Material de Apoyo de Química General

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)

K p  PNH 3 ·PHCl  1,04·102 PNH 3  PHCl  1,04 ·10 2  0,102

n

P·V 0,102 atm ·1,0 L   2,27 ·103 mol de NH 3 R·T 0,082 L·atm · 548 K mol·K

1 mol NH 4Cl · 53,5 g/mol x g NH 4Cl   x  0,121g NH 4Cl 1 mol NH 3 2,27 ·103 mol NH 3 0,980 g NH 4Cl - 0,121g NH 4Cl descompues tos  0,859 g NH 4Cl

2.

Cuando el dióxido de estaño se calienta en presencia de hidrógeno tiene lugar la reacción siguiente: SnO2 (s) + 2 H2(g)  Sn (s) + 2 H2O (g)

Pág. 1

Material de Apoyo de Química General 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? Kc 

CH 2O 2



CH 2 2

0,252 0,252

 1,0

CH2

C H 2O

inicial

0,5

0,25

reacciona

2x

formado

2x

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

1,0 

(0,25 2x)2 (0,5  2x)2 x  0,0625 M CH2

C H 2O

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. CH2

inicial reacciona

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

formado en equilibrio

CH 2S

x 2,5 - x

Pág. 2

0,5 + x

Material de Apoyo de Química General

Kc 

CH2 C H 2S

7,0·102 

 7,0·102

2,5  x 0,5  x

x  2,01 M P  CRT PH 2S  2,51

PH 2  0,49

4.

mol L·atm · 0,082 · 380 K  78,2 atm L mol·K

mol L·atm · 0,082 · 380 K  15,3 atm L mol·K

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)? PSO 2

PO 2

PSO3

2 Pi

Pi

0

2x = 0,32 · 2 Pi

x = 0,32 Pi

inicial reaccionó formado

2x = 0,64 Pi

en equilibrio (2-0,64)Pi =1,36 Pi (1-0,32)Pi=0,68 Pi (1,36 + 0,68 +0,64) Pi = 5 atm Pi = 1,87 atm

Kp 

PSO3 2 PSO2 2 · PO 2



Pág. 3

1,202 2,542 ·1,27

 0,175

0,64 Pi

Material de Apoyo de Química General 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?

Kc 

C PCl3 ·CCl 2 C PCl5

0,53 0,53 ·  4,1·10 2  V V 0,32 V

V  21,4 L

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. K c  C NH 3 ·CH 2S  1,2 ·104 C NH 3  CH 2S  1,2 ·10 4  0,011 mol/L

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.

C NH 3

C H 2S

inicial

0,0011

0

reaccionó

0

0

formado

x

x

en equilibrio 0,0011 + x x

Pág. 4

Material de Apoyo de Química General K c  C NH 3 ·CH 2S  1,2 ·104 1,2·10 4  (0,0011 x) x x  0,0104 C NH 3 en equilibrio  0,0115M C H 2S en equilibrio  0,0104 M

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. 2

 1,5    C CO 32 Kc      0,14 0,5 C CO 2 32 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.

inicial

C CO 2

CCO

2,13 · 10-2

0

reaccionó

x

formado

2x

en equilibrio 2,13 ·10-2 - x

2x

Pág. 5

Material de Apoyo de Química General

2

Kc 

C CO (2x)2   0,14 C CO 2 2,13·10 2  x

x  0,019 n CO  0,019

mol · 32 L  0,608 mol L

n CO 2  0,0023

8.

mol · 32 L  0,074 mol L

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? K p  PCl 2  0,24 C

b.

P 0,24 atm   9,82·103 M Cl 2 L·atm RT 0,082 · 298 K mol·K

¿Qué masa de ICl (s) quedará en el equilibrio? 2 mol ICl ·162,4

g ICl mol 

1 mol Cl 2

x g ICl mol 9,82·103 · 2 L Cl 2 L

x  6,38 g ICl 2 mol ICl ·162,4

g ICl  6,38 g ICl  318,4 g ICl mol

Pág. 6

Material de Apoyo de Química General 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.

50 g CHI 

g mol  0,196 M 2,0 L

127,9

inicial

CH 2

CI 2

C HI

0

0

0,196

reaccionó

2x

formado

x

x

en equilibrio

x

x

0,196 – 2x

2

C HI Kc   85 C H 2 · C I2 85 

(0,196  2x)2 x2

x  1,75·10  2 C H 2  C I 2  1,75·10  2 M C HI  0,161 M

b.

Calcular la composición de la mezcla de reacción cuando se alcance el equilibrio si inicialmente existe 1 mol de cada uno de los componentes de la reacción en una vasija de 1 L.

Pág. 7

Material de Apoyo de Química General

Q

CHI 2 12   1  Kc CH 2 · CI 2 12

Por lo tanto la reacción se desplaza hacia la formación de productos CH 2

CI 2

inicial

1

1

reaccionó

x

x

C HI

1

formado

2x

en equilibrio 1-x Kc 

85 

1-x

1 + 2x

C HI 2  85 CH 2 ·CI2

(1  2x)2

1 - x 2

x  0,73 C H 2  C I 2  0,27 M C HI  2,46 M

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: Kc = 7·102

H2S (g)  S (s) + H2 (g) a.

Determine la concentración de H2 existente en el equilibrio.

Q

CH 2 C H 2S



0,1  1  Kc 0,1

El equilibrio se desplazará hacia la formación de reaccionantes

inicial

CH 2S

CH 2

0,1

0,1

reaccionó

x

Pág. 8

Material de Apoyo de Química General formado

x

en equilibrio 0,1+x 0,1-x Kc 

CH 2 C H 2S



0,1  x  7 ·10 2 0,1  x

x  0,087 C H 2  0,013 M C H 2S  0,187 M

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

CH 2 

P 0,92 atm   0,014 M RT 0,082 L·atm ·800 K mol·K

inicial

CH 2

CI 2

C HI

0,014

0

0,05

reaccionó

2x

Pág. 9

Material de Apoyo de Química General formado

x

x

en equilibrio 0,014+x

Kc 

x

0,05-2x

C HI 2  37,2 CH 2 · CI 2

37,2 

(0,05 - 2x)2 0,014  x x

x  1,38 ·10 4 C H 2  0,0141 M C I 2  1,38 ·10- 4 M C HI  0,0497 M

b.

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

Pinicial  C·R·T  (0,014  0,05)

mol L · atm ·0,082 ·800 K  4,20 atm L mol · K

Pequilibrio  C·R·T  (0,014  x  x  0,05 - 2x)

12.

mol L · atm ·0,082 ·800 K  4,20 atm L mol · K

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?

K p  K c (RT)Δn n  0 K p  Kc

b.

¿Cuál es la presión total en la cámara?

Pág. 10

Material de Apoyo de Química General

Ptotal 

L·atm ·713K mol·K  2,34 atm 10 L

0,4 mol ·0,082

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

inicial

CH 2

CI 2

C HI

0,02

0,02

0

x

x

reaccionó formado

2x

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

2x

Kc 

50 

C HI 2  50 CH 2 · CI 2 (2x)2

0,02  x 2

x  1,5 ·103 C H 2  C I 2  1,85 ·10- 2 M n I 2  1,85·10 2

mol ·10 L  0,185 mol L mol n HI  3·103 ·10 L  0,3 mol L

d.

¿Cuál es la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio? Pparcial  Ptotal ·Χi

0,185mol PH 2  PI 2  2,34atm·  1,08 atm (0,185  0,185  0,03)mol 0,03 mol PHI  2,34 atm·  0,18 atm (0,185  0,185  0,03)mol

Pág. 11

Material de Apoyo de Química General 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. K p  K c (RT)Δn K c  66 (0,082· 407)1  1,98

n

PV 10 atm·10L   3,0 mol de gases RT 0,082 L·atm · 407 K mol·K

Kc 

C NO 2 2 C N 2O 4

 1,98 

x2 0,3  x

x  0,26 M de NO 2  2,6 mol de NO 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. Kc 

C NO 2 2 C N 2O 4

 1,98 

x2 0,15  x

x  0,14 M de NO 2  2,8 mol de NO 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 ha hecho el vacío. Se calienta a 375ºC y cuando se alcanza el equilibrio se observa que se ha descompuesto el 25,8% del SO2Cl2 inicial.

Pág. 12

Material de Apoyo de Química General a.

Calcula el valor de Kc.

inicial reaccionó

CSO2 Cl2

CSO2

CCl 2

0,5

0

0

0,129

0,129

0,129

formado

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

Kc 

b.

CSO 2 ·CCl 2 CSO 2 Cl 2



0,129·0,12 9  0,045 0,371

Calcula la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio, y a partir de estas presiones parciales calcula el valor de Kp. PSO2 Cl2  CRT  0,371

mol L·atm ·0,082 · 648 K  19,7 atm L mol·K

PSO2  PCl2  CRT  0,129

Kp 

15.

mol L·atm ·0,082 · 648 K  6,85 atm L mol·K

PSO 2 ·PCl 2 PSO 2 Cl 2



6,85 ·6,85  2,38 19,7

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. a.

Calcula el valor de Kc. La concentración inicial de PCl5 es:

Pág. 13

Material de Apoyo de Química General

13,35 g C PCl5 

g mol  0,032 M

208,5

2L

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

P 2,84 atm·   0,060 M RT 0,082 L·atm · 573 K mol·K

C PCl5

C PCl3

CCl 2

0,032

0

0

formado

x

x

en equilibrio 0,032-x

x

x

inicial reaccionó

x

0,032 – x + x + x = 0,060 x = 0,028 M

Kc 

b.

CPCl3 ·CCl 2 CPCl5



0,0282  0,196 0,004

Calcula la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio, y a partir de estas presiones calcula el valor de Kp. PPCl3  PCl 2  CRT  0,028

PPCl5  CRT  0,004

Kp 

16.

mol L·atm ·0,082 ·573K  1,32 atm L mol·K

mol L·atm ·0,082 ·573K  0,188 atm L mol·K

PPCl3 ·PCl 2 PPCl5



1,322  9,26 0,188

A 1000ºC el carbono (s) reacciona con el dióxido de carbono según la siguiente ecuación:

Pág. 14

Material de Apoyo de Química General 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: 4,4 g g 44 mol  0,1 M CCO 2  1L

Y la suma de las concentraciones en el equilibrio:

C

P 13,9 atm   0,133 M RT 0,082 L·atm ·1273 K mol·K

inicial reaccionó

C CO 2

CCO

0,1

0

x

formado

2x

en equilibrio

0,1-x

2x

0,1 –x + 2x = 0,133 x = 0,033 M

C CO 2 0,0662 Kc    0,065 C CO 2 0,067

C que queda sin reaccionar: 1 mol C ·12

g mol 

1 mol CO 2

xgC 0,067 mol CO 2

x  0,804 g C

Pág. 15

Material de Apoyo de Química General 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 PCO 2  CRT  0,067 PCO  CRT  0,066

mol L·atm · 0,082 ·1273K 6,99atm L mol·K

mol L·atm · 0,082 ·1273K 6,89atm L mol·K

P 2 6,892 K p  CO   6,79 PCO 2 6,99

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. a.

Calcula el valor de Kc. Concentraciones iniciales: 12 g NO g 28 mol  0,143 M C NO  3L

16 g O 2 g 32 mol  0,166 M CO 2  3L

Suma de concentraciones finales:

C

inicial

P 8,36 atm   0,273 M RT 0,082 L·atm · 373 K mol·K

C NO

CO 2

C NO 2

0,143

0,166

0

Pág. 16

Material de Apoyo de Química General 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 Kc 

b.

C NO 2 2 C NO 2 · CO 2



0,0722 0,0712 · 0,13

 7,9

Calcula la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio y, a partir de estas presiones parciales, calcula el valor de Kp. PNO  CRT  0,071 PO 2  CRT  0,13

mol L·atm · 0,082 ·373K  2,17 atm L mol·K

mol L·atm · 0,082 ·373K  3,98 atm L mol·K

PNO 2  CRT  0,072 Kp 

18.

mol L·atm · 0,082 ·373K  2,20 atm L mol·K

PNO 2 2 PNO 2 · PO 2



2,202 2,172 · 3,98

 0,258

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

n

b.

PV 1,00 atm ·1,0 L   0,033 mol RT 0,082 L·atm · 373 K mol·K

Calcule las concentraciones de equilibrio de ambos compuestos, expresadas en mol/litro. Calcule también el porcentaje de disociación del N2O4 a 100 ºC.

Pág. 17

Material de Apoyo de Química General

Inicial reaccionó

C N 2O4

C NO 2

0,033

0

x

formado

2x

en equilibrio 0,033 - x

2x

Suma de concentraciones de gases:

C

P 1,78 atm   0,058 M RT 0,082 L·atm · 373 K mol·K 0,033 – x + 2x = 0,058 x = 0,025 M C N 2O 4  0,008 M C NO 2  0,05 M

Porcentaje de disociación:

0,033 0,025   75,8 % de disociació n 100 x c.

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

Inicial reaccionó

PN 2O 4

PNO 2

1,0

0

x

formado

2x

en equilibrio 1,0 - x

2x

1,0 – x + 2x = 1,78

x = 0,39 atm

Pág. 18

Material de Apoyo de Química General

Kp 

Kc 

19.

PNO 2 2 PN 2 O 4 C NO 2 2 C N 2O 4



0,782  1,0 0,61



0,052  0,31 0,008

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

Inicial Reaccionó

CH 2

C CO 2

CH 2O

CCO

0,20

0,20

0

0

x

x x

x

x

x

Formado En equilibrio 0,2-x

Kc 

C H 2 O · C CO C H 2 · C CO 2

0,2-x

 4,40 

x2

0,2  x 2

x = 0,135 M

CH 2

C CO 2

CH 2O

CCO

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: a.

La constante del equilibrio en función de las concentraciones molares

Pág. 19

Material de Apoyo de Química General C PCl5

inicial

1,0

reaccionó

0,35

formado

C PCl3

CCl 2

0,35

0,35

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

Kc 

b.

C PCl3 ·CCl 2 C PCl5



0,35·0,35  0,188 0,65

Las presiones parciales de los gases en el momento del equilibrio 0,65 PPCl5  5 atm·  2,40 atm (0,65  0,35  0,35) 0,35 PPCl3  PCl 2  5 atm·  1,30 atm (0,65  0,35  0,35)

c.

La constante de equilibrio en función de las presiones parciales.

Kp 

21.

PPCl3 ·PCl2 PPCl5



1,30 ·1,30  0,704 2,40

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.

C CO 2

C H 2S

CCOS

CH 2O

inicial

0,04

Ci

0

0

reaccionó

0,004

0,004

Pág. 20

Material de Apoyo de Química General 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: C

P 10 atm   0,20 M RT 0,082 L·atm · 600 K mol·K

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

Ci = 0,16 M

C CO 2

C H 2S

CCOS

CH 2O

en equilibrio 0,036 M 0,156 M 0,004 M 0,004 M b.

El valor de Kc

Kc 

c.

C COS ·CH 2 O C CO 2 ·CH 2S



0,004 · 0,004  0,285 0,036 · 0,156

El valor de Kp.

K p  Kc (RT)Δn  0,285(0,082 · 600)0  0,285 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

CHCl

CO 2

CH 2O

CCl 2

inicial

0,03

0,015

0

0

reaccionó

0,004

0,004

Pág. 21

Material de Apoyo de Química General formado

0,004

0,004

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

Kc 

23.

C H 2 O 2 · C Cl 2 2 C HCl 4 · C O 2



0,0042 · 0,0042 0,0264 · 0,011

 0,051

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.

CCO

CH 2O

C CO 2

CH 2

0,02

0,02

0

0

x

x

formado

x

x

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

x

x

inicial reaccionó

Como n = 0

Kp = Kc = 9 Kc 

C CO 2 ·CH 2 C CO ·CH 2 O

9

x2 (0,02  x) 2

x = 0,015 M

CCO

CH 2O

C CO 2

CH 2

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

b.

La presión en el interior del recipiente tras alcanzarse el equilibrio.

Pág. 22

Material de Apoyo de Química General

P  CRT (0,005  0,005  0,015  0,015)

24.

mol L·atm · 0,082 · 690 K  2,26 atm L mol·K

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

128 g g 64 mol  1 M CSO 2  2L

64 g g 32 mol  1 M CO 2  2L

C SO 2

CO 2

CSO3

inicial

1,0

1,0

0

reaccionó

0,8

0,4

formado

0,8

en equilibrio 0,2 M 0,6 M 0,8 M

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 PSO 2  CRT  0,2 PO 2  CRT  0,6

mol L·atm · 0,082 ·1103 K  18,1 atm L mol·K

mol L·atm · 0,082 ·1103 K  54,3 atm L mol·K

PSO 3  CRT  0,8

mol L·atm · 0,082 ·1103 K  72,4 atm L mol·K

Pág. 23

Material de Apoyo de Química General

Kp 

25.

PSO3

72,4



PSO2 · PO 2

 0,543

18,1· 54,3

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. CHCl

CO 2

CH 2O

CCl 2

inicial

0,01

0,01

0

0

reaccionó

0,004

0,004 0,004

0,004

formado

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

Kc 

b.

C H 2 O 2 · C Cl 2 2 C HCl 4 · C O 2



0,0042 · 0,0042 0,0064 · 0,006

 32,9

Calcule la presión parcial de cada componente en la mezcla de equilibrio y, a partir de esas presiones parciales, calcule el valor de Kp. PHCl  PO 2  CRT  0,006

mol L·atm · 0,082 · 663 K  0,33 atm L mol·K

PH 2 O  PCl 2  CRT  0,004 Kp 

26.

mol L·atm · 0,082 · 663 K  0,22 atm L mol·K

PH 2 O 2 · PCl 2 2 PHCl 4 · PO 2



0,222 · 0,222 0,334 · 0,33

 0,60

La constante de equilibrio Kc es de 0,16 a 550 ºC para la siguiente reacción: CO2 (g) +

H2 (g)

 CO (g)

Pág. 24

+ H2O (g)

Material de Apoyo de Química General 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. C CO 2

CCO

CH 2O

0

0

formado

x

x

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

x

x

inicial

0,05

0,05

x

x

reaccionó

Kc 

CH 2

C CO ·CH 2 O C CO 2 ·CH 2

 0,16 

x2 (0,05  x) 2

x = 0,014 M

C CO 2

CH 2

CCO

CH 2O

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 y Kc PCO 2  PH 2 O 

0,962 atm  0,481 atm 2

K p  PCO2 ·PH 2 O  0,4812  0,231

K c  K p (RT)Δn  0,231(0,082· 673)2  7,58 · 105

b.

Calcula la masa de NaHCO3 (s) que se habrá descompuesto.

Pág. 25

Material de Apoyo de Química General

n CO 2 

PV  RT

0,231atm · 2 L  0,0083 mol L·atm 0,082 · 673 K mol·K

1 mol NaHCO 3 ·84 1 mol CO 2

g mol 

x g NaHCO 3 0,0083mol CO 2

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.

CH 2

CI2

0

0

formado

x

x

en equilibrio 0,1 – 2x

x

x

C HI

inicial

0,1

reaccionó

2x

Kc 

C H 2 ·CI 2 C HI 2

 0,16 

x2 (0,1  2x)2

x = 0,012 M

C HI

CH 2

CI2

en equilibrio 0,076 M 0,012 M 0,012 M

c.

La presión total en el equilibrio.

Pág. 26

Material de Apoyo de Química General

P  CRT  (0,76  0,12  0,12)

29.

mol L·atm · 0,082 · 500 K  41 atm L mol·K

El yodo reacciona con el hidrógeno según la siguiente ecuación: I2 (g) + H 2 (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?

2,21·103 mol · 0,082

nRT PHI   V nRT PI 2   V

PH 2 

b.

1,0 L 1,46·103 mol · 0,082

nRT  V

1,0 L

L·atm · 500 K mol.K  0,091atm

L·atm · 500 K mol.K  0,060 atm

2,09·103 mol · 0,082 1,0 L

L·atm · 500 K mol.K  0,086 atm

Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kp para la reacción indicada y calcule su valor numérico. Kp 

c.

PHI 2 0,0912   1,60 PH 2 ·PI 2 0,086 · 0,060

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.

CI 2

Pág. 27

CH 2

C HI

Material de Apoyo de Química General inicial

0,1

0,1

reaccionó

2x

formado

x

x

en equilibrio 0,1 + x

x

0,1 – 2x

Kp = Kc = 1,60 porque n = 0 Kc 

C HI 2 (0,1  2x)2   1,60 C H 2 ·CI 2 (0,1  x)x

x = 0,022 M

CI 2

CH 2

C HI

en equilibrio 0,122 M 0,022 M 0,056 M

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: C

P 1,45 atm   0,044 M RT 0,082 L·atm · 400 K mol·K C HCONH 2

C NH 3

CCO

inicial

0,044

0

0

reaccionó

x

formado

x

x

en equilibrio 0,044 -x

x

x

Pág. 28

Material de Apoyo de Química General

Kc 

C NH 3 ·CCO C HCONH 2

 4,84 

x2 0,044  x

x = 0,0436 M C HCONH 2

C NH 3

CCO

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). 0,044 0,0436  100 x

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 PNH 3  PHCl 

6 atm  3 atm 2

K p  PNH 3 ·PHCl  3 · 3  9

Kc  K p (RT)Δn  9 (0,082· 700)2  2,7 ·103

b.

Calcule la masa de NH4Cl que se habrá descompuesto

CHCl 

P 3 atm   0,052 M RT 0,082 L·atm · 700 K mol·K

Pág. 29

Material de Apoyo de Química General

1 mol NH 4Cl · 53,5 1 mol HCl

g mol 

x g NH 4Cl mol 0,052 ·5 L HCl L

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 2 PHg  0,184 atm  0,123 atm 3 PO 2 

b.

c.

1 0,184 atm  0,061atm 3

Las concentraciones molares de los mismos. C Hg 

P 0,123 atm   0,0023 M RT 0,082 L·atm · 653 K mol·K

CO 2 

P 0,061atm   0,0011 M RT 0,082 L·atm · 653 K mol·K

El valor de las constantes de equilibrio Kc y Kp K c  C Hg 2 ·CO 2  0,00232 · 0,0011 5,8 ·109 K p  PHg 2 ·PO 2  0,1232 · 0,061  9,2 ·10 4

Pág. 30