La descarga está en progreso. Por favor, espere

La descarga está en progreso. Por favor, espere

Equilibrio químico 08/02/20142 Contenidos 1.- Concepto de equilibrio químico. 1.1. Características. Aspecto dinámico de las reacciones químicas. 2.-

Presentaciones similares


Presentación del tema: "Equilibrio químico 08/02/20142 Contenidos 1.- Concepto de equilibrio químico. 1.1. Características. Aspecto dinámico de las reacciones químicas. 2.-"— Transcripción de la presentación:

1

2 Equilibrio químico

3 08/02/20142 Contenidos 1.- Concepto de equilibrio químico Características. Aspecto dinámico de las reacciones químicas. 2.- Ley de acción de masas. K C. 3.- Grado de disociación Relación K C con. 4.- K p. Relación con K c 4.1. Magnitud de las constantes de equilibrio. 5.- Cociente de reacción. 6.- Modificaciones del equilibrio. Principio de Le Chatelier Concentración en reactivos y productos Cambios de presión y temperatura Principio de Le Chatelier Importacia en procesos industriales. 7.- Equilibrios heterogéneos.

4 08/02/20143 ¿Qué es un equilibrio químico? Es una reacción que nunca llega a completarse, pues se produce en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, éstos forman de nuevo reactivos). Es una reacción que nunca llega a completarse, pues se produce en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, éstos forman de nuevo reactivos). Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen (reactivos o productos) se estabiliza se llega al EQUILIBRIO QUÍMICO. Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen (reactivos o productos) se estabiliza se llega al EQUILIBRIO QUÍMICO.

5 08/02/20144 Equilibrio de moléculas (H 2 + I 2 2 HI) © GRUPO ANAYA. S.A.

6 08/02/20145 Variación de la concentración con el tiempo (H 2 + I 2 2 HI) Equilibrio químico Concentraciones (mol/l) Tiempo (s) [HI] [I 2 ] [H 2 ]

7 08/02/20146 Reacción: H 2 + I 2 2 HI

8 08/02/20147 Constante de equilibrio (K c ) En una reacción cualquiera: a A + b B c C + d D la constante K c tomará el valor: En una reacción cualquiera: a A + b B c C + d D la constante K c tomará el valor: para concentraciones en el equilibrio para concentraciones en el equilibrio K c cambia con la temperatura K c cambia con la temperatura ¡ ATENCIÓN !: Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolución. Las especies en estado sólido o líquido tienen concentración constante y por tanto, se integran en la constante de equilibrio. ¡ ATENCIÓN !: Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolución. Las especies en estado sólido o líquido tienen concentración constante y por tanto, se integran en la constante de equilibrio.

9 08/02/20148 Constante de equilibrio (K c ) En la reacción anterior: H 2 (g)+ I 2 (g) 2 HI (g) En la reacción anterior: H 2 (g)+ I 2 (g) 2 HI (g) El valor de K C, dada su expresión, depende del ajuste de la reacción. El valor de K C, dada su expresión, depende del ajuste de la reacción. Ajustada como: Ajustada como: ½ H 2 (g) + ½ I 2 (g) HI (g) la constante sería la raíz cuadrada de la anterior.

10 08/02/20149 Ejemplo: Tengamos el equilibrio: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g). Se hacen cinco experimentos con diferentes concentraciones iniciales de ambos reactivos (SO 2 y O 2 ). Se produce la reacción y una vez alcanzado el equilibrio se miden las concentraciones observándose los siguientes datos: Concentr. iniciales (mol/l) Concentr. equilibrio (mol/l) [SO 2 ] [O 2 ] [SO 3 ] [SO 2 ] [O 2 ] [SO 3 ] KcKcKcKc Exp 1 0,200,200,0300,1550,170279,2 Exp 2 0,150,400,0140,3320,135280,7 Exp 3 0,200,0530,0260,143280,0 Exp 4 0,700,1320,0660,568280,5 Exp 5 0,150,400,250,0370,3430,363280,6

11 08/02/ En la reacción anterior: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) En la reacción anterior: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) K C se obtiene aplicando la expresión: K C se obtiene aplicando la expresión: y, como se ve, es prácticamente constante. Concentr. iniciales (mol/l) Concentr. equilibrio (mol/l) [SO 2 ] [O 2 ] [SO 3 ] [SO 2 ] [O 2 ] [SO 3 ] KcKcKcKc Exp 1 0,2000,2000,0300,1150,170279,2 Exp 2 0,1500,4000,0140,3320,135280,1 Exp 3 0,2000,0530,0260,143280,0 Exp 4 0,7000,1320,0660,568280,5 Exp 5 0,1500,4000,2500,0370,3430,363280,6

12 08/02/ Ejercicio A: Escribir las expresiones de K C para los siguientes equilibrios químicos: a) N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g); b) 2 NO(g) + Cl 2 (g) 2 NOCl(g); c) CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g); d) 2 NaHCO 3 (s) Na 2 CO 3 (s) + H 2 O(g) + CO 2 (g). a) a) b) b) c) d)

13 08/02/ Significado del valor de K c tiempo K C 10 0 concentración tiempo K C > 10 5 concentración K C < concentración tiempo

14 08/02/ Ejemplo: En recipiente de 10 litros se introduce una mezcla de 4 moles de N 2 (g) y 12 moles de H 2 (g); a) escribir la reacción de equilibrio; b) si establecido éste se observa que hay 0,92 moles de NH 3 (g), determinar las concentraciones de N 2 e H 2 en el equilibrio y la constante K c. a) Equilibrio: 1N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) Moles inic.: Moles equil.: 4 – 0,46 12 – 1,38 0,92 b) 3,54 10,62 0,92 conc. eq(mol/l) 0,354 1,062 0,092 NH 3 2 0,092 2 M 2 K c = = = 1,996 · 10 –2 M –2 H 2 3 · N 2 1,062 3 · 0,354 M 4 NH 3 2 0,092 2 M 2 K c = = = 1,996 · 10 –2 M –2 H 2 3 · N 2 1,062 3 · 0,354 M 4

15 08/02/ Ejercicio B: En un recipiente de 250 ml se introducen 3 g de PCl 5, estableciéndose el equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g). Sabiendo que K C a la temperatura del experimento es 0,48, determinar composición molar en equilibrio.. Equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Moles inic.: 3/208,2 0 0 Moles equil. 0,0144 – x x x Moles equil. 0,0014 0,013 0,013

16 08/02/ Constante de equilibrio (K p ) En las reacciones en que intervengan gases es mas sencillo medir presiones parciales que concentraciones: a A + b B c C + d D y se observa la constancia de K p viene definida por:

17 08/02/ Constante de equilibrio (K p ) En la reacción vista anteriormente: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) p(SO 3 ) 2 K p = p(SO 2 ) 2 · p(O 2 ) p(SO 3 ) 2 K p = p(SO 2 ) 2 · p(O 2 ) De la ecuación general de los gases: P ·V = n ·R·T se obtiene: n P = ·R ·T = concentración · R · T V n P = ·R ·T = concentración · R · T V SO 3 2 (RT) 2 K p = = K c · (RT) –1 SO 2 2 (RT) 2 · O 2 (RT) SO 3 2 (RT) 2 K p = = K c · (RT) –1 SO 2 2 (RT) 2 · O 2 (RT)

18 08/02/ Constante de equilibrio (K p ) Vemos, pues, que K P puede depender de la temperatura siempre que haya cambio en el nº de moles de gases p c c · p D d C c (RT) c · D d (RT) d K p = = = p A a · p B b A a (RT) a · B b (RT) b p c c · p D d C c (RT) c · D d (RT) d K p = = = p A a · p B b A a (RT) a · B b (RT) b en donde en donde n = incremento nº de moles de gases = (n productos – n reactivos ) n = incremento nº de moles de gases = (n productos – n reactivos )

19 08/02/ Ejemplo: Calcular la constante K p a 1000º K en la reacción de formación del amoniaco vista anteriormente. (K C = 1,996 ·10 –2 M –2 ) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) n = n productos – n reactivos = 2 – (1 + 3) = –2 n = n productos – n reactivos = 2 – (1 + 3) = –2 K P = K c · (RT) n = L 2 atm·L –2 1,996 ·10 –2 · 0,082 ·1000K = mol 2 mol · K L 2 atm·L –2 1,996 ·10 –2 · 0,082 ·1000K = mol 2 mol · K K p = 2,97 · 10 –6 atm –2 K p = 2,97 · 10 –6 atm –2

20 08/02/ De la ecuación de los gases podemos deducir: p 10 atm · mol ·K [N 2 O 4 ] inic. = = = 0, 38 M R · T 0,082 atm·L · 318 K p 10 atm · mol ·K [N 2 O 4 ] inic. = = = 0, 38 M R · T 0,082 atm·L · 318 K Equilibrio: N 2 O 4 2 NO 2 conc. Inic. (M) 0,38 0 conc. Equil. (M)0,38 – x 2x NO 2 2 4x 2 K c = = = 0,671 x = 0,18 N 2 O 4 0,38 – x NO 2 2 4x 2 K c = = = 0,671 x = 0,18 N 2 O 4 0,38 – x Problema Selectividad (Junio 97) La constante de equilibrio de la reacción: N 2 O 4 2 NO 2 vale 0,671 a 45ºC. Calcule la presión total en el equilibrio en un recipiente que se ha llenado con N 2 O 4 a 10 atmósferas y a dicha temperatura. Datos: R = 0,082 atm·l·mol -1 ·K -1.

21 08/02/ Equilibrio: N 2 O 4 2 NO 2 conc. Inic. (M) 0,38 0 conc. Equil. (M) 0,20 0,36 p TOTAL = ( N 2 O 4 eq + NO 2 eq )·R·T = 0,082 atm·L (0,20 M + 0,36 M) · ·318 K = 14,6 atm mol ·K 0,082 atm·L (0,20 M + 0,36 M) · ·318 K = 14,6 atm mol ·K Problema Selectividad (Junio 97)

22 08/02/ Magnitud de K c y K p. H 2 (g) + Cl 2 (g) 2 HCl (g) K c (298 K) = 2,5 ·10 33 La reacción está muy desplazada a la derecha, es decir, apenas quedan reactivos. H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI(g) K c (698 K) = 55,0 Se trata de un verdadero equilibrio. N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO (g) K c (298 K) = 5,3 ·10 –31 La reacción está muy desplazada a la izquierda, es decir, apenas se forman productos. tiempo K C 10 0 concentración tiempo K C > 10 5 concentración K C < concentración tiempo

23 08/02/ Grado de disociación ( ). En reacciones con un único reactivo que se disocia en dos o más. En reacciones con un único reactivo que se disocia en dos o más. Es la fracción de un mol que se disocia (tanto por 1). Es la fracción de un mol que se disocia (tanto por 1). En consecuencia, el % de sustancia disociada es igual a 100 ·. En consecuencia, el % de sustancia disociada es igual a 100 ·.

24 08/02/ Ejemplo: En un matraz de 5 litros se introducen 2 moles de PCl 5 (g) y 1 mol de de PCl 3 (g) y se establece el siguiente equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g). Sabiendo que K c (250 ºC) = 0,042; a) ¿cuáles son las concentraciones de cada sustancia en el equilibrio?; b) ¿cuál es el grado de disociación? a) Equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Moles inic.: Moles equil. 2– x 1 + x x conc. eq(mol/l)(2– x)/5 (1 + x)/5 x/5 PCl 3 · Cl 2 (1+x)/5 ·x/5 K c = = = 0,042 PCl 5 (2– x)/5 PCl 3 · Cl 2 (1+x)/5 ·x/5 K c = = = 0,042 PCl 5 (2– x)/5 De donde se deduce que x = 0,28 moles

25 08/02/ PCl 5 = (2– 0,28)/5 = 0,342 mol/l PCl 5 = (2– 0,28)/5 = 0,342 mol/l PCl 3 = (1+ 0,28)/5 = 0,256 mol/l PCl 3 = (1+ 0,28)/5 = 0,256 mol/l Cl 2 = 0,28 /5 = 0,056 mol/l Cl 2 = 0,28 /5 = 0,056 mol/l b) Si de 2 moles de PCl 5 se disocian 0,28 moles en PCl 3 y Cl 2, de cada mol de PCl 5 se disociarán 0,14. Por tanto, = 0,14, lo que viene a decir que el PCl 5 se ha disociado en un 14 %.

26 08/02/ Relación entre K c y. Sea una reacción A B + C. Si llamamos c = [A] inicial y suponemos que en principio sólo existe sustancia A, tendremos que: Equilibrio: A B + C Conc. Inic. (mol/l): c 0 0 conc. eq(mol/l) c(1– ) c · c · conc. eq(mol/l) c(1– ) c · c · B · C c · · c · c · 2 K c = = = A c · (1– ) (1– ) B · C c · · c · c · 2 K c = = = A c · (1– ) (1– ) En el caso de que la sustancia esté poco disociada (K c muy pequeña): << 1 y K c c · 2 K c c · 2

27 08/02/ Ejemplo: En un matraz de 5 litros se introducen 2 moles de PCl 5 (g) y 1 mol de de PCl 3 (g) y se establece el siguiente equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g). Sabiendo que K c (250 ºC) = 0,042 a) ¿cuáles son las concentraciones de cada sustancia en el equilibrio?; b) ¿cuál es el grado de disociación? a) Equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Conc. inic.: 2/51/50 conc. eq(mol/l):0,4(1– ) 0,2+0,4 · 0,4 · conc. eq(mol/l):0,4(1– ) 0,2+0,4 · 0,4 · PCl 3 · Cl 2 (0,2+0,4 · )· 0,4 · K c = = = 0,042 PCl 5 0,4(1– ) PCl 3 · Cl 2 (0,2+0,4 · )· 0,4 · K c = = = 0,042 PCl 5 0,4(1– ) b) En este caso y dado el valor de la constante no debe despreciarse frente a 1, por lo que deberíamos resolver el sistema: = 0,14

28 08/02/ Ejercicio D: En el equilibrio anterior (K c = 0,042): PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) ¿cuál sería el grado de disociación y el número de moles en el equilibrio de las tres sustancias si pusiéramos únicamente 2 moles de PCl 5 (g) en los 5 litros del matraz? Equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Conc. inic.: 2/5 00 conc. eq(mol/l) 0,4(1– ) 0,4 · 0,4 · conc. eq(mol/l) 0,4(1– ) 0,4 · 0,4 · PCl 3 · Cl 2 0,4 · 2 K c = = = 0,042 PCl 5 (1– ) PCl 3 · Cl 2 0,4 · 2 K c = = = 0,042 PCl 5 (1– ) En este caso y dado el valor de la constante no debe despreciarse frente a 1, por lo que deberíamos resolver el sistema: = 0,276 = 0,276

29 08/02/ Como = 0,276 PCl 5 = 0,4 mol/l · (1– 0,276) = 0,29 mol/l PCl 5 = 0,4 mol/l · (1– 0,276) = 0,29 mol/l PCl 3 = 0,4 mol/l · 0,276 = 0,11 mol/l PCl 3 = 0,4 mol/l · 0,276 = 0,11 mol/l Cl 2 = 0,4 mol/l · 0,276 = 0,11 mol/l Cl 2 = 0,4 mol/l · 0,276 = 0,11 mol/l n(PCl 5 ) = 0,29 mol/l · 5 l = n(PCl 3 ) = 0,11 mol/l · 5 l = n(Cl 2 ) = 0,11 mol/l · 5 l = 1,45 moles 0,55 moles

30 08/02/ Ejercicio E: A 450 ºC y 10 atm de presión el NH 3 (g) está disociado en un 95,7 % según la reacción: 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g). Calcular K C y K P a dicha temperatura. 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) n inic. (mol) n NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) n inic. (mol) n 0 0 n equil. (mol) n(1– ) n /2 3n /2 0,043 n 0,4785 n 1,4355 n n total = 0,043 n + 0,4785 n + 1,4355 n = 1,957 n La presión parcial depende de la fracción molar. n(NH 3 ) 0,043 n p(NH 3 ) = ·p total = ·10 atm = 0,22 atm n total 1,957 n n(NH 3 ) 0,043 n p(NH 3 ) = ·p total = ·10 atm = 0,22 atm n total 1,957 nAnálogamente: p(N 2 ) = (0,4785/1,957) ·10 atm = 2,445 atm p(H 2 ) = (1,4355 /1,957) ·10 atm = 7,335 atm.

31 08/02/ p(NH 3 ) = 0,22 atm p(N 2 ) = 2,445 atm p(H 2 ) = 7,335 atm p(H 2 ) 3 p(N 2 ) (7,335 atm) 3 · 2,445 atm K p = = = p(NH 3 ) 2 (0,22 atm) 2 p(H 2 ) 3 p(N 2 ) (7,335 atm) 3 · 2,445 atm K p = = = p(NH 3 ) 2 (0,22 atm) 2 K P = 1,99·10 4 atm 2 K P 1,99·10 4 atm 2 K C = = = 5,66 M 2 (RT) 2 (0,082 atm·M –1 ·K –1 ) 2 ·(723 K) 2 K P 1,99·10 4 atm 2 K C = = = 5,66 M 2 (RT) 2 (0,082 atm·M –1 ·K –1 ) 2 ·(723 K) 2

32 08/02/ También puede resolverse: 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) Conc inic. (M) c 0 0 Conc. Equil. (M) c (1– ) c /2 3c /2 0,043 c 0,4785 c 1,4355 c La presión total depende del nº de moles total y por tanto de la concentración total: c total = 0,043 c + 0,4785 c + 1,4355 c = 1,957 c Aplicando la ley de los gases: c total = p / R ·T c total =10 atm/(0,082 atm·l/mol·K)·723K = 0,169 M c= c total / 1,957 = 0,086 M NH 3 = 0,043 ·0,086 M = 3,7 · 10 –3 M NH 3 = 0,043 ·0,086 M = 3,7 · 10 –3 M Igualmente N 2 = 4,1 ·10 –2 M y H 2 = 0,123 M H 2 3 · N 2 (0,123 M) 3 · 4,1 ·10 –2 M K c = = = 5,6 M 2 NH 3 2 (3,7 · 10 –3 M) 2 H 2 3 · N 2 (0,123 M) 3 · 4,1 ·10 –2 M K c = = = 5,6 M 2 NH 3 2 (3,7 · 10 –3 M) 2 K P = K c ·(RT) n = 5,6 ·M 2 (0,082 atm·M –1 ·K –1 ·723 K) 2 = 2,0 ·10 4 atm 2 2,0 ·10 4 atm 2

33 08/02/ Cociente de reacción (Q) En una reacción cualquiera: a A + b B c C + d D se llama cociente de reacción a: Es la misma fórmula que la K c pero las concentraciones no tienen porqué ser las del equilibrio.

34 08/02/ Cociente de reacción (Q) Si Q = K c entonces el sistema está en equilibrio. Si Q < K c el sistema evolucionará hacia la derecha, es decir, aumentarán las concentraciones de los productos y disminuirán las de los reactivos hasta que Q se iguale con K c. Si Q > K c el sistema evolucionará hacia la izquierda, es decir, aumentarán las concentraciones de los reactivos y disminuirán las de los productos hasta que Q se iguale con K c

35 08/02/ Ejemplo: En un recipiente de 3 litros se introducen 0,6 moles de HI, 0,3 moles de H 2 y 0,3 moles de I 2 a 490ºC. Si K c = 0,022 a 490ºC para 2 HI(g) H 2 (g) + I 2 (g) a) ¿se encuentra en equilibrio?; b) Caso de no encontrarse, ¿cuantos moles de HI, H 2 e I 2 habrá en el equilibrio? a) [H 2 ] · [I 2 ] 0,3/3 · 0,3/3 Q = = = 0,25 [HI] 2 (0,6/3) 2 [H 2 ] · [I 2 ] 0,3/3 · 0,3/3 Q = = = 0,25 [HI] 2 (0,6/3) 2 Como Q > K c el sistema no se encuentra en equilibrio y la reacción se desplazará hacia la izquierda.

36 08/02/ b) Equilibrio: 2 HI(g) I 2 (g) + H 2 (g) Moles inic.: 0,6 0,3 0,3 Moles equil. 0,6 + 2 x 0,3 – x 0,3 – x 0,6 + 2 x 0,3 – x 0,3 – x conc. eq(mol/l) ,6 + 2 x 0,3 – x 0,3 – x conc. eq(mol/l) 3 3 3

37 08/02/ ,3 – x 0,3 – x · 3 3 K c = = 0,022 0,6 + 2 x 2 3 0,3 – x 0,3 – x · 3 3 K c = = 0,022 0,6 + 2 x 2 3 Resolviendo se obtiene que: x= 0,163 moles Equil: 2 HI(g) I 2 (g) + H 2 (g) Mol eq: 0,6+2·0,163 0,3–0,163 0,3–0,163 n(HI) = 0,93 mol n(I 2 ) = 0,14 mol n(H 2 ) = 0,14 mol n(HI) = 0,93 mol n(I 2 ) = 0,14 mol n(H 2 ) = 0,14 mol

38 08/02/ Ecuación de Vant Hoff

39 08/02/ Modificaciones del equilibrio Si un sistema se encuentra en equilibrio (Q = K c ) y se produce una perturbación: Cambio en la concentración de alguno de los reactivos o productos. Cambio en la concentración de alguno de los reactivos o productos. Cambio en la presión (o volumen) Cambio en la presión (o volumen) Cambio en la temperatura. Cambio en la temperatura. el sistema deja de estar en equilibrio y trata de volver a él.

40 08/02/ Cambio en la concentración de alguno de los reactivos o productos. Si una vez establecido un equilibrio se varía la concentración algún reactivo o producto el equilibrio desaparece y se tiende hacia un nuevo equilibrio. Las concentraciones iniciales de este nuevo equilibrio son las del equilibrio anterior con las variaciones que se hayan introducido. Lógicamente, la constante del nuevo equilibrio es la misma, por lo que si aumenta [ reactivos], Q y la tendencia es a [ reactivos] y, en consecuencia, que [productos].

41 08/02/ Ejemplo: En el equilibrio anterior: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) ya sabemos que partiendo de 2 moles de PCl 5 (g) en un volumen de 5 litros, el equilibrio se conseguía con 1,45 moles de PCl 5, 0,55 moles de PCl 3 y 0,55 moles de Cl 2 ¿cuántos moles habrá en el nuevo equilibrio si una vez alcanzado el primero añadimos 1 mol de Cl 2 al matraz? (K c = 0,042) Equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Moles inic.: 1,45 0,55 1,55 Moles equil. 1,45 + x 0,55 – x 1,55– x 1,45 + x 0,55 – x 1,55– x conc. eq(mol/l) ,45 + x 0,55 – x 1,55– x conc. eq(mol/l) 5 5 5

42 08/02/ ,55 – x 1,55– x · 5 5 K c = = 0,042 1,45 + x 5 0,55 – x 1,55– x · 5 5 K c = = 0,042 1,45 + x 5 Resolviendo: x = 0,268 Equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) n eq (mol) 1,45+0,268 0,55–0,268 1,55–0,268 1,718 0,282 1,282 conc (mol/l) 0,3436 0,0564 0,2564 El equilibrio se ha desplazado a la izquierda. Se puede comprobar como: 0,0564 M · 0,2564 M = 0,042 0,3436 M

43 08/02/ Cambio en la presión (o volumen) En cualquier equilibrio en el que haya un cambio en el número de moles entre reactivos y productos como por ejemplo : A B+ C (en el caso de una disociación es un aumento del número de moles) ya se vio que K c c · 2 Al aumentar p (o disminuir el volumen) aumenta la concentración y eso lleva consigo una menor, es decir, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda que es donde menos moles hay.

44 08/02/ Este desplazamiento del equilibrio hacia donde menos moles haya al aumentar la presión es válido y generalizable para cualquier equilibrio en el que intervengan gases. Lógicamente, si la presión disminuye, el efecto es el contrario. Si el número de moles total de reactivos es igual al de productos (a+b =c+d) se pueden eliminar todos los volúmenes en la expresión de K c, con lo que éste no afecta al equilibrio (y por tanto, tampoco la presión).

45 08/02/ Una mezcla gaseosa constituida inicialmente por 3,5 moles de hidrógeno y 2,5 de yodo, se calienta a 400ºC 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 K c y K p ; b) La concentración de los compuestos si el volumen se reduce a la mitad manteniendo constante la temperatura a 400ºC. Una mezcla gaseosa constituida inicialmente por 3,5 moles de hidrógeno y 2,5 de yodo, se calienta a 400ºC 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 K c y K p ; b) La concentración de los compuestos si el volumen se reduce a la mitad manteniendo constante la temperatura a 400ºC. a) Equilibrio: H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) Moles inic.: 3,5 2,5 0 Moles reac: 2,25 2,25 (4,5) Moles equil. 1,25 0,25 4,5 conc. eq(mol/l) 0,125 0,025 0,45 HI 2 0,45 2 M 2 K c = = = 64,8 H 2 · I 2 0,125 M · 0,025 M HI 2 0,45 2 M 2 K c = = = 64,8 H 2 · I 2 0,125 M · 0,025 M K P = K c · (RT) 0 = 64,8 Problema Selectividad (Junio 98)

46 08/02/ b) 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 K C. Por tanto, las concentraciones de reactivos y productos, simplemente se duplican: H 2 = 1,25 mol/5 L = 0,250 M I 2 = 0,25 mol/5 L = 0, 050 M HI =4,5 mol/ 5 L = 0,90 M Se puede comprobar que: HI 2 (0,90 M) 2 K c = = = 64,8 H 2 · I 2 0,250 M · 0,050 M HI 2 (0,90 M) 2 K c = = = 64,8 H 2 · I 2 0,250 M · 0,050 M Problema Selectividad (Junio 98)

47 08/02/ Cambio en la temperatura. Se observa que, al aumentar T el sistema se desplaza hacia donde se consuma calor, es decir, hacia la izquierda en las reacciones exotérmicas y hacia la derecha en las endotérmicas. Si disminuye T el sistema se desplaza hacia donde se desprenda calor (derecha en las exotérmicas e izquierda en las endotérmicas).

48 08/02/ Ejemplo: ¿Hacia dónde se desplazará el equilibrio al: a) disminuir la presión? b) aumentar la temperatura? H 2 O(g) + C(s) CO(g) + H 2 (g) ( H > 0) Hay que tener en cuenta que las concentraciones de los sólidos ya están incluidas en la K c por ser constantes. CO · H 2 K c = H 2 O CO · H 2 K c = H 2 O a) Al p el equilibrio (donde más moles de gases hay: 1 de CO + 1 de H 2 frente a 1 sólo de H 2 O) b) Al T el equilibrio también se desplaza hacia donde se consume calor por ser la reacción endotérmica.

49 08/02/ Principio de Le Chatelier Un cambio o perturbación en cualquiera de las variables que determinan el estado de equilibrio químico produce un desplazamiento del equilibrio en el sentido de contrarrestar o minimizar el efecto causado por la perturbación.

50 08/02/ Variaciones en el equilibrio [reactivos] > 0 [reactivos] > 0 [reactivos] < 0 [reactivos] < 0 [productos] > 0 [productos] > 0 [productos] < 0 [productos] < 0 T > 0 (exotérmicas) T > 0 (exotérmicas) T > 0 (endotérmicas) T > 0 (endotérmicas) T < 0 (exotérmicas) T < 0 (exotérmicas) T < 0 (endotérmicas) T < 0 (endotérmicas) p > 0 Hacia donde menos nº moles de gases p > 0 Hacia donde menos nº moles de gases p < 0 Hacia donde más nº moles de gases p < 0 Hacia donde más nº moles de gases MUY IMPORTANTE

51 08/02/ Importancia en procesos industriales. Es muy importante en la industria el saber qué condiciones favorecen el desplaza-miento de un equilibrio hacia la formación de un producto, pues se conseguirá un mayor rendimiento, en dicho proceso. En la síntesis de Haber en la formación de amoniaco [N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g)], exotérmica, la formación de amoniaco está favorecida por altas presiones y por una baja temperatura. Por ello esta reacción se lleva a cabo a altísima presión y a una temperatura relativamente baja, aunque no puede ser muy baja para que la reacción no sea muy lenta. Hay que mantener un equilibrio entre rendimiento y tiempo de reacción.

52 08/02/ Equilibrios heterogéneos Se habla de reacción homogénea cuando tanto reactivos como productos se encuentran en el mismo estado físico. En cambio, si entre las sustancias que intervienen en la reacción se distinguen varias fases o estados físicos, hablaremos de reacciones heterogéneas. Por ejemplo, la reacción: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) se trata de un equilibrio heterogéneo. Aplicando la ley de acción de masas:

53 08/02/ Sin embargo, las concentraciones (n/V) de ambas sustancias sólidas (CaCO 3 y CaO) son constantes, al igual que las densidades de sustancias puras (m/V) son también constantes. Por ello, agrupando las constantes en una sola a la que llamaremos K C se tiene: K C = [CO 2 ] Análogamente: K P = p(CO 2 ) ¡ATENCIÓN!: En la expresión de K C de la ley de acción de masas sólo aparecen las concentraciones de gases y sustancias en disolución, mientras que en la expresión de K P únicamente aparecen las presiones parciales de las sustancias gaseosas.

54 08/02/ Ejemplo: En un recipiente se introduce cierta cantidad de carbamato amónico, NH 4 CO 2 NH 2 sólido que se disocia en amoniaco y dióxido de carbono cuando se evapora a 25ºC. Sabiendo que la constante K P para el equilibrio NH 4 CO 2 NH 2 (s) 2 NH 3 (g) + CO 2 (g) y a esa temperatura vale 2,3· Calcular K C y las presiones parciales en el equilibrio. Equilibrio: NH 4 CO 2 NH 2 (s) 2 NH 3 (g) + CO 2 (g) n(mol) equil. n – x 2x x Luego p(NH 3 ) = 2 p(CO 2 ) ya que la presión parcial es directamente proporcional al nº de moles. K P = 2,3x10 -4 = p(NH 3 ) 2 x p(CO 2 ) = 4p(CO 2 ) 3 Despejando se obtiene que: p(CO 2 ) = 0,039 atm : p(NH 3 ) = 0,078 atm.

55 08/02/ Reacciones de precipitación. Son reacciones de equilibrio heterogéneo sólido-líquido. La fase sólida contiene una sustancia poco soluble (normalmente una sal) La fase líquida contiene los iones producidos en la disociación de la sustancia sólida. Normalmente el disolvente suele tratarse de agua.

56 08/02/ Solubilidad (s) Es la máxima concentración molar de soluto en un determinado disolvente, es decir, la molaridad de la disolución saturada de dicho soluto. Depende de: La temperatura. Normalmente es mayor a mayor temperatura debido a la mayor energía del cristal para romper uniones entre iones. La temperatura. Normalmente es mayor a mayor temperatura debido a la mayor energía del cristal para romper uniones entre iones. Energía reticular. Si la energía de solvatación es mayor que la reticular U se favorece la disolución. A mayor carácter covalente mayor U y por tanto menor solubilidad. Energía reticular. Si la energía de solvatación es mayor que la reticular U se favorece la disolución. A mayor carácter covalente mayor U y por tanto menor solubilidad. La entropía. Al diluirse una sal se produce un sistema más desordenado por lo que aunque energéticamente no esté favorecida la disolución ésta puede llegar a producirse. La entropía. Al diluirse una sal se produce un sistema más desordenado por lo que aunque energéticamente no esté favorecida la disolución ésta puede llegar a producirse.

57 08/02/ Producto de solubilidad (K S o P S ) en electrolitos de tipo AB. En un electrolito de tipo AB el equilibrio de solubilidad viene determinado por: AB(s) A + (ac) + B (ac) AB(s) A + (ac) + B (ac) Conc. inic. (mol/l): c0 0 Conc. eq. (mol/l): cs s La concentración del sólido permanece constante. Y la constante de equilibrio tiene la expresión: Ejemplo: AgCl(s) Ag + (ac) + Cl (ac) K S = [Ag + ] x [Cl ] = s 2 s es la solubilidad de la sal.

58 08/02/ Ejemplo: Deduce si se formará precipitado de cloruro de plata cuyo K S = 1,7 x a 25ºC al añadir a 250 cm 3 de cloruro de sodio 0,02 M 50 cm 3 de nitrato de plata 0,5 M. AgCl(s) Ag + (ac) + Cl (ac) K S = [Ag + ] x [Cl ] = s 2 n(Cl ) = 0,25 L x 0,02 mol/L = 0,005 mol Igualmente: n(Ag + ) = 0,05 L x 0,5 mol/L = 0,025 mol [Ag + ] x [Cl ] = 0,0167 M x 0,0833 M =1,39 x 10 3 M 2 Como [Ag + ] x [Cl ] > K S entonces precipitará.

59 08/02/ Producto de solubilidad en otro tipo de electrolito. Tipo A 2 B: A 2 B (s) 2 A + (ac) + B 2 (ac) Conc. inic. (mol/l): c 0 0 Conc. eq. (mol/l): c 2s s Y la constante de equilibrio tiene la expresión: Las misma expresión será para electrolitos tipo AB 2. Tipo A a B b : A a B b (s) a A b+ (ac) + b B a (ac) Conc. inic. (mol/l): c 0 0 Conc. eq. (mol/l): c as bs

60 08/02/ Factores que afectan a la solubilidad Además de la temperatura, existen otro factores que influyen en la solubilidad por afectar a la concentración de uno de los iones de un electrolito poco soluble. Estos son: Efecto ion común. Efecto ion común. Formación de un ácido débil. Formación de un ácido débil. Formación de una base débil. Formación de una base débil. pH. pH. Formación de complejos estables. Formación de complejos estables. Reacciones redox. Reacciones redox.

61 08/02/ Efecto ion común. Si a una disolución saturada de un electrolito poco soluble añadimos otra sustancia que aporta uno de los iones, la concentración de éste aumentará. Lógicamente, la concentración del otro ion deberá disminuir para que el producto de las concentraciones de ambos permanezca constante. Como el equilibrio se desplaza a la izquierda la solubilidad, que mide la máxima concentración de soluto disuelto, disminuirá en consecuencia.

62 08/02/ Ejemplo: ¿Cuál será la solubilidad del cloruro de plata si añadimos nitrato de plata hasta una concentración final 0,002 M? AgCl(s) Ag + (ac) + Cl (ac) K S = 1,7 x = [Ag + ] x [Cl ] = s 2 K S = 1,7 x = [Ag + ] x [Cl ] = s 2 Al añadir el AgNO 3, la [Ag + ] sube hasta 2 x 10 3 M, pues se puede despreciar la concentración que había antes. En consecuencia, el equilibrio se desplaza a la izquierda y la [Cl ], es decir, la nueva solubilidad, debe disminuir.

63 08/02/ Ejercicio: En equilibrio de disolución de bromuro de plata cuya K s =5,2 x ¿cuál será la nueva solubilidad si a ½ litro de disolución saturada se añaden 0,2 ml de una disolución 0,001 M de bromuro de potasio? Equilibrio: AgBr (s) Ag + (ac) + Br (ac) Conc. eq. (mol/l): c s s K S = 5,2 x = [Ag + ] x [Br ] = s 2 n(Br ) 0 = 0,5 L x7,2x10 7 mol/L = 3,6x10 7 mol n(Br ) añad = 0,0002 L x 0,001 mol/L = 2x10 7 mol Conc. inic. (mol/l): c 7,2x10 7 1,12x10 6 Conc. eq. (mol/l): c 7,2x10 7 x 1,12x10 6 x K S = 5,2 x = (7,2x10 7 x)·(1,12x10 6 x) De donde x = 3,2 x 10 7 s = (7,2 x ,2 x 10 7 ) M = 4,0 x10 7 M

64 08/02/ Influencia del pH por formación de un ácido débil. Equilibrio solubil: AB(s) A (ac) + B + (ac) Equilibrio acidez: HA(ac) A (ac) + H + (ac) Si el anión A en que se disocia un electrolito poco soluble forma un ácido débil HA, al aumentar la acidez o [H + ] el equilibrio de disociación del ácido se desplazará hacia la izquierda. En consecuencia, disminuirá [A ], con lo que se solubilizará más electrolito AB. Ejemplo: al añadir un ácido fuerte sobre el ZnCO 3, se formará H 2 CO 3, ácido débil, y al disminuir [CO 3 2 ], se disolverá más ZnCO 3, pudiéndose llegar a disolver por completo.

65 08/02/ Cambio en la solubilidad por formación de una base débil. Suele producirse a partir de sales solubles que contienen el catión NH 4 +. NH 4 Cl(s) Cl (ac) + NH 4 + (ac) Los NH 4 + reaccionan con los OH formándose NH 4 OH al desplazar el equilibrio de la base hacia la izquierda. Equil base: NH 4 OH (ac) NH 4 + (ac) + OH (ac) Es el método usual de disolver hidróxidos poco solubles tales como el Mg(OH) 2. Equil. Solub.: Mg(OH) 2 Mg 2+ (ac) + 2 OH (ac). En consecuencia, disminuirá [OH ], con lo que se solubilizará más Mg(OH) 2.

66 08/02/ Formación de un complejo estable. Un ion complejo es un ion formado por más de un átomo o grupo de átomos. Ejemplos: [Al(OH) 4 ], [Zn(CN) 4 ] 2, [AlF 6 ] 3, [Ag(NH 3 ) 2 ] +. De esta manera, se pueden disolver precipitados añadiendo, por ejemplo, cianuro de sodio a electrolitos insolubles de cinc como el Zn(OH) 2, ya que al formarse el catión [Zn(CN) 4 ] 2, que es muy estable. Así, disminuirá drásticamente la concentración de Zn 2+, con lo que se disolverá más Zn(OH) 2. Igualmente, pueden disolverse precipitados de AgCl añadiendo amoniaco.

67 08/02/ Oxidación o reducción de iones. Si alguno de los iones que intervienen en un equilibrio de solubilidad se oxida o se reduce como consecuencia de añadir un oxidante o reductor, la concentración de este ion disminuirá. En consecuencia, el equilibrio del electrolito insoluble se desplazará hacia al derecha, disolviéndose en mayor cantidad. Ejemplo: El CuS se disuelve fácilmente en ácido nítrico, ya que éste es oxidante y oxida el S 2 a S 0. 3 CuS + 2 NO H + 3 S Cu NO + 4 H 2 O

68 08/02/ La formación del N 2 O 4 se explica mediante las dos reacciones siguientes: 2 NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g);¿Qué relación existe entre las constantes de los dos equilibrios con la constante de equilibrio de la reacción global? 2 NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) 2 NO 2 (g) N 2 O 4 (g) 2 NO + O 2 (g) N 2 O 4 (g) [NO 2 ] 2 [N 2 O 4 ] [N 2 O 4 ] K C1 = ––––––––– ; K C2 = –––––– ; K C3 = ––––––––– [NO] 2 ·[O 2 ] [NO 2 ] 2 [NO] 2 ·[O 2 ] [NO 2 ] 2 ·[N 2 O 4 ] [N 2 O 4 ] K C1 ·K C2 = –––––––––––––– = ––––––––– = K C3 [NO] 2 ·[O 2 ]·[NO 2 ] 2 [NO] 2 ·[O 2 ]

69 08/02/ La constante del siguiente equilibrio: 3 H 2 (g) + N 2 (g) 2 NH 3 (g). a 150 ºC y 200 atm es 0,55: ¿Cuál es la concentración de amoniaco cuando las concentraciones de N 2 e H 2 en el equilibrio son 0,20 mol/L y 0,10 mol/L respectivamente. Equilibrio: 3 H 2 (g) + N 2 (g) 2 NH 3 (g) [NH 3 ] 2 [NH 3 ] 2 K C = ––––––––– = ––––––––––––– = 0,55 [N 2 ]·[H 2 ] 3 0,2 M·(0,10 M) 3 Despejando: [NH 3 ] = 0,01 M

70 08/02/ a) Equilibrio: 2 NOCl (g) 2 NO (g) + Cl 2 (g) Conc inic. (M) 20 0 Conc equil. (M) 2(1–0,33) 2·0,33 0,33 NO] 2 ·[Cl 2 ] (0,67 M) 2 ·(0,33 M) K C = ––––––––– = ––––––––––––––– = 0,083 M [NOCl] 2 (1,33 M) 2 b) El equilibrio se desplazará hacia la izquierda pues existen menos moles en los reactivos (2) que en los productos (2+1) y según el principio de LChatelier al aumentar la presión el equilibrio se desplazará hacia donde se produzca un descenso de la misma, es decir, hacia donde menos moles haya. Se ha estudiado la reacción del equilibrio siguiente: 2 NOCl (g) 2 NO (g) + Cl 2 (g) a 735 K y en un volumen de 1 litro. Inicialmente en el recipiente se introdujeron 2 moles de NOCl. Una vez establecido el equilibrio se comprobó que se había disociado un 33,3 % del compuesto. a) Calcula K c. b) ¿Hacia dónde se desplazará el equilibrio si se aumenta la presión? Razona la respuesta.

71 08/02/ a) Equilibrio:SbCl 5 (g) SbCl 3 (g) + Cl 2 (g) c 0 (mol/l)0,2/0,4 0 0 c equil (mol/l) 0,5(1– ) 0,5 0,5 [SbCl 3 ] ·[Cl 2 ] 0,5 · 0,5 K C = ––––––––– = ––––––––––– = 9,32 · 10 –2 [SbCl 5 ] 0,5(1– ) De donde: = 0,348 [SbCl 5 ] = 0,5 M · (1 – 0,348) = 0,326 M [SbCl 3 ] = 0,5 M · 0,348 = 0,174 M [Cl 2 ] = 0,5 M · 0,348 = 0,174 M Para la reacción SbCl 5 (g) SbCl 3 (g) + Cl 2 (g), K C, a la temperatura de 182 ºC, vale 9,32 · 10 –2. En un recipiente de 0,40 litros se introducen 0,2 moles de SbCl 5 y se eleva la temperatura a 182 ºC hasta que se establece el equilibrio anterior. Calcula: a) la concentración de las especies presentes en el equilibrio; b) la presión de la mezcla gaseosa.

72 08/02/ (continuación) b) c total = 0,326 M + 0,174 M + 0,174 M = 0,674 M p total = c total ·R·T = 0,674 mol·L –1 ·0,082 atm·L·mol –1 ·K –1 ·455 K p total = 25 atm Para la reacción SbCl 5 (g) SbCl 3 (g) + Cl 2 (g), K C, a la temperatura de 182 ºC, vale 9,32 · 10 –2. En un recipiente de 0,40 litros se introducen 0,2 moles de SbCl 5 y se eleva la temperatura a 182 ºC hasta que se establece el equilibrio anterior. Calcula: a) la concentración de las especies presentes en el equilibrio; b) la presión de la mezcla gaseosa.

73 08/02/ Equilibrio: 2 HI(g) H 2 (g) + I 2 (g) c 0 (mol/l) 3/5 2/5 1/5 [H 2 ] 0 ·[I 2 ] 0 0,4 · 0,2 Q = –––––––– = ––––––– = 0,22 > K C ([HI] 0 ) 2 (0,6) 2 Luego el equilibrio se desplazará hacia la izquierda c equil (mol/l) 0,6 + 2x 0,4 – x 0,2 – x [H 2 ]·[I 2 ] (0,4 – x)·(0,2 – x) K C = ––––––– = –––––––––––––– = 0,025 [HI] 2 (0,6 + 2x) 2 Resolviendo la ecuación se obtiene que: x = 0,131 [HI] = 0,6 + 2x = 0,6 + 2 · 0,131 = 0,862 M [H 2 ] = 0,4 – x = 0,4 – 0,131 = 0,269 M [I 2 ] = 0,2 – x = 0,2 – 0,131 = 0,069 M En un recipiente de 5 L se introducen a 500ºC 3 moles de HI, 2 mol de H 2 y 1 mol de I 2. Calcula la concentración de las distintas especies en equilibrio si sabemos que la constante del equilibrio 2 HI I 2 + H 2 a dicha temperatura es K c = 0,025.

74 08/02/ a) Equilibrio: N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) n 0 (mol)n 0 0 n equil (mol) n 0 (1– ) 2n 0 n TOTAL = n 0 (1– ) + 2 n 0 = n 0 (1+ ) m p·V = n TOTAL ·R·T = n 0 (1 + )·R·T = –––––– · (1+ )·R·T M(N 2 O 4 ) p·M(N 2 O 4 ) 1,0 · 92 = ––––––––– – 1 = –––––––––––––– – 1 = 0,5 (m/V) ·R·T 2,24 · 0,082 · 333 ya que la masa se conserva aunque se disocie. El tetróxido de dinitrógeno se disocia parcialmente en dióxido de nitrógeno. A 60 ºC y 1,0 atm la densidad de mezcla en equilibrio es de 2,24 g/L. Calcular: a) el grado de disociación del N 2 O 4 en dichas condiciones; b) el grado de disociación a la misma temperatura pero a 10,0 atm.

75 08/02/ b) Primero calcularemos K P a partir de los datos anteriores, para lo cual necesitamos conocer las presiones parciales de cada gas: n 0 (1– ) 1– 0,5 p(N 2 O 4 ) = ––––––– · p = –––– · p = ––– · 1 atm = 0,33 atm n 0 (1+ ) 1+ 1,5 2 n p(NO 2 ) = ––––––– · p = –––– · p = ––– · 1 atm = 0,67 atm n 0 (1+ ) 1+ 1,5 p(NO 2 ) 2 (0,67 atm) 2 K P = ––––––– = ––––––––– = 1,33 atm p(N 2 O 4 ) 0,33 atm p(NO 2 ) 2 [(2 /1+ )·p] K P = ––––––– = ––––––––––– = –––– · 10 atm = 1,33 atm p(N 2 O 4 ) (1– /1+ )·p 1­– 2 Despejando se obtiene que: = 0,18 El tetróxido de dinitrógeno se disocia parcialmente en dióxido de nitrógeno. A 60 ºC y 1,0 atm la densidad de mezcla en equilibrio es de 2,24 g/L. Calcular: a) el grado de disociación del N 2 O 4 en dichas condiciones; b) el grado de disociación a la misma temperatura pero a 10,0 atm.

76 08/02/ Equilibrio: 2 HI(g) H 2 (g) + I 2 (g) c 0 (mol/l) 2/5 0 0 c equil (mol/l) 0,4 (1– ) 0,4· /2 0,4· /2 [H 2 ]·[I 2 ] (0,4 · /2) 2 0,1 2 K C = –––––– = ––––––––– = –––––– = 0,038 [HI] 2 0,4 (1– ) 1– Resolviendo la ecuación de segundo grado se obtiene que: = 0,455 Una muestra de 2 moles de HI se introduce en un recipiente de 5 litros. Cuando se calienta el sistema hasta una temperatura de 900 K, el HI se disocia según la reacción: 2 HI H 2 + I 2, cuya constante es: K C = 3,8·10 2. Determina el grado de disociación del HI.

77 08/02/ a) Equilibrio: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) c 0 (mol/l) c c equil (mol) c 0 (1– ) c 0 · c 0 · 0,505 c 0 0,495 c 0 0,495 c 0 c total = c 0 (1+ ) = 1,495 c 0 p total 1 c total = –––– = –––––­­­­­­­­–––– M = 2,58·10 –2 M R·T 0,082 · 473 c total 2,58·10 –2 M c 0 = ––––– = ––––––––––– = 1,72·10 –2 M 1,495 1,495 A 200ºC y presión de 1 atmósfera, el PCl 5 se disocia en PCl 3 y Cl 2 en 49,5 %. Calcule. a) K c y K p ; b) El grado disociación a la misma temperatura pero a 10 atmósferas de presión. c) Explique en función del principio de Le Chatelier si el resultado obtenido en b) le parece correcto. DATOS: Masas atómicas; P = 30,97; Cl = 35,5; R = 0,082 atm·l·K -1 ·mol -1.

78 08/02/ a) [PCl 5 ] = 0,505 · 1,72·10 –2 M = 8,7·10 –3 M [PCl 3 ] = 0,495 · 1,72·10 –2 M = 8,5·10 –3 M [Cl 2 ] = 0,495 · 1,72·10 –2 M = 8,5·10 –3 M [PCl 3 ]·[Cl 2 ] (8,5·10 –3 M) 2 K C = ––––––––– = –––––––––­­– = 8,4·10 –3 M [PCl 5 ] 8,7·10 –3 M K P = K C ·(R·T) n = 8,4·10 –3 ·(0,082·473) 1 = 0,325 atm 1– A 200ºC y presión de 1 atmósfera, el PCl 5 se disocia en PCl 3 y Cl 2 en 49,5 %. Calcule. a) K c y K p ; b) El grado disociación a la misma temperatura pero a 10 atmósferas de presión. c) Explique en función del principio de Le Chatelier si el resultado obtenido en b) le parece correcto. DATOS: Masas atómicas; P = 30,97; Cl = 35,5; R = 0,082 atm·l·K -1 ·mol -1.

79 08/02/ b) 1– p(PCl 5 ) = –––– p total ; p(PCl 3 ) = p(Cl 2 ) = –––– p total p(PCl 3 ) · p(Cl 2 ) 2 0,325 atm = –––––––––––– = ––––––––– · 10 atm p(PCl 5 ) (1– )·(1+ ) Despejando queda: = 0,177 c) Es lógico que al aumentar la presión el equilibrio se desplace hacia donde menos moles gaseosos haya con objeto de compensar dicho aumento (en este caso hacia la izquierda) lo que conlleva una menor disociación. A 200ºC y presión de 1 atmósfera, el PCl 5 se disocia en PCl 3 y Cl 2 en 49,5 %. Calcule. a) K c y K p ; b) El grado disociación a la misma temperatura pero a 10 atmósferas de presión. c) Explique en función del principio de Le Chatelier si el resultado obtenido en b) le parece correcto. DATOS: Masas atómicas; P = 30,97; Cl = 35,5; R = 0,082 atm·l·K -1 ·mol -1.

80 08/02/ n total p total 10 c total = ––––= –––– = ––––––––– mol/l = 0,258 M V R·T 0,082 · 473 Equilibrio:2 NH 3 (g) 3 H 2 (g) + N 2 (g) n 0 (mol) n n quil (mol) n 0 (1– )n 0 · 3 /2 n 0 · /2 0,2 n 0 1,2 n 0 0,4 n 0 n total = n 0 (1– ) + n 0 · 3 /2 + n 0 · /2 = n 0 (1+ ) = 1,8 n 0 (1,2/1,8) 3 ·(0,4/1,8) K P = ––––––––––––––– · (10 atm) 2 = 106,7 atm 2 (0,2/1,8) 2 A 200ºC y 10 atm, el amoniaco contenido en un recipiente se encuentra disociado en sus elementos en un 80 %. Calcule: a) El valor de la presión en el recipiente si la disociación fuese del 50 %, sin variar el volumen ni la temperatura. b) La temperatura que debería alcanzar el recipiente para que la disociación volviera a ser del 80 %, sin variar el volumen ni la presión aplicada en a).

81 08/02/ a) n quil (mol) n 0 (1– )n 0 · 3 /2 n 0 · /2 0,5 n 0 0,75 n 0 0,25 n 0 (0,75/1,5) 3 ·(0,25/1,5) 106,7 atm 2 = –––––––––––––––­–– · p total 2 = 0,167 p total 2 (0,5/1,5) 2 De donde: p total = 25,3 atm b) Si vuelve a ser 0,8 c total volverá a valer 0,258 M ya que no ha cambiado el volumen, y por tanto, tampoco la concentración inicial del amoniaco. n total p total 25,3 c total = ––––= –––– = ––––––––– mol/l = 0,258 M V R·T 0,082 · T De donde T = 1196 K A 200ºC y 10 atm, el amoniaco contenido en un recipiente se encuentra disociado en sus elementos en un 80 %. Calcule: a) El valor de la presión en el recipiente si la disociación fuese del 50 %, sin variar el volumen ni la temperatura. b) La temperatura que debería alcanzar el recipiente para que la disociación volviera a ser del 80 %, sin variar el volumen ni la presión aplicada en a).


Descargar ppt "Equilibrio químico 08/02/20142 Contenidos 1.- Concepto de equilibrio químico. 1.1. Características. Aspecto dinámico de las reacciones químicas. 2.-"

Presentaciones similares


Anuncios Google