Problemas Química Propuestos en las P.A.U. Equilibrio Químico Ley

Problemas Química
Propuestos en las P.A.U.
Equilibrio Químico
Ley de Chatelier
1.- Indica, justificando brevemente la respuesta, si son ciertas o
falsas las siguientes afirmaciones:
a) Para la reacción N2 (g) + 3 H2 (g) ⇔ 2 NH3 (g) un aumento de
la presión, manteniendo constante las demás variables,
desplaza el equilibrio hacia la derecha.
b) Para una reacción, Kp nunca puede ser mas pequeña que kc.
c) Si en una reacción para la que la constante de equilibrio vale kc,
multiplicamos los coeficientes estequiométricos del ajuste por
dos, la constante de equilibrio también queda multiplicada por
dos.
2.- Para la reacción: N2O4 (g) ⇔ 2 NO2 (g) ; ∆H = 58,2 kJ
Si, una vez alcanzado el equilibrio, queremos aumentar la
concentración de dióxido de nitrógeno:
a) Habrá que calentar el sistema.
b) Habrá que incorporar un catalizador.
c) Habrá que modificar la estequiometría de la reacción.
d) Habrá que bajar la temperatura.
3.- El metanol se fabrica industrialmente por hidrogenación del
monóxido de carbono según:
CO (g) + 2 H2 (g) ⇒ CH3OH (g) ∆H = - 125 kJ
Razona, en cada uno de los casos siguientes, si la concentración del
metanol aumentará:
a) Al aumentar la temperatura.
b) Al aumentar la presión total.
c) Al añadir al sistema un catalizador positivo.
d) Al aumentar la presión parcial de H2.
4.- Para la siguiente reacción en equilibrio:
4 HCl (g) + O2 (g) ⇔ 2 H2O (g) + 2 Cl2 (g); ∆H <0
justifica razonadamente cuál será el efecto sobre la concentración de
HCl en el equilibrio en los siguientes casos:
a) aumentar la concentración de O2.
b) Disminuir la concentración de H2O.
c) Aumentar el volumen.
d) Reducir la temperatura.
e) Añadir un gas inerte como He.
f) Introducir un catalizador.
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Equilibrio Químico
Cálculos de Kc, Kp....etc.
5.- A 670 K, un recipiente de un litro contiene una mezcla gaseosa en
equilibrio de 0,003 mol de hidrógeno, 0,003 mol de yodo y 0,024 mol
de yoduro de hidrógeno, según:
H2 (g) + I2 (g) ⇔ 2 HI (g)
En estas condiciones, calcula:
a) El valor de Kc y Kp. Sol: Kc = Kp = 64
b) La presión total en el recipiente y las presiones parciales de los
gases de la mezcla. Datos: R = 0,082 atm l /mol K.
Sol: PT = 1,65 atm ; P (H2) = P(I2) = 0,165 atm ; P (HI) = 1,32
atm.
6.- Para el proceso: I2 (g) ⇔ 2 I (g) la constante de equilibrio a
1000K vale Kc = 3,76 10-5. Si se inyecta 1,00 mol de I2 en un
recipiente de 2,00 litros que ya contenía 5,00 10-3 mol de I, calcula
las concentraciones de I2 e I en el equilibrio a esa temperatura.
Sol: [I2]eq = 0,499 mol/l ; [I]eq = 4,33 10-3 mol/l
7.- En un recipiente de 5 litros se introducen 2,0 mol de PCl5 (g) y
1,0 mol de PCl3 (g). La temperatura se eleva a 250ºC,
estableciéndose el siguiente equilibrio:
PCl5 (g) ⇔ PCl3 (g) + Cl2 (g)
Sabiendo que Kc para la reacción a esa misma temperatura vale
0,042, se pregunta:
a) Calcular la concentración de Cl2 en el equilibrio. Sol: 0,056 M
b) Calcular el valor de Kp a esa misma temperatura. Sol: 1,8
c) Calcular el porcentaje (%) de disociación alcanzado por el PCl5.
Sol: 14%
Dato: R = 0,082 atm l /mol K
8.- En un matraz de 5 litros se introduce una mezcla de 0,92 mol de
N2 y 0,51 mol de O2. Se calienta la mezcla hasta 2200 K,
estableciéndose el equilibrio N2 (g) + O2 (g) ⇔ 2 NO (g). Teniendo en
cuenta que en estas condiciones reacciona el 1,09 % del nitrógeno
inicial ( con el oxígeno correspondiente), calcula:
a) La concentración de todos los compuestos en el equilibrio a
2200 K. Sol: [N2] = 0,182 M ; [O2] = 0,1 M ; [NO] = 4 10-3
M
b) El valor de las constantes Kc y Kp a esa temperatura. Sol: Kp =
Kc = 8,8 10-4
Dato: R = 0,082 atm l /mol K
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Equilibrio Químico
9.- La síntesis de metanol (alcohol metílico) se basa en le equilibrio
siguiente:
CO (g) + 2 H2 (g) ⇔ CH3OH (g)
En un reactor cilíndrico de 1 litro de capacidad, se disponen 2 mol de
CO y 2 mol de hidrógeno, y se calienta el conjunto hasta 600 K.
Considerando que una vez alcanzado el equilibrio a esta temperatura,
se han formado 0,8 mol de metanol:
a) Calcula los moles de cada sustancia una vez alcanzado el
equilibrio. Sol: CO = 1,2 mol ; H2 = 0,4 mol ; CH3OH = 0,8
mol
b) Calcula el valor de Kp a 600 K. Sol : Kp = 1,74 10-3
c) Indica el efecto que producirá sobre el equilibrio un aumento de
volumen del recipiente (supón que el cilindro está provisto de
un pistón que permite la variación de su volumen). Razona la
respuesta.
Datos: R = 0,082 atm l /mol K <> 8,314 J / mol K
10.- A 400 ºC el amoniaco se encuentra disociado un 40% en
nitrógeno e hidrógeno cuando la presión del sistema es de 710 mm
Hg. Calcula para el equilibrio:
2 NH3 (g) ⇔ N2 (g) + 3 H2 (g)
a) Las presiones parciales de cada especie en el equilibrio cuando
la cantidad inicial de NH3 es de 4 moles.
Sol: P (NH3) = 0,400 atm ; P (N2) = 0,134 atm ; P (H2) = 0,400
atm
b) El valor de Kp. Sol: 0,0536
11.- En un recipiente cerrado de 400 ml, en el que se ha hecho el
vacío se introducen 2,032 g de yodo y 1,280 g de bromo. Se eleva la
temperatura a 150ºC y se alcanza el equilibrio:
Br2 (g) + I2 (g) ⇔ 2 IBr (g)
Calcula:
a) Las concentraciones molares y la presión total en el equilibrio.
Sol: [I2] = [Br2] = 2,14 10-3 M ; [IBr] = 0,036 M ; PT = 1,4
atm.
b) El valor de Kp para este equilibrio a 150 ºC. Sol: 280
Datos: Kc (150ºC) = 280 ; R = 0,082 atm l /mol K.
Masas Atómicas: Br = 79,9 ; I = 126,9.
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Equilibrio Químico
12.- En un recipiente de 0,4 litros se introduce 1 mol de N2 y 3 mol
de H2 a la temperatura de 780 K. Cuando se establece el equilibrio
para la reacción N2 + 3 H2 ⇔ 2 NH3, se tiene una mezcla con un 28 %
en mol de NH3. Determina:
a) El número de moles de cada componente en el equilibrio.
Sol: N2 = 0,562 mol ; H2 = 1,686 mol ; NH3 = 0,876 mol
b) La presión final del sistema. PT = 500 atm
c) El valor de la constante de equilibrio Kp. Sol: 1,12 10-5
Dato: R = 0,082 atm l /mol K
13.- A una determinada temperatura, en estado gaseoso, el cloro
reacciona con tricloruro de fósforo para formar pentacloruro de
fósforo:
PCl3 (g) + Cl2 (g) ⇔ PCl5 (g)
En un recipiente de dos litros, una mezcla de las tres especies en
equilibrio contiene, 132 g de PCl3, 56,8 g de Cl2 y 10,4 g de PCl5.
a) Calcula la constante de equilibrio, Kc, a esta temperatura.
Sol: 0,13
b) Explica si con estos datos se podría calcular la kp de este
equilibrio.
c) Calcula la nueva composición en equilibrio si el volumen se
reduce a la mitad. Sol: n (Cl2) = 0,76 mol ; n (PCl3) = 0,92
mol ; n (PCl5) = 0,09 mol
14.- En un matraz de 10 litros se introducen 2 mol de PCl5 a 162ºC.
Calcular:
a) La concentración de todas las sustancias en el equilibrio según la
reacción: Sol:0,125 M ; 0,075M; 0,075 M
PCl5 (g) ⇔ PCl3 (g) + Cl2 (g)
b) La presión total del matraz en el equilibrio. Sol: 9,8 atm
Datos: El matraz es de volumen constante; Kc = 0,054 a 162ºC;
R = 0,082 atm l /mol K
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Equilibrio Químico
15.-A 400ºC el hidrogenocarbonato de sodio, NaHCO3 se descompone
parcialmente según el siguiente equilibrio:
2 NaHCO3 (s) ⇔ Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (g)
Se introduce una cierta cantidad de NaHCO3 (s) en un recipiente
cerrado de 2 litros, en el que previamente se ha hecho el vacío; se
calienta a 400ºC y cuando se alcanza el equilibrio a esta temperatura,
se observa que la presión en el interior del recipiente es de 0,962
atm.
a) Calcula el valor de Kc y Kp. Sol: Kp = 0,231; Kc= 7,6 10-5
b) Calcula la cantidad (en gramos) de NaHCO3 (s) que se habrá
descompuesto. M(g) = 2,93
c) Si inicialmente hay 1,0 g de NaHCO3 (s), calcula la cantidad que
se habrá descompuesto tras alcanzarse el equilibrio. Sol: 1,0 g
Datos: Masas atómicas: H=1; C=12; O=16; Na=23;
R=0,082 atml/mol K
16.- En un recipiente de 4 litros, a una cierta temperatura, se
introducen las cantidades de HCl, O2 y Cl2 indicadas en la tabla,
estableciéndose el siguiente equilibrio:
4 HCl(g) + O2 (g) ------- 2 H2O(g) + 2 Cl2 (g)
a) Los datos necesarios para completar la tabla.
b) El valor de Kc a esa temperatura.
17.- A 523K las concentraciones de PCl5 , PCl3 y Cl2 en equilibrio para
la reacción: PCl5 (g) ------ PCl3 (g) + Cl2 (g) son 0,809 M, 0,190 M y
0,190 M, respectivamente. Calcule a esa temperatura:
a) Las presiones parciales de las tres especies en el equilibrio.
b) La constante Kp de la reacción.
-1
Dato: R=0,082 atm L K
mol-1.
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Equilibrio Químico
18.- En un recipiente de 1 L y a una temperatura de 800°C, se
alcanza el siguiente equilibrio:
CH4 (g) + H2O (g) ----- CO (g) + 3H2 (g)
Calcule: a) Los datos que faltan en la tabla.
CH4
Moles Iniciales
Variación en el nº de moles al alcanzar el
equilibrio
Nº de moles en el equilibrio
2,0
H2O
0,5
CO
H2
0,73
-0,4
0,4
b) La constante de equilibrio Kp.
-1
Dato: R = 0,082 atm·L·K .mol-1
19.- En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0,387 moles
de nitrógeno y 0,642 moles de hidrógeno, se calienta a 800 K y se
establece el equilibrio:
N2 (g) + 3 H2 (g) ------ 2 NH3 (g)
Encontrándose que se han formado 0,06 moles de amoniaco. Calcule:
a) La composición de la mezcla gaseosa en equilibrio.
b) Kc y Kp a la citada temperatura.
-1
Datos: R = 0,082 atm L K
-1
mol
20.- En un recipiente de 5 litros se introducen 1,84 moles de
nitrógeno y 1,02 moles de oxígeno. Se calienta el recipiente hasta
2000 ºC estableciéndose el equilibrio:
N2 (g) + O2 (g) ------- 2 NO(g)
En estas condiciones reacciona el 3% del nitrógeno existente.
Calcule: a) El valor de Kc a dicha temperatura. b) La presión total en
el recipiente, una vez alcanzado el equilibrio.
-1
Dato: R = 0,082 atm·L·K .mol-1
21.- En un recipiente de 10 litros de capacidad se introducen 2 moles
O
del compuesto A y 1 mol del compuesto B. Se calienta a 300 C y se
establece el siguiente equilibrio:
A(g) + 3 B(g) ------ 2 C(g)
Cuando se alcanza el equilibrio, el número de moles de B es igual al
de C. Calcule: a) El número de moles de cada componente en el
equilibrio. b) El valor de las constantes Kc y Kp a esa temperatura.
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Equilibrio Químico
-1
Dato: R = 0,082 atm·L·K .mol-1.
22.- Se introduce una mezcla de 0,5 moles de H2 Y 0,5 moles de I2
º
en un recipiente de 1 litro y se calienta a la temperatura de 430 C.
Calcule:
a) Las concentraciones de H2, I2 y HI en el equilibrio, sabiendo que,
a esa temperatura, la constante de equilibrio Kc es 54,3 para la
reacción:
H2 (g) + I2 (g) ------ 2HI(g)
b) El valor de la constante Kp a la misma temperatura.
-1
Dato: R = 0,082 atm·L·K .mol-1.
23.- En una vasija que tiene una capacidad de 3 litros se hace el
vacío y se introducen 0,5 gramos de H2 y 30 gramos de I2. Se eleva
la temperatura a 500ºC, estableciéndose el siguiente equilibrio para
el que Kc vale 50:
H2 (g) + I2 (g) ------ 2HI (g)
Calcule:
a) Moles de HI que se han formado.
b) Moles de I2 presentes en el equilibrio.
Datos: Masas atómicas (g/mol) : H=1; I=127.
º
24.- En un recipiente de 10 L se hacen reaccionar, a 450 C, 0,75
moles de H2 y 0,75 moles de I2, según la ecuación:
H2 (g) + I2 (g) ------ 2HI (g)
Sabiendo que a esa temperatura Kc = 50, calcule en el equilibrio:
a) El número de moles de H2, I2 y de HI.
b) La presión total en el recipiente y el valor de Kp.
-1
Dato: R = 0,082 atm·L·K .mol-1
-3
25.- En un recipiente de 1L, a 2000 K, se introducen 6,1 x 10 moles
de CO2 y una cierta cantidad de H2 , produciéndose la reacción:
H2 (g) + CO2 (g) ------- H2O (g) + CO (g)
Si cuando se alcanza el equilibrio, la presión total es de 6 atm,
calcule:
a) Los moles iniciales de H2 .
b) Los moles en el equilibrio de todas las especies químicas
presentes.
-1
-1
Datos: R = 0,082 atm L K mol ; Kc = 4,4
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Equilibrio Químico
O
26.- En un matraz de un litro, a 440 C, se introducen 0,03 moles de
yoduro de hidrógeno y se cierra, estableciéndose el equilibrio:
2 HI (g) ------- I2 (g) + H2 (g)
En estas condiciones la fracción molar del HI en la mezcla es 0,80.
Calcule:
a) Las concentraciones de cada gas en el equilibrio y Kc.
b) La presión parcial de cada gas y Kp
Datos: Masas atómicas: H = l; I = 127.
27.- Se añade un número igual de moles de CO y H2O a un recipiente
º
cerrado de 5 Litros que se encuentra a 327 C, estableciéndose el
siguiente equilibrio:
CO (g) + H2O ------ CO2 (g) + H2 (g)
Una vez alcanzado éste, se encuentra que la concentración de CO2
es 4,6 M y el valor de Kc es 302.
a) ¿Cuáles son las concentraciones de CO, H2 y H2O en el equilibrio?
b) Calcule la presión total del sistema en el equilibrio.
-1
Dato: R = 0,082 atm·L·K .mol-1.
28.- Para la reacción:
PCl5 (g) ----- PCl3 (g) + Cl2 (g)
El valor de Kc a 360 ºC es 0,58. En un recipiente de 25 litros se
introducen 2 moles de Cl2, 1,5 moles PCl3 y 0,15 moles de PCl5.
a) Calcule las concentraciones de todas las especies en equilibrio.
b) Calcule las presiones parciales de cada una de las especies en
-1
equilibrio. Dato: R = 0,082 atm·L·K .mol-1
º
-3
29.- A 1200 C el valor de la constante Kc es 1,04·10 para el
equilibrio:
Br2 (g) ------ 2 Br (g)
Si la concentración inicial de bromo molecular es 1M, calcule: a) El
tanto por ciento de Br2 que se encuentra disociado. b) La
concentración de bromo atómico en el equilibrio.
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30.- En un recipiente de 5 litros se introducen 0,28 moles de N2O4 a
50 ºC. A esa temperatura el N2O4 se disocia según:
N2O4 (g) ------ 2NO2 (g)
Al llegar al equilibrio, la presión total es de 2 atm. Calcule:
a) El grado de disociación del N2O4 a esa temperatura.
O
b) El valor de Kp a 50 C.
-1
Dato: R = 0,082 atm·L·K .mol-1
31.- A la temperatura de 400 ºC y 710 mm de mercurio de presión,
el amoniaco se encuentra disociado en un 40% según la ecuación:
2 NH3 (g) -------- N2 (g) + 3 H2 (g)
Calcule:
a) La presión parcial de cada uno de los gases que constituyen la
mezcla en equilibrio.
b) El valor de las constantes Kp y Kc a esa temperatura.
-1
-1
Datos: R = 0,082 atm⋅ L ⋅ K ⋅ mol
32.- Al calentar PCl5(g) a 250 ºC, en un reactor de 1 litro de
capacidad, se descompone según:
PCl5 (g) ----- PCl3 (g) + Cl2 (g)
Si una vez alcanzado el equilibrio, el grado de disociación es 0,8 y la
presión total es 1 atm, calcule:
a) El número de moles de PCl5 iniciales.
b) La constante Kp a esa temperatura.
-1
Dato: R = 0,082 atm·L·K ·mol-1
33.- El cloruro de amonio se descompone según la reacción:
NH4 Cl(s) ------ NH3 (g) + HCl (g)
En un recipiente de 5 litros, en el que previamente se ha hecho el
vacío, se introducen 2,5 g de cloruro de amonio y se calientan a
300ºC hasta que se alcanza el equilibrio. El valor de Kp a dicha
-3
temperatura es 1,2·10 . Calcule:
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Equilibrio Químico
a) La presión total de la mezcla en equilibrio.
b) La masa de cloruro de amonio sólido que queda en el recipiente.
-1
Datos: R = 0,082 atm.L.K
= 14; Cl = 35,5
-1
mol . Masas atómicas (g/mol): H = 1; N
34.- Para la reacción:
CO2 (g) + C (s) ------- 2 CO (g)
Kp = 10, a la temperatura de 815 ºC. Calcule, en el equilibrio:
a) Las presiones parciales de CO2 y CO a esa temperatura, cuando la
presión total en el reactor es de 2 atm.
b) El número de moles de CO2 y de CO, si el volumen del reactor es
de 3 litros.
-1
Dato: R = 0’082 atm·L·K ·mol
-1
35.- El CO2 reacciona con el H2S a altas temperaturas, según la
reacción:
CO2 (g) + H2S(g) ------ COS (g) + H2O(g)
Se colocan 4,4 gramos de CO2 en un recipiente de 2,5 Litros, a
337ºC y una cantidad suficiente de H2S para que la presión total, una
vez alcanzado el equilibrio, sea de 10 atm. En la mezcla en equilibrio
existen 0,01 moles de agua. Calcule:
a) El número de moles de cada una de las especies en el estado de
equilibrio.
b) El valor de las constantes Kc y Kp a 337ºC.
-1
Datos: Masas atómicas: C=12; O=16; R=0,082 atm.L.K .mol-1
36.- En un recipiente de 2 Litros en el que previamente se ha hecho
el vacío, se introducen 2 moles de CuO (s) y se calienta hasta 1024ºC
estableciéndose el siguiente equilibrio:
4 CuO (s) ------- 2 Cu2O (s) + O2 (g).
Sabiendo que el valor de la constante Kp para el equilibrio a esa
temperatura es de 0,49, calcule:
a) La concentración molar de oxígeno en el equilibrio.
b) Los gramos de CuO que quedan en el estado de equilibrio.
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Equilibrio Químico
37.- En un recipiente de 1 Litro se introduce 0,013 moles de PCl5 y se
calienta el sistema hasta 250ºC estableciéndose el siguiente
equilibrio:
PCl5 (g) ------ PCl3 (g) + Cl2 (g)
En el equilibrio se observa que la presión total del sistema es de 1
atm, calcule:
a) El grado de disociación del PCl5 en las condiciones indicadas.
b) El valor de las constantes Kc y Kp a la temperatura indicada.
38.- A 30ºC y 1 atm de presión el N2O4 está disociado en un 20% en
2NO2, según el equilibrio siguiente:
N2O4 (g) ------ 2NO2 (g)
Calcule:
a) El valor de las constantes Kc y Kp.
b) El porcentaje de disociación a 30ºC y una presión de 0,1 atm.
39.- Al calentarse, el SO3 (g) se descompone según el proceso
siguiente:
2SO3 (g) ------ 2SO2 (g) + O2 (g)
Si se calientan 1,6 gramos de SO3 en un recipiente de 2 Litros, a
800ºC, se alcanza el equilibrio a 1,25 atm. En esas condiciones,
calcule:
a) El grado de disociación del SO3.
b) El valor de las constantes Kc y Kp.
-1
Dato: R=0,082atm ⋅L ⋅ K-1 mol
40.- En un recipiente de 2 Litros se introducen 2,1 moles de CO2 y
1,6 moles de H2 y se calienta a 1800ºC, estableciéndose el equilibrio
siguiente: CO2 (g) + H2 (g) ----- CO (g) + H2O (g)
Se analiza la mezcla y se encuentra que hay 0,9 moles de CO2.
Calcule:
a) La concentración de cada especie en el equilibrio.
b) La constante de equilibrio a esa temperatura, precisando si se
trata de Kc o Kp.
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41.- El fosgeno es un gas venenoso que se descompone según la
reacción:
COCl2 (g) ----- CO (g) + Cl2 (g)
A la temperatura de 900ºC el valor de la constante Kc para el
proceso anterior es 0,083. Si en un recipiente de 2 Litros se
introducen, a la temperatura antes indicada, 0,4 moles de COCl2 ,
calcule:
a) Las concentraciones de cada una de las especies en el
equilibrio.
b) ¿Cuál es el grado de disociación del fosgeno?
42.- La obtención de cloro mediante el proceso Deacon tiene lugar
según la siguiente reacción:
4HCl (g) + O2 (g) ----- 2Cl2 (g) + 2H2O(g)
A la temperatura de 390ºC si se mezclan 0,08 moles de HCl y 0,’1
moles de O2, se forman a la presión total de 1 atm, 0,0332 moles de
Cl2 . Calcular:
a) El valor de Kp.
b) El volumen del recipiente que contiene la mezcla.
.