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• Juan Pablo Delgado

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EJERCICIOS DE EQUILIBRIO QUIMICO

15-IX-12

Problema resumen (Tomado de Masterton, W. L. y Hurley, C. N. Química, principios y reacciones, Madrid, 2004). Considerando el fosgeno, COCl2(g). Se trata de un importante producto intermedio en la fabricación de algunos plásticos. Puede descomponerse en monóxido de carbono y cloro gaseoso. Su ∆H° f es -220,1 KJ/mol. a) Escriba la ecuación química para la descomposición del fosgeno, utilizando los coeficientes enteros más pequeños. b) Escriba la expresión de la constante de equilibrio para la descomposición. c) A 500° C, una vez que la reacción ha alcanzado el equilibrio, las presiones parciales de CO, Cl 2 y COCl2 son 0,413 atm, 0,237 atm y 0,217 atm, respectivamente. Calcule Kp a 500° C. d) Inicialmente, un matraz de 5,00 litros contiene COCl2, Cl2 y CO a las presiones parciales de 0,689 atm, 0,250 atm y 0,333 atm respectivamente. Después de establecerse el equilibrio a 500° C, la presión parcial de COCl2 es 0,501 atm. Calcule las presiones parciales de equilibrio de los gases cloro y monóxido de carbono. e) Inicialmente un recipiente de reacción contiene Cl 2, CO y COCl2 a 500° C, donde ambos gases Cl 2 y CO tienen las presiones parciales de 0,750 atm. La presión parcial del fosgeno es de 0,500 atm. ¿En qué sentido se producirá la reacción a 500° C? ¿Cuál es la presión parcial de cada gas cuando se alcanza el equilibrio? Suponga que se añade suficiente COCl 2 para aumentar temporalmente su presión hasta 2,00 atm. ¿En qué dirección se desplazará el equilibrio? Cuando se restablece el equilibrio, ¿cuál es la presión parcial de cada gas? f) ¿En qué sentido se desplazará el sistema si en el equilibrio 1) el sistema se expande? 2) se añade gas helio a presión constante? 3) se aumenta la temperatura? Respuestas a) COCl2 (g) Cl2(g) + CO(g) b) Kp = Pco * Pcl2 / Pcocl2 c) 0,451 d) Pcl2 = 0,438 atm; Pco = 0,521 atm. e) ; Pco = Pcl2 = 0,558 atm; Pcocl2 = 0,692 atm; f) ; ;

; Pco = Pcl2 = 0,872 atm, Pcocl2 = 1,686 atm

1. Cuando el monóxido de carbono reacciona con gas hidrógeno, se forman metano y vapor de agua: CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) A 1127° C, el análisis del equilibrio muestra que Pco = 0,921 atm, P H2 = 1,21 atm, PCH4 =0,0391 atm y PH2O =0,0124 atm. ¿Cuál es la constante de equilibrio, Kp, para la reacción a 1127° C? R. 2,97x10-4. 2. Considere la descomposición del cloruro de nitrosilo, NOCl(g): 2NOCl(g) 2NO(g) + Cl2(g) A 220° C, en un matraz cerrado, inicialmente se tiene P NOCl = 1,000 atm, PNO = 0,009 atm, PCl2 = 0,467 atm. Cuando se alcanza el equilibrio a 220° C, se encuentra que la presión parcial de NOCl ha caído un 11,6%. Calcule Kp para la descomposición a 220° C. 3. Cuando se encierran óxido de nitrógeno gas y bromo gas en un matraz de un litro a 77° C las presiones parciales son 1,577 atm y 0,427 atm, respectivamente. Se establece el siguiente equilibrio: 2NO(g) + Br2(g) 2NOBr(g) Sabiendo que la presión parcial de equilibrio del NOBr a 77° C es de 0,624 atm, calcule Kp para la reacción a 77° C. R. 3,73.

4. Para la reacción: 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) Kp vale 0,50 a una cierta temperatura. Prediga el sentido en que se desplazará el sistema para alcanzar el equilibrio si se parte de a) PO2 = PNO = PNO2 = 0,10 atm b) PNO2 = 0,0848 atm, PO2 = 0,0116 atm c) PNO2 = 0,20 atm, PO2 = 0,010 atm, PNO = 0,040 atm. R. a) b) c) 5. El carbamato de amonio (NH2COONH4) es una sal del ácido carbámico que se halla en la sangre y orina de mamíferos. A 250° C, Kc es 1,58 x 10-8 para el siguiente equilibrio: NH2COONH4(s) 2NH3(g) + CO2(g) Si 7,80 g de NH2COONH4 se introducen en un recipiente vacío de 0,500 L, cuál es la presión total en el recipiente en el estado de equilibrio? R. 0,203 atm. 6. La reacción CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g) tiene una constante de equilibrio de 1,30 a 650° C. El monóxido de carbono y el vapor de agua tienen presiones iniciales de 0,485 atm, mientras que el hidrógeno y el dióxido de carbono parten de unas presiones parciales de 0,159 atm. a) Calcule la presión parcial de todos los gases en el equilibrio. b) Compare la presión total inicial con la presión total en el equilibrio. ¿Será válida esa relación para todos los sistemas gaseosos? R. a) PH2 = PCO2 =0,343 atm; PCO = PH2O = 0,301 atm. b) Pinicial = Pfinal = 1,288 atm; solo si Δn g = 0. 7. El yoduro de amonio sólido se descompone en amoníaco y yoduro de hidrógeno gases a temperaturas suficientemente altas. NH4I(s) NH3(g) + HI(g) La constante de equilibrio para la descomposición a 673 K es 0,215. Se cierran herméticamente quince gramos de yoduro de amonio en un matraz de 5 L y se calienta hasta 673 K. a) ¿Cuál es la presión total dentro del matraz en el equilibrio? b) ¿Cuánto yoduro de amonio se descompone? 8. Prediga el sentido en que se desplazará cada uno de los siguientes equilibrios si se disminuye la presión sobre el sistema mediante expansión. a) Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) b) ClF5(g) ClF3(g) + F2(g) c) HBr(g) ½H2(g) + ½Br2(g). R. a) b) c) no cambia 9. El gas de agua, un combustible comercial, se fabrica haciendo reaccionar coque caliente con vapor de agua. C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) Cuando se establece el equilibrio a 900 K, las presiones parciales de CO, H 2 y H2O son 0,22 atm, 0,63 atm y 0,31 atm, respectivamente. a) Calcule Kp a 900 K. b) Se añade el vapor de agua suficiente para aumentar su presión parcial temporalmente hasta 0,50 atm. ¿Cuáles son las presiones parciales de equilibrio de todos los gases después de que se restablece el equilibrio? R. a) 0,45 b) PCO = 0,28 atm; PH2 = 0,69 atm; PH2O = 0,44 atm. 10. El gas PCl5 puede descomponerse de acuerdo con la reacción: PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) La constante de equilibrio para la descomposición a una cierta temperatura es 2,5 . Calcule las presiones parciales de todos los gases en equilibrio si se introduce PCl5 a 1,00 atm en un matraz de 3,0 L cerrado herméticamente. R. PPCl5 = 0,235 atm; PPCl3 = 0,765 atm; PCl2 = 0,765 atm.

11. El benzaldehído, una sustancia para dar sabor, se obtiene por deshidrogenación del alcohol bencílico. C6H5CH2OH(g) C6H5CHO(g) + H2(g) El valor de Kp para la reacción a 250° C es de 0,56 . Si se introduce 1,50 g de alcohol bencílico en un matraz de 2,0 L y se calienta a 250° C, a) ¿Cuál es la presión parcial del benzaldehído cuando se alcanza el equilibrio? b) ¿Cuántos gramos de alcohol bencílico quedan en el equilibrio? R.0,22 atm; 0,4 g. 12. Con base en el siguiente sistema en equilibrio a una temperatura constante de T1: 2A(g) + B(l) C(g) + 2D(g) + Calor complete el siguiente cuadro con las letras A (aumenta), D (disminuye) o I (igual), en cada uno de los siguientes cambios realizados sobre el sistema en equilibrio. Cambio realizado [A] [B] n de B [C] Kc Se agregan unos moles de A a volumen constante Se agregan unos moles de C a volumen constante Se agregan unos moles de un gas inerte a presión cte. Se agregan unos moles de un gas inerte a volumen cte. Se agrega un poco de B Se aumenta la presión total sobre el sistema Se expande el sistema Se calienta el sistema a una temperatura T2 (T2>T1) Se usa un catalizador 13. Considere la reacción: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) -3 para la cual Kc = 6 x 10 a 740° C. Si inicialmente se tienen 0,1000 moles de CaCO 3(s) en un recipiente de 10,0 L, calcule en el equilibrio: a) La concentración de CO2(g); b) El número de moles de CO 2(g); c) El porcentaje de CaCO3 que se convierte en CaO; d) La presión total. R. a) 6 x 10-3 moles/litro; b) 6 x 10-2; c) 60%; d) 0,49 atm. 14. Al calentar pentacloruro de antimonio, SbCl5(g), éste se disocia en tricloruro de antimonio gaseoso y cloro gaseoso. A 182° C y presión de 1 atm, su disociación es de 29,2%. Calcule: a) Las constantes Kp y Kc para la disociación del SbCl5 a esta temperatura. b) La presión a la cual se disociaría en un 60%. R. a) Kp = 0,093; Kc = 0,0025. b) 0,165 atm. 15. En el sistema: SO2(g) + NO2(g) SO3(g) + NO(g) cuando se alcanza el equilibrio a cierta temperatura, en un recipiente de un litro, se hallan las siguientes concentraciones: 0,6M de SO3, 0,8M de SO2, 0,4M de NO y 0,1M de NO 2; si ahora se añade al sistema 1 mol de NO y la temperatura permanece constante, calcule las nuevas concentraciones en el equilibrio. R.

SO3 = 0,48 M;

SO2 = 0,92 M;

NO = 1,28 M;

NO2 = 0,2 2 M.

16. La reacción: COCl2(g) CO(g) + Cl2(g) se verifica en un recipiente de 2 litros y en el equilibrio existen: 1 mol de COCl 2, 0,5 moles de CO y 0,5 moles de Cl2. Si el volumen se aumenta a 4 litros, cuáles serán las nuevas concentraciones en el equilibrio? R. COCl2 = 0,212 M; CO = 0,162 M; Cl2 = 0,162 M. 17. La siguiente reacción es una etapa intermedia en el proceso de obtención del ácido sulfúrico: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g). Si el valor de Kp a 1100 K es 1,3 X 10-1 y a 500 K es 2,5 10 X 10 , indicar si este proceso es exotérmico o endotérmico. R. Exotérmico. 18. Considere la siguiente reacción: 3Fe(s) + 4H2O(g) Fe3O4(s) + 4H2(g) A 900° C, para esta reacción Kc es 5,1. Si 0,050 moles de H 2O(g) y 0,100 mol de Fe(s) se ponen en un recipiente a 900° C, cuántos gramos de Fe3O4 están presentes cuando se establece el equilibrio? R. 1,74g.