6.EQUILIBRIO

8/18/2019 6.EQUILIBRIO

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FIGMM

CAP. 2. EL EQUILIBRIO QUÍMICO modificado

El equilibrio es el resultado en el cual dos tendenciasopuestas se balancean entre si.

El equilibrio químico existe cuando dos reaccionesopuestas se efectúan simultáneamente a la misma velocidad.El equilibrio químico es DINÁMIC! debido a la ener"íainterna de cada sustancia! aunque la composici#n total dela me$cla N C%M&I%.

Cuando reactivos ' productos se forman con la mismavelocidad! el proceso químico parece interrumpido.

El t(rmino de una reacci#n no se se)ala por la desaparici#nde al"unos de los reactivos. %ntes de ello en el sistema se

establece un equilibrio.

En la síntesis directa del ácido 'od*ídrico la reacci#n +seinterrumpe, antes que todo el *idr#"eno ' el 'odo se *a'aconsumido. En cierto momento la concentraci#n del ácido'od*ídrico alcan$a un valor límite.

-a reacci#n directa /0 1 I0 → 0/I

2a acompa)ada por el proceso inverso ∴ /0 1 I0 ⇔ 0/I

0/I → /0 1 I0

%l me$clar los dos reactivos! la concentraci#n del ácido'od*ídrico aumenta3 pero! simultáneamente! el proceso dedescomposici#n tambi(n se acelera. 4inalmente los dosprocesos se desarrollan con la misma velocidad. En esascondiciones el número de mol(culas que se forman 'descomponen es i"ual.

De acuerdo a las fases de un proceso químico! losequilibrios se clasifican en

HOMOGÉNEO.- 5eactivos ' productos finales se *allan en lamisma fase.

HETEROGÉNEO.- Dos o más fases están presentes en el mismosistema. 6al es el caso de la disociaci#n t(rmica delcarbonato de calcio! en la que aparecen 0 fases s#lidas7carbonato ' #xido de calcio8 ' una fase "aseosa 7"ascarb#nico8.

CaC97:8 ; Ca7s8 1 C07"8

Equi l ibr io Químico

Preparado por: Lic . Nel l i Guerrero G .1


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FIGMM

De acuerdo a la velocidad de reacci#n! los equilibrios seclasifican en

METAESTABLES (o fa!o "#$ii%&io'.- En el que no se *a

alcan$ado el equilibrio. E


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FIGMM

:i 2? ; 20 la rxn cesa

H? [%]a [&]b ; H0 [C]c [D]d

cte. de equilibrio

[ ] [ ][ ] [ ]

K B A

DC

K

K ba

d c

==2

1

El valor de la constante para la rxn IN2E5:% será

[ ] [ ]

[ ] [ ] K K

DC

B A K

d c

ba111 =⇒= ∴ :i H ?! HJ será peque)o ⇒ en

el equilibrio se verán favorecidos

los productos.

:i H K ? se favorecerán los

reactantes.

2.2. )E)UCCI*N )E LA CONSTANTE )E EQUILIBRIO +C, +P,RELACI*N ENTRE AMBAS

En "eneral para reacciones como a% 1 b& ⇔ cC 1 dD

válida s#lo para "ases ideales

[ ] [ ]

[ ] [ ]ba

d c

c B A

DC K = o sustancias disueltas en una

soluci#n ideal.

-a presi#n es la unidad de [ ] que se utili$a parasustancias en estado "aseoso.

Lara "ases b B

a

A

d

D

c

C p

P P P P K ..= ... 7?8 :iendo L ; presi#n

parcial

s#lo depende de la 6! ' es cte. a 6 cte.

Lara "ases ideales P ;V

nRT ... 708

De 708 en 7?8 obtenemos




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FIGMM

)3(...b

B

a

A

d

D

c

C

p

V RT n

V RT n

V

RT n

V

RT n

K

=

pero ni ; moles ; M7molaridad8 ← unidad de2 litro concentraci#n

-ue"o 798 se convierte en

n∆[ ] [ ] ( )

[ ] [ ]ba

bad cd c

p

B A

RT DC K

)()( +−+

=

moleslitro

nc p RT K K ∆= )( ... 7G8 +−=∆ ón ,0

RELACI*N ENTRE LA CONSTANTE )E EQUILIBRIO LA RACCI*N MOLAR

:i a% 1 b& ⇔ cC 1 dD

-a cte. de equilibrio en t(rminos de la fracci#n molar

n

n Xi

i= puede representarse como

b

B

a

A

d

D

c

C x

X X

X X K

.

.= ... 7?8 Lero

b

B

a

A

d

D

c

C

p P P

P P K

.

.= ... 708

:e"ún Dalton Li ; i L66%-

presi#n fracci#nLarcial molar

5eempla$ando esta expresi#n en 708

L66%-




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FIGMM

)()()(.

.

.

)(.)(

)(.)( bad cb

B

a

A

d

D

c

C

b

B

a

A

d

D

c

C p P

X X

X X

P X P X

P X P X K +−+==

n x p P K K ∆= ... 798

2.2.. INTERPRETACI*N )E LAS CONSTANTES )E EQUILIBRIO

Hp ' Hc dependen s#lo de la 6.

De 798 Hx ;n

p

P

K ∆

:i =∆n ! Hx ; Hp ⇒ Hx depende s#lo de la 6⇒

:i ≠∆n ! Hx depende de la L ' la 6

5elaci#n entre Hx ' Hc

:obtenemos(3)endoreemplazan)( ⇒= ∆nc p RT K K

n

c x

n

x

n

c P

RT K K P K RT K

∆∆∆

=⇒=)( ... 7G8

2.2.2. EQUILIBRIO HETEROGÉNEO

?8 :i se tiene CaC97s8 ⇔ Ca7s8 1 C07"8

:#lidos puros

En esta ecuaci#n ∃n 0 fases s#lida ' "aseosa ∴corresponde a un EOI-I&5I /E6E5=PNE.

Lor convenci#n no se considera la [ ] de s#lidospuros en la expresi#n de la cte. de equilibrioporque por e


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FIGMM

08 -os metales no aparecen en la expresi#n deequilibrio por ser s#lidos puros de composici#n

cte.

:ea ++ +⇔+ 2 )()()(2

)( acS S ac ZnCu ZnCu

[ ][ ]+

+

=2

2

Cu

Zn K c

98 :i una rxn es multiplicada por cierto factor! sucte. de equilibrio debe ser elevada a una potenciai"ual a ese factor para la obtenci#n de la cte. de

equilibrio de la nueva rxn.

E


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FIGMM

213. C C C K K K =

2./. CAMBIOS EN SISTEMAS EN EQUILIBRIO

2... PRINCIPIO )E LE CHATELIER

El Lrincipio de -e C*atelier dice que toda ve$ que un

factor externo 7L! 6 o [ ]8 perturba el equilibrio deun sistema! este reacciona tratando de anular elefecto perturbador.

El efecto perturbador puede despla$ar el equilibrio*acia la +ISOIE5D%, o bien *acia la +DE5EC/%,.

2./.2. ACTORES QUE AECTAN EL EQUILIBRIO QUÍMICO

A' TEMPERATURA.- :i aumentamos la 6 a un sistema enequilibrio suministrando ener"ía t(rmica! la rxnneta que tendrá lu"ar es aquella que absorbeener"ía 75N END6P5MIC%8.

:i se disminu'e la 6 de un sistema en equilibrio oquitando ener"ía t(rmica la rxn neta que tendrálu"ar será aquella que libera ener"ía 75NE6P5MIC%8. E


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FIGMM

%l invertir el extin"uidor reacciona el ácidosulfúrico con el bicarbonato de sodio! saliendopor la man"uera "as carb#nico me$clado con a"entesespumantes.

B' CONCENTRACI*N.- :i a un sistema en equilibrio sele adicione un reactante o producto de rxn! la rxnque se produce es la que tiende a consumir lasustancia a"re"ada.:i se elimina a un reactante o un producto de rxn!la xn que la tiende a reponer.

C0/T/ 1 C/9C/ ⇔ C0/TCC/9 1 /0

Etanol ác. %c(tico ester

[ ] [ ]COOH CH OH H C O H COOCH H C

K 352

2352=

:i le a"re"amos etanol o ácido ac(tico a la rxn

equilibrada se favorece la rxn *acia la →7derec*a8 formándose (ster ' a"ua.

:i quitamos etanol o ácido se favorece la rxn*acia la i$q. formándose ácido ' etanol.

C' PRESI*N.-:i a un sistema en equilibrio se le

a"re"a la L! la rxn que se produce es la quetiende a contrarrestar el efecto del incremento deL.:i en cambio *a' una disminuci#n en la L! la rxnque se produce es la que tiende a contrarrestar elefecto de la disminuci#n de la L.

N07"8 1 9/07"8 ⇔ 0N/97"8 1 00@ cal ∆ / ;

a L! producci#n de N/9

a K L! se favorece la formaci#n de N0 ' /0.

)' CATALI0A)OR.- Es un a"ente 7o sustancia8 queacelera o disminu'e la velocidad de rxn 7nointervienen en la rxn8.El efecto de los catali$adores es cin(tico! puesaumenta la velocidad de rxn o la disminu'e.

TIPOSa8 Catali$adores positivos Conocidos como

%CE-E5%D5E:.


Preparado por: Lic . Nel l i Guerrero G .'


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FIGMM

b8 Catali$adores ne"ativos Conocidos comoIN/I&ID5E:.

Lt es catali$ador cuando se tiene sistema

*etero"(neo entre "ases ' líquidos.

Experimento de catali$ador

El a$úcar no arde espontáneamente al darle llama! perosi lo *ace si previamente *a sido espolvoreado conceni$a. En este 5xn! la ceni$a *ace de catali$ador 'aparece inalterada al final de la misma.

2.1. CLCULOS USAN)O LA CONSTANTE )E EQUILIBRIO

PROB.3 On recipiente a FUH contiene /07"8 ' I07"8 en

concentraciones iniciales de .??? ' .T molesRltrespectivamente. :i al cabo de un tiempo cuando la rxn

*a lle"ado al equilibrio la [/0] es .0@@ molRlt.VCuál será el valor de HcW

SOL.3

/07"8 1 I07"8 ⇔ 0/I7"8 [ ]

[ ] [ ]eqeq

eq

c I H

HI K

22

2

=

[ ]i .??M .TM

[ ]eq .?? .T 0

)05.0()111.0(

)2( 2

X X

X K c −−

=

pero por dato en el equilibrio

[/0] ; .0@@ ; .???

⇔ ; .@00


Preparado por: Lic . Nel l i Guerrero G .(

)enza de

palo

az*car

l#na de relo+


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FIGMM

24.54)01&3.0()02''.0(

)0'22.02( 2==

x K c 5L6%.

PROB. ('3 Ona me$cla de una mol de /0 ' una mol de I0se calent# a cierta temperatura *asta que se alcan$#el equilibrio ' en el cual Hc ; G. Calcular las molesde /I formadas en el punto de equilibrio.

SOL.3 /07"8 1 I07"8 ⇔ 0/I7"8

Ni ? ?

Neq ? ? 0

4)1(

)2(

)1()1(

)2(2

22

=−

=−−

= X

x

X X

x K c

∴ moles de /I formados ; ?.TA 5E:L.

PROB. (2'3 :e tiene una me$cla "aseosa constituida deuna mol de an*ídrido sulfuroso ' Q mol de oxí"eno. :ecalienta a ?UH en presencia de un catali$ador

apropiado! con lo cual el GAB del :0 se convierte en:9 a la presi#n total de ? atm. Calcular Hp.

SOL.3 :07"8 1 Q 07"8 ⇔ :97"8

ni ? ?R0

neq ? ?

0 0

.GA 2$122

3

. OSO

SO

p

P P

P K =

n66%- ; 7?8 1

−

22

1 X 1

n66%- ;

−

25.1

X

425.023.05.1

54.0

25.1

1

2

=−

=

−

−=

X

X X

SO



N6% :i el volumen es2! (ste se anula alcalcular Hc 'a que

[ ]i ; niR2


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FIGMM

213.023.05.1

23.05.0

2

5.1

22

1

2=

−−

=

−

−=

X

X

X O

3%2.023.05.1

4%.0

25.1

3

=−

=

−=

X

X X

SO

2$1

25.1

25.0

25.1

1

25.1

−

−

−

−

−=

X

X

X

X

X

X

K p

'5.1)4%1.0()425.0(

)3%2.0(== p K 5E:L.

PROB. (/'3 Cuando una me$cla de 0 moles de C/G7"8 ' ?

mol de /0:7"8! se calienta a F9UH ' ? atm de presi#ntotal tiene lu"ar la si"uiente reacci#n

C/G7"8 1 /0: ⇔ C:07"8 1 G/07"8

En el equilibrio la presi#n parcial de /0 fue de .?Aatm. Calcular Hp ' Hc.

SOL.3

C/G7"8 1 0/0:7"8 ⇔ C:07"8 1 G/07"8

Moles 0 ? iniciales

Moles eq 708 7?08 Gel equil

Moles totales ; 708 1 7?08 1 1 G ; 79 1 08

2)12()14(

)(

=+−+=∆

= ∆

n

RT K K n

c p

2)( RT

K

K

P

C = 7X8




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FIGMM

pero P P

P P K

S H CH

H CS

p 2

4

24

22

.

.= P p # P T $ i como P T # % ⇔ P P # $ i

4racci#n

molar

+

+

+−

+−

X

X

X

X

X

X

X

X

23

4,

23,

23

21,

23

2

Xin

n

T

i=

pero ==+ 1%.0

23

4

x

x presi#n parcial /

0por dato ⇔ ;

.?9

:i ; .?9 entonces

Lresionesparciales .TF9 atm! .00F atm! .G atm! .?A amt

2

4

)22&.0()5&3.0(

)1%.0()040.0(= p K

& p # @.@@ x ?G atm0on

p

c RT

K K

)(=

Lara calcular Hc! reempla$amos el valor de Hp obtenidoen 7X8 :iendo Yn ; 0 7De la rxn balanceada8.

2

24

)&3.

.0'2.0(

10''.'

K xmo oK

a!m!

a!m x

K c °=

−

5E:L.

PROB. (1'3 %l calentar el N0 se disocia de acuerdocon

N07"8 ⇔ N7"8 1 ? 07"8 0




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FIGMM

Ona muestra "aseosa de N0! tiene una concentraci#n de.0 molRl. Cuando se *a establecido el equilibrio! elN0 *a sufrido un ?B de disociaci#n. VCuál es elvalor de Hc en esas condicionesW

SOL.3

N07"8 ⇔ N7"8 1 ? 07"8 0

[ ]ini .0 mol

cial -

[ ]equi .0Z.0 .0 ?7.08

librio se disocia0

.?@ molR- .0 .?

[ ] [ ][ ]

2$1

2

2$1

2 011.0)1'.0(

)01.0()02.0(

===

!

mo

NO

O NO K c

PROB. (4'3 Calcular Hp para la si"uiente 5xn acondiciones standard.

C7"8 1 Cl07"8 ⇔ CCl07"8

Ta%a! )( Kca " # °∆ S$!5a6cia

@?.T@ CCl0

90.@? C

°°°° ∆+∆−∆=∆22)( C CO # COC # Rxn

""""

p

Rxn

K RT "

Kca "

lo3.2

&&.4')'1.32()5'.'1()(

−=∆

−=−−−=∆°

°

G@!FF cal ; 0.9 7?.8 70@8 log & p

Hp ; T.AG x ?9T

ne$a!i%o"

N

=∆−=∆ 1

PROB. (7'3 -a cte. de equilibrio Hp a 0TUC para la 5xn




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FIGMM

:97"8 ⇔ :07"8 1 ?R0 07"8 vale T.T x ??9

°∆=°∆ S Cacuar Kca H .4.23

SOL3

°∆−°∆=°∆

−=°∆

S T H "

uK RT " p

0.97?.870@8 lo" T.Tx??9 ; 09!G cal Z 70@8 ∆ :U

∆ :U ; 00.AT ue ; 00.AT cal 5E:L. oH



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