Cálculo de constantes de equilibrio y concentraciones en diferentes reacciones químicas, Ejercicios de Química

¡Descarga Cálculo de constantes de equilibrio y concentraciones en diferentes reacciones químicas y más Ejercicios en PDF de Química solo en Docsity! Problemas de equilibrio químico 1. En un recipiente de 10 litros de capacidad se introducen 2 moles del compuesto A y 1 mol del compuesto B. Se calienta a 300ºC y se establece el siguiente equilibrio: A(g) + 3B(g) ↔ 2C(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 mol Kp = Kc (RT)Δn = 138'9. (0'082. 573)-2 = 0'062 2. Se ha introducido en un recipiente vacío de 4,00 L 15,63 g de amoniaco y 9,80 g de nitrógeno. El equilibrio se alcanza a cierta temperatura cuando el recipiente contiene 0,70 moles de amoniaco. Calcula el valor de Kc a la temperatura de la experiencia para el equilibrio de disociación del amoniaco siguiente: 2NH3(g) ↔ N2(g) + 3H2(g) Datos: Masa inicial de nitrógeno = 9,80 g Masa inicial de hidrógeno = 0 Moles de amoniaco en el equilibrio = 0,70 mol Mm(N2) = 28 g/mol Mm(H2) = 2 g/mol Mm(NH3) = 17 g/mol 3. En un recipiente de 0,50 L se introdujeron 2 moles de bromo y tres moles de hidrógeno. Al alcanzarse el equilibrio a cierta temperatura, el valor de Kc es 0,50. Calcula las concentraciones de las tres sustancias presentes en el equilibrio: Br2 (g) + H2 (g) ↔ 2HBr (g) Datos: V = 0,5 L Cantidad inicial de Br2 = 2 moles; Cantidad inicial de H2 = 3 moles Cantidad inicial de HBr = 0 Kc = 0,50 Supongamos que reaccionan x moles de Br2 hasta alcanzar el equilibrio. Por estequiometría: N2O4 (g) NO2 (g) Moles iniciales 2 0 Moles equilibrio 2-x 2x Sustituimos en la expresión de Kp y la desarrollamos en función de las fracciones molares (ya que los datos que se dan son moles y conocemos la presión total): Calculo las fracciones molares de las sustancias en el equilibrio y sustituyo en la expresión de la constante: Operando: Sale una ecuación de 2º grado cuyas soluciones son: x1= 1,09 moles y x2= -1,09 moles El grado de disociación será: Las presiones parciales en el equilibrio serán: 7. Se han introducido 0,1 moles de PCl5 en un recipiente de 2 L y se alcanzó el equilibrio a 250 ºC. PCl5 (g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) Si Kp = 1,80 atm, calcula el valor de Kc a la misma temperatura y el grado de disociación de PCl5 Resolución: Llamo “x” al nº de moles transformados en el equilibrio. Según la estequiometría del equilibrio: PCl5 (g) PCl3 (g) Cl2 (g) Moles iniciales 0,1 0 0 Moles equilibrio 0,1 - x x x 8. Para el equilibrio N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) a 25 ºC, el valor de Kp es 0,143 atm. Sabiendo que la presión inicial del N2O4 en un matraz de 1 L es 0,05 atm, calcula las presiones parciales de los dos gases y la presión total en el equilibrio. Resolución: Llamo “x” al nº de moles transformados en el equilibrio y “a” a los moles iniciales. Según la estequiometría del equilibrio: N2O4 (g) NO2 (g) Moles iniciales a 0 Moles equilibrio a-x 2x Para calcular “a” utilizamos el dato de la presión inicial de N2O4 y la ecuación de los gases ideales: P.V = n. R.T Despejo el nº de moles: 9. El amoniaco se disocia un 30 % a la temperatura de 423 K y a la presión de 200 atm. Halla los valores de las constantes Kc y Kp para el equilibrio de disociación 2NH3(g)↔ N2(g) + 3H2(g) Resolución: Hago la tabla en función de α (α = 3x + x -2x / a = 2x / a): NH3 (g) N2 (g) H2 (g) Moles iniciales a 0 0 Moles equilibrio a- 2x x 3x Moles equilibrio en función de α a – a .α a .α/2 3.a .α /2 Moles equilibrio en función de α a(1- α) a .α/2 3.a .α /2 Concentración equilibrio en función de α c(1- α) c .α/2 3.c.α /2 Quitando denominadores 2c(1-α) c.α 3.c.α 12. Se introduce 1 mol de pentacloruro de fósforo en un recipiente de 10L y, a cierta temperatura, se alcanza el equilibrio cuando quedan 0,3 moles de pentacloruro. Calcula, a la misma temperatura, la constante del equilibrio : PCl5 (g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) Resolución: Llamo “x” al nº de moles transformados en el equilibrio. Según la estequiometría del equilibrio: PCl5 (g) PCl3 (g) Cl2 (g) Moles iniciales 1 0 0 Moles equilibrio 1 – x = 0,3 x x De aquí sale que: x= 1- 0,3 = 0,7 moles Sustituyendo en la expresión de la cte de equilibrio: 13. En un recipiente de 1 L se introducen 80g de SO3. Cuando, a cierta temperatura, se alcanza el equilibrio 2SO3(g) ↔ 2SO2 (g) + O2 (g) se comprueba que el matraz contiene 0,60 moles de SO2. Calcula el valor de la constante Kc. Sol: 0,675 mol/L 14. Se colocan 104,39 g de cloruro de hidrógeno y 2,00 g de hidrógeno en un recipiente de 10,0 L. Establecido a cierta temperatura el equilibrio de disociación del HCl, quedan 1,30 moles de HCl. Calcula la constante KC del equilibrio 2 HCl (g) ↔ H2(g) + Cl2(g). Sol: 0,82 15. En un matraz de reacción de 2,00 L se han colocado 0,10 moles de N2O4 a cierta temperatura y se alcanza el equilibrio: N2O4 (g) ↔ 2 NO2 (g). Sabiendo que la constante KC , a la temperatura de experiencia, vale 0,58, calcula las concentraciones de las sustancias en el equilibrio. Sol: [N2O4] = 0,01 M ; [NO2] = 0,08 M 16. A cierta temperatura, la constante KC del equilibrio PCl5 (g) ↔ PCl3 (g) + Cl2(g) vale 0,00793. Calcula el grado de disociación del PCl5 a la temperatura dada sabiendo que inicialmente el matraz de reacción de 1,00 L contenía 3,13 g de PCl5 . Sol: 0,51 17. A 473 K y 2 atm de presión, el pentacloruro de fósforo se disocia en un 50 % en tricloruro de fósforo y cloro molecular. Escriba la reacción y calcule las presiones parciales de cada gas en el equilibrio y las constantes Kc y Kp. Sol: Kp= 0,66 atm Kc= 0,017 mol / L pp= 0,66 atm 18. La constante de equilibrio Kc a 448ºC para la reacción: 2HI (g) ↔ I2 (g) + H2 (g) es igual a 2,0. 10-2. Un recipiente cerrado de 1 litro contiene inicialmente 1,0 · 10-2 mol de I2 y 1,0 · 10-2 mol de H2 a la temperatura de 448ºC. Calcula: a) Los moles de HI (g) presentes en el equilibrio. Sol: 1,6 · 10-2 b) b) La presión total en el equilibrio. Sol:1,18 atm c) La presión parcial de cada componente en el equilibrio. Sol: PH2=Pi2 =0,13atm, PHI= 0,93 atm d) El valor de Kp a 448ºC para la reacción. Sol: 2,0 · 10-2 19. A 800 K, la constante Kc para la reacción 2 HI  H2 (g) + I2 (g), vale 0,016. En una mezcla en equilibrio a esa temperatura, calcule: a) La concentración de yoduro de hidrógeno, cuando las de hidrógeno y yodo sean iguales y la presión a la que se encuentra el sistema sea 1 atm. 20. En un recipiente se introduce cierta cantidad de carbamato amónico, NH4CO2NH2 sólido que se disocia en amoniaco y dióxido de carbono cuando se evapora a 25ºC. Sabiendo que la constante Kp para el equilibrio NH4CO2NH2 ↔ 2 NH3 (g) + CO2 (g) y a esa temperatura vale 2,3·10-4. Calcular Kc y las presiones parciales en el equilibrio. NH4CO2NH2(s) 2 NH3(g) CO2(g) n(mol) equil. n – x 2x x Luego p(NH3) = 2 p(CO2) ya que la presión parcial es directamente proporcional al nº de moles. Kp = 2,3x10-4 = p(NH3)2 x p(CO2) = 4p(CO2)3 Despejando se obtiene que: p(CO2) = 0,039 atm con lo que: p(NH3) = 0,078 atm. 4 3 2,3 10 ( ) (0,082 298) P C n K K RT      -81,57 ×10 21. Para el siguiente equilibrio a 60ºC, las presiones parciales de las sustancias gaseosas HI y H2S son, respectivamente, 3,65 atm y 9,96 atm. H2S (g) + I2(s) ↔ 2HI(g) + S(s) . Calcula: a) El valor de Kp y Kc. b) Halla la presión total si a 60ºC, en un matraz de 1 L en el que previamente se hizo el vacío, se introduce H2S (g) a 747,6 mm de Hg y 10 g de I2, y se deja que se establezca el equilibrio. Datos: R = 0,082 atm.L/K.mol MaI= 126,9 g/mol Resolución: El problema se puede plantear o a través de las presiones parciales, utilizando primero la Kp, o a través de los moles iniciales, utilizando Kc. El apartado “a” hay que hacerlo previamente. a) Sustituyo los datos de las presiones en la expresión de Kp, y luego hallo Kc: b) Lo hago utilizando primero la Kp. Para ello, hago cambios de unidades y calculo el nº de moles iniciales de yodo molecular y de sulfuro de hidrógeno: 747,6 mm de Hg = 0,984 atm; 10g de I2 = 10/253,8= 0,039 moles iniciales de yodo molecular Para el sulfuro de hidrógeno, aplico la ley de los gases ideales en el inicio teniendo en cuenta que el volumen es 1 L: Pi.V = ni.R.T Y sustituyendo los datos: Calculo el reactivo limitante que sería el sulfuro de hidrógeno: H2S (g) I2(s) HI (g) Moles iniciales 0,036 0,039 0 Sabiendo todo esto, se pueden calcular las presiones parciales en el equilibrio de cada una de las sustancias gaseosas. Si estas se sustituyen en la expresión de la constante Kp, se puede hallar la x, que corresponde a la presión consumida de sulfuro de hidrógeno y a la mitad de la formada de ioduro de hidrógeno: H2S (g) HI (g) Presiones parciales iniciales (atm) 0,984 0 Presiones parciales en el equilibrio (atm) 0,984- x 2x Con este resultado, (el negativo no es válido) calculo las presiones parciales de las sustancias gaseosas en el equilibrio: