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Cinética Química y Equilibrio Química 2ªBachiller

1.

Dado el equilibrio de disociación del cloruro nitrosilo. ΔΗ = −258KJ / mol 2NOCl(g)Æ2NO + Cl2 Razone que efecto producirán en el los siguientes cambios. • a)Aumentar la presión • b)Aumentar la temperatura • c)Aumentar la concentración de cloro a).Al aumentar la presión disminuye el volumen y la reacción se desplazara hacia la izquierda, porque es donde menos volumen hay y para contrarrestar el aumento de presión. b).Al aumentar la temperatura una reacción exotérmica no se ve favorecida, por lo tanto la reacción se desplazara hacia la izquierda. [NO ]2 [Cl 2 ] , también se tiene que aumentar el c) Al aumentar la concentración de cloro(nuerador ), Kc = [NOCl ]2 denominador, haciendo que la reacción se desplace hacia la izquierda.

3El tetraóxido de dinitrogeno es un combustible importante de los combustibles de cohete .A 25ºC es un gas incoloro, que se disocia parcialmente en NO2, un gas marrón rojizo. La constante de equilibrio Kc Una muestra de 2,3g N 2 O4 (g) se deja que alcance el equilibrio con NO2 en un matraz de 0,50 litros a 25º Calcule los gramos que habrá al final de los dos gases en equilibrio. ← ⎯⎯

N 2 O4 ⎯⎯⎯→ 2NO2

[Equilibrio]

2,3g = 0,025m / L 92 g / mol 0,025 = 0,05 0,5 0,05-x

[Final]

0,05-0,007=0,043

Kc = 4,6 ⋅ 10 −3 =

(2 x) 2 0,05 − x

Mol iniciales [Inicial]

0 0 2x

0,007x 2=0,014

4,6 ⋅ 10 −3 (0,05 − x) = (2 x) 2 2,3 ⋅ 10 − 4 − 4,6 ⋅ 10 −3 x = 4 x 2 − 4 x 2 − 4,6 ⋅ 10 −3 x + 2,3 ⋅ 10 − 4 = 0 x = 0,007 mol/L 0,014mol 46 g gdeNO2 = 0,5L ⋅ = 0,322 gNO2 L 1mol 0,043 92 ⋅ = 1,97 gN 2 O4 0,5L L 1mol

4.-

En un matraz de 1,6 litros se introducen 0,4 moles de HI, se cierra el matraz y se calienta hasta 400 ºC. Una vez establecido el equilibrio 2 HI (g) ↔ H2 (g) + I2 (g), se encuentra que la fracción molar de HI en la mezcla es 0,80. Calcule, a 400 ºC a) El valor de Kc. b) La presión parcial de cada gas en el equilibrio.

a) Moles iniciales [inicial] [equilibrio]

2 HI (g) ↔ H2 (g) + I2 (g) HI (g) ↔ 1/2H2 (g) + 1/2I2 (g) 0,4 0,25 0,25-2x

[total] SolEquilibrioSelectividadZaragoza.doc

0 0 x

0 0 x

0,25-2x+x+x Luis Ortiz de Orruño

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moles HI (0,25 - 2x)mol/L⋅1,6L 0,05 = = 0,8 ⇒ x = = 0,025mol/L moles totales (0,25 − 2x + x + x)mol/L⋅1,6L 2

χ HI =

Kc =

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0,025 ⋅ 0,025 = 0,01563 0,2 2

b)

P = cRT PHI = 0,2 ⋅ 0,082 ⋅ 673 = 11,03atm PH2 = 0,025 ⋅ 0,082 ⋅ 673 = 1,38atm PI2 = 0,025 ⋅ 0,082 ⋅ 673 = 1,38atm Ptotal = 11,03 + 1,38 + 1,38 = 13,79atm

5.- Una mezcla de 2,5 moles de nitrógeno y 2,5 moles de hidrógeno se coloca en un reactor de 25,0 litros y se calienta a 400 ºC. En el equilibrio ha reaccionado el 5% del nitrógeno. Calcule: a) Los valores de las constantes de equilibrio Kc y Kp a 400ºC, para la reacción. b)Las presiones parciales de los gases en el equilibrio. 2N

2,5

2,5

0 moles INICIALES 5 Reacciona 2,5 = 0,125 moles 100 2,5 − 0,125 2,5 − 3 ⋅ 0,125 2 ⋅ 0,125 Concentraciones EQUILIBRIO 25 25 25 0,095 0,085 0,01 mol/L Kc =

0,012

= 1,714 0,095 ⋅ 0,085 3 Kp=Kc (RT)2-4 = 1,714 (0,082 673)2-4 = 5,63 10–4

Las presiones parciales: Pi = [ i] R T PN2 = 0,095 0,082 673 = 5,2 atm PH2 = 0,085 0,082 673 = 4,7 atm PNH3 = 0,01 0,082 673 = 0,6 atm

6.-

En el siguiente equilibrio: 2 A (g) ↔ 2 B (g) + C (g), ΔH es positivo. Considerando los gases ideales, razone hacia dónde se desplazará el equilibrio y qué le sucederá a la constante de equilibrio en los siguientes casos: a) Si disminuye el volumen del recipiente a temperatura constante. b) Si aumenta la temperatura. c) Si se añade algo de A. d) Si se retira algo de B del equilibrio. a) Si disminuye el volumen del recipiente a temperatura constante. La reacción que tenemos es así: 2 volúmenes ↔ 3 volúmenes

Al disminuir la el volumen o aumentar la presión la reacción se desplazará hacia la izquierda donde menos volumen hay y para contrarrestar el aumento de presión. La constante de equilibrio no variará mientras la temperatura se mantenga constante b) Si aumenta la temperatura.

← ⎯⎯ porque es el lado

Al ser una reacción endotérmica al aumentar la temperatura la reacción se desplazara hacia la derecha ⎯ ⎯→ Aumentará el extremo de los productos (B y C) y por tanto la constante de equilibrio también aumentará. c) Si se añade algo de A. SolEquilibrioSelectividadZaragoza.doc

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Al añadir algo de reactivo la reacción se desplazará hacia la derecha ⎯ ⎯→ haciendo que se formen más productos. d) Si se retira algo de B del equilibrio. Si se retira algo de producto la reacción se desplazará hacia la derecha ⎯ ⎯→ haciendo de se formen más reactivos. 6.- En el siguiente equilibrio: 2 A (g) ↔ 2 B (g) + C (g), ΔH es positivo. Considerando los gases ideales, razone hacia dónde se desplazará el equilibrio y qué le sucederá a la constante de equilibrio en los siguientes casos: a) Si disminuye el volumen del recipiente a temperatura constante. b) Si aumenta la temperatura. c) Si se añade algo de A. d) Si se retira algo de B del equilibrio. a) Si disminuye el volumen (o aumenta la presión) el equilibrio se desplaza hacia el reactivo (Hacia la izquierda Å----------ya que es donde hay menos número de moles (volúmenes). La constante seguirá constante siempre y cuando la temperatura no varíe. b) Si aumenta la temperatura, al ser una reacción endotérmica, el equilibrio se desplaza hacia los productos ya que la constante aumenta con la temperatura. c) Si se añade algo de A (reactivo) el equilibrio se desplaza hacia los productos hacia la derecha -----------Æ para restablecer la constante. La constante no varía a no ser que cambie la temperatura. d) Si se retira algo de B del equilibrio este se desplazará hacia los productos,hacia la derecha ---------Æ para restablecer la constante, produciendo por tanto mas reactivo. La constante solo varía con la temperatura.

8.-

En un reactor de 2.5 litros se introducen 72 g de SO3. Cuando se alcanza el equilibrio

SO3(g)

SO2 (g) +

1 O2 (g) a 200 ºC se observa que la presión total en el interior del recipiente 2

es 18 atmósferas. Calcule Kc y Kp para el equilibro anterior a 200 ºC . SO3(g)

SO2 (g) +

[iniciales]

72g 0.9moles = 80 2.5l

[equilibrio]

0.36-x

[total]

0.36-x + x +

1 O2 2

0

0

x 2

x

x 2

Sabiendo que la presión total es 18 atm calcularemos la x P= [ ] RT 18= [0.36+x/2]*0.082*473 (temperatura en K) 18=13.96+19.4x X= 0.21 moles/l 0.36-0.21 = 0.15 0.21 Ahora podemos calcular Kc y Kp [ SO2 ][O2 ]1/ 2 0.21 * (0.105)1 / 2 = = 0.45 Kc= [ SO3 ] 0.15 Kp= Kc (RT)∆n = 0.45 ( 0.082*476)1/2 = 2.75

0.105

9.-

En el siguiente equilibrio: A (g) 0) el aumento de la temperatura favorece el desplazamiento de la reacción a la derecha para la formación de propanona (principio de Le Chatelier), por lo que la constante de equilibrio aumentará. b) Si se utiliza un catalizador. Al utilizar un catalizador, se permitirá que la reacción se realice a mayor velocidad sin que este afecte a la constante de equilibrio. c) Si se aumenta la presión total manteniendo constante la temperatura. CH3-CHOH-CH3 (g) ↔ CH3-CO-CH3 (g) + H2 (g) 1 vol. ↔ 2 vol. Al aumentar la presión, disminuye el volumen, por lo que ese aumento de presión favorece el desplazamiento del equilibrio de la reacción a la izquierda.

12.-

Considere el equilibrio: 2 NOCl (g) ↔ 2 NO (g) + Cl (s) . Explique razonadamente cómo variará el número de moles de NO en el recipiente si:

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a) se añade Cl2 :

Como la constante es: Kc =

[NO]2 [Cl 2 ] [NOCl]2

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entonces al aumentar el Cl2 la concentración del numerador

aumentaría provocando que aumentase también la concentración del denominador (en este caso la concentración del NOCl ) y por tanto como estamos hablando de la constante, el cociente entre numerador y denominador tiene que seguir siendo la misma, el NO disminuiría. b) se aumenta el volumen del recipiente: Si el volumen aumentase com en la reacción partimos de 2 Vol y obtenemos 3 Vol la reacción se dirigiría hacía la derecha, c) si la reacción anterior es endotérmica, ¿cómo variará la constante de equilibrio al disminuir la temperatura?: Cambiará hacía la izquierda ← la reacción .

13.-

A la presión total de 100 atmósferas y a una cierta temperatura, el trióxido de azufre está disociado en un 40 % según la reacción: SO3(g) SO2 (g) + 1/2 O2 (g). a) las fracciones molares de los gases en el equilibrio [equilibrio] (1-0.4) 0.4 0.2 0.6

Moles totales: = 0.6 + 0.4 + 0.2 = 1.2 moles 0,4 1 0,2 1 0,6 Las fracciones molares son: χ SO 3 = = 0,5 χ SO 2 = = χ O2 = = 1,2 3 1,2 6 1,2 Las presiones parciales pi = χ i ⋅ PT : p SO3 = 0,5 100 = 50 atm p SO 2 = 1/3 100 = 33,33 atm pO 2 = 1/6 100 = 16,67 atm

33,33 ⋅ (16,67) 50

Kp=

1

2

= 2,72

14.-

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 constantes las demás variables, desplaza el equilibrio hacia la derecha. b) Para una reacción Kp nunca puede ser más pequeña que Kc. c) Si en una reacción para la que la constante de equilibrio vale Kc, multiplicamos los coeficientes estequiométricos del ajuste por 2, la constante de equilibrio también queda multiplicada por 2.

a) b) c)

Es verdadera: Si aplicamos el principio de Le Chatelier, al aumentar la presión, la forma que tiene el equilibrio de disminuirla es disminuyendo el número de moléculas. En este caso, desplazando el equilibrio hacia la derecha y de 4 volúmenes de gas (N2 (g) + 3 H2 (g)) pasa a 2 volúmenes de gas (2 NH3 (g)). Es falso: Kp = Kc (RT)Δn, luego Kp puede ser menor en el caso de que (RT)Δn sea > 1. Es falso: Como en la Kc las concentraciones están elevadas al coeficiente estequiométrico correspondiente, si multiplicamos los coeficientes de la reacción por 2, las concentraciones quedarán elevadas al cuadrado. Por tanto, la Kc quedará elevada al cuadrado, no multiplicada por 2.

16.

Para el equilibrio H2O2 (g) Å======-Æ H2O (g) + ½ O2 (g), indica, justificando brevemente la respuesta, el efecto de: A) Añadir un catalizador. El añadir un catalizador provoca que la reacción se realice a mayor velocidad. B) Aumentar la presión manteniendo constantes las demás variables. El aumento de la presión (y como consecuencia, la disminución del volumen), favorece que la reacción se desplace hacia la izquierda (Å------). C) Añadir oxígeno. Al añadir oxígeno, en la Kc, provocamos un aumento del numerador, por lo que debemos aumentar también el denomi-

nador para que la reacción se desplace hacia la izquierda ( Å-------), ya que: Kc = SolEquilibrioSelectividadZaragoza.doc

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D) Eliminar agua. Si se elimina el agua, la reacción se desplazaría hacia la derecha (-----Æ) favoreciendo la formación de más productos.

17.- Para el proceso PCl5(g)Å---------Æ PCl3(g)+ Cl2(g) la constante de equilibrio a 760 K vale Kc= 33.3. Si se inyectan simultáneamente 1.50 g de PCl5 y 15 g de PCl3 en un recipiente de 36.3 cm3 calcula las concentraciones de todas las sustancias en el equilibrio a esa temperatura. PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g) Tenemos que pasar los gramos que nos dan a moles y cambiar el volumen a litros y después dividir por el volumen para trabajar con concentraciones 1.50 gPCl 5 1molPCl 5 15 gPCl 3 1molPCl 3 * * [inicial] 208.5PCL5 0.0363L 137.5 0.0363l

[inicial]

0.2 moles/l

[equilibrio] 0.2-x

(3 + x)( x) Siendo Kc = 33.3 = (0.2 − x) Por lo tanto [equilibrio] 0.2-0,18 =0,017

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3 moles/l

0

3+x

x

Resolviendo x=0,1825 3+0,1825= 3.1825

0.1825

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