Ejercicios Resueltos de Equilibrio Químico: Conceptos y Cálculos
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Cuestión 1: Equilibrio en la síntesis de amoníaco
En un matraz vacío, se introducen igual número de moles de H2 y N2 que reaccionan según la ecuación: N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g).
Justifique si, una vez alcanzado el equilibrio, las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
- a) Hay doble número de moles de amoníaco de los que había inicialmente de N2.
- b) La presión parcial de nitrógeno será mayor que la presión parcial de hidrógeno.
- c) La presión total será igual a la presión de amoníaco elevada al cuadrado.
Solución
- a) Falsa. Cada mol de nitrógeno que reacciona lo hace con tres moles de hidrógeno para originar dos moles de amoníaco. Los moles de amoníaco en el equilibrio son el doble de los moles de nitrógeno que han reaccionado, y no el doble de la cantidad inicial.
- b) Verdadera. Inicialmente, hay los mismos moles de H2 y de N2, pero como la cantidad de H2 que reacciona es tres veces mayor que la de N2, en el equilibrio habrá más moles de N2 que de H2 y su presión parcial será mayor.
- c) Falsa. La presión total será la suma de las presiones parciales de los tres componentes del sistema.
Cuestión 2: Expresiones de equilibrio
En el equilibrio: C(s) + O2(g) ⇌ CO2(g)
- a) Escriba las expresiones de Kc y Kp.
- b) Establezca la relación entre ambas.
Cuestión 3: Dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura
A partir de la composición de mezclas gaseosas de I2 y H2 a diferentes temperaturas, se han obtenido los siguientes valores de Kp para la reacción: H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g)
| T (ºC) | 340 | 360 | 380 | 400 | 420 | 440 | 460 | 480 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kp | 70,8 | 66,0 | 61,9 | 57,7 | 53,7 | 50,5 | 46,8 | 43,8 |
- a) Calcule Kc a 400 ºC.
- b) Justifique por qué esta reacción es exotérmica.
- c) ¿Variará Kp si se altera la concentración de H2? Razone la respuesta.
Solución
- a) La tabla de datos indica que a 400 ºC, Kp es igual a 57,7. Como en la reacción no hay aumento en los moles totales (Δn = 2 - 1 - 1 = 0), Kc coincide con Kp.
- b) A medida que aumenta la temperatura, disminuye Kp y se favorece, por tanto, la formación de reactivos. Según el principio de Le Chatelier, si el proceso directo se ve desfavorecido por un aumento de temperatura, la reacción es exotérmica.
- c) No. Kp depende solo de la temperatura. Las concentraciones (presiones parciales) de las distintas especies en el equilibrio variarán, pero no el valor de la constante Kp.