EQUILIBRIO QUÍMICO
EJERCICIOS RESUELTOS
EJEMPLO 1 Al calentar a 600o C SO3, se obtiene una mezcla en equilibrio que contiene por litro 0.0106 moles de SO3; 0.0032 moles de SO2 y 0.0016 moles de O2. Determinar la reacci贸n qu铆mica respectiva y calcular la constante de equilibrio.
DATOS SO3 = 0.0106 M SO2 = 0.0032 M O2 = 0.0106 M
Kc = X
2 SO2 + O2 [SO3]2
Kc = [SO2]2 [O2] [0.0106]2
Kc = [0.0032]2 [0.0016]
Kc = 6857.9
2 SO3
EJEMPLO 2 En un recipiente de 5 litros se mezcla 1 mol de SO2 y 1 mol de O2, a una temperatura de 1000 oK. Al cabo de cierto tiempo, se encuentra que del SO2 sobran 0.150 moles, del oxĂgeno 0.575 moles y que se han producido 0.850 moles de SO3.
DATOS SO2 = 0.150 mol / 5 l O2 = 0.575 mol / 5 l SO3 = 0.850 mol / 5 l
Kc = X
2 SO2 + O2 [SO3]2 Kc = [SO2]2 [O2] [0.850 mol / 5 l]2 Kc = [0.150 mol / 5 l]2 [0.575 mol / 5 l]
[0.17]2 Kc = [0.03]2 [0.115] Kc = 279.23
2 SO3
Aplicación de la Kc En la mayoría de ejercicios se conoce el valor de Kc, y se debe conocer la concentración en el equilibrio. En estos casos, se debe considerar tres momentos de la reacción: I.- Concentración al inicio de la reacción. II.- Concentración alcanzado el equilibrio o durante la reacción. III.- Concentración al llegar al equilibrio químico.
Es decir: I.- El número de moles iniciales de los reactivos, por lo general es un dato del problema. II.- Durante la reacción se lo conoce como –X para los reactantes, porque éstos desaparecen o se consumen durante la reacción; los productos van con +X porque durante esta etapa se forman a aumentan. La incógnita irá acompañada del coeficiente correspondiente a la ecuación balanceada. III.- Por último, en el estado final o de equilibrio, se resta el momento I menos el valor de la incógnita del momento II de cada componente de la ecuación balanceada.
EJEMPLO 3 De la reacci贸n: H2 + I2 2 HI La constante de reacci贸n a 448 oC es 50. Calcular las concentraciones finales de reactivos y productos, si la reacci贸n se efect煤a en un recipiente de 2 litros y al inicio se tiene 0.5 moles de H2 y 0.5 moles de I2.
DATOS Kc = 50 H2 = 0.5 mol / 2 l I2 = 0.5 mol / 2 l Concentraciones finales de reactivos y productos = X
H2 + I2 1 mol 1 mol Paso I: 0.5 Paso II: - X Paso III: 0.5-X
0.5 -X 0.5-X
2 HI 2 moles ------2X 2X
[C]C Kc = [A]a [B]b
[2 X]2
50 = [0.5 - X] [0.5 - X] Para eliminar el cuadrado de [2 X]2 , elevamos a todos los miembros de la ecuación a la raíz cuadrada: √(2X)2 √50 = √(0.5 - X)2
Por lo tanto: 2X 7.07 =
(0.5 – X) 7.07 (0.5-X) = 2X 3.535 – 7.07 X = 2X 3.535 = 2X + 7.07 X 3.535 = 9.07 X X = 3.535 / 9.07 X = 0.39
Significa que 0.39 moles se consumen en la reacci贸n, de modo que las concentraciones de reactivos y productos son: H2 = 0.5 mol - 0.39 mol = 0.11 mol I2 = 0.5 mol - 0.39 mol = 0.11 mol 2 HI = 2 (0.39 mol) = 0.78 mol
Las ecuaciones molares (M) para los componentes de la ecuaci贸n ser谩n: 0.11 mol [H2] =
= 0.055 M 2 l 0.11 mol
[I2] =
= 0.055 M 2 l 0.78 mol
[HI] =
= 0.39 M 2 l
VERIFICACIÓN: [HI]2
Kc = [H2] [I2]
[0.39]2 50 = [0.055] [0.055] 50 = 50.28
EJEMPLO 4 Con la reacci贸n: H2 + I2 2 HI A la temperatura de 448 OC, se realiza la reacci贸n en un recipiente de 5 litros. Al inicio se tiene 2 moles de H2 y 2 moles de I2 y al final de la reacci贸n se han formado 3.12 moles de HI. Calcular la constante de equilibrio Kc.
DATOS Al inicio: H2 = 2 moles I2 = 2 moles Al final: HI = 3.12 moles
H2 + I2 1 mol + 1 mol
2 HI 2 moles
La cantidad de reactivos consumidos es: 1 mol H2 3.12 mol HI X = 1.56 mol H2 2 mol HI 1 mol I2 3.12 mol HI X
= 1.56 mol I2 2 mol HI
Pasos: H2 + I2 I: II: III:
2 mol -X 2–X
2 mol -X 2–X
Para el equilibrio: H2 + I2 2-1.56 2-1.56 0.44 mol 0.44 mol
2 HI --------2X 2X
2 HI 3.12 3.12 mol
Las concentraciones molares (M) para los componentes de la reacci贸n ser谩n: [H2] = 0.44mol / 5 l = 0.088 M [I2] = 0.44mol / 5 l = 0.088 M [HI] = 3.12 mol / 5 l = 0.624 M
Se calcula Kc: [HI]2
Kc = [H2] [I2] (0.624)2 Kc =
= 50.28
(0.088) (0.088)
EJERCICIO PROPUESTO 1 Se produce la siguiente reacci贸n: A + B 2C La constante de equilibrio es 18 e inicialmente se introdujeron 3 moles de A y 3 moles de B. Calcular las concentraciones en equilibrio.
R: [A] = 0.961 [B] = 0.961 [2C] = 4.078
EJERCICIO PROPUESTO 2 En un recipiente de 4 litros se introducen 0.8 moles del gas hidr贸geno y 0.8 moles del gas cloro a 240 grados celsius. Calcular la concentraci贸n de los compuestos en equilibrio sabiendo que la Kc a esta temperatura es 36. La reacci贸n es: H2 + Cl2 2HCl
R: [H2] = 0.05 M [Cl2] = 0.05 M [HCl] = 0.3 M
EJERCICIO PROPUESTO 3 De la reacci贸n: CH4 + H2O Las
CO + 3 H2
concentraciones
cent铆grados
en
son:
equilibrio CH4
0.8
a
20 M
grados de
metano; 0.8 M de agua; 0.2 M de CO y 0.37 M de gas hidr贸geno. Calcular Kc a esta temperatura. R: Kc = 0.0158
EJERCICIO PROPUESTO 4 En un recipiente de un litro se introducen 5 moles de H2 y 8 moles de I2 a 230 grados centígrados. ¿Cuáles son las concentraciones al alcanzarse el equilibrio?. La Kc a esta temperatura es 37.
R: [H2] = 0.587 M [I2] = 3.587 M [HI] = 8.826 M
EJERCICIO PROPUESTO 5 En un recipiente de 5 litros se colocan 3 moles de H2 y 2 moles de Cl2 a 573 grados celsius. Calcular la concentraci贸n si se tiene en cuenta que la Kc a esta temperatura es 45. R: [H2] = 0.246 M [Cl2] = 0.046 M [HCl] = 0.71 M