EQUILIBRIO QUÍMICO.

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1 EQUILIBRIO QUÍMICO

2 REACCIONES EN EQUILIBRIO
Es una reacción reversible, los reactivos reaccionan y forman productos, y éstos a su vez reaccionan para volver a formar productos. Llega un momento en que parece que la reacción se ha estacionado porque las concentraciones de reactivos y productos se mantienen constante. Se ha llegado al EQUILIBRIO QUÍMICO.

3 Constante de equilibrio (Kc)
En una reacción: a A + b B ↔ c C + d D la constante de equilibrio Kc será: La constante Kc cambia con la temperatura ¡IMPORTANTE!: En el cálculo de la constante de equilibrio sólo intervienen 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. Ley de acción de masas

4 d) NaHCO3(s) ↔ Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) 2
K c = NO N 2 O 4 a) N2O4(g) ↔  NO2(g) 2 b) NO(g) + Cl2(g) ↔ NOCl(g) c)CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g) d) NaHCO3(s) ↔ Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) 2 Pág. 178, 1y2

5 Constante de equilibrio (Kc) depende de cómo se ajuste la reacción.
H2(g)+ I2(g)↔ 2 HI (g) ½ H2(g) + ½ I2(g) ↔ HI (g),

6 A. N2 + 3 H2 ↔ 2 NH3 ½ N2 + ³⁄₂ H2 ↔ NH3 2 NH3 ↔ N2 + 3 H2
Cuando se multiplica una ecuación química por un número, n, la constante de equilibrio de la nueva ecuación es la de la ecuación inicial elevada a dicho número Pág. 180, 6

7 EQUILIBRIOS EN VARIAS ETAPAS
N2 (g) + O2(g) ↔ 2 NO(g) B NO(g) + O2(g) ↔ 2 NO2(g) A + B N2(g) O2(g) ↔ 2 NO2(g) Si una reacción se puede expresar como la suma de dos o más reacciones, la constante de equilibrio de la reacción global está determinada por el producto de las constantes de equilibrio de las reacciones individuales Pág. 183, 10

8 CÁLCULOS EN EL EQUILIBRIO
Pág 185; ej. 11: En un recipiente de 2 litros se introduce 2,1 moles deCO2(g) y 1,6moles de H2(g) y se calienta a 1800 ºC. Una vez alcanzado el equilibrio CO2 (g) + H2 (g) ↔ CO (g) + H2O (g) se encuentra que hay 0,9 moles de CO2. Calcula: a) la concentración de cada especie en el equilibrio; b) el valor de la constante de equilibrio. a) CO2 (g) + H2 (g) ↔ CO (g) + H2O (g) Moles inic.: 2,1 1,6 Moles final. 0,9 a b b Moles reacc: 1,2 1,2 Moles eq 0,9 0,4 1,2 1,2 [Concen] equi 0,45 0,20 0,60 0,60

9 Ej: En un recipiente de 250 ml se introducen 3 g de PCl5, estableciéndose el equilibrio: PCl5(g) ↔ PCl3 (g) + Cl2(g). Sabiendo que la KC a la temperatura del experimento es 0,48, determinar la concentración de todas las especies en el equilibrio.. Equilibrio: PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) Moles inic.: 3/208,2 0 0 Moles equil. 0,0144 – x x x Pág 185, 12y13

10 Constante de equilibrio (Kp)
En las reacciones en que intervengan gases es mas sencillo medir presiones parciales que concentraciones: a A + b B ↔ c C + d D

11 Relación Kp con Kc a A + b B ↔ c C + d D
De la ec. gral de los gases: p ·V = n ·R·T → n = incremento en nº de moles de gases (nproductos – nreactivos)

12 Ejemplo K P = P SO P SO P O 2 2 SO2(g) + O2(g) ↔ 2 SO3(g)

13 Ej: Calcular la constante Kp a 1000 K en la reacción de formación del amoniaco . (KC = 1,996 ·10–2)
N2(g) H2(g) ↔2 NH3(g) KP = Kc · (RT)n n = nproductos – nreactivos = 2 – (1 + 3) = –2 Kp = 2,97 · 10–6 Pág. 179: 3, 4 y 5

14 Ej: La constante de equilibrio de la reacción: N2O4 ↔ 2 NO2 vale Kc= 0,671 a 45ºC . Calcule la presión total en el equilibrio en un recipiente que se ha llenado con N2O4 a 10 atmósferas y a dicha temperatura. Datos: R = 0,082 atm·l·mol-1·K-1. N2O4 ↔ 2 NO2 Conc. i) , Conc. e) ,38 – x x X = 0,18 M p = 14,6 atm

15 Grado de disociación ().
Se utiliza en aquellas reacciones en las que existe un único reactivo Es la fracción de un mol que se disocia (tanto por 1). En consecuencia, el % de sustancia disociada es igual a 100 · . Ej En un matraz de 1 litros se introducen 6 g de PCl5(g) . Se calienta a 2 atm y se establece el siguiente 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 a) Equilibrio: PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) mol in 0, mol eq ,03(1 – α) ,03 α ,03 α

16 continuación: n T =0,03 −0,03 α+0,03α+0,03α = 0,03 (1 + α) p V=n R T
2·1 = 0,03 (1 + 𝛼) · 0,082 · 523 α=0,55

17 Ej: En el equilibrio anterior (Kc = 0,042): PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(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 PCl5(g) en los 5 litros del matraz? PCl5(g) ↔ PCl3(g) Cl2(g) i: /5 (0,4) eq ,4(1–) ,4 · ,4 · 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

18 Cont: Como  = 0,276 PCl5 = 0,4 mol/l · (1– 0,276) = 0,29 mol/l
n(PCl5) = 0,29 mol/l · 5 l = n(PCl3) = 0,11 mol/l · 5 l = n(Cl2) = 0,11 mol/l · 5 l = 1,45 moles 0,55 moles

19 Grado de disociación ().
Ej 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) ↔ PCl3(g) + Cl2(g). Sabiendo que Kc (250 ºC) = 0,042; a) ¿cuáles son las concentraciones de cada sustancia en el equilibrio?; b) ¿cuál es el grado de disociación? a) Equilibrio: PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) mol in mol eq – x x x x = 0,28 moles

20 continuación: PCl5 = (2– 0,28)/5 = 0,342 mol/l PCl3 = (1+ 0,28)/5 = 0,256 mol/l Cl2 = 0,28 /5 = 0,056 mol/l b) Si de 2 moles de PCl5 se disocian 0,28 moles en PCl3 y Cl2, de cada mol de PCl5 se disociarán 0,14. Por tanto,  = 0,14, lo que viene a decir que el PCl5 se ha disociado en un 14 %, es decir Pág. 186, 14

21 Kc en función de . Reacción: A ↔ B + C Conc. Inic. (mol/l): c 0 0
conc. eq(mol/l) c(1– ) c · c · En el caso de que la sustancia esté poco disociada (Kc muy pequeña):  << 1 y Kc  c ·2

22 Ej: En un matraz de 5 litros se introducen 2 moles de PCl5(g) y 1 mol de de PCl3(g) y se establece el siguiente equilibrio:PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g). Sabiendo que Kc (250 ºC) = 0,042 a) ¿cuáles son las concentraciones de cada sustancia en el equilibrio?; b) ¿cuál es el grado de disociación? a) Equilibrio: PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) Conc. inic.: 2/5 (0,4) 1/5 (0,2) 0 Conc. eq(mol/l) 0,4(1–) 0,2+0,4 · 0,4 · 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

23 Ej: A 450 ºC y 10 atm de presión el NH3 (g) está disociado en un 95,7 % según la reacción: 2 NH3 (g) ↔ N2 (g) + 3 H2 (g). Calcular KP a dicha temperatura. 2 NH3 (g) ↔ N2 (g) H2 (g). n e) n(1–) n/ n/ ,043 n ,4785 n ,4355 n ntotal = 0,043 n + 0,4785 n + 1,4355 n = 1,957 n

24 RELACIÓN KC, KP y KX a A + b B ↔ c C + d D

25 Modificaciones del equilibrio
PRINCIPIO DE LE CHÂTELIER: Cuando se produce una alteración en un sistema que se encuentra en equilibrio (variación del volumen, presión, temperatura, concentraciones…) el sistema deja de estar en equilibrio y evolucionará hacia un sentido u otro hasta alcanzar de nuevo otro estado de equilibrio El estado de equilibrio de un sistema puede verse alterado por: Cambio en la concentración de alguno de los reactivos o productos. Cambio en la presión (o volumen) Cambio en la temperatura. El sistema deja de estar en equilibrio y evolucionará en el sentido de contrarrestar la perturbación y volver a la situación de equilibrio.

26 Variación de la concentración de alguno de los reactivos o productos.
Si aumenta la concentración de uno de los productos, el equilibrio se desplazará en el sentido en que éstos disminuyan, es decir, hacia la formación de reactivos Si ↑ [Prod] equilibrio :  Analógamente si disminuye, evolucionará en el sentido de aumentarlo, es decir Si ↓ [Prod] equilibrio :  Haciendo un razonamiento análogo: Si ↑ [React] ═> el equilibrio : Si ↓ [Reactivos] equilibrio : 

27 Variación de la presión (o volumen)
Al aumentar la presión, disminuye el volumen y por tanto, el equilibrio se desplaza hacia donde haya menor número de moles gaseosos Variación de la Temperatura ↑T hace que el equilibrio se desplace hacia donde la reacción sea endotérmica. ↓T hace que el equilibrio se desplace hacia donde la reacción sea exotérmica

28 Ej: ¿Hacia dónde se desplazará el equilibrio al: a)disminuir la presión? b) aumentar la temperatura? H2O(g) + C(s) ↔ CO(g) + H2(g) (H > 0) a) Al ↓P, el equilibrio se desplaza hacia donde haya mayor número de moléculas gaseosas; por tanto, en nuestro caso, hacia la derecha → b) Al ↑T, el equilibrio se desplaza hacia donde es endotérmica (para que consuma energía) →