante de equilibrio a esa temperatura Kc es igual a 3,92. Si se conoce que en el equilibrio las concentraciones de CO, H2 y H20 son:

[CO] = 0,30 M [H2] = 0,10 M [H2O] =0,020 M,

(a) Expresar Kc y Kp para la reacción.

(b) Calcular la concentración de CH4 en el equilibrio?

(c) Calcular la constante Kp y a partir de ella el valor de G° para la reacción.

Problema 2

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

alcanzándose el siguiente equilibrio: H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2 HI (g)

A esa temperatura el Kc vale 50.

(a) ¿Cuál es el valor de Kp y deG° para la reacción?

(b) ¿Cuál es la concentración de cada especie en el equilibrio?

Problema 3

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 alcanzándose el equilibrio según la siguiente reacción: HCONH2 (g) ⇌ NH3 (g) + CO (g)

La constante de equilibrio Kc vale 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. Calcular:

(a) Kp y G° para la reacción.

(b) la concentración inicial de formamida en moles/litro.

Problema 4

Teniendo en cuenta las propiedades de las constantes de equilibrio

(a) calcular el valor de la constante de equilibrio KP, para la reacción

O2 (g) + O(g) ⇌ O3(g)

a partir de los siguientes datos:

NO2 (g) ⇌ NO(g) + O(g) K1 = 6,8 x 10-49

O3 (g) + NO(g) ⇌ NO2 (g) + O2 (g) K2= 5,8 x 10-34

(b) conociendo que para la siguiente reacción: PCl3(g) + Cl2(g) ⇌ PCl5(g)

la constante de equilibrio Kp = 49 a 230ºC hallar el valor de Kp para la reacción: PCl5(g) ⇌ PCl3(g) + Cl2(g)

Problema 5

Para la reacción: N2 (g) + 3 H2 (g) ⇌ 2 NH3 (g) se conoce el valor de la constante

Kc=0,061 a 500K

En una cierta mezcla de reacción se determinaron las siguientes concentraciones: [N2]= 3,00 mol/L, [H2]= 2,00 mol/L y [NH3]= 0,50 mol/L.

¿Está el sistema en equilibrio? Si no lo está ¿cómo va a evolucionar el sistema de manera de alcanzar el equilibrio?

Problema 6

Considerando la reacción: 4 NH3 (g) + 3 O2 (g) ⇌ 2 N2 (g) + 6 H2O (g)

Si se parte del sistema en equilibrio prediga cuál será el efecto sobre la evolución de la reacción si:

(a) Se agrega N2 (g) a temperatura constante

(b) Se agregar H2O (g) a temperatura constante

Problema 7

SO2 y NO2 son dos contaminantes del aire y pueden reaccionar en la atmósfera dando

lugar a la siguiente reacción:

SO2 (g) + NO2 (g) ⇌ SO3 (g) + NO(g)

Se conoce que para esta reacción Hr=-41,85 kJ/mol. Prediga el efecto sobre la cantidad

de NO(g) generada si luego de que la reacción alcance el equilibrio se producen los siguientes cambios:

(a) La cantidad de NO2(g) aumenta.

(b) Se retira trióxido de azufre por condensación.

(c) La presión se triplica por agregado de un gas inerte.

Decidir para cuales de las siguientes reacciones las concentraciones de productos en el equilibrio dependerán de la presión ejercida sobre el sistema.

(a) CO (g) + Cl2 (g) ⇌ COCl2 (g)

(b) 2 H2S (g) ⇌ 2 H2 (g) + S2 (g)

(c) C (grafito) + S2 (g) ⇌ CS2 (g)

Justificar claramente la respuesta.

Problema 9

En la siguiente tabla se presentan los valores de Kc a distintas temperaturas para la reacción CO (g) + 3 H2 (g) ⇌ CH4 (g) + H2O (g)

Temperatura (K) Kc

800 1,38 x 105

1000 2,54 x 105

1200 3,92 x 105

A partir de estos datos evaluar el H° de la reacción suponiendo que es constante en el intervalo de temperatura indicado.

Problema 10

Calcule la constante de equilibrio a 25ºC y a 150ºC para cada una de las siguientes reacciones. Para realizar el cálculo utilizar los G de formación y los H de formación de productos y reactivos disponibles en el apéndice 2A:

(a) NH4Cl(s) ⇌ NH3 (g) + HCl(g)

(b) (propeno) C3H6 (g) ⇌ (ciclopropano) C3H6 (g)

Problemas complementarios

Problema 11

Se coloca una muestra de 0,1 mol de ozono puro en un recipiente de 1 litro (volumen constante) y ocurre la siguiente reacción hasta llegar al equilibrio:

2 O3 (g) ⇌ 3 O2 (g)

Otra muestra de 0,5 moles de ozono puro se coloca en un segundo recipiente de 1 litro (volumen constante) a la misma temperatura que la anterior y el sistema evoluciona hasta la posición de equilibrio.

Sin hacer ningún cálculo determine cuáles de los siguientes valores serán iguales en ambos casos:

(a) Masa de O2 producido.

(b) Concentración de O2

(c) La relación: [O2] / [O3]

Problema 12

La constante de equilibrio Kc para la siguiente reacción es 1,0 x 10-5 _{a 1200 ºC.}

N2(g) + O2 (g) ⇌ 2 NO (g)

(a) Calcular las concentraciones molares de equilibrio de monóxido de nitrógeno, oxígeno y nitrógeno, sabiendo que las concentraciones iniciales de N2(g) y de O2(g) fueron 0,014M.

(b) Calcular la constante Kp y el G° para la reacción estudiada a esa temperatura.

Problema 13

Calcular el valor de la constante de equilibrio para la siguiente reacción: HOBr(ac) ⇌ H+ (ac)+ OBr- (ac)

A partir de las constantes de equilibrio de las siguientes reacciones: HOCl (ac) ⇌ H+ (ac) + OCl- (ac) K1= 3,0 x 10-8

HOCl (ac)+ OBr- _{(ac) ⇌ HOBr (ac)+ OCl}- _{(ac) K} 2=15

Problema 14

Calcular el cambio de energía libre estándar para cada una de las siguientes reacciones:

(a) H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g) Kp = 54 a 700 K

(b) I2 (g) ⇌ 2I(g) Kp = 6,8 a 1200 K

(c) CCl3COOH(ac) + H2O(l) ⇌ CCl3COO-(ac) + H3O+(ac) K = 0,30 a 298 K

Problema 15

Los siguientes datos fueron obtenidos a 460˚C y corresponden a concentraciones molares en el equilibrio para la siguiente reacción. Calcular Kc y Kp.

H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g)

[H2] [I2] [HI]

6,47 x 10-3 _{0,594 x 10}-3 _0,0137

Problema 16

En un recipiente cerrado a 250°C se coloca pentacloruro de fósforo gaseoso, éste se descompone dando tricloruro de fósforo y cloro ambos en estado gaseoso. Se deja que el sistema alcance el equilibrio, a esa temperatura se conoce Kc = 1,80.

(a) Calcular Kp y el G° para la reacción

(b) Predecir cuál va a ser la evolución de la reacción de manera de restablecer el equilibrio si luego de que la reacción alcance el equilibrio se producen los siguientes cambios:

(i) La cantidad de Cl2(g) aumenta.

(ii) Se retira PCl5.

Una mezcla de reacción que se encuentra a temperatura T en un recipiente cerrado contiene O2 (g), N2 (g) y N2O (g). Las concentraciones de cada gas es mezcla son:

[O2]= 0,01 M [N2]= 1,5 × 10-2 M y [N2O]= 2 × 10-4 M

Estas sustancias están relacionadas a través de la siguiente reacción: O2 (g) + 2N2 (g) ⇌ 2N2O (g)

Si la constante de equilibrio a esa temperatura es Kc= 2,0 × 10-37 _{decidir si la mezcla}

mencionada se encuentra en equilibrio y de no estarlo indicar en qué sentido evolucionará el sistema a fin de alcanzar la condición de equilibrio.

Problema 18

Para cada una de las siguientes reacciones en equilibrio, explique qué resultados se obtienen por un incremento de la presión total (compresión del sistema de reacción).

(a) 2 O3(g) ⇌ 3 O2(g)

(b) H2O(g) + C(s) ⇌ H2 (g) + CO(g)