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Ejercicios practicos de FISICOQUIMICA - I (curso 2008-09, Grupo C)
Hoja nº 3 (Modulo 2, Tema 8: Eq. Químico en general)
1) A partir de las entalpías normales de formación y las entropías normales, a 298 K, que se detallan a
continuación:
∆Hf0 / kJ.mol-1
S0 / J K-1 mol-1
C3H8 (g)
-103.3
269.9
-84.8
229.5
C2H6 (g)
C5H12 (g)
-146.4
348.4
0
130.6
H2 (g)
Calcúlese: a) la constante de equilibrio, a 298 K , para la reacción:
C3H8(g) + C2H6 (g)
b) la constante de equilibrio a 373 K .
2) Considere la reacción:
dCH
5
12
(g) + H2 (g)
PCl 5 (g) î PCl 3 (g) + Cl 2 (g)
que tiene una Kp de 1.05 a 250 ºC. Se depositan 2.50 g de PCl5 en un recipiente de 0.500 L en el que
se ha hecho previamente el vacio y se ha calentado hasta 250 ºC. Calcúlese: a) La presión inicial de
PCl5 sin disociar. b) La presión de PCl5 en el equilibrio.c) La presión total en el equilibrio.
3) Un importante paso metabólico es la conversión de fumarato a malato. En disolución acuosa es la
enzima fumarasa la que cataliza la reacción:
î
Malato
Fumarato + H2O
Sabiendo que a 25.0 ºC la constante termodinámica de equilibrio de esta reacción vale 4.00, calcúlese:
a) La variación de energía libre de Gibbs de la reacción en células hepáticas con concentraciones 0.100
M de fumarato y 0.100 M de malato, b) la composición que se alcanzará en el equilibrio, c) si a 35.0 ºC
la constante de equilibrio vale 8.00, determínese la variación de entalpía normal de la reacción
(supuesta constante en ese intervalo de temperaturas), d) la variación de entropía normal de la reacción
a 25.0 ºC. (Nota: El que una reacción esté catalizada no afecta a su situación de equilibrio,
simplemente éste se alcanza antes).
(soluciones: -0.821 kcal/mol; [malato]=0.160M, [fumarato]=0.040M; 12.6 -kcal/mol; 45.0 cal/K.mol)
4) La enzima manosa-isomerasa cataliza la siguiente reacción:
î
manosa
fructosa
En un trabajo, con objeto de obtener los datos termodinámicos de la reacción, se midieron las
concentraciones de manosa y fructosa en el equilibrio a 25.0 ºC, siendo, respectivamente, 1.63.10-3 M y
4.00.10-3 M. Suponiendo que a estas concentraciones tan diluidas el comportamiento es ideal, calcúlese
a esa temperatura: a) La constante de equilibrio de la reacción , b) El G c de la reacción, y c) El G
de la reacción cuando la concentración de fructosa es 8.0.10-3 M y la de manosa 6.0.10-3 M. ¿En qué
sentido evolucionará espontáneamente la reacción en esas condiciones?¿Cuales serán las
concentraciones en el equilibrio?
(Recuérdese que la catálisis enzimática no modifica el equilibrio químico de una reacción, simplemente
hace que se alcance antes)
(soluciones: K=2.45; -2.2 KJ/mol; -1.506 kJ/mol; izqda a dcha; manosa=4.06.10-3, fructosa=9.94.10-3)
5) La última etapa de la glicolisis, previa al ciclo de Krebs, se puede esquematizar por la siguiente
reacción :
CH3-CO-COO- + NADH + H+
(piruvato)
∏
î
CH3-CHOH-COO- + NAD+
(lactato)
Sabiendo que a 25.0 ºC elG c (sistema de referencia Bioquímico) para esta reacción vale -2.60.104
J/mol, calcúlese : a) La constante de equilibrio de la reacción a 25 ºC según el sistema de referencia
Bioquímico (K'). b) La variación de energía libre normal y la constante de equilibrio según el sistema de
referencia Fisicoquímico (G c y K). c) ¿En qué sentido evolucionará la reacción si en una célula las
concentraciones actuales son : [CH3-CO-COO-] = 2.00.10-3 M ; [NADH] = 1.00.10-5 M;
[CH3-CHOH-COO-]= 1.00.10-3 M ; [NAD+]= 5.00.10-5 M y el pH está tamponado en 7.4? . Indique, sin
resolverlo numéricamente, como podría obtener las concentraciones de todas las especies en el
equilibrio. (soluciones: K=3.6.104; -66.0 kJ/mol; K=3.6.1011; izqda a dcha)
2
Hoja nº 3
6) Una proteina se sabe que presenta cierta toxicidad cuando se encuentra como dímero de 2
subunidades, pero no como monómero, existiendo entre ambas formas el siguiente equilibrio químico:
î
2 Monómero
Dímero
Sabiendo que, a 25.0 ºC, el H de esta reacción vale 16.7 kJ/mol y su S c vale 66.9 J K-1 mol-1 ,
determínese: a) El valor de la constante de equilibrio a 25.0 ºC, b) La composición de equilibrio a 25.0
ºC si se parte de una concentración inicial de monómeros de 1.00.10-5 M, c) ¿Cuál será la
concentración de dímero en plasma, para la misma concentración inicial de monómeros de 1.00.10-5 M
si se considera que la temperatura corporal es de 37.0 ºC?
c
7) La tabla siguiente muestra los valores de la constante de equilibrio a distintas temperaturas para la
î
reacción:
Fumarato + H2O
Malato
T / ºC :
20.2 25.0 34.6 44.4 49.6
K
:
4.46 3.98 3.25 2.75 2.43
a) Calcular gráficamente el valor de ∆H0 de la reacción. b) Calcular G c y S c para la reacción a la
temperatura de 25.0 ºC.
∏
8) Sabiendo que la hidrólisis de ATP (ATP + H20 ---->ADP + Fosfato) tiene a 25.0 ºC un valor de G c
de -7.40 kcal/mol y que la hidrólisis de fosfocreatina (Fosfocreatina + H20 ---> Creatina + Fosfato) lo
tiene a esa misma temperatura de -10.3 kcal/mol, calcúlese cuanto valdrá la constante de equilibrio
para la reacción global:
Fosfocreatina + ADP ---> Creatina + ATP
y de alguna explicación del interés biológico de estas reacciones en las células musculares.
9) La formación de un dipéptido es el primer paso en la síntesis de una molécula de proteina. Considere
ahora la siguiente reacción en medio acuoso entre dos aminoácidos para dar un dipéptido:
glicina + glicina t glicilglicina + H 2 O
G V
f
Sabiendo que los
a 298 K de estos compuestos son los siguientes:
Compuesto
G V
f / (kJ/mol)
Glicina (aq, 1M)
- 379.9
Glicilglicina (aq, 1M)
- 493.1
H 2 O (líquido)
- 237.2
Calcúlese: a) El G V y la constante de equilibrio de la reacción a 298 K. b) A la vista de los valores
obtenidos en el apartado anterior ¿Cúal es su opinión acerca de la síntesis de un dipéptido “in vivo” en
células que estuvieran a 298 K?. c) En una célula a 298 K, cuyas concentraciones de glicina y
glicilglicina fuesen de 1.00.10-3 M y 1.00.10-4 M, respectivamente, ¿Cúanto valdría el G actual y en
que sentido evolucionaría la reacción? (soluciones: 29.5 kJ/mol; 6.72.10-6; 40.9 kJ/mol; dcha a izqda)
10) La oxidación de etanol a acetaldehido es de gran importancia en las células vivas y se lleva a cabo mediante la
siguiente reacción catalizada por la enzima alcohol deshidrogenasa:
CH3CH2OH + NAD+ î CH3-CHO + NADH + H+
Sabiendo que la variación de energía libre normal según el sistema de referencia Fisicoquímico para esta reacción
vale +70.2 kJ/mol a 25.0ºC, calcúlese:
a) La constante de equilibrio de la reacción a 25.0 ºC según el sistema fisicoquímico.
b) La variación de energía libre normal y la constante de equilibrio según el sistema de referencia
bioquímico.
c)¿En qué sentido evolucionará espontáneamente la reacción si las concentraciones iniciales en una célula,
a 25.0ºC, son: [CH3CH2OH]=[NAD+]=0.050 M ,
[CH3CHO]=[NADH]=0.0030 M, y el pH se mantiene en 10.0 con un tampón?
Indique, sin resolverlo, cómo se calcularían las concentraciones en el equilibrio.
(soluciones: 4.9.10-13; 30.3 kJ/mol; 4.9.10-6; - 755 J/mol; izqda a dcha).
Hoja nº 3
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1) A partir de las entalpías normales de formación y las entropías normales, a 298 K, que se detallan a
continuación:
∆Hf0 / kJ.mol-1
S0 / J K-1 mol-1
C3H8 (g)
-103.3
269.9
-84.8
229.5
C2H6 (g)
C5H12 (g)
-146.4
348.4
H2 (g)
0
130.6
Calcúlese: a) la constante de equilibrio, a 298 K , para la reacción:
d
C3H8(g) + C2H6 (g)
C5H12 (g) + H2 (g)
b) la constante de equilibrio a 373 K .
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Hoja nº 3
2) Considere la reacción:
PCl 5 (g) î PCl 3 (g) + Cl 2 (g)
que tiene una Kp de 1.05 a 250 ºC. Se depositan 2.50 g de PCl5 en un recipiente de 0.500 L en el que
se ha hecho previamente el vacio y se ha calentado hasta 250 ºC. Calcúlese: a) La presión inicial de
PCl5 sin disociar. b) La presión de PCl5 en el equilibrio. c) La presión total en el equilibrio.