I.E.S. Vega del Tder - Molina de Segura Departamento de Fsica y Qumica

Problemas de Qumica de 2 de bachillerato - 8 Fecha: 25/01/12

TEMA VI: EQUILIBRIO QUMICOEjercicios propuestos en las pruebas de selectividad8.1 Suponga las siguientes reacciones qumicas: (I) 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (g) (II) H2 (g) + O2 (g) H2O (g) (III) 2 H2O (g) 2 H2 (g) + O2 (g) Si las correspondientes constantes de equilibrio, Kc, son respectivamente K1, K2 y K3 cul sera la relacin entre K1 y K2? Y entre K2 y K3?Sol: K1 = K22; K3 = 1/K22

8.2

A 500 K la constante de equilibrio para N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) es 09 M-2. En un recipiente de 2 L sabemos que hay 1 mol de N2, 3 moles de H2 y 1 mol de NH3, est el sistema en equilibrio?Sol: No; Qc < Kc

8.3

Una muestra que contiene 2 moles de HI se introduce en un matraz de 1 L y se calienta hasta 628 C. Se establece la relacin de equilibrio 2 HI H2 + I2 para la cual la constante de equilibrio vale 38.10-2. a) Cul es el porcentaje de disociacin en estas condiciones? b) Cul es la concentracin de los componentes de la mezcla?Sol: a) 281 %; b) 144 (HI), 028, 028 mol/L.

8.4

El NOBr se descompone de acuerdo con el siguiente esquema NOBr (g) NO (g) + Br2 (g). A la temperatura de 350 K, la constante de equilibrio Kp vale 0'15 (si las presiones se expresan en atmsferas). Si se colocan en un recipiente adecuado cantidades tales de los gases NOBr, NO y Br2 que sus presiones parciales sean, respectivamente, 05, 04 y 02 atm, a la mencionada temperatura, a) se producir una transformacin qumica neta? Si tal cosa ocurre se formar o se consumir Br2? b) Calcule Kc a la temperatura dada.Sol: a) Se consume Br2; b) Kc = 0'028.

8.5

a) b)

Desarrolle la expresin que relaciona Kc y Kp para un equilibrio en fase gaseosa. Calcule el valor de Kp a 900 K para la reaccin 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) sabiendo que Kc = 13 M1 a esa temperatura

Sol: b) Kp = 0'176 atm1.

8.6

En un recipiente de 5 litros se introducen 1,84 moles de nitrgeno y 1,02 moles de oxgeno. Se calienta el recipiente hasta 2000 C establecindose el equilibrio: N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g) . En estas condiciones reacciona el 3% del nitrgeno existente. Calcule: a) el valor de Kc a dicha temperatura. b) La presin total en el recipiente una vez alcanzado el equilibrio.Sol: b) 7,08103

; b) 106,7 atm.

8.7

En la siguiente reaccin se hace reaccionar una mezcla de 46 g de C2H5OH, 60 g de CH3COOH, 176 g de CH3COOC2H5 y 90 g de H2O. C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2O KC=4,0 a) En qu sentido tendr lugar un cambio neto? b) Cuntos gramos de cada sustancia hay en el equilibrio?Sol: a) Calcule Q y compare con K; b) 63,1, 82,3, 143,2, 83,3 g respectivamente.

8.8

En un recipiente de 10 L se introducen 2 moles de un 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) Sabiendo que cuando se alcanza el equilibrio el nmero de moles de B es igual al de C, calcule la cantidad de moles de cada componente en el equilibrio, Kc, Kp y la presin parcial del componente B.Sol: A = 1'8 mol; B = C = 0'4 mol; Kc = 138'9; Kp = 0'063; PB = 1'88 atm.

8.9

La disociacin del dixido de nitrgeno en xido ntrico y oxgeno tiene lugar en un recipiente cerrado de 5 L de capacidad a 327 C y 1 atm. Una vez llegado al equilibrio, cada litro de mezcla contiene 0015 moles de NO2, 012 g de NO y 006 g de O2. Calcule Kc y Kp.Sol: Kc=00115; Kp=0081.

8.10

Sol: Kp = 2'15.10-6; Kc = 1'15.10-8.

Se sabe que a 2000 C y una presin total de 1 atm, la presin parcial del agua gaseosa es 0'976 atm. Calcule, a partir de este dato, los valores numricos de Kp y Kc para la reaccin 2H2O(g) 2H2 (g) + O2(g)

8.11

Una muestra de 2'69 g de PCl5 se coloc en un matraz de 1 litro, en el cual previamente se haba practicado el vaco, y se calent hasta alcanzar la temperatura de 250 C. En estas condiciones, en el matraz nicamente se encuentran especies gaseosas y la presin total es 1 atm. a) Decida razonadamente entre estas tres posibilidades: 1 El PCl5 gaseoso es estable bajo estas condiciones y no sufre reaccin qumica alguna. 2 El PCl5 se disocia segn PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g) 3 El PCl5 se dimeriza de acuerdo con 2 PCl5 (g) P2Cl10 (g) b) Caso de que se d alguna reaccin qumica, calcule el valor correspondiente a Kp.Sol: Slo puede ocurrir la reaccin 2, siendo su Kp = 1'86.

8.12

En un matraz de 1 L se colocan 6 g de PCl5 slido. Se hace el vaco, se cierra el matraz y se calienta a 250 C. El PCl5 pasa al estado vapor y se disocia parcialmente en PCl3 y Cl2. La presin en el equilibrio es 2.078 atm. Calcule el grado de disociacin del PCl5 y la constante de equilibrio Kp a dicha temperatura.Sol: a) = 0.682; b) Kp = 1.81 atm

8.13

El valor de Kp a 25 C para el equilibrio 2 CO(g) C (s) + CO2 (g) es 2046. a) Cul es el valor de Kc? b) Cules sern las concentraciones en el equilibrio si se mezclan 3 moles de CO y 2 moles de CO2 en un recipiente de 1L? Sol: a) Kc=500; b) [CO]=026 M; [CO2]=337 M A 1000 C, Kp = 165 atm para la reaccin C (s) + CO2 (g) 2CO(g) . Si en el equilibrio la presin total es de 5 atm, calcule el tanto por ciento de dixido de carbono que ha reaccionado.Sol: 276 %.

8.14

8.15

A temperaturas elevadas, carbono y dixido de carbono reaccionan para formar monxido de carbono de acuerdo con la siguiente ecuacin C (s) + CO2 (g) 2 CO (g). a) Cuando se establece el equilibrio a 1000 K la presin total del sistema es 4'70 atm. Si Kp = 1'72 atm, cules seran las presiones parciales de CO y CO2? b) Si partimos de 1 mol de C (s) y 1 mol de CO2 (g) en un recipiente de 1 L a 1000 K cunto valdran las presiones parciales cuando se alcance el equilibrio? c) Y si en las condiciones anteriores partimos de 0'1 mol de C y 1 mol de CO2? Sol: a) PCO = 2'59 atm; PCO = 2'11 atm. b) PCO = 76'26 atm; PCO = 11'48 atm. c) Igual que en el caso anterior.2 2

8.16

La reaccin de descomposicin de 25 g de hidrgenocarbonato sdico se lleva a cabo a 100 C en un recipiente de 2 L. Sabiendo que la constante de equilibrio, Kp, a esa temperatura vale 0,231, calcule: a) Las presiones parciales de los gases formados. b) La cantidad de hidrgenocarbonato que queda sin descomponer. 2 NaHCO3 (s)Sol: a) P (H2O) = P (CO2) =0,481 atm; b) 19,7 g

Na2CO3 (s) + H2 O (g) + CO2

(g)

8.17

Una muestra de 6,53 g de NH4HS se introduce en un recipiente de 4 L de capacidad, en el que previamente se ha hecho el vaco, y se descompone a 27 C segn la ecuacin NH4HS (s) NH3 (g) + H2S establecido el equilibrio, la presin total en el interior del recipiente es 0, 75 atm. Calcule: a) Las constantes de equilibrio Kc y Kp. b) El porcentaje de hidrgenosulfuro de amonio que se ha descompuesto.Sol: a) kp = 0,141 atm2, kc 2,3210-4 M2; c) 47,6%(g)

. Una vez

8.18

Hidrgeno, bromo y bromuro de hidrgeno, todos ellos en estado gaseoso, se encuentran en un matraz de 1 L a una temperatura dada y en equilibrio correspondiente a la reaccin H2(g) + Br2(g) 2 HBr (g) , para la cual H = 68 kJ. Indique como afectaran los siguientes cambios a la situacin de equilibrio y a la constante de equilibrio: a) Se aumenta la temperatura. b) Se aumenta la presin parcial de HBr. c) Se aumenta el volumen del recipiente.Sol: Aplique el principio de Le Chatelier.

8.19

En un recipiente de volumen constante se establece el equilibrio siguiente: SO2 (g) + O2 (g) SO3 (g) donde H = - 491 kJ/mol. Explique, razonadamente tres procedimientos para aumentar la cantidad de SO3.Sol: Aplique el principio de Le Chatelier (tenga en cuenta que el volumen del recipiente es constante).

8.20

Cuando se sirve cerveza en un vaso fro casi no se pierde el CO2 disuelto, pero si el vaso est caliente, inmediatamente salen burbujas y se forma espuma. De este hecho deduzca si el siguiente proceso es endo o exotrmico: >Sol: Aplique el principio de Le Chatelier.

8.21

Dada la reaccin qumica en equilibrio a A(g) + b B (g) c C (g) desarrolle una expresin que relacione la constante de equilibrio en funcin de las concentraciones (Kc) con la constante de equilibrio en funcin de las presiones parciales (Kp) Razone sobre la evolucin del equilibrio al aumentar la presin si a, b y c vale 1, 2 y 3 respectivamente. Y si aumenta la concentracin de B?Sol: b) c (a + b) = 0 y por tanto no le afecta la presin; c) Aumentar la concentracin de C y disminuir la de A.

8.22

A 800 C la Kc para la reaccin 2HI H2 (g) + I2 (g) vale 0016. Calcule, en el equilibrio, a) la concentracin de HI cuando las concentraciones de H2 y I2 son iguales y la presin del sistema es de 1 atm. b) Las concentraciones de los componentes si se duplica la presin del sistema.Sol: a) 906.10-3 M; b) la variacin de presin total no afecta a la posicin de este equilibrio: [H2] = [I2]=230.10-3 M, [HI] = 00181 M.

8.23

A una determinada temperatura, en estado gaseoso, el cloro reacciona con tricloruro de fsforo para formar pentacloruro de fsforo segn la ecuacin Cl2 (g) + PCl3 (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) Calcule la constante de equilibrio, Kc, a esta temperatura. b) Explique si con estos datos se podra calcular la Kp de este equilibrio. c) Calcule la nueva composicin en equilibrio si el volumen se reduce a la mitad.Sol: a) 0,13 L/mol; b) se necesita T; c) [Cl2] = 0,759 M; c) [PCl3] = 0,919 M; [PCl5] = 0,0907 M.

8.24

Sntesis del amonaco mediante el proceso Haber: Aspectos cinticos y termodinmicos.

8.25

Suponiendo que se ha alcanzado el equilibrio para el proceso N2 (g) + 3 H2 razone si las siguientes afirmaciones son ciertas o falsas: a) Al aumentar la presin total, disminuye la concentracin de amonaco. b) Al aumentar la temperatura, aumenta la presin parcial de N2. c) En presencia de un catalizador aumenta la concentracin de NH3.Sol: a) F; b) V; c) el catalizador no modifica la posicin de equilibrio.

(g)

2 NH3 (g) ; H < 0

8.26

En un recipiente metlico de 5 L y a una temperatura de 250C hay inicialmente 30 g de PCl5. A esta temperatura, el PCl5 se disocia parcialmente segn PCl5 PCl3 + Cl2. Cuando se alcanza el equilibrio, la presin total es de 2,08 atm. Calcule: a) El grado de disociacin del PCl5 en estas condiciones. b) Las presiones parciales de cada componente. c) La constante de equilibrio kP. d) El valor de G. (Selectividad)Sol: a) 0,683; b) 0,301, 0844, 0,844 atm; c) 1,82 atm; d) 2,6103 kJ/mol.

8.27

Se introducen 0,2 moles de Br2 en un recipiente de 0,5 L de capacidad a 600 C. Una vez establecido el equilibrio Br2 (g) 2 Br (g) en estas condiciones, el grado de disociacin es 0,8. a) Calcule Kp y Kc. b) Determine las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en equilibrio. c) Si al aumentar la temperatura, aumenta la cantidad de Br, indique razonadamente si la reaccin es endotrmica o exotrmica. As mismo, discuta el efecto que tendra sobre el equilibrio anterior la introduccin de gas argn en el reactor si el volumen se mantiene constante. (Selectividad)Sol: a) Kc = 5,12; Kp = 367; b) 45,9 y 5, 73 atm; c) endotrmico, ya que K aumenta con la temperatura; no afecta, ya que T y V se mantienen constantes.

8.28

En un depsito de 10 L se introducen 0,61 moles de CO2 y 0,39 moles de H2 a 1250 C. Una vez establecido el equilibrio H2 (g) + CO2 (g) CO (g) + H2O (g), hay 0,35 moles de CO2. Calcule: a) Los valores de Kp y Kc. b) Las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla en equilibrio. (Selectividad)Sol: a) Kc = Kp = 1,49; b) 1,63, 4,38, 3,25 y 3, 25 atm, respectivamente.

8.29

(Selectividad) Sol: a) Al aumentar la temperatura, se desplaza hacia los productos; b) No se modifica, ya que es un equilibrio heterogneo; c) Se desplaza hacia los reactivos; d) No se alcanza el equilibrio.

Considere el siguiente equilibrio: CaCO3 (s) + Q CaO (s) + CO2 (g) . a) Cmo le afecta la temperatura? b) Si adicionamos CaCO3 al sistema, se modifica el equilibrio? c) Y si aumentamos la presin parcial de CO2 ? d) Qu ocurrir si la descomposicin del carbonato clcico se realiza en un recipiente abierto?

8.30

Para el equilibrio COCl2 (g) CO (g) + Cl2 (g), el valor de Kc es 1,37 a 250 C. En un recipiente de 5 L se introducen 247,5 g de COCl2, 70 g de CO y 227,2 g de Cl2 a dicha temperatura. a) Demuestre que esta mezcla no se encuentra en equilibrio e indique el sentido en el que se producir la reaccin. b) Determine la composicin de la mezcla una vez alcanzado el equilibrio. c) Explique tres formas de disminuir la descomposicin de COCl2.Sol: a) Qc = 0,64; b) 0,362, 0,638, 0,778 mol/L; c) aumentar las concentraciones de los productos y disminuir el volumen total.

8.31

Dadas las siguientes reacciones: (1) C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) , H= 131,3 kJ.mol-1 . (2) Ca(OH)2 (s) + CO2 (g) CaCO3 (s) + H2O (g) , H= 153,7 kJ.mol-1. Razone el efecto que tiene sobre la situacin de equilibrio cada una de las siguientes modificaciones: a) Una disminucin del volumen en la reaccin 1. b) Un aumento de la presin en la reaccin 2. c) Un aumento de la temperatura en la reaccin 2.Sol: a) Aumenta el n de moles de agua; b) no le afecta; c) aumenta la concentracin de agua.

8.32

El pentacloruro de fsforo se disocia segn PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g) , siendo Kc 7,9310-3 a 200 C. Calcule: a) El grado de disociacin a dicha temperatura si en un matraz de un litro se introducen 3,125 g de PCl5. b) El grado de disociacin si al introducir los 3,125 g de PCl5, el matraz estaba previamente lleno de cloro en condiciones normales.Sol: a) 0,509; b) 0,145.

8.33

El N2O4 descompone a 45 C segn N2O4 (g) 2 NO2 (g). En un recipiente de 1 L de capacidad se introduce 0,1 mol de N2O4 a dicha temperatura. Al alcanzar el equilibrio, la presin total es de 3,18 atm. Calcule: a) El grado de disociacin. b) El valor de Kc. c) La presin parcial ejercida por cada componente. d) La presin total, si junto con los 0,1 moles de N2O4 introducimos 0,01 mol de NO2.Sol: a) 0,218; b) 0,0243; c) 2,04 atm, 1,14 atm; d) 3,33 atm.

8.34

En un recipiente de 1 L capacidad, en el que previamente se ha hecho el vaco, se introduce 1 g de NH4CN. Se cierra el recipiente y se calienta a 11 C, establecindose el siguiente equilibrio: NH4CN (s) NH3 (g) + HCN (g). Si en estas condiciones la presin total es de 0,3 atm, calcule: a) La constante de equilibrio kp y la concentracin de todas las especies en equilibrio. b) La constante kc y el porcentaje de NH4CN que queda sin disociar. c) La composicin del equilibrio si en el recipiente se introduce NH4CN en exceso y 0,01 mol de NH3. Se considera despreciable el volumen ocupado por el slido.Sol: a) kp = 2,2510 , [NH3] = [HCN] = 6,4410 mol/L; b) 4,1510 , 71,7 %; c) 0,0132 mol de NH3 y 3,1510-3 mol de HCN.-2 -3 -5

8.35

El CO2 reacciona a a 337 C con H2S segn: CO2 (g) + H2S (g) COS (g) + H2O (g) ; Hf = 12,2 kJmol-1. En un reactor de 2,5 L se introducen 4,4 g de CO2 y suficiente cantidad de H2S para que una vez alcanzado el equilibrio, la presin total sea 10 atm y los moles de agua 0,01. a) Calcule la composicin de la mezcla en equilibrio. b) El valor de las constantes kp y kc. c) Como afectara a: 1) La constante kc, un aumento de la temperatura, suponiendo H independiente de la temperatura. 2) La cantidad de agua, la adicin de CO2. 3) La cantidad de COS, un aumento de la presin.Sol: a) H2O: 0,01 mol / COS: 0,01 mol / CO2: 0,09 mol / H2S: 0,140 mol; kp = kc = 7,9410-3; c) kc y n(CO2) aumentan / no le afecta

8.36

En un recipiente de 5 L se introduce 1 mol de SO2 y 1 mol de O2 y se calienta a 727 C, con lo que se alcanza el equilibrio 2 SO2 + O2 2 SO3. En estas condiciones, los moles de SO2 son 0,150. Calcule:

a) La constante kc para dicho equilibrio. b) La presin parcial y las fracciones molares de cada componente en el equilibrio. c) Justifique como conseguir aumentar el rendimiento en SO3, modificando dos magnitudes distintas.Sol: a) 2792 ; b) 246, 944, 140 atm ; c) aumentar las concentraciones de SO2 y /o O2, aumentar PT.

8.37

Para la reaccin H2S (g) + I2 (s) 2 HI (g) + S (s), se encuentra que, en equilibrio a 60 C, las presiones parciales de HI y H2S son 3,65 atm y 9,96 atm, respectivamente. a) Determine los valores de kp y kc a 60 C. b) Calcule la presin total si a 60C, en un matraz de 1 L, en el que previamente se ha hecho el vaco, se introduce H2S a 7476 mm de Hg y 10 g de I2 y dejamos que se establezca el equilibrio.Sol: a) kp = 134 / kc = 00489; b) 1,41 atm.

8.38

En un recipiente de 5 L se introducen 3,5 moles de PCl5. Se cierra el recipiente y se calienta hasta una temperatura de 525 K. Una vez alcanzado el equilibrio PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g), la concentracin de cloro es 0,2 M. Calcule: a) El grado de disociacin de PCl5 y el valor de Kc en estas condiciones. b) La composicin de la mezcla y la presin total si en las condiciones anteriores aadimos 0,1 mol de PCl5 y dejamos que se restablezca el equilibrio. El metanol se puede sintetizar mediante CO (g) + 2 H2 (g) CH3OH (g) ; H > 0. a) Cmo ser mximo el rendimiento del proceso, a alta o baja temperatura? b) Cmo afecta un cambio en la presin total del sistema?

8.39

Equilibrios de solubilidad8.40Sol: 5'1.10-5 g/L

Calcule la solubilidad, expresada en g/L, del fosfato de calcio sabiendo que Kps = 1'3.10-32.

8.41

Obtenga la solubilidad del fluoruro de calcio en agua pura sabiendo que su producto de solubilidad es Kps=1'7.10-10 M 3. Sol: 349.10-4 M. Calcule las concentraciones de ion plata y de ion cromato en una disolucin saturada de cromato de plata sabiendo que el producto de solubilidad del cromato de plata es 1'9.10-12.Sol: [CrO4=] = 7'80.10-5 M. [Ag+] = 1'56.10-4 M.

8.42

8.43

Calcule el volumen de disolucin saturada que tendra disuelto un gramo de CaF2 sabiendo que Kps=3'4.10-11Sol: 62,7 L.

8.44

Precipitar hidrxido de cinc cuando a 150 cm3 de disolucin 0'001 M de cloruro de cinc se le aaden 50 cm3 de disolucin 0'001 M de hidrxido sdico? Kps=1'8.10-14.Sol: S. (Compare Q con Kps).

8.45

Supongamos que mezclamos 100 cm3 de una disolucin de nitrato de talio (I) 0'04 M con 300 cm3 de un disolucin de cloruro de sodio 0'008 M. a) Sabiendo que el producto de solubilidad del cloruro de talio (I) es 1'9.10-4 , dgase si se formar o no precipitado. b) Qu ocurrir si el nitrato de talio (I) fuese 0'08 M y el cloruro de sodio 0'2 M, y se mezclan volmenes iguales de ambos?Sol: No (Q=6.10-5Kps)

8.46

Sol: [Ba2+]=1'2.10-9 M.

A un litro de disolucin acuosa 0'01 M de BaCl2 se le aade 0'1 mol de Na2SO4 sin que cambie apreciablemente el volumen. Calcule la concentracin de iones Ba2+ que queda en la disolucin. Kps (BaSO4) = 1'1.10-10.

8.47

Dada la reaccin de equilibrio Mn Nm (s) n M m+(ac) + m N n- (ac) exprese su constante de equilibrio en funcin de las concentraciones (Kc) y de ah deduzca la constante del producto de solubilidad (Kps). Desarrolle una expresin que relacione la solubilidad del compuesto con Kps. (Selectividad) Calcule el producto de solubilidad del ioduro de plomo (II) sabiendo que su solubilidad en agua es 1,210-3 M(Selectividad) Sol: 6,910-9

8.48

8.49

Una disolucin saturada de cloruro de plomo (II) contiene, a 25C, una concentracin de Pb+2 de 1,610-2 mol/L. PbCl2 (s) Pb2+(aq) + 2 Cl-(aq). (Selectividad) a) Calcule la concentracin de Cl- de esta disolucin. b) Calcule Kps a dicha temperatura. c) Razone el aumento o la disminucin de la solubilidad del cloruro de plomo con la adicin de NaCl.Sol: 3,210-2 M; b) 1,6410-5; c) al aumentar la concentracin de ion cloruro, disminuye la solubilidad del cloruro de plomo.

8.50

a) Dados los siguientes valores de kPS, razone cul de las siguientes sales es ms soluble en agua, AgCl o AgBr? kPS (AgCl) = 1,810-10, kPS(AgBr) = 5,410-13. b) La adicin de AgNO3, provocar una disminucin de la concentracin de ion haluro en cualquiera de las disoluciones anteiores? Razone la respuesta utilizando los equilibrios qumicos necesarios. (Selectividad)Sol: a) La solubilidad del AgCl es mayor que la de AgBr; b) Al aumentar la concentracin de Ag+, disminuye la concentracin de haluro.