Cálculo y análisis de constantes de equilibrio en reacciones químicas, Ejercicios de Química

¡Descarga Cálculo y análisis de constantes de equilibrio en reacciones químicas y más Ejercicios en PDF de Química solo en Docsity! Página 1 UNIDAD 4. EQUILIBRIO QUÍMICO Actividades 1> Evalúa el rendimiento o desplazamiento del siguiente equilibrio: 2 O3 (g)  3 O2 (g); Kc = 2,54 · 1012; T = 2 000 °C 2> Escribe la expresión de la constante Kc para cada uno de los siguientes equilibrios: a) 2 H2O (g) + 2 SO2 (g)  2 H2S (g) + 3 O2 (g) b) 2 HBr (g)  H2 (g) + Br2 (ℓ) c) CaCO3 (s)  CaO (s) + CO2 (g). 3> En el proceso de formación del HI, realizado a 450 ºC en un recipiente de 10 litros, se han encontrado, en el equilibrio, la presencia de 0,811 moles de HI, 0,091 moles de H2 y 0,091 moles de I2. Calcula la Kc a esa temperatura. 4> Observa las siguientes reacciones químicas: 2 H2 (g) + O2 (g)  2 H2O (g) H2 (g) + ½ O2 (g)  H2O (g) 2 H2O (g)  2 H2 (g) + O2 (g) Si las correspondientes constantes de equilibrio, Kc, son, respectivamente, K1, K2y K3, ¿cuál será la relación entre K1 y K2? ¿Y entre K2y K3? 5> Al comienzo de una reacción en un reactor de 3,5 L, a 200 ºC, existen 0,249 moles de N2, 3,21 · 10-2 moles de H2 y 6,42 · 10-4 moles de NH3. Si el valor de la constante de equilibrio (Kc) para el proceso de formación del amoniaco es de 0,65, a esa temperatura, indica si el sistema se encuentra en equilibrio y, en caso contrario, ¿qué es lo que debería ocurrir para que el sistema alcance el equilibrio? 6> Calcula la constante Kc para el equilibrio: SO2 (g) + NO2 (g)  SO3 (g) + NO (g), a partir de las siguientes reacciones llevadas a cabo a la misma temperatura: SO2 (g) + 1/2 O2 (g)  SO3 (g) Kc1 = 20 NO2 (g)  NO (g) + 1/2 O2 (g) Kc2 = 0,012 7> Conocido el valor de Kc para el equilibrio: 3 H2 (g) + N2 (g)  2 NH3, calcula a la misma temperatura: a) Kc’ para: 1/2 N2 + 3/2 H2  NH3; b) Kc’’ para: 2 NH3  N2 + 3 H2 8> Escribe la Kp para el equilibrio: N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 (g). 9> Considera el siguiente sistema en equilibrio: CO2 (g) + C (s)  2 CO (g). Página 2 a) Escribe las expresiones de las constantes Kc y Kp. b) Establece la relación entre ambas constantes de equilibrio. 10> Para la reacción: SbCl5 (g)  SbCl3 (g) + Cl2 (g), se sabe que a 182 ºC el valor de Kp = 0,093 2. Calcula el valor de Kc. 11> En un recipiente de 1 L de capacidad, en el que previamente se ha hecho el vacío, se introducen 6,0 g de PCl5. Se calienta a 250 ºC y se establece el equilibrio: PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g). Si la presión total en el equilibrio es de 2 atm, calcula el grado de disociación del PCl5. 12> A 400 ºC y 1 atm de presión el amoniaco se encuentra disociado un 40 % en nitrógeno e hidrógeno gaseoso, según la reacción: NH3 (g)  3/2 H2 (g) + 1/2 N2 (g). Calcula: a) La presión parcial de cada uno de los gases en el equilibrio. b) El volumen de la mezcla si se parte de 170 gramos de amoníaco. c) Kp y Kc. 13> Dada la siguiente reacción de equilibrio: C (s) + CO2 (g)  CO (g); H = 119,8 kJ. Razona si son correctas las siguientes afirmaciones: a) La adición de CO desplaza el equilibrio hacia la izquierda. b) La adición de C desplaza el equilibrio hacia la derecha. c) La elevación de temperatura no influye en el equilibrio. d) La expresión de la constante de equilibrio es: Kp = 𝑝CO 2 𝑝CO2 · 𝑝𝐶 . 14> Considerando el equilibrio: 2 SO2 (g) + O2 (g)  2 SO3 (g) , razona si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas: a) Un aumento de presión conduce a una mayor producción de SO3. b) El valor de Kp es superior al de Kc a la misma temperatura. 15> Considera el siguiente sistema en equilibrio: I2 (g) + 5 CO2 (g)  5 CO (g) + I2O5 (s); H = 1 175 kJ. Justifica el efecto que tendrá sobre los parámetros que se indican el cambio que se propone. 16> Escribe la expresión del producto de solubilidad, Kps, de los siguientes compuestos: PbCl2, Mg3 (PO4)2 y Fe(OH)3. Página 5 11> En un recipiente de 25 L se introducen 2 moles de hidrógeno, 1 mol de nitrógeno y 3,2 moles de amoniaco. Cuando se alcanza el equilibrio a 400 °C, el número de moles de amoniaco se ha reducido a 1,8. Para la reacción: 3 H2 (g) + N2 (g)  2 NH3 (g), calcula: a) El número de moles de H2 y de N2 en el equilibrio; b) Los valores de las constantes de equilibrio Kc y Kp a 400 °C. 12> A 130 ºC el hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO3 (s), se descompone parcialmente según el equilibrio: 2 NaHCO3 (s)  Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (g), siendo Kp = 6,25 a 130 ºC. Se introducen 100 g de NaHCO3 (s) en un recipiente cerrado de 2,0 L en el que previamente se ha hecho el vacío y se calienta a 130 ºC. Calcula: a) El valor de Kc y la presión total en el interior del recipiente cuando se alcance el equilibrio. b) La cantidad, en gramos, de NaHCO3 (s) que quedará sin descomponer. 13> En una vasija de 10 L mantenida a 270 ºC y previamente evacuada se introducen 2,5 moles de pentacloruro de fósforo y se cierra herméticamente. La presión en el interior comienza entonces a elevarse debido a la disociación térmica del pentacloruro: PCl5 (g)  PCl3 (g) + Cl2 (g). Cuando se alcanza el equilibrio, la presión es de 15,6 atm. a) Calcula el número de moles de cada especie en el equilibrio. b) Obtén los valores de Kc y Kp. El valor de 𝐾𝑐 será: 𝐾𝑐 = [PCl3][Cl2] [PCl5] ≅ 0,10 mol L –1 ·0,10 mol L –1 0,15 mol L –1 ≅ 6,7·10 –2 mol L –1 . Aplicando la relación entre Kp y Kc, donde n =(1 + 1) − 1 = 1: Kp = Kc (R T)n = 0,067 mol L–1 · (0,082 atm L mol–1 K–1 · 543 K)1 ≈ 3,0 atm. 14> El óxido de mercurio(2+) contenido en un recipiente cerrado se descompone a 380 ºC según la reacción: 2 HgO (s)  2 Hg (g) + O2 (g). Sabiendo que a esa temperatura el valor de Kp es 0,186, calcula: a) Las presiones parciales de O2 y de Hg en el equilibrio. b) La presión total en el equilibrio y el valor de Kc a esa temperatura. 15> El N2O4 se descompone a 45 ºC según: N2O4 (g)  2 NO2 (g). En un recipiente de 1,00 L de capacidad se introduce 0,100 mol de N2O4 a dicha temperatura. Al alcanzar el equilibrio, la presión total es de 3,18 atmósferas. Calcula: a) El grado de disociación. b) El valor de Kc. c) La presión parcial ejercida por cada componente. d) La presión total si junto con los 0,100 mol de N2O4 introducimos 0,010 mol de NO2. 16> En un recipiente de 250 mL se introducen 0,45 g de N2O4 (g) y se calienta hasta 40 ºC, disociándose en un 42 %. Calcula: a) La constante Kc del equilibrio: N2O4 (g)  2 NO2 (g). Página 6 b) La composición de la mezcla si se reduce el volumen del recipiente a la mitad sin variar la temperatura. Sentido de la reacción 17> A 425 ºC la Kc del equilibrio: I2 (g) + H2 (g)  2 HI (g) vale 54,8. a) Indica en qué sentido se desplazará el equilibrio la reacción si en un recipiente de 10,00 L se introducen 12,69 g de I2, 1,01 g de H2 y 25,58 g de HI, y se calientan a 425 ºC. b) Calcula las concentraciones de I2, H2 y HI cuando se alcance el equilibrio. c) Calcula el valor de Kp. 18> En un recipiente que tiene una capacidad de 4,0 L, se introducen 5,0 moles de COBr2 (g) y se calienta hasta una temperatura de 350 K. Si la constante de disociación del COBr2 (g) para dar CO (g) y Br2 (g) es Kc = 0,190, determina: a) El grado de disociación y la concentración de las especies en equilibrio. b) A continuación, a la misma temperatura, se añaden 4,0 moles de CO al sistema. Determina la nueva concentración de todas las especies una vez alcanzado el equilibrio. Factores que modifican el equilibrio 19> El tricloruro de fósforo reacciona con cloro para dar pentacloruro de fósforo, según la siguiente reacción: PCl3 (g) + Cl2 (g)  PCl5 (g); H0 = –88 kJ mol–1. Una vez alcanzado el equilibrio químico, explica cómo se modificará el mismo si: a) se aumenta la temperatura; b) se disminuye la presión total; c) se añade gas cloro; d) se introduce un catalizador adecuado. 20> Para la reacción: N2O4 (g)  2 NO2 (g) la constante es Kc = 4,66 · 10–3 a 22 ºC, y H = +57,2 kJ. ¿Cómo afectarán los siguientes cambios al equilibrio? a) Subir la presión. b) Enfriar Bajar la temperatura a 0 ºC. c) Extraer gas NO2 de la mezcla en equilibrio. d) Calcula la constante de equilibrio Kp a 22 ºC. 21> Dado el sistema en equilibrio: N2 (g) +3 H2 (g)  2NH3 (g), H0 = –92,6 kJ, justifica razonadamente el sentido del desplazamiento del sistema al realizar cada una de las siguientes variaciones: a) Retirar NH3 de la mezcla a temperatura y volumen constantes. b) Aumentar la presión del sistema disminuyendo el volumen del recipiente. c) Calentar la mezcla a volumen constante. d) Añadir cierta cantidad de helio a temperatura y volumen constantes. e) Poner la mezcla en contacto con catalizadores a temperatura y volumen constantes. Página 7 22> Se establece el siguiente equilibrio en un recipiente cerrado: 2 Cl2 (g) + 2 H2O (g)  4 HCl (g) + O2 (g); H = 113 kJ. Razona cómo afectaría a la concentración de O2: a) la adición de Cl2; b) el aumento del volumen del recipiente; c) el aumento de la temperatura; d) la utilización de un catalizador. 23> Dado el equilibrio: H2O (g) + C (s)  CO (g) + H2 (g); H > 0, señala, razonadamente, cuál de las siguientes medidas produce un aumento de la concentración de monóxido de carbono. a) Elevar la temperatura. b) Retirar vapor de agua de la mezcla en el equilibrio. c) Introducir H2 en la mezcla en equilibrio. 24> Se estudia el siguiente equilibrio: N2O4 (g)  2 NO2 (g), cuya Kp a 298 K es 0,15. a) ¿En qué sentido evolucionará, hasta alcanzar el equilibrio, una mezcla de ambos gases cuya presión parcial sea la misma e igual a 1 atm? b) Si una vez alcanzado el equilibrio se comprime la mezcla, ¿qué le ocurrirá a la cantidad de NO2? ¿Cómo será la descomposición de N2O4, exotérmica o endotérmica, si un aumento de temperatura provoca un aumento de la concentración de NO2? 25> A partir de la composición de mezclas gaseosas de I2 y H2 a diferentes temperaturas se han obtenido los siguientes valores de Kp para la reacción: H2 (g) + I2 (g)  2 HI (g). a) Calcula Kc a 400 °C. b) Justifica por qué esta reacción es exotérmica. c) ¿Variará Kp si se altera la concentración de H2? Razona la respuesta. 26> En ciertas condiciones, 50 g de etanol reaccionan con 100 g de ácido etanoico, con lo que se forman 52,8 g de acetato de etilo y agua, todos ellos líquidos, mediante una reacción ligeramente endotérmica. Pedimos que, razonadamente: a) Calcules la constante del equilibrio de esterificación citado. b) Indiques si la reacción de obtención del éster se beneficiaría a alta o baja presión y temperatura. 27> Considera el equilibrio: 2 NOBr (g)  2 NO (g) + Br2 (g). Razona cómo variará el número de moles de Br2 en el recipiente si se efectúan las modificaciones siguientes: a) Se añade NOBr. b) Se aumenta el volumen del recipiente. c) Se añade NO.