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Gua de estudio N 7: Equilibrio Qumico

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GUIA DE ESTUDIO N 7: Equilibrio Qumico

I.- Conceptos bsicos: Equilibrio qumico y constante de equilibrio. Concentraciones en el equilibrio y evolucin de un sistema hacia el

equilibrio. Principio de Le Chatelier. Factores que afectan el equilibrio. Equilibrio qumico en soluciones acuosas.

II.- Objetivos: Describir el concepto de equilibrio qumico en trminos de una reaccin reversible. Expresar la contante de equilibrio de una reaccin qumica y predecir de acuerdo a su valor en qu sentido

evolucionar la misma. Aplicar el Principio de Le Chatelier para pronosticar el desplazamiento del equilibrio con un cambio de presin, de

temperatura o de concentracin. Interpretar la informacin presentada en curvas de variacin de concentraciones en funcin del tiempo.

III.- Desarrollo: Actividad N1: 1.1.- Dado un sistema que se encuentra en equilibrio Qu informacin nos proporciona el valor numrico de la constante de equilibrio? 1.2.- Se tienen las siguientes reacciones qumicas con sus respectivos valores de constantes de equilibrio para una dada temperatura. 1- Cl2(g) Cl(g) + Cl(g) Keq = 1,4 x 10-38 (25 C) 2- H+(ac) + HO-(ac) H20 (l) Keq = 1,0 x 1014 (25 C) 3- CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g) Keq = 5,1 (830 C) Comparar la magnitud de las constantes e indicar: a) Cul de las reacciones tiene ms tendencia a formar productos? b) Cul de las reacciones tiene mayor tendencia a permanecer como reactivo en el sistema? c) Escribir la expresin de la constante de equilibrio para cada una de las reacciones presentadas. 1.3.- Si se cubre un objeto de vidrio con cloruro de cobalto y se observa luego el color que ste adquiere, se puede obtener un sencillo indicador meteorolgico. Este fenmeno se explica considerando que, a partir del contacto con el aire hmedo, se establece el siguiente equilibrio:

[Co(H2O)6]Cl2 (s) [Co(H2O)4]Cl2 (s) + 2 H2O color rosa color azul Si se observa que el objeto presenta color rosa significa que el aire est hmedo o seco? Justificar brevemente la respuesta. Actividad N2: 2.1.- Dada la siguiente reaccin qumica:

PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) a) Escribir la expresin de la Keq. b) En un recipiente de 12 dm3 de capacidad, encontramos en el equilibrio 0,21 moles de PCl5(g), 0,32 moles de PCl3(g) y 0,32 moles de Cl2(g). Cul ser el valor numrico de la Keq? 2.2.- En un recipiente a 300 C se coloca HI como reactivo. Al cabo de un tiempo el reactivo se descompone originando I2 y H2 como productos. El reactivo y los productos se encuentran en fase gaseosa. a) Escribir la ecuacin qumica balanceada y la Keq de esta reaccin. b) En el sistema anterior, una vez alcanzado el equilibrio, las concentraciones de cada especie son: HI = 3,53 10-3 M; I2 = 4,79 10-4 M y H2 = 4,79 10-4 M. Cul ser el valor de la Keq a 300 C? c) Para el sistema anterior se alcanza un nuevo equilibrio a la misma temperatura, las concentraciones de HI y I2 son 0,05 M y 0,01 M respectivamente. Cul ser la concentracin de H2?

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2.3.- La formacin de amonaco, de acuerdo a la siguiente ecuacin: 3H2 + N2 2 NH3 tiene una Ke =0,55 a 150C. Calcular la concentracin de amonaco cuando las concentraciones de N2 e H2 en el equilibrio son 0,20 mol/L y 0,10mol/L respectivamente. Actividad N3: 3.1.- Se mezclan a temperatura ambiente un mol de etanol y un mol de cido etanoico. Una vez alcanzado el equilibrio, la mezcla contiene 0,66 moles de etanoato de etilo y 0,66 moles de agua. Calcular la Keq. CH3CH2OH + CH3COOH CH3COOCH2CH3 + H2O 3.2.- Calcular la Keq a 250 C en la reaccin de formacin del yoduro de hidrgeno sabiendo que el volumen del recipiente es de 10 litros y que partiendo de 2 moles de I2 y 4 moles de H2 se han obtenido 3 moles de yoduro de hidrgeno. 3.3.- Se tiene la siguiente reaccin a 1660 C: Br2 (g) 2Br (g) Se coloca 1,05 moles de Br2 en un recipiente de 0,980 L y se disocia el 1,2% del Br2 para alcanzar el equilibrio. Cul es el valor de la Keq para esa reaccin? Actividad N4: 4.1.- A cierta temperatura T se produce la reaccin representada por:

A + B C + D Representar grficamente la variacin de las concentraciones de A, B, C y D en funcin del tiempo, para las siguientes concentraciones: a) [A] = 0,1 M; [B] = 0,1 M; [C] = 0 M; [D] = 0 M b) [A] = 0 M; [B] = 0 M; [C] = 0,1 M; [D] = 0,1 M c) [A] = 2 M; [B] = 1 M; [C] = 0 M; [D] = 0 M

4.2.-En el grfico de la derecha se representan las concentraciones molares de reactivos y productos en funcin del tiempo, para una determinada reaccin qumica a una temperatura T. a) Indicar cul de las siguientes ecuaciones qumicas representa la reaccin qumica:

I- A(g) B(g) + 2 C(g) II- 2 A(g) B(g) + C(g) III- A(g) B(g) + C(g) b) Calcular el valor de Keq 4.3.- En un recipiente de 10 L se coloca cierta cantidad de ozono a una temperatura T. El sistema evoluciona como se muestra en el grfico de la derecha, alcanzando el equilibrio representado por 2 O3 3 O2 . Calcular el valor de la constante de equilibrio a la temperatura T. 4.4- En un recipiente de 10 dm3 se mezclan a una temperatura T , 0,20 moles de N2O4 (g) con cierta cantidad de NO2(g).El sistema evoluciona como indica el grfico, alcanzando el equilibrio representado por: 2 NO2(g) N2O4 (g) a) Calcular la concentracin molar del N2O4 (g) en el equilibrio a la temperatura T. b) Representar en el grafico el nmero de moles de N2O4 (g) c) Calcular el valor de Keq Actividad N5: 5.1.- El cido sulfrico es la sustancia qumica de mayor produccin en los pases industrializados. Actualmente el proceso de sntesis del cido sulfrico, en forma general consta de tres etapas:

1 etapa: El azufre (s) reacciona en presencia del oxgeno (g) del aire, oxidndose a dixido de azufre (g). 2 etapa: En presencia del oxigeno (g) se produce la sntesis del trixido de azufre (g) a partir del producto de reaccin de la primera etapa. Este proceso denominado por contacto se realiza en una superficie con pentxido de vanadio (s), de forma tal que los reactivos estn en contacto con ste. El pentxido de vanadio se recupera al finalizar la reaccin. 3 etapa: Se obtiene cido sulfrico (ac) al reaccionar el trixido de azufre (g) con agua (l).

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a) Escribir las ecuaciones qumicas balanceadas correspondientes a cada una de las etapas mencionadas en el relato. Considerar que en las condiciones propuestas - las mismas son irreversibles. b) Si la segunda etapa de la sntesis transcurre en un recipiente cerrado a 1000C, se obtendra un sistema en equilibrio. Escribir la ecuacin qumica y la expresin de la contante de equilibrio que representa dicho sistema. c) En relacin a la ecuacin antes propuesta se determina que, al llegar el equilibrio, las concentraciones encontradas son de 0,06 M para el trixido de azufre, 0,34 M para el dixido de azufre, 0,17 M para el oxgeno. Considerando estos datos calcular el valor de la constante de equilibrio. d) Teniendo en cuenta el valor de la constante de equilibrio, se puede afirmar si se da un buen rendimiento en la obtencin del trixido de azufre con esta reaccin? e) Cmo y cules variables se pueden modificar para optimizar el rendimiento? f) La presencia de pentxido de vanadio afecta el valor de la constante de equilibrio? Justificar brevemente la respuesta. 5.2.- Las cuatro sustancias HCl, I2, HI, Cl2, se mezclan en un vaso de reaccin y se les permite alcanzar el equilibrio en la reaccin: 2 HCl(g) + I2 (g) 2 HI (g) + Cl2 (g) Luego se hacen ciertos cambios a la mezcla (que se especifican en la primera columna del siguiente cuadro). Considerando cada cambio por separado, decir que efecto tiene cada uno (incremento, disminucin o ningn cambio) sobre los valores de equilibrio originales de la cantidad en la segunda columna. Justificar con grficos y/o planteando la constante de equilibrio. (La temperatura y el volumen se mantienen constantes)

CAMBIO CANTIDAD

a) adicin de HCl cantidad de HI

b) adicin de I2 cantidad de Cl2

c) sustraccin de HI cantidad de Cl2

d) sustraccin de Cl2 cantidad de HCL

e) adicin de HCl K

f) sustraccin de HCL Cantidad de I2

g) adicin de I2 K

5.3.- Para la reaccin: PCl5 (g) PCl3(g) + Cl2 (g) la constante Keq=5,5 a 25C En un recipiente de 2 dm3 se mezclan 0,1mol de PCl5 , 0,07 mol de PCl3 y 0,07 mol de Cl2. a) Se produce alguna reaccin? .Justificar con clculos. b) Indicar hacia donde se desplaza la reaccin para alcanzar el equilibrio justificando la respuesta. c) Si a 300K el valor de Keq = 3. 103, la reaccin es endotrmica o exotrmica? d) Indica e como afectarn la posicin del equilibrio y el valor de la constante: I.- Un agregado de Cl2 II.- Una disminucin de la presin Actividad N6 6.1.- Completar en la tabla de la derecha, las situaciones presentadas: 6.2.- Para la reaccin: CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g), se cumplen las siguientes relaciones entre Keq y temperatura indicadas en la tabla de la derecha: En un recipiente de volumen constante, mantenido a 850 K, hay 5,00 moles de agua, 0,50 moles de monxido de carbono, 3,00 moles de hidrgeno y 2,63 moles de dixido de carbono.

a) Est en equilibrio el sistema? b) Si se enfra hasta 600 K Cmo evoluciona el sistema?Cuntos moles de cada sustancia habr en el equilibrio? c) Si se calienta hasta 1100 K. Hacia dnde se desplaza la reaccin? d) La reaccin es endotrmica o exotrmica?

Tipo de reaccin Temperatura Respuesta del sistema Keq

Exotrmica Disminuye Formacin de productos Aumenta

Exotrmica Descomposicin de productos Disminuye

Endotrmica Disminuye Disminuye

Endotrmica Aumenta Formacin de productos

T (K) Keq

600 31,600

850 3,156

1100 1,000