Tema 7- Equilibrio Quimico

Tema 7. Equilibrio Químico
1.-
A 298,2 K la energía libre tipo de disolución del MgCl2.6H2O es -6180 cal.mol-1 y las energías
libres tipo de formación del MgCl2.6H2O, H2O y Cl-(aq), son -505,419 cal.mol-1, -56,693 cal.mol-1
y -31,340 cal.ion-gr-1 respectivamente. Calcular la energía libre tipo de formación del ión
magnesio en disolución acuosa a dicha temperatura.
Sol.
Gº= -6282,2 cal.ion-gr-1
2.-
A la presión de 10atm y temperatura de 1482.53K, la composición de equilibrio del vapor de
sodio es: 71.30% en peso de monómero y 28.70% de dimero. Calcular Kp para la reacción
2Na(g)  Na2(g) en las condiciones dadas.
Sol.
KP= 0,024 atm-1
3.-
En un recipiente de 0,4 l se introduce 1 mol de N2(g) y 3 mol de H2(g) a la temperatura de 780K.
Cuando se establece el equilibrio para la reacción N2 + 3H2  2NH3, se tiene una mezcla con
un 28% en mol de NH3. Determinar:
a) El número de moles de cada componente en el equilibrio
b) La presión final del sistema
c) El valor de KP
Sol.
a) nN2  0, 5626 mol
nH 2  1, 6875 mol
nNH3  0,875 mol
b) P= 499,7 at
c) KP = 1,1 10-5 at 2
4.-
Se introducen 0,15 moles de O2(g) en un recipiente vacío, y cuando se alcanza el equilibrio a
3700K y 895 Torr, se encuentran 0,1027 moles de O(g). Calcule KºP y Gº para la reacción
O2(g)  2O(g) a 3700K. Supónganse gases ideales.
Sol.
KºP =0,63
Gº= 14,2KJ/mol
5.-
Una mezcla de 11,02 mmol de H2S y 5,48 mmol de CH4 se introdujo en un recipiente vacío
junto con un catalizador de Pt, estableciendose el equilibrio:
2H2S(g) + CH4(g)  4H2(g) + CS2(g)
a 700ºC y 762 torr. La mezcla de reacción se separó del catalizador y se enfrió rápidamente
hasta la temperatura ambiente, a la cual las velocidades de la reacción directa e inversa son
despreciables. Al analizar la mezcla de la reacción se encontraron 0,711 mmol de CS2. Calcule
Kpo y Go para la reacción a 700ºC
Sol.
KºP=3,31 10-4
Go=64,8 KJ/mol
6.-
Utilizando las Tablas de Datos Termodinámicos, calcule Kpo a 600K para la reacción:
N2O4(g)  2NO2(g)
a) haciendo la aproximación de que Ho es independiente de T
b) suponiendo que Cpo es independiente de T.
Sol. a) KºP= 1,63 104
7.-
b) KºP= 1,52 104
La Kp correspondiente a la reacción
Fe3O4(s) + CO(g)  3FeO(s) + CO2(g) es 1,15 a 600ºC. Si
una mezcla constituida inicialmente por 1mol de Fe3O4, 2 mol de CO, 0,5 mol de FeO y 0,3 mol
de CO2 fuese calentada hasta 600ºC a la presión total constante de 5 atm, calculese cuál sería
la cantidad de cada sustancia en el equilibrio.
Sol.
0,07 moles Fe3O4, 1,07moles CO, 3,29 moles FeO y 1,23 moles CO2
8.-
Dedúzcase una expresión matemática general para G0 en función de la T, a P constante, para
la reacción
Y2 (g)  2 Y (g). Calcúlense todas las constantes. La expresión deberá
comprender G0T y T como únicas variables.
Hº300 (Kcal/mol) Sº300 (cal/K.mol) CP (cal/K.mol)
Y(g)
-150
10
3 + 2.10-2 T
Y2 (g)
-350
15
4 + 5.10-2 T
-3 2
Sol. GºT= 49850 +5,41 T + 5.10 T – 2T Ln T cal/mol
9.-
En la reacción XY2  X + 2Y las tres sustancias se comportan como gas ideal. Cuando en un
recipiente de 10 litros que contiene inicialmente 0,4 moles de XY2 se introduce un catalizador
para la reacción de disociación, se alcanza el equilibrio a 300K, con una presión de mezcla de
1,2 atm. Calcular la KP del equilibrio correspondiente, a la temperatura indicada.
Sol.
KP= 5,8 10-3 atm2
10.-
Para la reacción
2 H2S(g) + 3 O2(g)  2 SO2(g) + 2 H2O(l)
Ho298= -1130,5 KJ, So298= -388,3 J.K-1 y CoP= 74,0 JK-1. Obténganse las expresiones de Ho,
Uo, Go y So para esta reacción en función de la temperatura. Efectúense las
aproximaciones razonables que sean necesarias, indicándose cuales han sido.
Sol.
Ho=-1152,6 + 0,0740 T KJ
Uo=-1152,6 + 0,0989 T KJ
o
G = -1152,6 + 0,8840 T – 0,074 T LnT KJ
So=-810 + 74 LnT J/K
11.-
Calcular a partir de los datos de propiedades termodinámicas del estado estándar a 25ºC a) la
T mínima a la cual es posible la reacción MgCO3 (s)  MgO (s) + CO2 (g)
b)
Gºr,298Kc)
KºP,298K d) KºP,400K y d) la presión parcial de equilibrio de CO2 (g) a 298K
(Suponer que Hºr y las Sº no varían en el rango de T considerado)
Hºf,298K (KJ/mol)
Sº (J/K.mol)
Gºf,298K (KJ/mol)
MgCO3 (s)
-1095,8
66
-1012,1
MgO (s)
-601,7
27
-569,4
CO2 (g)
-393,5
214
-394,36
Sol
a) Tmin=568K
b )Gºr,298=48,34 KJ/mol
c) KºP,298 =3,32.10-9
-4
-9
d) KºP,400=1,04.10
e) PCO2=3,32.10 bar
12.-
Suponga un sistema que contiene inicialmente 0.3 moles de N2O4(g) y 0.5 moles de NO2(g), en el
que se establece el equilibrio : N2O4(g)  2NO2(g) a 25ºC y 2 atm. Calcular la composición en
el equilibrio.
Datos: Gºf,298K (N2O4(g)) = 97.89 KJ/mol; : Gºf,298K (NO2(g)) = 51.31 KJ/mol
Sol
n N2O4 = 0.476 moles
N NO2 = 0.148 moles
13.-
A 25ºC y 1 atm la entropía normal, la entalpía normal de combustión y la densidad del grafito
son respectivamente 5,694 J/K.mol, -393,513 KJ/mol y 2,260gr/cc, mientras que estas
magnitudes para el diamante valen 2,44 J/K.mol, -395,396 KJ/mol y 3,513 gr/cc
respectivamente. Hallar a) La forma estable a 25ºC y 1 atm, b) La presión a la que seria
estable a 25ºC la otra forma.
Datos: Pm(C)=12 gr/mol; Suponer que ambos solidos son incompresibles.
Sol
a) La forma estable a 25ºC y 1 atm es el grafito
b) P>14212 atm
14.-
Teniendo en cuenta los datos de la tabla adjunta, y suponiendo que en el intervalo
correspondiente las entropías no varían con la temperatura, representar gráficamente el
valor del potencial químico estándar de las dos formas alotrópicas del azufre sólido frente a la
temperatura. A partir de los datos correspondientes a 25ºC, determinar la temperatura de
equilibrio para la transformación del azufre rómbico en monoclínico.
Gº (Kcal/mol)
Sº (cal/K.mol)
Srómbico
0
7,62
Smonoclínico
0,023
7,78
Sol Teq =442K