Química I - Universidad Nacional de San Martín

UNIVERSIDAD NACIONAL DE GENERAL SAN MARTIN
ESCUELA DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
Bachillerato Universitario en Ciencias e Ingenierías
QUIMICA GENERAL
Serie 10
Conceptos. Termodinámica del equilibrio químico. Relación entre G, G, Q (cociente
de reacción) y K. Efectos sobre el equilibrio de variaciones de temperatura, presión,
volumen y concentración de reactivos y productos. Principio de Le-Chatelier. Ecuación
de van’t Hoff. Equilibrio químico en fase gaseosa. Equilibrio químico en fase
heterogénea.
G, G, Q y K. Efecto de T, p, V y xi .
T
1. A presión y temperatura constantes, ¿cómo puede predecir si un proceso (una reacción
química) ocurre espontáneamente? El valor de Go para una sustancia, ¿en qué
condiciones está definido? ¿Se modificará la entalpía libre de un compuesto si varían la
presión, la temperatura o la concentración? Si la sustancia considerada es una fase
condensada ¿será la presión una variable importante? ¿Cómo afecta la disminución de la
concentración (dilución) a la entropía de la sustancia? ¿Y a la energía de Gibbs?
2. En base a los datos que se dan a continuación, calcule Go y Kp para la siguiente
reacción a 298 K: NO (g) + O3 (g)
NO2 (g) + O2 (g). Discuta si es la contribución
entálpica o entrópica la que, en este caso, decide el valor de Go.
Hof kJ/mol
So J/(mol K)
NO (g)
90,37
210,62
O3 (g)
142,3
237,6
NO2 (g)
33,84
240,45
O2 (g)
0
205,0
R:  198 kJ; 5,30 1034
3. Escriba las expresiones correspondientes a Kp y Kc para las siguientes reacciones:
a) N2O4 (g)
2 NO2 (g)
b) 2 NO2 (g)
N2O4 (g)
c) NO2 (g)
d) CaCO3 (s)
e) C (gr) + CO2 (g)
f) NaHCO3 (s)
1/2 N2O4 (g)
CaO (s) + CO2 (g)
2 CO (g)
1/2 Na2CO3 (s) + 1/2 H2O (g) + 1/2 CO2 (g)
g) NH4HS (s)
NH3 (g) + H2S (g)
¿Qué relación existe entre Kp (a) y Kp (b)? ¿Y entre Kp (b) y Kp (c)?
4. A 298 K, la constante de equilibrio Kc correspondiente a la reacción a) del problema 3 es
Kc = 3,66. Se colocan en un recipiente N2O4 y NO2 en las cantidades dadas a continuación.
Se desea saber si esas condiciones iniciales corresponden a un estado de equilibrio químico
y, en caso negativo, en qué dirección evolucionará el sistema para alcanzar dicho equilibrio.
Exp.
1
2
3
4
5
V/L
1,0
0,1
1,0
1,0
1,0
n(N2O4)
0,50
0,50
0,10
0
1,0
n(NO2)
0,50
0,50
0,90
1,0
0
Q
¿Equilibrio?
Dirección
5. A partir de los valores de las constantes de equilibrio de las siguientes reacciones:
H2 (g) + 1/2 O2 (g)
H2O (g)
Kp = 1,17 1040
2 CH4 (g)
C2H6 (g) + H2 (g)
Kp = 5,52 1013
calcule la constante de equilibrio Kp para la reacción:
2 CH4 (g) + 1/2 O2 (g)
C2H6 (g) + H2O (g)
Comente brevemente qué ventaja existe en la preparación de etano a partir de metano
según la última reacción (en presencia de oxígeno) en comparación con la reacción anterior.
R: 6,46 1027
6. Aplicando el principio de Le Chatelier para los siguientes equilibrios:
i) SO3 (g)
SO2 (g) + 1/2 O2 (g)
H = 98,9 kJ
ii) CO (g) + H2O (g)
CO2 (g) + H2 (g)
iii) 1/2 N2 (g) + O2 (g)
NO2 (g)
indicar cómo se modifica el estado de equilibrio por:
a) agregado de reactivo.
b) aumento de presión.
c) disminución de temperatura.
d) agregado de argón (gas inerte) a volumen constante.
e) agregado de argón (gas inerte) a presión constante.
H = -41,2 kJ
H = 33,2 kJ
7. Para la reacción:
N2 (g) + 3 H2 (g)
2 NH3 (g)
o
-4
o
-5
Kp (400 C) = 1,64 10 y Kp (500 C) = 1,44 10 . Calcular el Hf por mol de NH3 en ese
intervalo de temperaturas.
R: -52,6 kJ/mol NH3
Equilibrio químico en fase gaseosa
8. Se introduce una cierta cantidad bromuro de hidrógeno gaseoso en un matraz a 425oC,
observándose en estas condiciones su descomposición parcial en hidrógeno y bromo:
2 HBr (g)  H2 (g) + Br2 (g)
Se encuentra que, en el equilibrio, las concentraciones de HBr y de H2 son 4,30 10-1 M y
2,78 10-5 M respectivamente.
a) Obtenga la concentración de Br2 en el equilibrio.
b) Calcule la constante de equilibrio Kc para la reacción de descomposición del bromuro de
hidrógeno a 425oC.
c) A partir de las composiciones de la mezcla en equilibrio, calcule las presiones parciales de
cada gas. En base a este resultado calcule Kp .
d) Calcule el valor de G (425oC, 1atm) para la reacción de descomposición del HBr.
R: a) 2,78 10-5; b) 4,18 10-9; c) 24,6 atm; 1,59 10-3 ; 4,18 10-9 ; d) 112 kJ/mol de H2 o 56,0
kJ/mol de HBr
9. Se coloca en un recipiente de 5,00 L a 448oC una mezcla de 5,00 10-3 moles de H2 y 1,00
10-2 moles de I2 y se deja que llegue al equilibrio. El análisis de la mezcla en equilibrio indica
que la concentración de HI es 1,87 10-3 M. Calcule Kc a 448oC para la reacción:
H2 (g) + I2 (g)
2 HI (g)
R: 51
10. Para la reacción: PCl5 (g)
PCl3 (g) + Cl2 (g) la constante de equilibrio Kc a
o
-2
250 C vale 4,145 10 . En un recipiente de 2,0 L previamente evacuado, se introduce 1 mol
de PCl5 y se calienta a 250oC. Calcular:
a) las concentraciones de todas las especies cuando se alcanza el equilibrio.
b) la constante de equilibrio Kp a 250oC.
c) la presión parcial de cada gas y la presión total cuando se alcanza el equilibrio.
R: a) cPCl5 = 0,375 M; cPCl3 = cCl2 = 0,125 M; b) 1,78; c) pPCl5 = 16,10 atm; pPCl3 = pCl2 =
5,37 atm
11. Una mezcla formada por 0,10 moles de H2, 0,12 moles de I2 y 0,80 moles de HI
contenida en un recipiente de 2,0 L está en equilibrio a 360oC. ¿Qué cantidad de H2 debe
introducirse en el recipiente para que cHI en equilibrio sea 0,42 moles/L?
R: 0,0523 moles
Equilibrio químico en fase heterogénea
12. La presión de disociación del CaCO3 sólido
CaCO3 (s)
o
es 678 torr a 810
presión de disociación de 1333 torr?
CaO (s) + CO2 (g)
R: 1138 K
13. El cianuro de amonio se disocia según la reacción: NH4CN (s)
HCN (g) +
o
NH3 (g), siendo la presión de equilibrio igual a 0,3 atm a 11 C. Si se introduce NH4CN en
exceso en un matraz de 1,00 L a 11oC que contiene 0,5 atm de NH3, calcular:
a) Kp
b) la presión parcial de los gases en el equilibrio.
c) la presión del sistema cuando se alcanza el equilibrio.
d) el número de moles de NH4CN que habrán sublimado.
R: a) 0,0225; b) pHCN = 0,0416 atm; pHCN = 0,542 atm; c) 0,584; d) 1,79 10-3 moles
14. A 1000K, la presión de CO2 en equilibrio con CaCO3 y CaO es igual a 3.910-2 atm.
La constante de equilibrio Kp de la reacción:
C (s) + CO2
2 CO (g)
es 1.9 a la misma temperatura cuando las presiones están en atmósferas.
Se mezclan C, CaO y CaCO3 y se permite que alcancen el equilibrio a 1000K en un
recipiente cerrado. ¿Cuál es la presión del CO en equilibrio?