Actividad equilibrio - SMiguel

Actividad
1) Lee el siguiente artículo
Amoniaco, la sustancia que cambió el mundo
Condensador en una planta de amoniaco.
Imagen: Agencias / Internet
Por Miguel Ángel Cruiado
Se cumple un siglo de la obtención del NH3, base de la agricultura pero también de la guerra.
Ni la electricidad, ni el binomio informática-Internet, ni siquiera la televisión. Lo que realmente cambió la marcha del
siglo XX fue el amoniaco. Es lo que defienden algunos científicos que celebran estos días el centenario de la síntesis
del NH3, un compuesto de tres átomos de hidrógeno y uno de nitrógeno. Como fertilizante, el amoniaco ha sostenido
la alimentación de miles de millones de personas pero, como explosivo, está implicada en la muerte de 150 millones.
El 13 de octubre de 1908, el químico alemán Fritz Haber registró la patente del amoniaco. Por primera vez se
conseguía solidificar el nitrógeno de forma eficaz y estable. Los científicos sabían que era el nutriente básico de las
plantas, pero su estado gaseoso (supone el 78% de la atmósfera) impedía aprovecharlo. A comienzos del siglo
pasado, las únicas formas sólidas de nitrógeno en estado natural eran el guano peruano y el salitre o nitrato de Chile.
Pero su producción era insuficiente para satisfacer las demandas de la agricultura moderna.
Lo que patentó Haber fue un proceso por el que obtenía NH3 de la combinación de hidrógeno y nitrógeno a alta
temperatura y presión en presencia de un catalizador como el óxido de hierro. La inmediata aplicación industrial del
sistema por parte de Carl Bosch permitió la independencia agrícola de Alemania cuando, durante la I Guerra Mundial,
los aliados bloquearon sus suministros de nitratos orgánicos.
Los dos químicos recibieron sendos premios Nobel por su proceso Haber-Bosch. Hoy en día se producen 150
millones de toneladas métricas al año, el 80% destinadas a alimentar las tierras de cultivo.
El último número de la revista Nature Geoscience publica un artículo titulado Cómo un siglo de la síntesis del
amoniaco cambió el mundo. Sus autores ofrecen algunas cifras que destacan la importancia del NH3.
Su aparición provocó un aumento dramático de la productividad agraria mundial. Estiman que el número de humanos
soportados por cada hectárea de tierra productiva ha pasado de 1,9 en 1908 a 4,3 un siglo después. Los fertilizantes
nitrogenados son los responsables de la alimentación del 48% de la población mundial actual.
De la vida a la muerte
En realidad, la aplicación bélica del amoniaco despertó en los industriales alemanes un interés mucho mayor que su
uso como fertilizante ya antes del estallido de las hostilidades en julio de 1914. El bloqueo del suministro exterior
alemán realizado por parte de las potencias aliadas no hizo otra cosa que acelerar el desarrollo de las aplicaciones
militares del amoniaco. Gracias al proceso Haber-Bosch, el NH3 es oxidado y convertido en ácido nítrico, la base de
explosivos como el nitrato amónico, la nitroglicerina y el trinitolueno (TNT).
Alemania, país central y aislado, pudo mantener el esfuerzo bélico durante más tiempo gracias a que el amoniaco
permitía alimentar a su población y las balas, proyectiles y bombas de sus soldados. Desde entonces, este compuesto
químico se ha convertido en el elemento básico de las municiones. Los autores del artículo afirman que el nitrógeno
reactivo está relacionado directamente con la muerte de entre 100 y 150 millones de personas en las guerras que han
jalonado el siglo XX.
Larga lista de aplicaciones
1
La lista de aplicaciones del amoniaco es enorme: tintes para textiles, nuevos materiales como el nylon, alimentación
del ganado estabulado, los primeros refrigeradores y aires acondicionados, pinturas, productos de limpieza, extración
mineral... Nada de esto habría sido posible, al menos tal como se conoce, sin amoniaco. Como se preguntan los
autores del artículo mirando al siglo XXI, "¿habrá otra patente que cambie el mundo como lo hizo la registrada por
Fritz Haber hace 100 años?".
>Fritz Haber, el padre de la guerra química
En el discurso de aceptación del Nobel de la Academia Sueca, en junio de 1920, Fritz Haber (1868-1934) obvió el
papel del amoniaco en la guerra, centrándose en la importancia que tendría para la agricultura y alimentación.
Tampoco tocó un tema aún mas espinoso: su papel en la aparición de la guerra química.
El 22 de abril de 1915, en los campos belgas de Flanders, tuvo lugar la segunda batalla de Ypres. Los soldados
franceses, británicos y belgas, parapetados en sus trincheras, se vieron rodeados por una nube de 150 toneladas de
gas de dióxido de cloro. Los que no murieron, huyeron espantados.
Haber, según su biógrafo, dijo en una ocasión que "si quieres ganar la guerra, entonces haz la guerra química con
decisión". Tras la aparente frialdad del químico alemán se esconde su convicción (rescatada después por los
defensores de la bomba atómica) de que los agentes químicos podrían acortar el conflicto y, por tanto, reducir el
número de muertos.
El químico, de origen judío, se sentía un patriota. En una ocasión dijo que " un científico se debe a su país en tiempos
de guerra y a toda la Humanidad en tiempos de paz". Por eso se implicó directamente en el diseño, creación y
propagación de los gases tóxicos. Designado capitán de la Wehrmacht, se encargó personalmente de los ataques y la
defensa química frente a los gases franceses.
Tras la guerra, Haber volvió a la dirección del Instituto de Física y Electroquímica de Berlín-Dahlem. Reconocido por
todo el mundo, dedicó esos años a levantar la ciencia alemana y aliviar la carga económica del derrotado pueblo de su
país. Desarrolló un sistema para que los mineros detectaran fugas de gases en la mina. Pero a lo que más tiempo
dedicó, hasta 1926, fue a la búsqueda de oro en el mar. Con su conocimiento sobre la presión y los procesos
catalíticos, creía firmemente que se podría conseguir el metal precioso del mar para pagar parte de las
indemnizaciones de guerra que debía pagar el Gobierno alemán. Pero fracasó en su alocado sueño.
En una de las paradojas más dramáticas y crueles, un grupo de investigadores creó bajo su dirección el Zyklon B, un
insecticida basado en el cianuro. El veneno sería usado años más tarde por los nazis en los campos de exterminio.
Entre las víctimas estarían varios de sus familiares.
La fe ciega de Haber en la ciencia se percibe en el discurso que pronunció en la inauguración del Instituto AlemánJaponés: "La ciencia determina la medida de la prosperidad del hombre; su cultivo es la semilla del bienestar de las
generaciones futuras".
Con la subida al poder de Hitler, ni siquiera Haber, que tanto había dado por su país, estaba a salvo. El químico se vio
obligado a dejar el instituto y abandonar Alemania en 1933. Fallecería en la ciudad suiza de Basilea de un ataque
cardíaco un año más tarde y, como dice la biografía de la Fundación Nobel, el corazón roto por el rechazo de la
Alemania a la que tanto sirvió.
Publicado originalmente en Público (España)
Fritz Haber, el padre de la guerra química
Tomado de: http://www.ecuadorciencia.org/blog.asp?id=5589
2) Encuentra alguna otra aplicación industrial o biológica del equilibrio químico. Puedes basarte en los sig.
enlaces. Explicá porqué te parece importante, cuáles son las reacciones involucradas y bajo qué
condiciones se ve favorecido el equilibrio elegido.
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http://www.fisicanet.com.ar/quimica/equilibrio_quimico/ap01_equilibrio_quimico.php
http://galeon.hispavista.com/melaniocoronado/EQUILIBRIO.pdf
http://www.uia.mx/campus/publicaciones/quimanal/pdf/4equilibrioquimico.pdf
http://www.qi.fcen.uba.ar/materias/qi1/Series_de_Problemas/Serie06.pdf
http://www.heurema.com/PQ15.htm
http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Videos/EquilibrioQ/index.htm
2
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http://www.youtube.com/watch?v=G1TN8gYVLmk&feature=related
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http://www.nuevaalejandria.com/archivos-curriculares/ciencias/nota-019.htm
3) Resuelve la ejercitación:
1) Suponga que las reacciones A--> B y B --> A son ambas procesos elementales cuyas
constantes de velocidad son 9.6 x 102 s-1 y 3.8 x 104 s-1, respectivamente.
(a) ) ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio del equilibrio A
B?
(b) ¿Qué es mayor en el equilibrio: la concentración de A o la concentración de B?
2.5 x 10-2, [A] > [B]
2.5 x 10-2, [B] > [A]
1.0, [A] > [B]
1.0, [B] > [A]
4.0 x 101, [A] > [B]
4.0 x 101, [B] > [A]
2.
Escriba la expresión correspondiente a la Kc de la reacción
siguiente:
N2(g) + O2(g)
3.
2NO(g)
Escriba la expresión correspondiente a la Kc de la reacción
siguiente:
Ti(s) + 2Cl2(g)
TiCl4(l)
3
4.
Escriba la expresión correspondiente a la Kp de la reacción
siguiente:
2C2H4(g) + 2H2O(g)
5.
2C2H6(g) + O2(g)
La constante de equilibrio de la reacción
2NO(g)
N2(g) + O2(g)
es Kc = 2.4 x 103 a 2000°C. Calcule la Kc para N2(g) + O2(g)
2NO(g) ). A esta temperatura, ¿favorece el equilibrio al
N2 y O2?
2.4 x 103, N2 y O2
4.2 x 10-4, N2 y O2
4
2.4 x 103, NO
4.2 x 10-4, NO
6.
Se coloca yoduro de hidrógeno gaseoso en un recipiente
cerrado a 425°C, donde se descompone parcialmente en
hidrógeno y yodo:
2HI(g)
H2(g) + I2(g). Se determina que en el equilibrio
[HI] = 3.53 x 10-3 M; [H2] = 4.79 x 10-4 M; y [I2] = 4.79 x 10-4
M. ¿Cuál es el valor de Kc a esta temperatura?
6.50 x 10-5
1.84 x 10-2
2.71 x 10-1
5.43 x 101
1.539 x 104
7.
A 500 K la constante de equilibrio de la reacción 2NO(g) +
Cl2(g)
2NOCl(g) es Kp = 52.0. Una mezcla de los tres
gases en equilibrio tiene presiones parciales de 0.095 atm y
0.171 atm de NO y Cl2, respectivamente. ¿Cuál es la
presión parcial de NOCl en esta mezcla?
2.97 x 10-5 atm
8.02 x 10-2 atm
0.283 atm
0.845 atm
0.919 atm
3.53 atm
8.
Se coloca una mezcla de 0.100 mol de NO, 0.0500 mol de
H2, y 0.100 mol de H2O en un recipiente de 1.00 L. Se
establece el equilibrio siguiente:
2NO(g) + 2H2(g)
N2(g) + 2H2O(g)
5
En el equilibrio [NO] = 0.0620 M.
Calcule las concentraciones de equilibrio de H2, N2, y H2O.
[H2] = 0.0120 M; [N2] = 0.0190 M; [H2O] = 0.138 M
[H2] = 0.0120 M; [N2] = 0.0380 M; [H2O] = 0.138 M
[H2] = 0.0500 M; [N2] = 0.000 M; [H2O] = 0.000 M
[H2] = 0.0310 M; [N2] = 0.0190 M; [H2O] = 0.119 M
[H2] = 0.0500 M; [N2] = 0.0620 M; [H2O] = 0.100 M
9.
Se coloca una mezcla de 0.1000 mol de CO2, 0.05000 mol
de H2, y 0.1000 mol de H2O en un recipiente de 1.000 L. Se
establece el equilibrio siguiente: CO2(g) + H2(g)
CO(g) +
H2O(g)
En el equilibrio [CO2] = 0.0954 M. Calcule las
concentraciones de equilibrio de H2, CO, y H2O.
[H2] = 0.0000 M; [CO] = 0.0500 M; [H2O] = 0.1500 M
[H2] = 0.05000 M; [CO] = 0.0046 M; [H2O] = 0.1046 M
[H2] = 0.0454 M; [CO] = 0.1046 M; [H2O] = 0.0046 M
[H2] = 0.0454 M; [CO] = 0.0954 M; [H2O] = 0.1954 M
[H2] = 0.0454 M; [CO] = 0.0046 M; [H2O] = 0.0046 M
[H2] = 0.0454 M; [CO] = 0.0046 M; [H2O] = 0.1046 M
10.
A 100°C el valor de la constante de equilibrio de la reacción
COCl2(g)
CO(g) + Cl2(g) es de Kc = 2.19 x 10-10. ¿Están
en equilibrio las mezclas siguientes de COCl2, CO, y Cl2 ?
Si no lo están, indique la dirección en la que la reacción
debe avanzar para alcanzar el equilibrio.
(i) [COCl2] = 5.00 x 10-2 M; [CO] = 3.31 x 10-6 M; [Cl2] =
3.31 x 10-6 M
(ii) [COCl2] = 3.50 x 10-3 M; [CO] = 1.11 x 10-5 M; [Cl2] =
3.25 x 10-6 M
(i) en equilibrio, (ii) en equilibrio
(i) en equilibrio, (ii) no en equilibrio, de derecha a
6
izquierda
(i) en equilibrio, (ii) no en equilibrio, de izquierda a
derecha
(i) no en equilibrio, de derecha a izquierda , (ii) en
equilibrio
(i) no en equilibrio, de izquierda a derecha , (ii) en
equilibrio
11.
A 100°C, Kc = 0.078 en la reacción siguiente:
SO2Cl2(g)
SO2(g) + Cl2(g)
En una mezcla de los tres gases en equilibrio las
concentraciones de SO2Cl2 y SO2 son de 0.136 M y 0.072
M, respectivamente. ¿Cuál es[Cl2] en la mezcla en
equilibrio?
0.041 M
0.15 M
6.8 M
8.0 M
24 M
12.
A 2000°C la constante de equilibrio de la reacción
2NO(g)
N2(g) + O2(g) es Kc = 2.400 x 103. Si la
concentración inicial de NO es 0.5000 M, ¿cuáles son las
concentraciones de equilibrio de NO, N2, y O2?
[NO] = 2.600 x 10-5 M; [N2] = 0.2500 M; [O2] = 0.2500 M
[NO] = 1.04 x 10-4 M; [N2] = 0.4999 M; [O2] = 0.4999 M
[NO] = 5.052 x 10-3 M; [N2] = 0.2475 M; [O2] = 0.2475 M
[NO] = -5.200 x 10-3 M; [N2] = 0.2526 M; [O2] = 0.2526
M
[NO] = 0.2500 M; [N2] = 0.1250 M; [O2] = 0.1250 M
7
13.
Considere el equilibrio siguiente, en el que H° < 0:
2SO2(g) + O2(g)
2SO3(g)
¿Cómo afectan las acciones siguientes a una mezcla de los
tres gases en equilibrio? (i) se agrega O2(g) al sistema (ii)
se calienta la mezcla de reacción (iii)se duplica el
volumen del recipiente de reacción
(i) ) más productos , (ii) ) más productos , (iii) ) más
productos
(i) más reactivos, (ii) ) más productos , (iii) ) más
productos
(i) ) más productos , (ii) más reactivos, (iii) ) más
productos
(i) más reactivos, (ii) más reactivos, (iii) ) más
productos
(i) ) más productos , (ii) más reactivos, (iii) más
reactivos
(i) más reactivos, (ii) ) más productos , (iii) más
reactivos
14.
Considere el equilibrio siguiente entre óxidos de nitrógeno:
3NO(g)
NO2(g) + N2O(g)
Con base en los datos Hf(NO) = 93.37 kJ/mol, Hf(NO2) =
33.84 kJ/mol, y Hf(N2O) = 81.6 kJ/mol, calcule el H de
esta reacción.
(i) ¿Aumenta o disminuye la constante de equilibrio de la
reacción cuando la temperatura aumenta? (ii) A
temperatura constante, ¿afectaría un cambio de volumen
del recipiente la fracción de productos en la mezcla de
equilibrio?
(i) aumenta, (ii) sí
(i) disminuye, (ii) sí
(i) aumenta, (ii) no
(i) disminuye, (ii) no
8
15.
Se piensa que las reacciones tanto directa como inversa
del equilibrio siguiente son pasos elementales:
CO(g) + Cl2(g)
COCl(g) + Cl(g)
A 25°C las constantes de velocidad de las reacciones
directa e inversa son 1.4 x 10-28 M-1 s-1 y 9.3 x 1010 M-1 s-1,
respectivamente. ¿Cuál es el valor de la constante de
equilibrio a 25°C?
1.5 x 10-39
8.6 x 1038
16.
Se mantiene una mezcla de H2, S, y H2S en un recipiente
de 1.0 L a 90°C hasta que se establece el equilibrio
siguiente:
H2(g) + S(s)
H2S(g)
En el equilibrio la mezcla contiene 0.46 g de H2S y 0.40 g
H2. ¿Cuál es el valor de la Kc de la reacción a esta
temperatura?
6.8 x 10-2
3.4 x 10-1
2.9
1.5 x 101
es necesario conocer la cantidad de S presente
17.
Para el equilibrio 2IBr(g)
I2(g) + Br2(g), Kc = 8.5 x 10-3 a
150°C. Si se colocan 0.040 mol de IBr en un recipiente de
1.0 L, ¿cuál es la concentración de esta sustancia una vez
que se establece el equilibrio?
0.0 M
0.016 M
0.020 M
0.025 M
0.034 M
9
18.
Para el equilibrio 2IBr(g)
I2(g) + Br2(g), Kc = 8.5 x 10-3 a
150°C. Si se colocan 0.010 mol de Br2 mol de a 1.0-L en un
recipiente de 1.0 L, ¿cuál es la concentración de IBr una
vez que se establece el equilibrio?
5.4 x 10-3 M
5.9 x 10-3 M
0.017 M
0.020 M
19.
A 1200 K, la temperatura aproximada de los gases de
escape de un automóvil, la, Kp de la reacción
2CO2(g)
2CO(g) + O2(g) es de alrededor de 1 x 10-13.
Suponiendo que el gas de escape (presión total 1 atm)
contiene en volumen 0.2 por ciento de CO, 12 por ciento de
CO2, y 3 por ciento de O2, ¿está el sistema en equilibrio
con respecto a la reacción anterior?
si
no
20.
¿Cuál de las aseveraciones siguientes es incorrecta?
los cambios de temperatura no afectan la constante de
equilibrio
el equilibrio es dinámico, pues siempre están
reaccionando algunas moléculas
si una constante de equilibrio es grande, los productos
se forman en número relativamente grande
en el equilibrio las concentraciones ya no cambian con
el tiempo
la constante de equilibrio es simplemente el cociente de
las velocidades directa e inversa
10