![I.E.S. Al-Ándalus. Dpto de Física y Química. Curso 2004/05 Química 2º Bachillerato
ALGUNOS PROBLEMAS RESUELTOS: TEMA 2: CINÉTICA Y EQUILIBRIO QUÍMICOS.
Apdo 2.8:
4.- Cuando reacciona hidrógeno gaseoso con yodo gaseoso en un recipiente cerrado, y calentamos a una
determinada temperatura, se establece el siguiente equilibrio: I2 (g) + H2 (g) 2 HI (g)
una vez analizado éste, sabemos que hay 0,3 moles de yoduro de hidrógeno presentes, en
equilibrio con 0,8 moles de hidrógeno y 0,8 moles de yodo. Calcula la constante de equilibrio
Kc, a esa temperatura, si el volumen de recipiente es de 0,5 litros.
La expresión de la constante de equilibrio en función de las concentraciones viene dada por la ley de acción de
masas, que en el caso de la reacción I2 (g) + H2 (g) 2 HI (g) quedará
[HI ]eq2 [0 ,3 mol 2
0 ,5 l .
]
KC = =
[H 2 ]eq ⋅ [I 2 ]eq [
0 ,8 mol
0 ,5 l .
]⋅ [
0 ,8 mol
0 ,5 l .
] = 0 ,141
6.- Se sabe que la constante Kc para el equilibrio: N2O4(g) 2 NO2(g) vale 4,7⋅10-3 a una
temperatura de 400ºC. Si se mezclan a dicha temperatura 0,1 moles de N2O4 (g) con 0,05 moles
de NO2 en un recipiente de 1 litro de capacidad, ¿en qué sentido evolucionará el proceso?
Nos proporcionan las cantidades iniciales de las sustancias que intervienen, tanto reactivos como productos.
Para dilucidar en qué sentido evolucionará el sistema, calculamos el cociente de reacción Q
[NO2 ]02 [ ]
0 ,05 mol 2
1 l.
Q= = = 0 ,025 mol = 2 ,5 ⋅ 10 − 2
[ ]
mol
Observamos que Q > Kc. Esto significa que la
[N 2 O4 ]0 0 ,1 mol
1 l.
l l
concentración inicial de productos es mayor que la que existiría en el equilibrio. Por lo tanto, el sistema
evoluciona hacia la izquierda, consumiendo NO2.
Apdo 2.9:
1.- A 400ºC, la constante Kp para el equilibrio I2 (g) + H2 (g) 2HI (g) vale 59,4. Un matraz de 2,5 litros
de capacidad, a 25ºC y 1 atm, se llena de HI y se calienta hasta alcanzar la temperatura de
400ºC. Calcula la composición de la mezcla en equilibrio.
Datos: Kp = 59,4 V = 2,5 l. Condiciones iniciales: P = 1 atm, T = 25ºC = 298 K
En primer lugar, dado que os dicen que el recipiente está lleno de HI, única sustancia que tenemos en ese
momento, calculamos su nº de moles, aplicando la ecuación de los gases ideales
PV
PV = nRT → n = = 0 ,04 moles HI
RT
Dado que inicialmente únicamente tenemos HI, el sistema evolucionará hacia la derecha, consumiendo HI y
produciendo yodo e hidrógeno, hasta alcanzar el equilibrio.
Kp = Kc ⋅ ( RT ) ∆n → Kc = Kp ⋅ ( RT ) − ∆n = Kp ⋅ ( RT )0 = Kp = 59 ,4
nº moles I2 H2 HI
Aplicando la ley de acción de masas:
Inicial 0 0 0,04
Reac. x x -2x [HI ]eq2 [ 2 ,5
]
0 ,04 − 2 x 2
KC = →
Equ. x x 0,04-2x
[H 2 ]eq ⋅ [I 2 ]eq [ ]⋅ [ ] = 59 ,4 → x = 0 ,0041 mol
x
2 ,5
x
2 ,5
Sustituyendo, calculamos que la mezcla en el equilibrio está formada por:
0,0041 moles de I2 0,0041 moles de H2 0,0318 moles HI
2.- Si a 35ºC, la constante Kp para la disociación del N2O4 en NO2 es 0,32, calcula la presión a la cual
el tetraóxido de dinitrógeno está disociado en un 25%.
Datos: Kp = 0,32 atm α = 25% = 0,25 en el equilibrio
Trabajaremos con presiones parciales, en lugar de hacerlo con moles, ya que todos lo datos que nos
suministran, y los que debemos calcular, están referidos a presiones. Además, no nos dan el volumen del
recipiente, para poder calcular las concentraciones.](https://image.slidesharecdn.com/ejerciciosdecinetica1-100426221022-phpapp01/85/Ejercicios-de-cinetica-1-1-320.jpg)
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El grado de disociación es de 0,25. Esto significa que, a partir de una cantidad inicial de N2O4 que ejerce una
presión P0, habrá reaccionado una cantidad que ejercerá una presión P0·α = 0,25 ·P0
Trabajando con la estequiometría de la reacción: N2O4(g) 2 NO2(g)
Pres. parcial N2O4 NO2 Aplicando la ley de acción de masas:
Inicial P0 0 2
PNO2 eq [0 ,5 ⋅ P0 ]2
Reac. - 0,25·P0 0,5·P0 KP = → = 0 ,32 → P0 = 0 ,96 atm
Equ. 0,75·P0 0,5·P0 PN 2O2 eq 0 ,75 ⋅ P0
Sustituyendo, calculamos las presiones parciales en el equilibrio:
PN2O4 = 0,72 atm PNO2 = 0,48 atm
Por lo que la presión total en el equilibrio, suma de las presiones parciales en equilibrio, será
Peq = 0,72 atm + 0,48 atm = 1,2 atm
5.- El cloro se obtiene mediante el llamado proceso Deacon, según el equilibrio:
4HCl (g) + O2 (g) 2H2O (g) + 2Cl2 (g)
Si a la temperatura de 390ºC, se mezclan 0,08 moles de HCl con 0,1 moles de oxígeno, se
observa la formación de 0,0332 moles de cloro a la presión total de 1 atm. Calcula la constante
Kp correspondiente al equilibrio y el volumen del recipiente.
- Condiciones iniciales: T = 390ºC = 663 K 0,08 moles HCl, 0,1 moles O2.
La reacción evoluciona hacia la derecha, consumiendo HCl y oxígeno, hasta llegar al equilibrio.
- Datos del equilibrio: se forman 0,0332 moles de Cl2. Presión total en eq: 1 atm.
Trabajaremos con nº de moles, pasando luego a presiones usando la ecuación de los gases ideales.
A partir de las cantidades iniciales, trabajando con la estequiometría de la reacción:.
nº moles HCl O2 H 2O Cl2 En el equilibrio, tenemos 0,0332 moles Cl2, por lo que:
Inicial 0,08 0,1 0 0 0,0332 = 2x x = 0,0166 moles
Reac. - 4x -x 2x 2x
Equ. 0,08- 4x 0,1- x 2x El número de moles de cada componente en el equilibrio será:
2x
HCl: 0,0136 moles H2O : 0,0332 moles
O2 : 0,0834 moles Cl2 : 0,0332 moles
Y el número de moles total será de: 0,0136 + 0,0834 + 0,0332 + 0,0332 = 0,1634 moles de gas.
Aplicando la ecuación de los gases ideales, teniendo en cuenta que la presión total en el equilibrio es de 1 atm:
nRT
PV = nRT → V = = 8 ,88 litros volumen del recipiente.
P
Para calcular Kp, necesitamos conocer primero Kc:
[H 2 O]eq ⋅ [Cl 2 ]eq
2 2 [ ] ⋅[ ]
0 ,0332 2 0 ,0332 2
= 3781,2 ( mol )
8 ,88 8 ,88 −1
KC = →
[HCl ]4 ⋅ [O2 ]eq
eq [0 ,0136 4
8 ,88
] ⋅[0 ,0834
8 ,88
] l
∆n −1
Kp = Kc ⋅ ( RT ) = Kc ⋅ ( RT ) = 69 ,55 atm −1
13.- Al pasar vapor de agua sobre hierro al rojo se da la reacción: 3Fe(s) + 4H2O (g) Fe3O4(s) +4H2 (g)
A 200ºC, en el equilibrio, la presión de vapor del agua es de 4,6 mmHg y la del hidrógeno 95,9 mmHg.
a) Indica cuánto valdrá la presión parcial del hidrógeno cuando la del agua valga 9,3 mmHg.
b) Calcula la presión parcial del agua y la del hidrógeno cuando la presión total sea de 760 mmHg.
Nos encontramos ante un equilibrio heterogéneo, en el que intervienen sustancia sólidas y gaseosas. Dado que la
concentración de las sustancias sólidas no cambia durante la reacción, sólo aparecerán las sustancias gaseosas en la
expresión de la constante de equilibrio.
Dado que todos los datos y cuestiones son referidos a presiones, trabajaremos con Kp y presiones parciales.
Las presiones parciales que nos dan están referidas a una situación de equilibrio:
PH2O = 4,6 mmHg = 6,05·10-3 atm PH2 = 95,9 mmHg = 0,126 atm
Calculamos la constante de equilibrio Kp, que relaciona las presiones parciales en el equilibrio.](https://image.slidesharecdn.com/ejerciciosdecinetica1-100426221022-phpapp01/85/Ejercicios-de-cinetica-1-2-320.jpg)
Ejercicios de cinetica 1
- 1. I.E.S. Al-Ándalus. Dpto de Física y Química. Curso 2004/05 Química 2º Bachillerato ALGUNOS PROBLEMAS RESUELTOS: TEMA 2: CINÉTICA Y EQUILIBRIO QUÍMICOS. Apdo 2.8: 4.- Cuando reacciona hidrógeno gaseoso con yodo gaseoso en un recipiente cerrado, y calentamos a una determinada temperatura, se establece el siguiente equilibrio: I2 (g) + H2 (g) 2 HI (g) una vez analizado éste, sabemos que hay 0,3 moles de yoduro de hidrógeno presentes, en equilibrio con 0,8 moles de hidrógeno y 0,8 moles de yodo. Calcula la constante de equilibrio Kc, a esa temperatura, si el volumen de recipiente es de 0,5 litros. La expresión de la constante de equilibrio en función de las concentraciones viene dada por la ley de acción de masas, que en el caso de la reacción I2 (g) + H2 (g) 2 HI (g) quedará [HI ]eq2 [0 ,3 mol 2 0 ,5 l . ] KC = = [H 2 ]eq ⋅ [I 2 ]eq [ 0 ,8 mol 0 ,5 l . ]⋅ [ 0 ,8 mol 0 ,5 l . ] = 0 ,141 6.- Se sabe que la constante Kc para el equilibrio: N2O4(g) 2 NO2(g) vale 4,7⋅10-3 a una temperatura de 400ºC. Si se mezclan a dicha temperatura 0,1 moles de N2O4 (g) con 0,05 moles de NO2 en un recipiente de 1 litro de capacidad, ¿en qué sentido evolucionará el proceso? Nos proporcionan las cantidades iniciales de las sustancias que intervienen, tanto reactivos como productos. Para dilucidar en qué sentido evolucionará el sistema, calculamos el cociente de reacción Q [NO2 ]02 [ ] 0 ,05 mol 2 1 l. Q= = = 0 ,025 mol = 2 ,5 ⋅ 10 − 2 [ ] mol Observamos que Q > Kc. Esto significa que la [N 2 O4 ]0 0 ,1 mol 1 l. l l concentración inicial de productos es mayor que la que existiría en el equilibrio. Por lo tanto, el sistema evoluciona hacia la izquierda, consumiendo NO2. Apdo 2.9: 1.- A 400ºC, la constante Kp para el equilibrio I2 (g) + H2 (g) 2HI (g) vale 59,4. Un matraz de 2,5 litros de capacidad, a 25ºC y 1 atm, se llena de HI y se calienta hasta alcanzar la temperatura de 400ºC. Calcula la composición de la mezcla en equilibrio. Datos: Kp = 59,4 V = 2,5 l. Condiciones iniciales: P = 1 atm, T = 25ºC = 298 K En primer lugar, dado que os dicen que el recipiente está lleno de HI, única sustancia que tenemos en ese momento, calculamos su nº de moles, aplicando la ecuación de los gases ideales PV PV = nRT → n = = 0 ,04 moles HI RT Dado que inicialmente únicamente tenemos HI, el sistema evolucionará hacia la derecha, consumiendo HI y produciendo yodo e hidrógeno, hasta alcanzar el equilibrio. Kp = Kc ⋅ ( RT ) ∆n → Kc = Kp ⋅ ( RT ) − ∆n = Kp ⋅ ( RT )0 = Kp = 59 ,4 nº moles I2 H2 HI Aplicando la ley de acción de masas: Inicial 0 0 0,04 Reac. x x -2x [HI ]eq2 [ 2 ,5 ] 0 ,04 − 2 x 2 KC = → Equ. x x 0,04-2x [H 2 ]eq ⋅ [I 2 ]eq [ ]⋅ [ ] = 59 ,4 → x = 0 ,0041 mol x 2 ,5 x 2 ,5 Sustituyendo, calculamos que la mezcla en el equilibrio está formada por: 0,0041 moles de I2 0,0041 moles de H2 0,0318 moles HI 2.- Si a 35ºC, la constante Kp para la disociación del N2O4 en NO2 es 0,32, calcula la presión a la cual el tetraóxido de dinitrógeno está disociado en un 25%. Datos: Kp = 0,32 atm α = 25% = 0,25 en el equilibrio Trabajaremos con presiones parciales, en lugar de hacerlo con moles, ya que todos lo datos que nos suministran, y los que debemos calcular, están referidos a presiones. Además, no nos dan el volumen del recipiente, para poder calcular las concentraciones.
- 2. I.E.S. Al-Ándalus. Dpto de Física y Química. Curso 2004/05 Química 2º Bachillerato El grado de disociación es de 0,25. Esto significa que, a partir de una cantidad inicial de N2O4 que ejerce una presión P0, habrá reaccionado una cantidad que ejercerá una presión P0·α = 0,25 ·P0 Trabajando con la estequiometría de la reacción: N2O4(g) 2 NO2(g) Pres. parcial N2O4 NO2 Aplicando la ley de acción de masas: Inicial P0 0 2 PNO2 eq [0 ,5 ⋅ P0 ]2 Reac. - 0,25·P0 0,5·P0 KP = → = 0 ,32 → P0 = 0 ,96 atm Equ. 0,75·P0 0,5·P0 PN 2O2 eq 0 ,75 ⋅ P0 Sustituyendo, calculamos las presiones parciales en el equilibrio: PN2O4 = 0,72 atm PNO2 = 0,48 atm Por lo que la presión total en el equilibrio, suma de las presiones parciales en equilibrio, será Peq = 0,72 atm + 0,48 atm = 1,2 atm 5.- El cloro se obtiene mediante el llamado proceso Deacon, según el equilibrio: 4HCl (g) + O2 (g) 2H2O (g) + 2Cl2 (g) Si a la temperatura de 390ºC, se mezclan 0,08 moles de HCl con 0,1 moles de oxígeno, se observa la formación de 0,0332 moles de cloro a la presión total de 1 atm. Calcula la constante Kp correspondiente al equilibrio y el volumen del recipiente. - Condiciones iniciales: T = 390ºC = 663 K 0,08 moles HCl, 0,1 moles O2. La reacción evoluciona hacia la derecha, consumiendo HCl y oxígeno, hasta llegar al equilibrio. - Datos del equilibrio: se forman 0,0332 moles de Cl2. Presión total en eq: 1 atm. Trabajaremos con nº de moles, pasando luego a presiones usando la ecuación de los gases ideales. A partir de las cantidades iniciales, trabajando con la estequiometría de la reacción:. nº moles HCl O2 H 2O Cl2 En el equilibrio, tenemos 0,0332 moles Cl2, por lo que: Inicial 0,08 0,1 0 0 0,0332 = 2x x = 0,0166 moles Reac. - 4x -x 2x 2x Equ. 0,08- 4x 0,1- x 2x El número de moles de cada componente en el equilibrio será: 2x HCl: 0,0136 moles H2O : 0,0332 moles O2 : 0,0834 moles Cl2 : 0,0332 moles Y el número de moles total será de: 0,0136 + 0,0834 + 0,0332 + 0,0332 = 0,1634 moles de gas. Aplicando la ecuación de los gases ideales, teniendo en cuenta que la presión total en el equilibrio es de 1 atm: nRT PV = nRT → V = = 8 ,88 litros volumen del recipiente. P Para calcular Kp, necesitamos conocer primero Kc: [H 2 O]eq ⋅ [Cl 2 ]eq 2 2 [ ] ⋅[ ] 0 ,0332 2 0 ,0332 2 = 3781,2 ( mol ) 8 ,88 8 ,88 −1 KC = → [HCl ]4 ⋅ [O2 ]eq eq [0 ,0136 4 8 ,88 ] ⋅[0 ,0834 8 ,88 ] l ∆n −1 Kp = Kc ⋅ ( RT ) = Kc ⋅ ( RT ) = 69 ,55 atm −1 13.- Al pasar vapor de agua sobre hierro al rojo se da la reacción: 3Fe(s) + 4H2O (g) Fe3O4(s) +4H2 (g) A 200ºC, en el equilibrio, la presión de vapor del agua es de 4,6 mmHg y la del hidrógeno 95,9 mmHg. a) Indica cuánto valdrá la presión parcial del hidrógeno cuando la del agua valga 9,3 mmHg. b) Calcula la presión parcial del agua y la del hidrógeno cuando la presión total sea de 760 mmHg. Nos encontramos ante un equilibrio heterogéneo, en el que intervienen sustancia sólidas y gaseosas. Dado que la concentración de las sustancias sólidas no cambia durante la reacción, sólo aparecerán las sustancias gaseosas en la expresión de la constante de equilibrio. Dado que todos los datos y cuestiones son referidos a presiones, trabajaremos con Kp y presiones parciales. Las presiones parciales que nos dan están referidas a una situación de equilibrio: PH2O = 4,6 mmHg = 6,05·10-3 atm PH2 = 95,9 mmHg = 0,126 atm Calculamos la constante de equilibrio Kp, que relaciona las presiones parciales en el equilibrio.
- 3. I.E.S. Al-Ándalus. Dpto de Física y Química. Curso 2004/05 Química 2º Bachillerato 4 PH 2 eq 0 ,126 4 KP = 4 → = 1,88 ⋅ 10 5 PH 2O 0 ,00605 4 eq a) Con una presión parcial de vapor de agua diferente (9,3 mmHg = 0,0122 atm), también tendremos una presión parcial de hidrógeno distinta de los datos anteriores, pero sabemos que Kp será la misma, mientras no modifiquemos la temperatura. 4 PH 2 eq 1 4 4 KP = 4 → = PH 2 eq = K P ⋅ PH 2O → PH 2 eq = ( 1,88 ⋅ 10 5 ⋅ 0 ,0122 4 ) 4 = 0 ,254 atm eq PH 2O eq b) Ahora nos indican que, para otra situación de equilibrio, la presión total es de 760 mmHg = 1 atm. Entonces, la suma de las presiones parciales en el equilibrio será de 1 atm. PH 2 + PH 2O = Ptot = 1 atm 4 4 Por la expresión de Kp PH 2 = 1,88 ⋅ 10 5 ⋅ PH 2O → PH 2 = 20 ,82 ⋅ PH 2O Sustituyendo: 20 ,82 ⋅ PH 2O + PH 2 O = 1 → PH 2O = 0 ,0458 atm Y la presión parcial de hidrógeno será PH 2 = 0 ,954 atm