Equilibrios Químicos: Cálculo de Constantes y Concentraciones, Ejercicios de Química

¡Descarga Equilibrios Químicos: Cálculo de Constantes y Concentraciones y más Ejercicios en PDF de Química solo en Docsity! EQUILIBRIO QUIMICO 1.- Se ha encontrado que cuando la reacción:                      3 NO2  +  H2O   <--> 2 HNO3  +  NO  llega al equilibrio a 300ºC contiene 0.60 moles de dióxido de nitrógeno, 0.40 moles de agua, 0.60 moles de ácido nítrico y 0.80 moles de óxido nítrico. Calcular cuántos moles de ácido nítrico deben añadirse al sistema para que la cantidad final de dióxido de nitrógeno sea de 0.90 moles. El volumen del recipiente es de 1.00L. SOLUCION:Con los moles existentes en el equilibrio podemos calcular la constante del mismo                     3 NO2  +  H2O <--> 2HNO3  +  NO        Eq (1)     0.60        0.40            0.60        0.80                     Kc =    (0.60) 2  · (0.80)       = 3.3                                  (0.60)3 · (0.40)     Al añadir una cantidad de HNO3, que llamamos A, la reacción se desplaza hacia la izquierda hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio, en el cual tendremos:                       3 NO2   +     H2O   <-->  2HNO3      +  NO          Eq (2)    0.60 + 3x    0.40 + x    0.60 + A - 2x    0.80 -x  Sabiendo que 0.60m + 3x = 0.90  con lo que x = 0.10 moles      Aplicando de nuevo la L.A.M. la única incógnita será A                     3.3  =    (0.40 + A) 2· (0.70)               A = 0.91 moles de HNO3 se añadieron                                    (0.90)3 · (0.50)  2. - La constante del siguiente equilibrio: 3 H2(g) + N2(g) Á 2 NH3(g). a 150 0C y 200 atm es 0,55: ¿Cuál es la concentración de amoniaco cuando las concentraciones de N2 e H2 en el equilibrio son 0,20 mol/L y 0,10 mol/L respectivamente. SOLUCION: Equilibrio: 3 H2 (g) + N2 (g)  2 NH3 (g) [NH3]2 [NH3] KC = ––––––––– = ––––––––––––– = 0, 55 [N2]·[H2]3 0,2 M·(0,10 M)3 [NH3] = 0,01 3. - En un recipiente de 5 L se introducen a 500ºC 3 moles de HI, 2 mol de H2 y 1 mol de I2. Calcula la concentración de las distintas especies en equilibrio si sabemos que la constante del equilibrio 2 HI  I2 + H2 a dicha temperatura es Kc = 0,025. SOLUCION: Equilibrio: 2 HI (g)  H2 (g) +I2(g) c0 (mol/l) 3/5 2/5 1/5 [H2]0· [I2]0 0, 4 · 0, 2 Q = –––––––– = ––––––– = 0,0288 ([HI] 0)2 (0, 6)2 Luego el equilibrio se desplazará hacia la izquierda cequil (mol/l) 0, 6 + 2x 0, 4 – x 0, 2 –x [H2]· [I2] (0, 4 – x) (0, 2 – x) KC = ––––––– = ---–––––––––––=0,025 [HI] 2 (0, 6 + 2x) 2 Resolviendo la ecuación de segundo grado se obtiene que: x = 0,131 [HI] = 0, 6 + 2x = 0, 6 + 2 · 0,131 = 0,862 M [H2] = 0, 4 – x = 0, 4 – 0,131 = 0,269 M [I2] = 0, 2 – x = 0, 2 – 0,131 = 0,069 M 4.- En un matraz de 5 litros se introducen 2 moles de PCl5(g) y 1 mol de PCl3(g) y se establece el siguiente equilibrio: PCl5(g) Á PCl3(g) + Cl2(g). Sabiendo que Kc (250 ºC) = 0,042; a) ¿cuáles son las concentraciones de cada sustancia en el equilibrio? SOLUCION: Equilibrio:   PCl5 (g)  PCl3 (g)  +   Cl2 (g) Moles inic.:        2                1                0 Moles equil.     2– x          1 + x              x conc. Eq (mol/l) (2– x)/5   (1 + x)/5          x/5 Qc < 50, el sistema evolucionará hacia la derecha, hacia la formación de HI. Pero si se introducen inicialmente en el recipiente estas otras concentraciones: [H2]i = 2M, [I2]i = 2M, [HI]i = 20M Qc > 50, el sistema evolucionará hacia la izquierda, hacia la descomposición de HI para dar nuevamente I2 y H2. 10.- 11. - En un recipiente de un 1 L, a temperatura ambiente, se introduce un mol de SO3. Al analizarse el equilibrio según la SO3  SO2 + O2 ecuación:  se comprueba que se han formado 0,6 mol de SO2 . Calcula el valor de la constante de equilibrio. SOLUCION: La reacción se puede escribir para un único mol de reactivo: SO3 (g)  SO2 (g) + ½ O2 (g). La constante de equilibrio será:   Al formarse 0,6 mol de SO2 quiere decir que habrán quedado 0,4 mol sin reaccionar de SO3 y habrán aparecido la mitad, es decir, 0,3 mol de O2. El volumen del recipiente es 1 L, por lo que las concentraciones molares serán: 0,6 M, 0,4 M y 0,3 M respectivamente:  Kc= (0,6 ) x(0,3) 1 /2 0,4 =0,82 12. - La constante de equilibrio para la reacción N2 + O2  2NO es Kc= 1030  a 25 0C. Calcula la constante de equilibrio inversa. SOLUCION: Dada la reacción del enunciado, la constante de equilibrio es:  La constante inversa corresponde a la reacción contraria o inversa a la escrita, por lo tanto sería para: 2NO  N2 + O2. En este caso la constante de equilibrio sería justo la inversa de la constante dada:  13.- Después de calentar PCl5 a 250o C en un recipiente de 12 dm3 y una vez alcanzado el equilibrio, se determinó que el recipiente contiene 0,21 moles de PCl5, 0,32 moles de PCl3 y 0,32 moles de Cl2. Determinar Kc, siendo la reacción: PCl5 (g)  PCl3 (g) + Cl2 (g) SOLUCION: Primero escriben la expresión de Kc:  PCl3  .  Cl2  Kc =  PCl5  Como las concentraciones son molares, o sea moles cada 1 dm3, el número de moles de cada sustancia debe dividirse por el volumen del recipiente. O sea: 0,32 . 0,32 12 12 Kc = = 0,041 0,21 12 14.- Una mezcla gaseosa constituida inicialmente por 3,5 moles de hidrógeno y 2,5 de yodo, se calienta a 400 0C con lo que al alcanzar el equilibrio se obtienen 4.5 moles de HI, siendo el volumen del recipiente de reacción de 10 litros. Calcule:  a) El valor de las constantes de equilibrio Kc b) La concentración de los compuestos si el volumen se reduce a la mitad manteniendo constante la temperatura a 400ºC. SOLUCION: H2 (g) +      I2 (g)    2 HI (g) Moles inic.:         3,5             2,5                 0 Moles equil:        1,25           0,25              4,5 conc. Eq (mol/l)    0,125         0,025          0,45 Kc= [HI ]2 [H 2] [I 2] = 0,452 0,125 x 0,025 =64,8 En este caso, el volumen no influye en el equilibrio, pues al haber el mismo nº de moles de reactivos y productos, se eliminan todas las “V” en la expresión de KC. Por tanto, las concentraciones de reactivos y productos, simplemente se duplican: Equilibrio: 3 H2 (g) + N2 (g)  2 NH3(g) ninic 3,23/2 = 1,63 28/28 =1 0 nequil(mol) 1,63 – 0,45 1 – 0,15 5,11/17 = 0,30 cequil(mol/l) 0,588 0,43 0,15 Kc= [N H3] 2 [N 2 ] . ¿¿ =0,257 KP = KC ·(R·T) n Δ = 0,257 · (0,082·623)–2 atm–2 = 20.- El yoduro de hidrogeno se descompone a 400°C de acuerdo con la ecuación: HI (g)  H2 (g) + I2 (g) Siendo el valor de KC = 0,0156 con una muestra de 0,6 moles de HI se introduce en un matraz de 1 L y parte del HI se descompone hasta que el sistema alcance el equilibrio. SOLUCION: HI (g)  H2 (g) + I2 (g) Inicial: 0,6 0 0 Equilibrio: 0,6 – 2x x x KC = 0,0156 = [H 2][I 2] [HI ] = X2 (0,6−2 x) = 0,06 [HI] = 0,6 * 2 * 0,06 = 0,48 mol [H2] = [I2] = 0,06 mol 21.- La formación de SO3  a partir de SO2 y O2 es un paso intermedio en la fabricación del ácido sulfúrico, y también es responsable de la lluvia ácida. La constante de equilibrio Kp de la reacción  2 SO2 + O2    2 SO3 es 0,13 a 830 ºC. En un experimento se tenían inicialmente en un recipiente 2,00 mol de SO2 y 9,85·10 –5 atm –2 2,00 mol de O2 ¿cuál debe ser la presión total del equilibrio para tener un rendimiento del 80,0 % de SO3? SOLUCION: Escribimos los moles en el estado de equilibrio para la reacción         2 SO2      +     O2       2 SO3               2,00            2,00        2,00 - 2na      2,00 - na            2na       Sustituyendo  a = 0,80    tenemos que nt = 3,2 mol y calculamos P haciendo uso de la constante de equilibrio:    Kp = 0,13 =  (P·(1,6/3,2)) 2       ___    = ___          (1,6) 2                                 = 328 atm                    (P·(0,4/3,2))2 ·(P·(1,2/3,2)         (0,4)2 ·P·(1,2/3,2) 22.- En un recipiente de 0,50L se introducen 2 moles de bromo, Br2, y 3 moles de hidrógeno, H2. Cuando se alcanza 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)  2 HBr (g) SOLUCION: Br2 (g) + H2 (g)  2 HBr (g) [Inic.] 4 6 [Eq.] 4–x 6–x 2x 23. - 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)? SOLUCION: PSO 2 PO 2 PSO3 Inicial 2 Pi Pi 0 Reaccion 2x = 0,32 · 2 Pi x = 0,32 Pi Formado 2x = 0,64 equilibrio (2-0,64)Pi =1,36 (1- 0,64 Pi (1, 36 + 0, 68 +0, 64) Pi = 5 atm Pi = 1, 87 atm Kp= PSO3 2 P SO2 2 PO2 = 1,20 2,54 .1,27 =0,175 24.- Un recipiente de volumen V se llena con gas amoniaco a 150ºC hasta que alcanza una presión de 200 atm. El amoniaco se disocia en los elementos que los forman y cuando se alcanza el equilibrio, la presión del nitrógeno es de 29,8 atm. Determinar la presión total en el equilibrio, así como la constante Kp del mismo. SOLUCION:    2 NH3(g)      ↔    N2(g)     +     3 H2(g)      200     200 – 2PN2         PN2            3 PN2 PN2  =  29,8 atm    PH2   =  3•29,8 = 89,4 atm PNH3   = 200 – 2•29,8 = 140,4 atm P = 29,8 + 89,4 + 140,4 = 259,6 atm Kp =   (29,8)·(89,4) 3 = 1,08·103                   (140,4)2 25.- Se establece el equilibrio SbCl5 (g)  ↔  SbCl3 (g)  +  Cl2 (g)  calentando 29,9 g de SbCl5 (g) a 182 0C en un recipiente de 3,00 L. Calcular: a) La concentración de las distintas especies en equilibrio si la presión total es de 1,54 atm, b) el grado de disociación y c) las constantes Kc y Kp.  SOLUCION: Calculamos los moles iniciales de SbCl5 = 29,9/299 = 0,100 mol