IV - EQUILIBRIO QUÍMICO HOMOGÉNEO Y HETEROGÉNEO

IV - EQUILIBRIO QUÍMICO HOMOGÉNEO Y HETEROGÉNEO
Equilibrio químico homogéneo. Grado molar de reacción. Energía libre de reacción y la
constante de equilibrio. Equilibrio químico heterogéneo.
1) Suponiendo comportamiento ideal:
a) calcular el volumen ocupado por un sistema en equilibrio, a 450 0C y 1000 atm, formado
por:
0,3 mol de N2 (g)
0,9moldeH2(g)
1,4 mol de NI-I3 (g)
b) calcular la molaridad y la presión parcial de cada sustancia en este sistema
gaseoso.(Repaso de Química 63.01)
2) Al eliminar (por ej., enfriando para condensarlo y reteniéndolo en una trampa para líquido)
1 mol de amoniaco (g) del sistema en equilibrio del Ejercicio 1) y restableciendo 4500C y
1000 atm en el sistema, se forma una cantidad adicional de NH3 (g), de modo de obtenerse un
nuevo sistema en equilibrio en el que hay 0,7 mol de NH3 (g).
a) Calcular la composición de este sistema.
b) Calcular el volumen que ocupa.
c) Calcular la molaridad y la presión parcial de cada sustancia en este sistema gaseoso.
3) Para los sistemas en equilibrio descriptos en los ejercicios anteriores, calcular Kc y Kp.
(Repaso de Quimica 63.01)
4) Calcular, en forma general, la relación entre Kc y Kp y verificar que se cumple en el caso
del ejercicio 3).
5) La constante de equilibrio Kc correspondiente a la reacción reversible
H2 (g) + I2(g) =
2 HI (g)
tiene el valor 50 a cierta temperatura.
Calcular la cantidad (en moles) de cada una de esas tres sustancias, en el estado de equilibrio,
obtenido a la temperatura aludida, en un recinto cerrado de volumen V = 2 1t, a partir de un
estado inicial cuya composición está dada por:
4 mol de I2 (g)
3 mol de H2 (g)
6 mol de HI (g)
¿Cuál seria el valor de la correspondiente Kp?
¿Es necesaria la indicación del volumen del recinto? (Repaso de Quimica 63.01)
6) Sea un estado de equilibrio con NO (g), O2 (g) y NO2 (g) que reaccionan según:
2 NO (g) + O2 (g) = 2 NO2 (g)
∆H<0.
Indicar qué ocurre en el sistema, en cada una de las siguientes circunstancias:
a) aumenta la temperatura, a volumen constante,
b) se extrae parte de la masa de NO (g), a temperatura y volumen constantes;
c) se introduce O2 (g), a temperatura y volumen constantes;
d) se reduce el volumen del recipiente, a temperatura constante.
Justificar cada una de las respuestas. (Repaso de Quimica 63.01)
7) En un recipiente de 3 / de capacidad, previamente evacuado, se introducen CO (g) e
H2 (g) y se mantiene una temperatura constante de 1000 K. Las presiones parciales iniciales
son pCO = 1 atm y pH2 = 2 atm.
Cuando el sistema reacciona se produce CH4 (g) y H2O (g), liberándose 50 kcal/(mol CH4 (g)
Formado). Una vez alcanzado el equilibrio, se encuentran 4,7. 10-3 mol de CH4 (g).
I) Escribir:
a) la ecuación termoquímica correspondiente a la reacción descripta;
b) la expresión de la constante Kp.
II) Calcular:
a) las presiones parciales de cada una de las sustancias una vez alcanzado el equilibrio;
b) el valor de Kp. (Repaso de Quimica 63.01)
8) En un recipiente se tienen:
1 mol de ácido acético
1 mol de etanol
1 mol de acetato de etilo
1 mol de agua
constituyendo un sistema homogéneo liquido. Decir:
a) Si el sistema está en equilibrio, siendo Kc = 4;
b) de no estarlo, mediante la correspondiente ecuación química, indicar el sentido en que
evolucionaría el sistema hasta alcanzar el equilibrio.
Calcular la composición del sistema en el equilibrio.
9) Calcular cuántos moles de acetato de etilo pueden obtenerse, en un estado de equilibrio, a
partir de los siguientes sistemas iniciales (considerar Kc 4):
a) 1 mol ácido acético + 1 mol etanol
b) 1 mol ácido acético + 2 mol etanol
c) 1 mol ácido acético + 2 mol etanol + 1 mol agua.
10) Sea un recipiente cerrado, previamente evacuado, de volumen V = 1 1, en el que se
colocan 10 g de carbonato de calcio.
Tal sistema, mantenido a la temperatura de 1000 K, alcanza después de un tiempo la presión
gaseosa estable de P = 4 atm.
a) Explicar la modificación ocurrida en el sistema.
b) Calcular la composición del sistema en el estado final estable, admitiendo
comportamiento ideal del gas.
c) Dar el valor de Kp.
11) Cuando se introduce 1 mol de N2O4, en un reactor de 10 lt, a 560C, el 30% de la sustancia
se disocia según:
N2O4 (g) = 2 NO2 (g)
Calcular:
a) las concentraciones de los gases en el equilibrio;
b)Kc y Kp.
12) Dada la reacción:
2 NOC1 (g) = 2 NO (g) + Cl2 (g)
a) Una cantidad NOCI se inyecta en un recipiente a 2000C. En equilibrio, la presión total es 1
atm y la presión parcial de NOCI es 0,64 atm; calcular Kp.
b) Kp aumenta un 1,5% por grado alrededor de 200°C; calcular ∆H° para la reacción.
c) Suponiendo que el valor de Kp fuera 0,1 a 200°C, calcular la presión a la que el grado de
disociación del NOCl será 0,2.
13) Para la reacción: COC12 (g) = CO (g) + Cl2 (g)
el valor de Kp es 8. 10-9 , a 100°C y ∆S°373K es 30 cal/ grado.
a) Calcular el grado de disociación del fosgeno a 100°C y 2 atm
b) Calcular ∆H°373 K para la reacción
c) Suponiendo ∆Cp= 0, ¿a qué temperatura sería 10-3 el grado de disociación, para una
presión total de 2 atm?
14) El grado de disociación (α) de PCl5 (g) a PCl3 (g) y Cl2 (g) es 0,1 a 250°C y 2 atm de
presión. α aumenta 2% por grado con presión constante a 2 atm.
Calcular ∆H0 y ∆S0 para la reacción, a 2500C.
15) Las entalpías éstandar de formación, a 25°C, del KC1O3 y KC1O4 son -93,50 y -103,60
kcal/mol, respectivamente, y las energías libres de Gibbs éstandar de formación son -69,20 y
-72,70 kcal/mol. Suponiendo ∆Cp= 0, para la reacción
KC1O4 (s) = KC1O3 (s) + 1/2 O2
calcular:
a)Kp para la reacción, a 25ºC
b) ∆Gº para la reacción a 573 K y
c) el coeficiente de temperatura de Kp, alrededor de 25°C, es decir dKp/dT
16) Para la reacción:
NH4HS (s) = NH3 (g) + H2S (g),
Kp es 0,05 atm2 , a 20°C.
En un frasco de 2,4 lt, se introducen 0,06 moles de NH4 HS(s), a 20°C.
a) ¿Qué porcentaje molar del sólido se habrá descompuesto en equilibrio?
b) Calcular el nümero de moles de amoníaco que habría que agregar al recipiente para
reducir la descomposición del sólido al 1%.
c) Habiendo alcanzado equilibrio en la situación (b) ¿cuál sería el efecto del agregado de más
NH4HS(s) sobre la presión parcial de amoníaco?
COMPLEMENTARIOS
1.- a) Calcular la constante de equilibrio para la siguiente reacción a 350 ºC:
CO (g) + 2 H2 (g) ===== CH3OH (g)
b) Para un dado número de moles iniciales, en qué condiciones de temperatura (altas o
bajas) sería mayor el rendimiento de la reacción.¿Podría haberse predicho lo anterior a partir
del signo del ∆H?
Datos: a 25 ºC y 1 atm
Compuesto cp (cal/mol K)
CO (g)
6.60
H2 (g)
6.62
CH3OH (g) 4.40
Hº formación (Kcal/mol)
-26.416
0
-48.08
Gºformación(Kcal/mol)
-32.808
0
-38
2.- El metano reacciona con vapor de agua de acuerdo a la siguiente reacción:
CH4(g) + H2O(g) ====== CO(g) + 3 H2(g)
Calcular: a) La variación de energía libre de la reacción a 298 K y 1 atm
b) La variación de energía libre de la reacción y Kp a 1200 ºC
c) El calor de reacción y la variación de energía interna a 298 K y 1 atm,
suponiendo ∆cp ≅ 0 y comportamiento ideal de la fase gaseosa.
Datos: Gº CH4(g) (J/mol) = -69120 –65.34 T(K)
Gº H2O(g) (J/mol) = -246000 + 54.8 T(K)
Gº CO(g) (J/mol) = -111700 – 87.65 T(K)
Gº H2(g) (J/mol) = - 55279 + 185.5 T(K)
3.- Dada la siguiente reacción de equilibrio A(s) + 2 B(g) ==== C(g)
a) completar la siguiente tabla
T
(K)
P(atm) nºA
(mol)
nºB(mol) nCeq
(mol)
ntotaleq(mol) Vrecip(L)
ε
PCeq(atm) PBeq(atm) Kp
298 1
1
2
0.01
800 1
1
2
0.111
b) Qué podría decir con respecto al signo del calor de reacción si ∆cp =0
4.- A partir de la siguiente información:
I) Fe(s) + H2O(g) ==== FeO(s) + H2(g)
∆Hº (298K, 1 atm) = -28.54 kJ/mol
∆Gº (298K, 1 atm) = -19.86 kJ/mol
II) Fe(s) + CO2(g) ==== FeO(s) + CO(g) ∆Hº (298K,1atm) = 12.47 kJ/mol
∆Gº (298K, 1 atm) = 8.07 kJ/mol
Calcular Kp (298K) y Kp (500K) para la siguiente reacción:
CO2(g) + H2(g) ===== CO(g) + H2O(g)
Datos:
Compuesto CO (g) H (g) CO(g) H O(g)
2
cp (J/mol K) 43.26
2
27.2
2
27.6
34.39
Respuestas: 1) 6.14 .10-6 2)a)181.04 kJ/mol b)746.7 kJ/mol; 3.32.10-27 c)∆Uº= 32.62
kJ/mol
3) Kp(298K)= 5.05.10-3 Kp(800K)= 0.14 4) Kp(298K) = 1.27.10-5
Kp(500K) = 9.04.10-3