CINÉTICA Y EQUILIBRIO1. Explica razonadamente cuáles son las condiciones óptimas de presión,

temperatura y concentración que son más favorables y producen el máximorendimiento en el proceso industrial de obtención de amoníaco según la reacciónde equilibrio:

N2(g) + 3H2(g) <-------> 2NH3(g) ∆Hº < 0 1. 2. A la temperatura de 400ºC se mezclan 0.062 moles de H2 (g) y 0.042 moles de I2

(g). Al establecerse el equilibrio se forman 0.076 moles de HI(g). a) Calcular Kc.b) Sabiendo que la reacción es exotérmica, deducir hacia dónde se desplazará elequilibrio si: i) La Tª aumenta; ii) La presión disminuye; iii) Aumentamos laconcentración de I2 (g).

3. Indicar todos los factores que pueden alterar un equilibrio químico y el modo enque lo hacen. b) Decir si son correctas, o no, las siguientes afirmaciones,razonando las respuestas: i. “Una reacción espontánea siempre alcanzarápidamente el equilibrio”; ii. “Una reacción lenta nunca es espontánea”.

4. En un matraz de 1.5 l en el que se ha hecho el vacío, se introducen 0.08 moles deN2 O4 y se calienta a 35º. Parte del N2 O4 se disocia en N O2 según: N2 O4 (g)<------> 2 NO2 (g). Cuando se alcanza el equilibrio, la presión total es de 2.27atm. Calcular: a) el grado de disociación; b) el valor de Kc ; c) la presión parcialdel N O2 en el equilibrio.

5. Justificar si son correctas, o no, las siguientes afirmaciones: a) En una reacciónquímica ∆G puede ser positiva o negativa, pero nunca puede ser cero; b) ∆G esindependiente de la temperatura. c) Cuando ∆G es negativo y muy grande, lareacción es muy rápida. D) Cuando ∆G es negativo, la reacción es espontánea.

6. A cierta temperatura se ha estudiado el equilibrio: 2 NOCl (g)-------> 2NO (g) + Cl2 (g)

En un recipiente de 2 l de capacidad se introducen dos moles de cada una de las tressustancias. Una vez alcanzado el equilibrio se analiza el contenido encontrándose que laconcentración de NOCl es de 0.8 moles/l. a) Calcular el grado de disociación; b) CalcularKc. 7. Dado el equilibrio: NH3 (g) <-------> ½ N2 (g) + 3/2 H2 (g), cuyo ∆H = 92.4 kJ,

justificar si son verdaderas, o falsas, las siguientes afirmaciones: a) Al aumentar la temperatura se favorece la formación de NH3. b) Un aumento de la presión favorece la formación de H2. c) Esta reacción será espontánea a cualquier temperatura.

a) Si disminuimos la cantidad de N2, el equilibrio se desplaza hacia la derecha. 8. A 200 K, una vasija de reacción de un litro de capacidad contenía, una vez

alcanzado el siguiente equilibrio: CO (g) + Cl2 (g) <------> COCl2 (g) 0.6 atm de COCl2 , 0.30 atm de CO y 0.10 atm de Cl2. Si se añade a la vasija 0.40 atm de Cl2,manteniendo la temperatura y el volumen constantes calcular:

a) Número de moles de COCl2 , cuando se alcance de nuevo el equilibrio. b) El valor de Kc. 9. En un recipiente de 10 litros, se introducen 1.0 mol de un compuesto A y 3.0 moles

de un compuesto B y se calienta hasta 620ºC. Una vez formado C y alcanzado elsiguiente equilibrio:

A(g) + 3B(g) -------> 2C (g) se obtiene una mezcla que ejerce una presión total de 22 atm. Calcular:

a) El número de moles de C en el equilibrio; b) El valor de Kc

R = 0.082 atm . l . mol-1 . K-1 10. El proceso de descomposición del NH4Cl(s) para dar NH3 (g) y HCl (g) tiene

una ∆H = 123,6 kcal/mol, a cierta temperatura. Una vez alcanzado el equilibrioen este proceso:

a) Razonar cómo afectaría a la concentración de NH3 : i) una disminución de latemperatura; ii) un aumento de la presión; b) Explicar cómo afectaría a Kc un aumento de la temperatura, c) ¿Cómo afectaría a Kc un aumento de la concentración de HCl(g)? 11. Se mezclan 46,0 g de I2 y 1,00 g de H2 en un recipiente de 2,00 litros para

formar HI (g). Se calienta esta mezcla hasta alcanzar el equilibrio a 450ºC y enese instante se observa que hay 1,90 g de I2

a) Calcular Kc para el equilibrio I2(g) + H2(g) ⇔ 2HI (g) b) ¿Cuál es el valor de la presión en el equilibrio? 12. A 1327ºC, KC vale 600, para el equilibrio:

NiO(s) + CO(g) <=> Ni(s) + CO2 (g) a) Calcular los moles/l que se obtendrán de CO2(g), si la presión parcial de CO en elequilibrio es 150 mmHg; b) si la concentración inicial de CO es 3,5 mol/l, ¿cuál será lapresión parcial de CO2 cuando se alcance el equilibrio?

13. Disponemos de un recipiente con un volumen constante para llevar a cabo lasiguiente reacción:

SO2 (g) + 1/2 02 (g) ↔ S03 (g) AH -98,13 kJa) Explique de, forma razonada, tres formas de incrementar la cantidad de producto.b) ¿ Qué relación existirá entre Kc y Kp en este equilibrio?

14. Para el equilibrio I2 (g) + H2 (g) ↔ 2 Hl (g) la constante Kc, a 4000ºC, vale64.

a) Calcule los gramos de Hl que se formarán cuando en un recipiente cerrado, se mezclendos moles de I2 con dos moles de H2 y se deje alcanzar el equilibrio a esa temperatura.b) Suponiendo que AH para esa reacción fuese < 0, ¿ cómo esperaría que fuese el valorde Kc a 6000ºC, mayor o menor que a 4000ºC?

Datos: M.a.: H =1; I =127.15. a) En una ecuación de velocidad como v= k [Alm [Bln ¿ qué representa cada uno

de los términos y letras que aparecen en la misma?b) ¿ Qué efecto tiene un catalizador sobre la velocidad de reacción? ¿Cómo actúa?

Dibuje un diagrama para explicarlo.c) Explique cómo influye la temperatura en la velocidad de reacción.

16. A 473 K y 2 atmósferas de presión, el PCI5 se disocia en un 50% en PCl3 y Cl2

a) Calcular las presiones parciales de cada gas en el equilibrio.b) Calcule el valor de Kc y Kp.

Dato: R = 0,082 atm.l/ K. mol ‘17. A 473º K y 2 atm de presión, el PCl5 se disocia en un 50%.

PCl5 (g) Ö PCl3 (g) +Cl2 (g)a) ¿Cuánto valdrán Kc y Kp? (0,8 puntos)b) Calcule las presiones parciales de cada gas en el equilibrio (0,9 puntos)

c) Justifique cómo influiría en el grado de disociación un aumento de la presión(0,3puntos)Dato: R= 0,082 atm·L·K-1 ·mol-1

18. A partir de la reacción 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) 4NO (g) + 6 H2O (g)

a) Razona cómo influiría en el equilibrio un aumento de la presión. (0,5 puntos)b) ¿En qué sentido se desplazaría el equilibrio si se aumentase la concentración deoxígeno? ¿Se modificaría entonces la constante de equilibrio? Justifique la respuesta. (1punto)c) Suponiendo que H 0, ¿cómo influye un aumento de T en el equilibrio? (0,5 puntos)19. Se introducen 0,60 moles de tetraóxido de dinitrógeno (N2O4) en un recipiente de

10 litros a 348,2 ºK. En el equilibrio: N2O4 (g) Ö 2 NO2 (g)

Si la presión (en el equilibrio) es de 2 atm . Calcule a) El grado de disociación. ( 1punto)

b) El número de moles de cada sustancia en el equilibrio. (0,5 puntos) c) El valor de Kp a esa temperatura. (0,5 puntos)

Datos: R=0,082 atm·L.·mol-1·K-1 20. Dado el equilibrio

2 SO3 (g) Ö 2 SO2 (g) + O2 (g) ∆H= 196,26 KJJustifique si es cierto o no:

a) Al aumentar la temperatura se favorece la formación de SO2

b) Un aumento de la presión favorece la formación de O2

c) Un catalizador favorece la reacción de descomposición.d) Si se disminuye la cantidad de O2 el equilibrio se desplaza a la derecha.

21. Dado el equilibrio: NH3 (g) ↔ ½ N2 (g) + 3/2 H2 (g); ∆H = 92,4 KJ. Justificar si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) Al aumentar la temperatura se favorece la formación de NH3. b) Un aumento de la presión favorece la formación de H2.c) Esta reacción será espontánea a cualquier temperatura.d) Si disminuimos la cantidad de N2, el equilibrio se desplaza hacia la derecha.

Respuesta: Teniendo en cuenta el Principio de Le Chatelier tendríamos que:

a) Es falsa. Al ser H > 0, se trata de una reacción endotérmica, en consecuencia laaumentar la temperatura la reacción se desplazará en el sentido de consumir el exceso decalor y en consecuencia se desplazará hacia la derecha disminuyendo la concentración deNH3.

b) Es falsa. Un aumento de la presión desplazará el equilibrio hacia donde sea menor elnúmero de moles gaseosos En nuestro caso tenemos por un lado 1 mol de amoniaco y en ellado de los productos de reacción tenemos ½ mol de nitrógeno y 3/2 moles de hidrógeno,es decir un total de 2 moles de productos, por lo tanto la reacción se desplazará hacia laizquierda consumiendo hidrógeno.

c) Es falsa. Para poder predecir si una reacción es espontánea tenemos que conocer el valorde G, y será espontánea cuando G < 0. A su vez el valor de G viene determinado porla expresión G = H - TS, en consecuencia para poder predecir la espontaneidad de lareacción necesitaríamos conocer el valor de la entropía.

d) Es verdadera. Cuando hacemos disminuir la cantidad de unos de los productos de lareacción, el equilibrio se desplazará en el sentido de compensar esa disminución enconsecuencia tenderá a producir mas nitrógeno y el equilibrio se desplazará hacia laderecha.22. Una mezcla gaseosa constituida inicialmente por 7,94 moles de hidrógeno y 5,30

moles de yodo se calienta a 445ºC, con lo que se forman en el equilibrio 9,52moles de HI, según la ecuación:

I2 (g) + H2 (g) ↔ 2 HI (g)a) Calcule el valor de la constante de equilibrio.b) ¿Cuántos moles de ioduro de hidrógeno se generarán si partimos de 4 moles de

hidrógeno y 2 moles de de yodo?.Respuesta:

a) Como conocemos el número de moles iniciales y el número de moles que se obtienen enel equilibrio podremos calcular la constante de equilibrio Kc. I2 (g) + H2 (g) ↔ 2 HI (g) Moles iniciales: 5,30 7,94 0Moles que reaccionan: --- --- 2xMoles equilibrio: 5,30 – x 7,94 – x 2xEn número de moles de HI en el equilibrio sabemos que es 9,52, en consecuencia tenemosque: 2x = 9,52, de donde x = 4,76 y por tanto nos que da que: moles HI = 9,52; moles H2

= 0,54 y moles I2 = 3,18. Luego sustituyendo en la Ley de Acción de Masas:

b) Planteamos de nuevo el equilibrio con los nuevos datos: I2 (g) + H2 (g) ↔ 2 HI (g)Moles iniciales: 2 4 0Moles que reaccionan: x x 2xMoles equilibrio: 2 – x 4 – x 2xComo en el apartado anterior hemos obtenido el valor de Kc, volvemos a plantear la Ley deAcción de Masas:

Resolviendo la ecuación de segundo grado resultante se obtiene el siguiente valor para x =1,80, por lo tanto los moles de yoduro hidrógeno serán: moles HI = 2x = 3,60 moles.

23. Describa, justificando la respuesta, todas las condiciones que estime oportunaspara obtener un óptimo rendimiento en la formación de óxido nítrico (NO), poroxidación del amoniaco (NH3):

4 NH3 (g) + 5 O2 (g) 4 NO (g) + 6 H2O (g) H0 < 0 Respuesta:

De acuerdo con el Principio de Le Chatelier las mejores condiciones parafavorecer un mejor rendimiento en NO sería:

a) De acuerdo con el valor de la entalpía se trata de una reacción exotérmica, es decir, lareacción tiene lugar desprendiéndose calor, por lo tanto si dismin uimos la temperatura lareacción se desplazará en el sentido de producir más calor para compensar esadisminución, es decir, se desplazará hacia la derecha favoreciendo la formación del NO.

b) Si observamos vemos que en el primer miembro de la ecuación hay 9 moles gaseosos dereactivos, mientras que en el segundo miembro de la ecuación hay 10 moles de productos

Kc = [HI]2

[I2] [H2]=

(9,52)2(0,54) (3,18)

= 52,69

Kc = [HI]2

[I2] [H2]= (2x)2

(2 - x) (4 - x)= 52,69

gaseosos. La reacción se desplazará hacia la derecha si dismin uimos la presión o lo quees equivalente aumentando el volumen .

c) Si disminuimos la concentración de uno de los productos la reacción se desplazará en elsentido de compensar esa disminución, es decir, se desplazará hacia la derecha. Por lotanto, si durante el transcurso de la reacción vamos eliminando el agua, disminuyendo laconcentración de agua , el equilibrio se desplazará hacia la derecha.

d) También se puede hacer uso de un catalizador adecuado que favorezca el transcurso dela reacción hacia la formación de los productos.24. a) Calcule la concentración de una disolución de HCN cuya constante Ka tiene

un valor de 5 x 10-10 y su grado de disociación es = 0,02.b) ¿Qué pH tendría una disolución de dicho ácido con una concentración 10-3 M?.

Respuesta:a) El valor de Ka nos indica que el ácido cianhídrico (cianuro de hidrógeno) HCN es unácido débil y por lo tanto la reacción de hidrólisis sería: HCN + H2O CN- + H3O+

Moles iniciales: C0 0 0Moles que reaccionan: C0α C0α C0 α Moles equilibrio: C0 - C0 α C0 α C0 α Sustituyendo en la correspondiente ecuación tendremos:

Operando tendremos: C0 = 1,225.10-6 M.b) HCN + H2O CN- + H3O+

Moles iniciales: 10-3 0 0Moles que reaccionan: C0 C0

Moles equilibrio: 10-3 - C0 C0 C0

De donde:

Como el valor de Ka es muy pequeño podemos hacer la aproximación de que 1 sea igual a 1. Entonces quedaría:

por lo tanto: [H3O+] = C0 = 10-3 . 7,07.10-4 = 7,07.10-7 M ; y en consecuencia el valordel pH sería: pH = log [H3O+] = log (7,07.10-7) = 6,15.

25. La constante de equilibrio de la reacción: CO2(g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g)

Ka =[CN-] [H3O+]

[HCN]

5.10-10 = (C0α )2

C0(1 - α )=

1 - αC0α2

=C0(2.10-2)

1 - 0,02

Ka = 1 - αC0α 2

α = Ka10-3 = 5.10-10

10-3 = 7,07.10-4

Vale 0,10 a 690ºK. ¿Cuál es la presión de equilibrio de cada sustancia si se introducen0,50 moles de CO2 y 0,50 moles de H2 en un matraz de 3,0 litros y se calienta la mezcla a690ºK?.Dato: R = 0,082 atm.l.mol-1.ºK-1. Respuesta:

En las condiciones que se nos plantea el problema hay que tener en cuenta que a690ºK, el número de moles gaseosos de productos es igual al número de moles dereactivos y por lo tanto Kp = Kc; ya que Kp = Kc (RT)n y como n = 0, se produce unaigualdad entre las dos constantes de equilibrio. Procedemos a plantear el equilibrio: CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g) Moles iniciales: 0,50 0,50 0 0 Moles que reaccionan: x x Moles equilibrio: 0,50 x 0,50 x x xEl número total de moles será: nº total moles = 0,5 –x +0,5 –x + x +x = 1 Sustituyendo en la expresión de la constante de equilibrio:

Luego las concentraciones de las especies presentes en el equilibrio serían: Moles CO2 = moles H2 = 0,50 -0,122 = 0,378 Moles CO = moles H2O = 0,122Procedemos a calcular la presión total para seguidamente obtener las correspondientespresiones parciales: P.V = n.R.T, de donde P = n.R.T./V = 1.0,082.690/3 = 18,86 atm.

Kc = [CO] [H2O][CO2] [H2]

0,10 = x2(0,5 - x)2

de donde x = 0,122

P(CO2) = P(H2) = ni

ntotalx Ptotal = 0,378

1x 18,86 = 7,13 atm

x 18,86 = 2,30 atm1

0,122x Ptotal = ntotalniP(CO) = P(H2O) =