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• Dani Fraile Palos

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Tema 7. Equilibrio Químico 1.-

A 298,2 ºC la energía libre tipo de disolución del MgCl2.6H2O es −6180 cal.mol−1 y las energías libres tipo de formación del MgCl2.6H2O, H2O y Cl−(aq), son −505,419 cal.mol-1, −56,693 cal.mol−1 y −31,340 cal.ion-g−1 respectivamente. Calcular la energía libre tipo de formación del ión magnesio en disolución acuosa a dicha temperatura. Sol.

2.-

ΔG0 = − 6282.2 cal.ion-g−1

A la presión de 10atm y temperatura de 1482.53K, la composición de equilibrio del vapor de sodio es: 71.30% en peso de monómero y 28.70% de dímero. Calcular KºP para la reacción 2Na(g) ↔ Na2(g) en las condiciones dadas. Sol.

3.-

K0P = 0.024

En un recipiente de 0,4 l se introduce 1 mol de N2(g) y 3 mol de H2(g) a la temperatura de 780K. Cuando se establece el equilibrio para la reacción N2 + 3H2 ↔ 2NH3, se tiene una mezcla con un 28% en mol de NH3. Determinar: a) El número de moles de cada componente en el equilibrio b) La presión final del sistema c) El valor de KºP Sol.

a) nN2 = 0,5626 mol

nH 2 = 1, 6875 mol

nNH3 = 0,875 mol

b) P= 499,7 at c) KºP = 1,1 10−5 4.-

Se introducen 0,15 moles de O2(g) en un recipiente vacío, y cuando se alcanza el equilibrio a 3700K y 895 Torr, se encuentran 0,1027 moles de O(g). Calcule KºP y ∆Gº para la reacción O2(g) ↔ 2O(g) a 3700K. Supónganse gases ideales. Sol.

5.-

KºP = 0,63

∆Gº = 14,2 KJ/mol

Una mezcla de 11,02 mmol de H2S y 5,48 mmol de CH4 se introdujo en un recipiente vacío junto con un catalizador de Pt, estableciéndose el equilibrio: 2H2S(g) + CH4(g) ↔ 4H2(g) + CS2(g) a 700ºC y 762 torr. La mezcla de reacción se separó del catalizador y se enfrió rápidamente hasta la temperatura ambiente, a la cual las velocidades de la reacción directa e inversa son despreciables. Al analizar la mezcla de la reacción se encontraron 0,711 mmol de CS2. Calcule Kpo y ∆Go para la reacción a 700ºC Sol. KºP = 3,31 10−4 ∆Go = 64,8 KJ/mol

6.-

Utilizando las Tablas de Datos Termodinámicos, calcule K0p a 600K para la reacción: N2O4(g) ↔ 2NO2(g) a) haciendo la aproximación de que ∆Ho es independiente de T b) suponiendo que ∆Cpo es independiente de T. Sol. a) KºP = 1,63 104

7.-

b) KºP = 1,52 104

La KºP correspondiente a la reacción Fe3O4(s) + CO(g) ↔ 3FeO(s) + CO2(g) es 1,15 a 600ºC. Si una mezcla constituida inicialmente por 1mol de Fe3O4, 2 mol de CO, 0,5 mol de FeO y 0,3 mol de CO2 fuese calentada hasta 600ºC a la presión total constante de 5 atm, calcúlese cuál sería la cantidad de cada sustancia en el equilibrio. Sol. 0,07 moles Fe3O4, 1,07moles CO, 3,29 moles FeO y 1,23 moles CO2

8.-

Dedúzcase una expresión matemática general para ∆G0 en función de la T, a P constante, para la reacción Y2 (g) → 2 Y (g). Calcúlense todas las constantes. La expresión deberá comprender ∆G0T y T como únicas variables. Hº300 (Kcal/mol) Sº300 (cal/K.mol) CP (cal/K.mol) −150 10 3 + 2.10−2 T Y(g) −350 15 4 + 5.10−2 T Y2 (g) Sol. ∆GºT = 49850 +5,41 T + 5.10−3 T2 – 2T Ln T cal/mol

9.-

En la reacción XY2 ↔ X + 2Y las tres sustancias se comportan como gas ideal. Cuando en un recipiente de 10 litros que contiene inicialmente 0,4 moles de XY2 se introduce un catalizador para la reacción de disociación, se alcanza el equilibrio a 300K, con una presión de mezcla de 1,2 atm. Calcular la KºP del equilibrio correspondiente, a la temperatura indicada. Sol.

10.-

Para la reacción 2 H2S(g) + 3 O2(g) → 2 SO2(g) + 2 H2O(l) ∆Ho298 = −1130,5 KJ, ∆So298 = −388,3 J.K−1 y ∆CoP= 74,0 JK−1. Obténganse las expresiones de ∆Ho, ∆Uo, ∆Go y ∆So para esta reacción en función de la temperatura. Efectúense las aproximaciones razonables que sean necesarias, indicándose cuales han sido. Sol.

11.-

KºP = 5,8 10−3

∆Ho = −1152,6 + 0,0740 T KJ ∆Uo = −1152,6 + 0,0989 T KJ o ∆So = −810 + 74 LnT J/K ∆G = −1152,6 + 0,8840 T – 0,074 T LnT KJ

Calcular a partir de los datos de propiedades termodinámicas del estado estándar a 25ºC: a) la T mínima a la que, en condiciones estándar, es posible la reacción MgCO3 (s) ↔ MgO (s) + CO2 (g) b) ∆Gºr,298K c) KºP,298K d) KºP,400K y d) la presión parcial de equilibrio de CO2 (g) a 298K (Suponer que ∆Hºr y las Sº no varían en el rango de T considerado) ∆Hºf,298K (KJ/mol) Sº (J/K.mol) ∆Gºf,298K (KJ/mol) MgCO3 (s) −1095,8 66 −1012,1 −601,7 27 −569,4 MgO (s) −393,5 214 −394,36 CO2 (g) Sol

12.-

a) Tmin= 575K d) KºP,400 =1,04.10−4

b )∆Gºr,298 = 48,34 KJ/mol e) PCO2 = 3,32.10−9bar

Suponga un sistema que contiene inicialmente 0.3 moles de N2O4(g) y 0.5 moles de NO2(g), en el que se establece el equilibrio : N2O4(g) → 2NO2(g) a 25ºC y 2 atm. Calcular la composición en el equilibrio. Datos: ∆Gºf,298K (N2O4(g)) = 97.89 KJ/mol ∆Gºf,298K (NO2(g)) = 51.31 KJ/mol Sol

13.-

c) KºP,298 =3,32.10−9

n N2O4 = 0.476 moles n NO2 = 0.148 moles

A 25ºC y 1 atm la entropía normal, la entalpía normal de combustión y la densidad del grafito son respectivamente 5,694 J/K.mol, −393,513 KJ/mol y 2,260g/cc, mientras que estas magnitudes para el diamante valen 2,44 J/K.mol, -395,396 KJ/mol y 3,513 g/cc respectivamente. Hallar a) La forma estable a 25ºC y 1 atm, b) La presión a la que sería estable a 25ºC la otra forma. Datos: Pm(C) = 12 g/mol; Suponer que ambos sólidos son incompresibles. Sol

a) La forma estable a 25ºC y 1 atm es el grafito b) P > 14843 atm

14.-

Teniendo en cuenta los datos de la tabla adjunta, y suponiendo que en el intervalo correspondiente las entropías no varían con la temperatura, representar gráficamente el valor del potencial químico estándar de las dos formas alotrópicas del azufre sólido frente a la temperatura. A partir de los datos correspondientes a 25ºC, determinar la temperatura de equilibrio para la transformación del azufre rómbico en monoclínico. ∆Gº (Kcal/mol) ∆Sº (cal/K.mol) Srómbico 0 7,62 Smonoclínico 0,023 7,78 Sol Teq = 442K