Ley de Chatelier
1.- Indica, justificando brevemente la respuesta, si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Para la reacción N2 (g) + 3 H2 (g) ⇔ 2 NH3 (g) un aumento de la presión, manteniendo constante las demás variables,
desplaza el equilibrio hacia la derecha.
b) Para una reacción, Kp nunca puede ser mas pequeña que kc. c) Si en una reacción para la que la constante de equilibrio vale kc,
multiplicamos los coeficientes estequiométricos del ajuste por dos, la constante de equilibrio también queda multiplicada por dos.
2.- Para la reacción: N2O4 (g) ⇔ 2 NO2 (g) ; ∆H = 58,2 kJ Si, una vez alcanzado el equilibrio, queremos aumentar la concentración de dióxido de nitrógeno:
a) Habrá que calentar el sistema.
b) Habrá que incorporar un catalizador.
c) Habrá que modificar la estequiometría de la reacción.
d) Habrá que bajar la temperatura.
3.- El metanol se fabrica industrialmente por hidrogenación del monóxido de carbono según:
CO (g) + 2 H2 (g) ⇒ CH3OH (g) ∆H = - 125 kJ
Razona, en cada uno de los casos siguientes, si la concentración del metanol aumentará:
a) Al aumentar la temperatura.
b) Al aumentar la presión total.
c) Al añadir al sistema un catalizador positivo.
d) Al aumentar la presión parcial de H2. 4.- Para la siguiente reacción en equilibrio:
4 HCl (g) + O2 (g) ⇔ 2 H2O (g) + 2 Cl2 (g); ∆H <0
justifica razonadamente cuál será el efecto sobre la concentración de HCl en el equilibrio en los siguientes casos:
a) aumentar la concentración de O2. b) Disminuir la concentración de H2O.
c) Aumentar el volumen.
d) Reducir la temperatura.
e) Añadir un gas inerte como He.
f) Introducir un catalizador.
Cálculos de Kc, Kp....etc.
5.- A 670 K, un recipiente de un litro contiene una mezcla gaseosa en equilibrio de 0,003 mol de hidrógeno, 0,003 mol de yodo y 0,024 mol de yoduro de hidrógeno, según:
H2 (g) + I2 (g) ⇔ 2 HI (g) En estas condiciones, calcula:
a) El valor de Kc y Kp. Sol: Kc = Kp = 64
b) La presión total en el recipiente y las presiones parciales de los gases de la mezcla. Datos: R = 0,082 atm l /mol K.
Sol: PT = 1,65 atm ; P (H2) = P(I2) = 0,165 atm ; P (HI) = 1,32 atm.
6.- Para el proceso: I2 (g) ⇔ 2 I (g) la constante de equilibrio a 1000K vale Kc = 3,76 10-5. Si se inyecta 1,00 mol de I2 en un
recipiente de 2,00 litros que ya contenía 5,00 10-3 mol de I, calcula las concentraciones de I2 e I en el equilibrio a esa temperatura.
Sol: [I2]eq = 0,499 mol/l ; [I]eq = 4,33 10-3 mol/l
7.- En un recipiente de 5 litros se introducen 2,0 mol de PCl5 (g) y 1,0 mol de PCl3 (g). La temperatura se eleva a 250ºC,
estableciéndose el siguiente equilibrio:
PCl5 (g) ⇔ PCl3 (g) + Cl2 (g)
Sabiendo que Kc para la reacción a esa misma temperatura vale 0,042, se pregunta:
a) Calcular la concentración de Cl2 en el equilibrio. Sol: 0,056 M b) Calcular el valor de Kp a esa misma temperatura. Sol: 1,8 c) Calcular el porcentaje (%) de disociación alcanzado por el PCl5. Sol: 14%
Dato: R = 0,082 atm l /mol K
8.- En un matraz de 5 litros se introduce una mezcla de 0,92 mol de N2 y 0,51 mol de O2. Se calienta la mezcla hasta 2200 K,
estableciéndose el equilibrio N2 (g) + O2 (g) ⇔ 2 NO (g). Teniendo en cuenta que en estas condiciones reacciona el 1,09 % del nitrógeno inicial ( con el oxígeno correspondiente), calcula:
a) La concentración de todos los compuestos en el equilibrio a 2200 K. Sol: [N2] = 0,182 M ; [O2] = 0,1 M ; [NO] = 4 10-3 M
b) El valor de las constantes Kc y Kp a esa temperatura. Sol: Kp = Kc = 8,8 10-4
Dato: R = 0,082 atm l /mol K
9.- La síntesis de metanol (alcohol metílico) se basa en le equilibrio siguiente:
CO (g) + 2 H2 (g) ⇔ CH3OH (g)
En un reactor cilíndrico de 1 litro de capacidad, se disponen 2 mol de CO y 2 mol de hidrógeno, y se calienta el conjunto hasta 600 K.
Considerando que una vez alcanzado el equilibrio a esta temperatura, se han formado 0,8 mol de metanol:
a) Calcula los moles de cada sustancia una vez alcanzado el equilibrio. Sol: CO = 1,2 mol ; H2 = 0,4 mol ; CH3OH = 0,8 mol
b) Calcula el valor de Kp a 600 K. Sol : Kp = 1,74 10-3
c) Indica el efecto que producirá sobre el equilibrio un aumento de volumen del recipiente (supón que el cilindro está provisto de un pistón que permite la variación de su volumen). Razona la respuesta.
Datos: R = 0,082 atm l /mol K <> 8,314 J / mol K
10.- A 400 ºC el amoniaco se encuentra disociado un 40% en
nitrógeno e hidrógeno cuando la presión del sistema es de 710 mm Hg. Calcula para el equilibrio:
2 NH3 (g) ⇔ N2 (g) + 3 H2 (g)
a) Las presiones parciales de cada especie en el equilibrio cuando la cantidad inicial de NH3 es de 4 moles.
Sol: P (NH3) = 0,400 atm ; P (N2) = 0,134 atm ; P (H2) = 0,400 atm
b) El valor de Kp. Sol: 0,0536
11.- En un recipiente cerrado de 400 ml, en el que se ha hecho el vacío se introducen 2,032 g de yodo y 1,280 g de bromo. Se eleva la temperatura a 150ºC y se alcanza el equilibrio:
Br2 (g) + I2 (g) ⇔ 2 IBr (g) Calcula:
a) Las concentraciones molares y la presión total en el equilibrio.
Sol: [I2] = [Br2] = 2,14 10-3 M ; [IBr] = 0,036 M ; PT = 1,4 atm.
b) El valor de Kp para este equilibrio a 150 ºC. Sol: 280 Datos: Kc (150ºC) = 280 ; R = 0,082 atm l /mol K.
Masas Atómicas: Br = 79,9 ; I = 126,9.
12.- En un recipiente de 0,4 litros se introduce 1 mol de N2 y 3 mol de H2 a la temperatura de 780 K. Cuando se establece el equilibrio para la reacción N2 + 3 H2 ⇔ 2 NH3, se tiene una mezcla con un 28 % en mol de NH3. Determina:
a) El número de moles de cada componente en el equilibrio.
Sol: N2 = 0,562 mol ; H2 = 1,686 mol ; NH3 = 0,876 mol b) La presión final del sistema. PT = 500 atm
c) El valor de la constante de equilibrio Kp. Sol: 1,12 10-5 Dato: R = 0,082 atm l /mol K
13.- A una determinada temperatura, en estado gaseoso, el cloro reacciona con tricloruro de fósforo para formar pentacloruro de fósforo:
PCl3 (g) + Cl2 (g) ⇔ PCl5 (g)
En un recipiente de dos litros, una mezcla de las tres especies en equilibrio contiene, 132 g de PCl3, 56,8 g de Cl2 y 10,4 g de PCl5.
a) Calcula la constante de equilibrio, Kc, a esta temperatura.
Sol: 0,13
b) Explica si con estos datos se podría calcular la kp de este equilibrio.
c) Calcula la nueva composición en equilibrio si el volumen se reduce a la mitad. Sol: n (Cl2) = 0,76 mol ; n (PCl3) = 0,92 mol ; n (PCl5) = 0,09 mol
14.- En un matraz de 10 litros se introducen 2 mol de PCl5 a 162ºC.
Calcular:
a) La concentración de todas las sustancias en el equilibrio según la reacción: Sol:0,125 M ; 0,075M; 0,075 M
PCl5 (g) ⇔ PCl3 (g) + Cl2 (g)
b) La presión total del matraz en el equilibrio. Sol: 9,8 atm Datos: El matraz es de volumen constante; Kc = 0,054 a 162ºC;
R = 0,082 atm l /mol K
15.-A 400ºC el hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO3 se descompone parcialmente según el siguiente equilibrio:
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 que previamente se ha hecho el vacío; se calienta a 400ºC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura, se observa que la presión en el interior del recipiente es de 0,962 atm.
a) Calcula el valor de Kc y Kp. Sol: Kp = 0,231; Kc= 7,6 10-5 b) Calcula la cantidad (en gramos) de NaHCO3 (s) que se habrá
descompuesto. M(g) = 2,93
c) Si inicialmente hay 1,0 g de NaHCO3 (s), calcula la cantidad que se habrá descompuesto tras alcanzarse el equilibrio. Sol: 1,0 g Datos: Masas atómicas: H=1; C=12; O=16; Na=23;
R=0,082 atml/mol K
16.- En un recipiente de 4 litros, a una cierta temperatura, se introducen las cantidades de HCl, O2 y Cl2 indicadas en la tabla, estableciéndose el siguiente equilibrio:
4 HCl(g) + O2 (g) --- 2 H2O(g) + 2 Cl2 (g)
a) Los datos necesarios para completar la tabla.
b) El valor de Kc a esa temperatura.
17.- A 523K las concentraciones de PCl5 , PCl3 y Cl2 en equilibrio para la reacción: PCl5 (g) --- PCl3 (g) + Cl2 (g) son 0,809 M, 0,190 M y 0,190 M, respectivamente. Calcule a esa temperatura:
a) Las presiones parciales de las tres especies en el equilibrio.
b) La constante Kp de la reacción.
Dato: R=0,082 atm L K-1 mol-1.
18.- En un recipiente de 1 L y a una temperatura de 800°C, se alcanza el siguiente equilibrio:
CH4 (g) + H2O (g) --- CO (g) + 3H2 (g) Calcule: a) Los datos que faltan en la tabla.
CH4 H2O CO H2
Moles Iniciales 2,0 0,5 0,73
Variación en el nº de moles al alcanzar el
equilibrio -0,4
Nº de moles en el equilibrio 0,4
b) La constante de equilibrio Kp.
Dato: R = 0,082 atm·L·K-1.mol-1
19.- En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0,387 moles de nitrógeno y 0,642 moles de hidrógeno, se calienta a 800 K y se establece el equilibrio:
N2 (g) + 3 H2 (g) --- 2 NH3 (g)
Encontrándose que se han formado 0,06 moles de amoniaco. Calcule:
a) La composición de la mezcla gaseosa en equilibrio.
b) Kc y Kp a la citada temperatura.
Datos: R = 0,082 atm L K-1 mol-1
20.- En un recipiente de 5 litros se introducen 1,84 moles de nitrógeno y 1,02 moles de oxígeno. Se calienta el recipiente hasta 2000 ºC estableciéndose el equilibrio:
N2 (g) + O2 (g) --- 2 NO(g)
En estas condiciones reacciona el 3% del nitrógeno existente.
Calcule: a) El valor de Kc a dicha temperatura. b) La presión total en el recipiente, una vez alcanzado el equilibrio.
Dato: R = 0,082 atm·L·K-1.mol-1
21.- En un recipiente de 10 litros de capacidad se introducen 2 moles del compuesto A y 1 mol del compuesto B. Se calienta a 300 OC y se establece el siguiente equilibrio:
A(g) + 3 B(g) --- 2 C(g)
Cuando se alcanza el equilibrio, el número de moles de B es igual al de C. Calcule: a) El número de moles de cada componente en el equilibrio. b) El valor de las constantes Kc y Kp a esa temperatura.
Dato: R = 0,082 atm·L·K-1.mol-1.
22.- Se introduce una mezcla de 0,5 moles de H2 Y 0,5 moles de I2
en un recipiente de 1 litro y se calienta a la temperatura de 430 ºC.
Calcule:
a) Las concentraciones de H2, I2 y HI en el equilibrio, sabiendo que, a esa temperatura, la constante de equilibrio Kc es 54,3 para la reacción:
H2 (g) + I2 (g) --- 2HI(g)
b) El valor de la constante Kp a la misma temperatura.
Dato: R = 0,082 atm·L·K-1.mol-1.
23.- En una vasija que tiene una capacidad de 3 litros se hace el vacío y se introducen 0,5 gramos de H2 y 30 gramos de I2. Se eleva la temperatura a 500ºC, estableciéndose el siguiente equilibrio para el que Kc vale 50:
H2 (g) + I2 (g) --- 2HI (g) Calcule:
a) Moles de HI que se han formado.
b) Moles de I2 presentes en el equilibrio.
Datos: Masas atómicas (g/mol) : H=1; I=127.
24.- En un recipiente de 10 L se hacen reaccionar, a 450 ºC, 0,75 moles de H2 y 0,75 moles de I2, según la ecuación:
H2 (g) + I2 (g) --- 2HI (g)
Sabiendo que a esa temperatura Kc = 50, calcule en el equilibrio:
a) El número de moles de H2, I2 y de HI.
b) La presión total en el recipiente y el valor de Kp.
Dato: R = 0,082 atm·L·K-1.mol-1
25.- En un recipiente de 1L, a 2000 K, se introducen 6,1 x 10-3 moles de CO2 y una cierta cantidad de H2 , produciéndose la reacción:
H2 (g) + CO2 (g) --- H2O (g) + CO (g) Si cuando se alcanza el equilibrio, la presión total es de 6 atm,
calcule:
a) Los moles iniciales de H2 . b) Los moles en el equilibrio de todas las especies químicas
presentes.
Datos: R = 0,082 atm L K-1 mol-1; Kc = 4,4
26.- En un matraz de un litro, a 440 OC, se introducen 0,03 moles de yoduro de hidrógeno y se cierra, estableciéndose el equilibrio:
2 HI (g) --- I2 (g) + H2 (g)
En estas condiciones la fracción molar del HI en la mezcla es 0,80.
Calcule:
a) Las concentraciones de cada gas en el equilibrio y Kc.
b) La presión parcial de cada gas y Kp Datos: Masas atómicas: H = l; I = 127.
27.- Se añade un número igual de moles de CO y H2O a un recipiente cerrado de 5 Litros que se encuentra a 327 ºC, estableciéndose el siguiente equilibrio:
CO (g) + H2O --- CO2 (g) + H2 (g)
Una vez alcanzado éste, se encuentra que la concentración de CO2 es 4,6 M y el valor de Kc es 302.
a) ¿Cuáles son las concentraciones de CO, H2 y H2O en el equilibrio?
b) Calcule la presión total del sistema en el equilibrio.
Dato: R = 0,082 atm·L·K-1.mol-1. 28.- Para la reacción:
PCl5 (g) --- PCl3 (g) + Cl2 (g)
El valor de Kc a 360 ºC es 0,58. En un recipiente de 25 litros se introducen 2 moles de Cl2, 1,5 moles PCl3 y 0,15 moles de PCl5. a) Calcule las concentraciones de todas las especies en equilibrio.
b) Calcule las presiones parciales de cada una de las especies en equilibrio. Dato: R = 0,082 atm·L·K-1.mol-1
29.- A 1200 ºC el valor de la constante Kc es 1,04·10-3 para el equilibrio:
Br2 (g) --- 2 Br (g) Si la concentración inicial de bromo molecular es 1M, calcule: a) El tanto por ciento de Br2 que se encuentra disociado. b) La
concentración de bromo atómico en el equilibrio.
30.- En un recipiente de 5 litros se introducen 0,28 moles de N2O4 a 50 ºC. A esa temperatura el N2O4 se disocia según:
N2O4 (g) --- 2NO2 (g)
Al llegar al equilibrio, la presión total es de 2 atm. Calcule:
a) El grado de disociación del N2O4 a esa temperatura.
b) El valor de Kp a 50 OC.
Dato: R = 0,082 atm·L·K-1.mol-1
31.- A la temperatura de 400 ºC y 710 mm de mercurio de presión, el amoniaco se encuentra disociado en un 40% según la ecuación:
2 NH3 (g) --- N2 (g) + 3 H2 (g) Calcule:
a) La presión parcial de cada uno de los gases que constituyen la mezcla en equilibrio.
b) El valor de las constantes Kp y Kc a esa temperatura.
Datos: R = 0,082 atm⋅ L ⋅ K-1 ⋅ mol
-1
32.- Al calentar PCl5(g) a 250 ºC, en un reactor de 1 litro de capacidad, se descompone según:
PCl5 (g) --- PCl3 (g) + Cl2 (g)
Si una vez alcanzado el equilibrio, el grado de disociación es 0,8 y la
presión total es 1 atm, calcule:
a) El número de moles de PCl5 iniciales.
b) La constante Kp a esa temperatura.
Dato: R = 0,082 atm·L·K-1·mol-1
33.- El cloruro de amonio se descompone según la reacción:
NH4 Cl(s) --- NH3 (g) + HCl (g)
En un recipiente de 5 litros, en el que previamente se ha hecho el vacío, se introducen 2,5 g de cloruro de amonio y se calientan a 300ºC hasta que se alcanza el equilibrio. El valor de Kp a dicha temperatura es 1,2·10-3. Calcule:
a) La presión total de la mezcla en equilibrio.
b) La masa de cloruro de amonio sólido que queda en el recipiente.
Datos: R = 0,082 atm.L.K-1 mol-1. Masas atómicas (g/mol): H = 1; N
= 14; Cl = 35,5
34.- Para la reacción:
CO2 (g) + C (s) --- 2 CO (g)
Kp = 10, a la temperatura de 815 ºC. Calcule, en el equilibrio:
a) Las presiones parciales de CO2 y CO a esa temperatura, cuando la
presión total en el reactor es de 2 atm.
b) El número de moles de CO2 y de CO, si el volumen del reactor es de 3 litros.
Dato: R = 0’082 atm·L·K-1·mol-1
35.- El CO2 reacciona con el H2S a altas temperaturas, según la reacción:
CO2 (g) + H2S(g) --- COS (g) + H2O(g) Se colocan 4,4 gramos de CO2 en un recipiente de 2,5 Litros, a
337ºC y una cantidad suficiente de H2S para que la presión total, una vez alcanzado el equilibrio, sea de 10 atm. En la mezcla en equilibrio existen 0,01 moles de agua. Calcule:
a) El número de moles de cada una de las especies en el estado de equilibrio.
b) El valor de las constantes Kc y Kp a 337ºC.
Datos: Masas atómicas: C=12; O=16; R=0,082 atm.L.K-1.mol-1 36.- En un recipiente de 2 Litros en el que previamente se ha hecho el vacío, se introducen 2 moles de CuO (s) y se calienta hasta 1024ºC estableciéndose el siguiente equilibrio:
4 CuO (s) --- 2 Cu2O (s) + O2 (g).
Sabiendo que el valor de la constante Kp para el equilibrio a esa temperatura es de 0,49, calcule:
a) La concentración molar de oxígeno en el equilibrio.
b) Los gramos de CuO que quedan en el estado de equilibrio.
