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CICLO 2012-III Módulo: I
       Unidad: II I   Semana: 5


   QUIMICA GENERAL


Lic. Quím. Jenny Fernández Vivanco
ORIENTACIONES

Se recomienda revisar las bases teóricas en su
guía didáctica de química general.

Es necesario que dedique dos horas diarias a su
estudio, consultando los libros o textos de
lectura obligatorios y el material impreso que se
le ha entregado.

Es      obligatorio que revise los videos
complementarios que se le adjunta sus
respectivos link en internet.
EQUILIBRIO QUIMICO

• Cuando una reacción química (reversible) alcanza el
  estado de equilibrio, las concentraciones de
  reactivos y productos permanecen constantes en el
  tiempo a una determinada temperatura y no se
  producen cambios visibles en la reacción.

            aA + Bb    cC + dD
•    Cuando se logra el equilibrio la reacción
    progresiva se desarrolla con la misma
    velocidad que su reacción regresiva en el
    proceso químico.




           Desarrollo de la Reacción
GRAFICAS DEL EQUILIBRIO
       QUIMICO

            N2O 4 ←→ 2NO 2
La constante de Equilibrio Kc
En la reacción :
  a A + bB     cC+dD
La velocidad Progresiva : K1 CAa CBb

    La velocidad Regresiva : K2 CCc CDd
         En el equilibrio las Velocidades son
                        iguales:
                K1 CA a CBb = K2 Ccc CDd
                    K1        C c c C Dd
                     K 2 = C A a C B b = KC

•

 La constante Kc cambia con la temperatura.
 Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en
  disolución. Las especies en estado sólido o el agua
  tienen concentración constante y por tanto, se
  integran en la constante de equilibrio.
Significado del valor de Kc
    tiempo                                       tiempo




                                                                 concentración
                                                      KC ≈ 100
     nó c a t nec noc
      i r                            KC > 105




                                     KC < 10-2
                        rt nec noc




7                                                tiempo
 Si el KC es mayor que la unidad,
  la reacción se ha desplazado a la
  derecha o la concentración de los                      PRODUCTO
                                                             S


   productos es mayor.            REACTANTES




 Si el KC es menor que la unidad,
  la reacción se ha desplazado a la
  izquierda o la concentración de     REACTA
                                       NTES

  los reactantes es mayor.                               PRODUCTOS




                                               Kc << 1
EJEMPLOS DE Kc

  La concentración de los líquidos y de los sólidos puros no se
  incluye en la constante de equilibrio.

                                              Kc =
                                                   [NO2 ]         2

   N2O4(g)           2NO2(g)
                                                   [N2O 4 ]

                                              Kc =
                                                    [NH3 ]            2

N2(g) + 3H2(g)              2NH3(g)
                                                   [N2 ] [H2 ] 3




CaCO3(s)            CaO(s) + CO2(g)            K c = [CO2 ]
CONSTANTE EQUILBRIO KP

•   De acuerdo a la reacción: aA + Bb           cC + dD
•   Como PV = RTn, P/RT = n/V = C           CA = PA /RT , CB = PB /RT
                                                      CC= PC /RT CD =
    PD /RT                              (PC/RT)c(PD
•   Reemplazando en Ecuación de)d
                           /RT Kc:
                                 Kc =
                                        (PA /RT)a (PB /RT
•                               )b                        (PC ) c (PD
               (PC ) c (PD )d                    )d
      Kc =                                         Kp =
     (RT)-∆n
               (PA )a (PB )b                                (PA )a (PB
                                                 )b
•                                        Considerando
Sistema
      SO2/O2/SO3

                    2SO 2 ( g ) + O 2 ( g ) ↔ 2SO3( g )


      0,4M          [SO2]                     0,4M          [SO2]




                                        Concentraci
Concentraci




      0,2M          [O2]                                    [O2]

                                              0,1M



                                        ón
                    [SO3]                                   [SO3]
ón




              te                                      te
                   Tiempo                                  Tiempo
Ejemplo: Tengamos el equilibrio: 2 SO2(g) + O2(g)  2
 SO3(g). Se hacen cinco experimentos en los que se
 introducen diferentes concentraciones iniciales de
 ambos reactivos (SO2 y O2). Se produce la reacción y
 una vez alcanzado el equilibrio se miden las
 concentraciones tanto de reactivos como de
 productos observándose los siguientes datos:
                                         Concentr. equilibrio
          Concentr. iniciales (mol/l)
                                                (mol/l)
           [SO2]     [O2]     [SO3]     [SO2]    [O2]    [SO3]    Kc

  Exp 1    0,20      0,20      —        0,030   0,155    0,170   279,2

  Exp 2    0,15      0,40      —        0,014   0,332    0,135   280,7

  Exp 3     —         —       0,20      0,053   0,026    0,143   280,0

  Exp 4     —         —       0,70      0,132   0,066    0,568   280,5
                                                                 12
  Exp 5    0,15      0,40     0,25      0,037   0,343    0,363   280,6
Concentr. iniciales    Concentr. equilibrio
              (mol/l)                (mol/l)
        [SO2]   [O2]    [SO3]   [SO2]   [O2]    [SO3]    Kc
Exp 1   0,200   0,200    —      0,030   0,115   0,170   279,2
Exp 2   0,150   0,400    —      0,014   0,332   0,135   280,1
Exp 3    —       —      0,200   0,053   0,026   0,143   280,0
Exp 4    —       —      0,700   0,132   0,066   0,568   280,5
Exp 5   0,150   0,400   0,250   0,037   0,343   0,363   280,6

• En la reacción anterior:
  2 SO2(g) + O2(g)  2 SO3(g)
• KC se obtiene aplicando la expresión:
                        [SO3 ]2
                 KC =
                      [SO2 ]2 × [O2 ]

• y como se ve es prácticamente                         13
  constante.
La Constante de Equilibrio
                        2A + B ↔ A 2 B

                        Kc    =
                                  [ A B]
                                      2

                                [ A] [ B]
                                      2




Variación de Kc con la expresión de la ecuación
balanceada
Si la ecuación para una reacción dada se multiplica por un número
positivo o negativo, n, entonces el valor original de Kc se eleva a la
enésima potencia. Por tanto siempre debe escribirse la ecuación
balanceada y el valor de Kc para cada reacción
Factores que afectan al equilibrio
 Principio de Le Chatelier:
 “Cuando se efectúa un cambio de condiciones (tensión) en un sistema en
 equilibrio, dicho sistema responde de manera que tiende a reducir la
 tensión y a alcanzar un nuevo equilibrio.”
 Pueden considerarse cuatro tipo de cambios:
 1) Cambios de concentración
 2) Cambios de presión (cambios de volúmenes para reacciones en fase
 gaseosa
 3) Cambios de temperatura
 4) Introducción de catalizadores
Cambios de Concentración
                        A+ B↔ C+ D

                           Kc    =
                                   [ C][ D]
                                   [ A][ B]
              Tensión o Cambio                Q   Desplazamiento

   Aumento de concentración de A o B       Q<K    Hacia la derecha

   Aumento de concentración de C o D       Q>K    Hacia la izquierda

   Disminución de concentración de A o B   Q>K    Hacia la izquierda

   Disminución de concentración de C o D   Q<K    Hacia la derecha
Cambios de Volumen y Presión
                            A ( g ) ↔ 2D ( g )

                              Kc   =
                                     [ D] 2


                                      [ A]
       Tensión o Cambio            Q             Desplazamiento

   Disminución de presión          Q<K   Hacia mayor número de moles
   (Aumento de volumen)                  de gas (para la reacción:
                                         derecha)
   Incremento de presión           Q>K   Hacia un número menor de
   (Disminución de volumen)              moles de gas (para la reacción:
                                         izquierda
Cambios de Temperatura

    A+ B↔ C+ D           ∆ H(− )
    W+X↔ Y+Z             ∆ H(+ )
Es equivalente a:
    A + B ↔ C + D + calor
    W + X + calor ↔ Y + Z
Introducción de un Catalizador
  La adición de un catalizador acelera o retarda la reacción, pero afecta
  tanto la reacción directa como la inversa, de otra manera, empleando un
  catalizador se alcanzará en mayor o menor tiempo el equilibrio.




Presiones Parciales y la constante de
Equilibrio
           aA ( g ) + bB( g ) ↔ cC( g ) + dD ( g )

                           Kp   =
                                  (P ) (P )
                                     C
                                         c
                                             D
                                                 d


                                  (P ) (P )
                                     A
                                         a
                                             B
                                                 b
Relación entra Kc y Kp
          K c = K p ( RT )
                                 − ∆n



          ∆ n = ( n producgas − n reac tg as )

Equilibrios Heterogéneos
            Ejemplo
            2HgO( s ) ↔ 2Hg ( l ) + O 2 ( g )
            K c = [ O2 ]
            K p = ( PO   2
                             )
Evaluación de las Constantes de Equilibrio
       a Diferentes Temperaturas.


             KT     ∆Hº  1 1 
          ln
            K
                2
                    =     − 
                     R T T 
             T 1         1  2 




              Ecuación de van´t Hoff
¿Cómo se puede modificar la situación de
              equilibrio?

         .


Cambiando la constante de equilibrio     Cambiando la
                                         temperatura




                                         Cambiando el resto de
                                         condiciones:
Sin cambiar la constante de equilibrio   Presión, concentración y
                                         catalizadores.
PRINCIPIO DE LE CHATELIER

• Cuando      el    sistema    se
  encuentra en equilibrio y
  existe una fuerza que busca
  modificar su estado de
  equilibrio, el sistema trata de
  anular o minimizar la acción
  de dicha la fuerza.
Efecto de un cambio de temperatura (a P
                 cte)
      ENDOTÉRMICA: gana calor.
         Si ∆Hº > 0 (endotérmica)
              A + B + Calor = C + D
         Al disminuir la temperatura   :←

         si aumentamos la temperatura: →
      • EXOTÉRMICA: Libera o desprende calor.
         Si ∆Hº < 0 (exotérmica):
                  A + B = C + D + Calor
        Al disminuir la temperatura     : →

         si aumentamos la temperatura: ←
Efecto de la adicción/sustracción de
              reactivos
   o de productos gaseosos (a T y V
                ctes)
    •   De acuerdo a la reacción
             A+B = C+D
         Si se adiciona productos: La reacción ←

          Si se adiciona reactantes: La reacción →

            Si se reduce la c0ncentración reactantes: La
        reacción ←


            Si se reduce la concentración de productos :
        La reacción →
EFECTO DE LA PRESION

• Cuando se incrementa la Presión, el sistema se
  desplaza al lugar donde exista menor cantidad de
  moles.
   3A + B     4C + D
   Si se incrementa la Presión: Reacción ←
• Cuando disminuye la Presión, el sistema se
  desplaza al lugar donde exista mayor cantidad de
  moles.
   5A + B      4C + 3D
   Si disminuye la Presión: Reacción →
Reacciones reversibles
   • Son aquellas en las cuales los productos
     que se van formando, nuevamente
     reaccionan para formar los reactantes.



                                      Reacción
2 NO2           N2O4                   directa


                                      Reacción
N2O4            2 NO2                  inversa

                                      Reacción en
2 NO2           N2O4                   equilibrio
Equilibrio N2O4 - NO2




N2O4 congelado   A Tª ambiente el    El equilibrio químico
  es incoloro         N2O4 se       es el punto donde las
                 descompone en       concentraciones de
                  NO2 (marrón)      todas las especie son
                                          constantes
Reacciones en equilibrio

• rdirecta = r inversa
• Ambas reacciones ocurren con la misma
  rapidez por lo que no se aprecian cambios
  (la concentración de las sustancias se
  hace constante y se mantienen así a no ser
  que el sistema se perturbe)
Condición de equilibrio
-Las concentraciones no varían
-Las velocidades directa e inversa se
hacen iguales

Para la rxn          A        B
                   rd = kd[A]
                   ri = ki[B] k [A]
                                d




                               ki[B]
Equilibrio químico
                                  [HI]

                                  [I2]
a t nec no C

     )l /l o m
     s eno c




                                  [H2]
              (
            i




                                         Tiempo (s)
 r
Constante de equilibrio (Kc)

     • En una reacción cualquiera:
        aA+bBcC+dD
       la constante Kc tomará el valor:
                    [C ] × [D ]
                         c      d
               Kc =
                    [ A] × [B]
                        a       b


     • para concentraciones en el equilibrio
     • La constante Kc cambia con la temperatura
     • ¡ATENCIÓN!: Sólo se incluyen las especies
       gaseosas y/o en disolución. Las especies
       en estado sólido o líquido tienen
32
       concentración constante y por tanto, se
       integran en la constante de equilibrio.
Carlos Timaná
CEPRE-UNI


                     La constante de equilibrio


      • En el equilibrio las concentraciones se hacen
        constantes y la relación entre ellas también será
        una constante. La aplicación de la LAM a rxns
        reversibles lleva a la expresión:


                                    aA + bB(g)           pP + qQ

             Constante de equilibrio en
           función de las concentraciones        Kc =
                                                      [ P ] p [ Q] q
                       molares                        [ A ] a [ B] b
Ejercicio 1: Escribir las expresiones de KC para
 los siguientes equilibrios químicos:
 a) N2O4(g)  2 NO2(g);
 b) 2 NO(g) + Cl2(g)  2 NOCl(g);
 c) CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g);
 d) 2 NaHCO3(s)  Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g).




   34
La constante de equilibrio en
               gases
• Para rxns en estado gaseoso podemos
  expresar la constante de equilibrio en
  función de las presiones parciales (en
  atmósferas)
                                    ( PP ) p ( PQ ) q
                             KP   =
• P A = [A]( RT )
                                    ( PA ) a ( PB ) b
• Al relacionar Kp y Kc:
   ∆ n = n gas (productos) - n gas (reactivos)
                                   K P = K c ( RT ) ∆n
Ejemplo 2: En un recipiente de 10 litros se
 introduce una mezcla de 4 moles de N2(g) y
12 moles de H2(g);
a)escribir la reacción de equilibrio;
b)si establecido éste se observa que hay 0,92 moles
de NH3(g),
c)determinar las concentraciones de N2 e H2 en el
equilibrio y la constante Kc.
a) Equilibrio: N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g)
Moles inic.:   4         12          0
Moles equil. 4 – 0,46 12 – 1,38     0,92

b)               3,54     10,62      0,92
conc. eq(mol/l) 0,354     1,062     0,092
       [NH3]2         0,0922 M2
Kc = ————— = ——————— = 1,996 · 10–2 M–2
     [H2]3 · [N2] 1,0623 · 0,354 M4
Ejercicio 3: En un recipiente de 250 ml se
introducen 3 g de PCl5, estableciéndose el
equilibrio:  PCl5(g)    PCl3 (g) + Cl2(g).
Sabiendo que la KC a la temperatura del
experimento    es    0,48,     determinar la
composición molar del equilibrio..
Características del equilibrio
• Es dinámico: la rxn no se detiene. Ambas
      dinámico
  rxns ocurren simultáneamente.
• Es elástico (espontáneo): se logra sin
  necesidad de fuerza o agente exterior. Si el
  sistema es perturbado, tratará
  espontáneamente de alcanzarlo nuevamente.
• Es una competencia entre dos tendencias
  opuestas.
• Es independiente del camino que sigue la
  rxn y solo depende de las concentraciones
  finales de reactivos y productos.
Constante de equilibrio (Kp) (continuación)

     • Vemos, pues, que KP puede depender
       de la temperatura siempre que haya un
       cambio en el nº de moles de gases

           pcc · pDd [C] c (RT)c · [D] d (RT)d
      Kp = ———— = —————————— =
           pAa · pBb [A] a (RT)a · [B] b (RT)b
                                ∆n
             K P = KC × (RT )


42
Ejemplo 4: Calcular la constante Kp a 1000 K en
 la reacción de formación del amoniaco vista
 anteriormente. (KC = 1,996 ·10–2 M–2)

             N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g)
∆n = nproductos – nreactivos = 2 – (1 + 3) = –2
KP = Kc · (RT)∆n =
             L2             atm·L                     –2
1,996 ·10 —— · 0,082 ——— ·1000K
         –2
                                                  =
            mol2·    mol · K

         Kp = 2,97 · 10–6 atm–2
Ejercicio 5 :
La constante de equilibrio de la reacción: N2O4
 2 NO2 vale 0,671 a 45ºC . Calcule la presión
total en el equilibrio en un recipiente que se ha
llenado con N2O4 a 10 atmósferas y a dicha
temperatura.
Datos: R = 0,082 atm·l·mol-1·K-1.
De la ecuación de los gases podemos deducir:
               p    10 atm · mol ·K
[N2O4]inic. = ——— = ————————— = 0, 38 M
              R · T 0,082 atm·L · 318 K
Equilibrio:       N2O4  2 NO2
conc. Inic. (M)   0,38      0
conc. Equil. (M) 0,38 – x   2x
      [NO2]2     4x2
Kc = ——— = ———— = 0,671 ⇒ x = 0,18
     [N2O4] 0,38 – x
Ejemplo 6: En un matraz de 5 litros se introducen
2 moles de PCl5(g) y 1 mol de de PCl3(g) y se
establece el siguiente equilibrio:
PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g). Sabiendo que Kc (250 ºC)
= 0,042;
a) ¿cuáles son las concentraciones de cada
sustancia en el equilibrio?; b) ¿cuál es el grado de
disociación?
Significado de la Keq




• Cuanto mayor sea K (Kc>1), mayor es la
  conversión de reactantes en productos.
• Cuanto menor sea K (Kc<1), menor es la
  conversión de reactantes en productos
Expresión de Keq: Sistemas homogéneos

Cuando todos los reactivos y productos
están en una fase, el equilibrio es
homogéneo.
Cuando se trata de gases, todas las
especies intervienen
     Ejemplo: 3H2(g) + N2(g)      22NH3(g)

                   [NH3]2                        3P NH3
       Kc =                           Kp =
  Kp = Kc (RT)2-(3+1) 2] [N2] -2
                [H = Kc(RT)                    PL PN2
                     3
                                   R = 0,082 atm H2 / mol K
Expresión de Keq: Sistemas homogéneos

En soluciones líquidas no se considera el solvente; solo
se consideran las especies cuya concentración cambia
durante la rxn.
Ejemplo:
CH3COOH(ac) + C2H5OH(ac)       CH3COOC2H5(ac) + H2O(l)



 El H2O es solvente y su              [CH3COOC2H5]
 concentración no varía!!,   Kc =
    es una constante!!              [CH3COOH][C2H5OH]
Expresión de Keq: Sistemas heterogéneos

   Si uno o más reactivos o productos están en
   fase diferente el equilibrio es heterogéneo.
         CaCO3(s)           CaO(s) + CO2(g)




   La concentración de los sólidos y los líquidos puros
       permanecen constante durante la reacción.
Expresión de Keq: Sistemas heterogéneos
 - La posición de equilibrio es independiente de la
   cantidad de sólido o líquidos, mientras algo esté
   presente.
 - No es necesario que los términos correspondientes
   a líquidos o sólidos aparezcan en la constante de
   equilibrio.
 - Para la descomposición de CaCO3:
Kc =
        [ CaO]      • [ CO 2 ] = constant • [ CO 2 ] .
       [ CaCO 3 ]                                CaCO3(s)              CaO(s) + CO2(g)
∴ K c′ = K c • constant = [ CO 2 ]
                            Otro ejemplo:
                                               C(s) + H2O(g)               CO(g) + H2(g)

                                                            [CO][H2]        PCOPH2
                                                     Kc =              =             (RT)1
                                                             [H2O]2          PH2O2
Ejemplo de equilibrios múltiples


N2O(g) + ½O2               2 NO(g)              Kc= ?

                                                                       [N2O]
N2(g) + ½O2            N2O(g)          Kc(2)= 2.7x10    +18   =
                                                                       [N2][O2]½

                                                                      [NO]2
N2(g) + O2         2 NO(g)             Kc(3)= 4.7x10-31       =
                                                                      [N2][O2]


        [NO]2               [NO]2      [N2][O2]½              1
Kc =                   =                            = Kc(3)           = 1.7x10-13
       [N2O][O2]   ½
                            [N2][O2]    [N2O]                 Kc(2)
Predicción de la dirección de una
            reacción
Definimos para una reacción en general,
el cociente de reacción, Q:
                                   c    d
                                CC CD
aA + bB      cC + dD     Q=
                                CA a CB b




                         Q=K


          A la derecha           A la izquierda
Efectos de los cambios en el
         equilibrio
         Principio de Le Chatelier

  Si un sistema químico en equilibrio
  es perturbado por un cambio en la
       concentración, presión o
      temperatura, el sistema se
    desplazará, si es posible, para
  contrarrestar la mayor parte de la
             perturbación
Relación entre Kc y α.
     • Sea una reacción A  B + C.
     • Si llamamos “c” = [A]inicial y suponemos que en
       principio sólo existe sustancia “A”,
       tendremos que:
     • Equilibrio:           A         B +       C
     • Conc. Inic. (mol/l):    c           0      0
     • conc. eq(mol/l)      c(1– α)        c ·α   c ·α
     •       [B] · [C]    c ·α · c ·α      c ·α 2
       Kc = ———— = ————— = ———
                [A]     c · (1– α)       (1– α)
     • En el caso de que la sustancia esté poco
       disociada (Kc muy pequeña): α << 1 y
     •                  Kc ≅ c ·α 2
55
Ejemplo 7 : En un recipiente de 3 litros se
introducen 0,6 moles de HI, 0,3 moles de H2 y
0,3 moles de I2 a 490ºC. Si Kc = 0,022 a 490ºC
para
2 HI(g)  H2(g) + I2(g)
a)¿se encuentra en equilibrio?;
b)Caso de no encontrarse, ¿cuantos moles de
HI, H2 e I2 habrá en el equilibrio?
Efectos de los cambios en el
                     equilibrio:
            Cambios en la concentración
• Si C, la rxn se desplaza en el sentido que disminuya dicha C.
• Si C, la rxn se desplaza en el sentido que aumente dicha C
• Ejemplo:    SO2(g) + NO2(g)      NO(g) + SO3

                      [NO][SO3]
  equilibrio: Kc =
                      [SO2][NO2]
                                                           rxn
  si se introduce NO2, entonces la rxn consumirá NO2 (      )
  y se logrará un nuevo equilibrio con nuevas concentraciones que
  satisfagan el valor de Kc.

                           [NO]’[SO3]’
  nuevo equilibrio: Kc =
                           [SO2]’[NO2]’
Efectos de los cambios en el
             equilibrio:
       Cambios en la presión
• En sistemas gaseosos, al variar el volumen varía la
  presión.
• Si V  P  la rxn se desplazará hacia el lado
  que aumente el ngas.
• Si V  P  la rxn se desplazará hacia el lado
  que disminuya el ngas.
• Ejemplo: 3H2(g) + N2(g)        2 NH3(g)
  Si V  P                   aumenta la
  producción         rxn
Efectos de los cambios en el equilibrio:
           Cambios en la temperatura

• Los cambios de T alteran el equilibrio y modifican
  el valor de Keq.
• Rxns endotérmicas: R + calor      P
   – Si T    calor  la rxn consume calor 
   – Si T    calor  la rxn produce calor      rxn
• Rxns exotérmicas: R         P + calor
   – Si T    calor  la rxn consume calor      rxn
   – Si T    calor  la rxn produce calor 
                                                 rxn

                                                 rxn
FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO
 ¿Hacia dónde se desplazará el equilibrio al:
a) disminuir la presión?
b) aumentar la temperatura?
H2O(g) + C(s)  CO(g) + H2(g) (∆H > 0)
Efecto de la temperatura




Cr(H2O)6(aq) + 4Cl-(aq)    CoCl42-(aq) + 6H2O(l)   ∆H >
                                                   0.
     Rosa claro                   Azul
     Si ↓ T se obtiene color rosa, y
     si ↑ T la disolución se vuelve azul.
Efectos de los cambios en el
            equilibrio:
     adición de un catalizador
- El catalizador modifica el mecanismo de
reacción, disminuyendo la energía de
activación del proceso químico.
- Disminuye el tiempo necesario para alcanzar
el equilibrio
- Pero no afecta la composición de la mezcla
en el equilibrio (no se obtiene mayor cantidad
de producto)
MU
                                                      M
                     Variaciones en el             IM UY
                                         equilibrio IMP Y
                                                      PO
                                                        OR
                                                         RT
                                                           TA
                                                           AN
             ∀   ∆
                 [reactivos] > 0           →                NT
                                                              TE
                                                                E
             ∀   ∆
                 [reactivos] < 0        ←
             ∀   ∆
                 [productos] > 0        ←
             ∀   ∆
                 [productos] < 0        →
             ∀   ∆
                 T > 0 (exotérmicas)    ←
             ∀   ∆
                 T > 0 (endotérmicas)   →
             ∀   ∆
                 T < 0 (exotérmicas)    →
Variación    ∀   ∆
                 T < 0 (endotérmicas)   ←
  en el      ∀   ∆
                 p > 0 Hacia donde menos nº moles de
equilibrio
                                        gases
             ∀ ∆ p < 0 Hacia donde más nº moles de gases
     63
CALCULOS DE EQUILIBRIO
Ejercicios y problemas resuelto
1.- Se ha realizado la reacción N2O4(g) <===> 2 NO2(g) varias
veces, con distintas cantidades, siempre a 134 ºC. Una vez
alcanzado el equilibrio las concentraciones de las dos sustancias
en cada muestra fueron:




 Completar la tabla:
Hay que tener en cuenta que la Kc es una constante, para cada
ecuación de equilibrio, que sólo depende de la temperatura, luego:
2.- La constante de equilibrio para:
                  Cl2(g) + CO(g) <===> COCl2(g)
es Kc = 5 (mol/l)-1 a cierta temperatura. Se tienen las siguientes
mezclas en respectivos recipientes, todos de un litro:




¿Está cada uno de estos sistemas en equilibrio? Si no, ¿en qué
sentido evolucionarán?
3.- La Kc= 4,1·10-2 moles/l, para:
                      PCl5 <===> PCl3 + Cl2
En un reactor se pone PCl5.. Al llegar al equilibrio hay 0,53 moles
de Cl2 y 0,32 moles de PCl5. ¿Cuál es el volumen del reactor ?. Si
se reduce a la mitad el volumen ¿cuál es la composición del gas en
equilibrio?.
A) Inicialmente sólo hay PCl5 que al descomponerse formará los
mismos moles de PCl3 y de Cl2 , luego en el equilibrio tendremos:
0,32 moles de PCl5 0,53 moles de Cl2 y 0,53 moles de PCl3
B) Según el principio de Le Chatelier, una disminución del
volumen (a T=cte), hará que el proceso evolucione en el sentido de
aumento del número de moles estequiométricos (sentido inverso).
En efecto, cuando se alcance el nuevo equilibrio.
CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE
       INVESTIGACIÓN SUGERIDAS
Investigar lo siguiente:
1. Dentro de los parámetros termodinámicos ¿Cuál de
   ellos es el que le afecta mas el equilibrio
   termodinámico?

2. ¿Cuales son los requisitos que debemos tener en
   cuenta para que el equilibrio de un proceso se
   mantenga ?
GRACIAS

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Sem5a equili 2012 3ultima modifica

  • 1. CICLO 2012-III Módulo: I Unidad: II I Semana: 5 QUIMICA GENERAL Lic. Quím. Jenny Fernández Vivanco
  • 2. ORIENTACIONES Se recomienda revisar las bases teóricas en su guía didáctica de química general. Es necesario que dedique dos horas diarias a su estudio, consultando los libros o textos de lectura obligatorios y el material impreso que se le ha entregado. Es obligatorio que revise los videos complementarios que se le adjunta sus respectivos link en internet.
  • 3. EQUILIBRIO QUIMICO • Cuando una reacción química (reversible) alcanza el estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo a una determinada temperatura y no se producen cambios visibles en la reacción. aA + Bb cC + dD
  • 4. Cuando se logra el equilibrio la reacción progresiva se desarrolla con la misma velocidad que su reacción regresiva en el proceso químico. Desarrollo de la Reacción
  • 5. GRAFICAS DEL EQUILIBRIO QUIMICO N2O 4 ←→ 2NO 2
  • 6. La constante de Equilibrio Kc En la reacción : a A + bB cC+dD La velocidad Progresiva : K1 CAa CBb La velocidad Regresiva : K2 CCc CDd En el equilibrio las Velocidades son iguales: K1 CA a CBb = K2 Ccc CDd K1 C c c C Dd K 2 = C A a C B b = KC •  La constante Kc cambia con la temperatura.  Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolución. Las especies en estado sólido o el agua tienen concentración constante y por tanto, se integran en la constante de equilibrio.
  • 7. Significado del valor de Kc tiempo tiempo concentración KC ≈ 100 nó c a t nec noc i r KC > 105 KC < 10-2 rt nec noc 7 tiempo
  • 8.  Si el KC es mayor que la unidad, la reacción se ha desplazado a la derecha o la concentración de los PRODUCTO S productos es mayor. REACTANTES  Si el KC es menor que la unidad, la reacción se ha desplazado a la izquierda o la concentración de REACTA NTES los reactantes es mayor. PRODUCTOS Kc << 1
  • 9. EJEMPLOS DE Kc La concentración de los líquidos y de los sólidos puros no se incluye en la constante de equilibrio. Kc = [NO2 ] 2 N2O4(g) 2NO2(g) [N2O 4 ] Kc = [NH3 ] 2 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) [N2 ] [H2 ] 3 CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) K c = [CO2 ]
  • 10. CONSTANTE EQUILBRIO KP • De acuerdo a la reacción: aA + Bb cC + dD • Como PV = RTn, P/RT = n/V = C  CA = PA /RT , CB = PB /RT CC= PC /RT CD = PD /RT (PC/RT)c(PD • Reemplazando en Ecuación de)d /RT Kc: Kc = (PA /RT)a (PB /RT • )b (PC ) c (PD (PC ) c (PD )d )d Kc = Kp = (RT)-∆n (PA )a (PB )b (PA )a (PB )b • Considerando
  • 11. Sistema SO2/O2/SO3 2SO 2 ( g ) + O 2 ( g ) ↔ 2SO3( g ) 0,4M [SO2] 0,4M [SO2] Concentraci Concentraci 0,2M [O2] [O2] 0,1M ón [SO3] [SO3] ón te te Tiempo Tiempo
  • 12. Ejemplo: Tengamos el equilibrio: 2 SO2(g) + O2(g)  2 SO3(g). Se hacen cinco experimentos en los que se introducen diferentes concentraciones iniciales de ambos reactivos (SO2 y O2). Se produce la reacción y una vez alcanzado el equilibrio se miden las concentraciones tanto de reactivos como de productos observándose los siguientes datos: Concentr. equilibrio Concentr. iniciales (mol/l) (mol/l) [SO2] [O2] [SO3] [SO2] [O2] [SO3] Kc Exp 1 0,20 0,20 — 0,030 0,155 0,170 279,2 Exp 2 0,15 0,40 — 0,014 0,332 0,135 280,7 Exp 3 — — 0,20 0,053 0,026 0,143 280,0 Exp 4 — — 0,70 0,132 0,066 0,568 280,5 12 Exp 5 0,15 0,40 0,25 0,037 0,343 0,363 280,6
  • 13. Concentr. iniciales Concentr. equilibrio (mol/l) (mol/l) [SO2] [O2] [SO3] [SO2] [O2] [SO3] Kc Exp 1 0,200 0,200 — 0,030 0,115 0,170 279,2 Exp 2 0,150 0,400 — 0,014 0,332 0,135 280,1 Exp 3 — — 0,200 0,053 0,026 0,143 280,0 Exp 4 — — 0,700 0,132 0,066 0,568 280,5 Exp 5 0,150 0,400 0,250 0,037 0,343 0,363 280,6 • En la reacción anterior: 2 SO2(g) + O2(g)  2 SO3(g) • KC se obtiene aplicando la expresión: [SO3 ]2 KC = [SO2 ]2 × [O2 ] • y como se ve es prácticamente 13 constante.
  • 14. La Constante de Equilibrio 2A + B ↔ A 2 B Kc = [ A B] 2 [ A] [ B] 2 Variación de Kc con la expresión de la ecuación balanceada Si la ecuación para una reacción dada se multiplica por un número positivo o negativo, n, entonces el valor original de Kc se eleva a la enésima potencia. Por tanto siempre debe escribirse la ecuación balanceada y el valor de Kc para cada reacción
  • 15. Factores que afectan al equilibrio Principio de Le Chatelier: “Cuando se efectúa un cambio de condiciones (tensión) en un sistema en equilibrio, dicho sistema responde de manera que tiende a reducir la tensión y a alcanzar un nuevo equilibrio.” Pueden considerarse cuatro tipo de cambios: 1) Cambios de concentración 2) Cambios de presión (cambios de volúmenes para reacciones en fase gaseosa 3) Cambios de temperatura 4) Introducción de catalizadores
  • 16. Cambios de Concentración A+ B↔ C+ D Kc = [ C][ D] [ A][ B] Tensión o Cambio Q Desplazamiento Aumento de concentración de A o B Q<K Hacia la derecha Aumento de concentración de C o D Q>K Hacia la izquierda Disminución de concentración de A o B Q>K Hacia la izquierda Disminución de concentración de C o D Q<K Hacia la derecha
  • 17. Cambios de Volumen y Presión A ( g ) ↔ 2D ( g ) Kc = [ D] 2 [ A] Tensión o Cambio Q Desplazamiento Disminución de presión Q<K Hacia mayor número de moles (Aumento de volumen) de gas (para la reacción: derecha) Incremento de presión Q>K Hacia un número menor de (Disminución de volumen) moles de gas (para la reacción: izquierda
  • 18. Cambios de Temperatura A+ B↔ C+ D ∆ H(− ) W+X↔ Y+Z ∆ H(+ ) Es equivalente a: A + B ↔ C + D + calor W + X + calor ↔ Y + Z
  • 19. Introducción de un Catalizador La adición de un catalizador acelera o retarda la reacción, pero afecta tanto la reacción directa como la inversa, de otra manera, empleando un catalizador se alcanzará en mayor o menor tiempo el equilibrio. Presiones Parciales y la constante de Equilibrio aA ( g ) + bB( g ) ↔ cC( g ) + dD ( g ) Kp = (P ) (P ) C c D d (P ) (P ) A a B b
  • 20. Relación entra Kc y Kp K c = K p ( RT ) − ∆n ∆ n = ( n producgas − n reac tg as ) Equilibrios Heterogéneos Ejemplo 2HgO( s ) ↔ 2Hg ( l ) + O 2 ( g ) K c = [ O2 ] K p = ( PO 2 )
  • 21. Evaluación de las Constantes de Equilibrio a Diferentes Temperaturas.  KT  ∆Hº  1 1  ln K 2 =  −   R T T   T 1   1 2  Ecuación de van´t Hoff
  • 22. ¿Cómo se puede modificar la situación de equilibrio? . Cambiando la constante de equilibrio Cambiando la temperatura Cambiando el resto de condiciones: Sin cambiar la constante de equilibrio Presión, concentración y catalizadores.
  • 23. PRINCIPIO DE LE CHATELIER • Cuando el sistema se encuentra en equilibrio y existe una fuerza que busca modificar su estado de equilibrio, el sistema trata de anular o minimizar la acción de dicha la fuerza.
  • 24. Efecto de un cambio de temperatura (a P cte) ENDOTÉRMICA: gana calor. Si ∆Hº > 0 (endotérmica) A + B + Calor = C + D Al disminuir la temperatura :← si aumentamos la temperatura: → • EXOTÉRMICA: Libera o desprende calor. Si ∆Hº < 0 (exotérmica): A + B = C + D + Calor Al disminuir la temperatura : → si aumentamos la temperatura: ←
  • 25. Efecto de la adicción/sustracción de reactivos o de productos gaseosos (a T y V ctes) • De acuerdo a la reacción A+B = C+D Si se adiciona productos: La reacción ← Si se adiciona reactantes: La reacción → Si se reduce la c0ncentración reactantes: La reacción ← Si se reduce la concentración de productos : La reacción →
  • 26. EFECTO DE LA PRESION • Cuando se incrementa la Presión, el sistema se desplaza al lugar donde exista menor cantidad de moles. 3A + B 4C + D Si se incrementa la Presión: Reacción ← • Cuando disminuye la Presión, el sistema se desplaza al lugar donde exista mayor cantidad de moles. 5A + B 4C + 3D Si disminuye la Presión: Reacción →
  • 27. Reacciones reversibles • Son aquellas en las cuales los productos que se van formando, nuevamente reaccionan para formar los reactantes. Reacción 2 NO2 N2O4 directa Reacción N2O4 2 NO2 inversa Reacción en 2 NO2 N2O4 equilibrio
  • 28. Equilibrio N2O4 - NO2 N2O4 congelado A Tª ambiente el El equilibrio químico es incoloro N2O4 se es el punto donde las descompone en concentraciones de NO2 (marrón) todas las especie son constantes
  • 29. Reacciones en equilibrio • rdirecta = r inversa • Ambas reacciones ocurren con la misma rapidez por lo que no se aprecian cambios (la concentración de las sustancias se hace constante y se mantienen así a no ser que el sistema se perturbe)
  • 30. Condición de equilibrio -Las concentraciones no varían -Las velocidades directa e inversa se hacen iguales Para la rxn A B rd = kd[A] ri = ki[B] k [A] d ki[B]
  • 31. Equilibrio químico [HI] [I2] a t nec no C )l /l o m s eno c [H2] ( i Tiempo (s) r
  • 32. Constante de equilibrio (Kc) • En una reacción cualquiera: aA+bBcC+dD la constante Kc tomará el valor: [C ] × [D ] c d Kc = [ A] × [B] a b • para concentraciones en el equilibrio • La constante Kc cambia con la temperatura • ¡ATENCIÓN!: Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolución. Las especies en estado sólido o líquido tienen 32 concentración constante y por tanto, se integran en la constante de equilibrio.
  • 33. Carlos Timaná CEPRE-UNI La constante de equilibrio • En el equilibrio las concentraciones se hacen constantes y la relación entre ellas también será una constante. La aplicación de la LAM a rxns reversibles lleva a la expresión: aA + bB(g) pP + qQ Constante de equilibrio en función de las concentraciones Kc = [ P ] p [ Q] q molares [ A ] a [ B] b
  • 34. Ejercicio 1: Escribir las expresiones de KC para los siguientes equilibrios químicos: a) N2O4(g)  2 NO2(g); b) 2 NO(g) + Cl2(g)  2 NOCl(g); c) CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g); d) 2 NaHCO3(s)  Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g). 34
  • 35.
  • 36. La constante de equilibrio en gases • Para rxns en estado gaseoso podemos expresar la constante de equilibrio en función de las presiones parciales (en atmósferas) ( PP ) p ( PQ ) q KP = • P A = [A]( RT ) ( PA ) a ( PB ) b • Al relacionar Kp y Kc:  ∆ n = n gas (productos) - n gas (reactivos) K P = K c ( RT ) ∆n
  • 37. Ejemplo 2: En un recipiente de 10 litros se introduce una mezcla de 4 moles de N2(g) y 12 moles de H2(g); a)escribir la reacción de equilibrio; b)si establecido éste se observa que hay 0,92 moles de NH3(g), c)determinar las concentraciones de N2 e H2 en el equilibrio y la constante Kc.
  • 38. a) Equilibrio: N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g) Moles inic.: 4 12 0 Moles equil. 4 – 0,46 12 – 1,38 0,92 b) 3,54 10,62 0,92 conc. eq(mol/l) 0,354 1,062 0,092 [NH3]2 0,0922 M2 Kc = ————— = ——————— = 1,996 · 10–2 M–2 [H2]3 · [N2] 1,0623 · 0,354 M4
  • 39. Ejercicio 3: En un recipiente de 250 ml se introducen 3 g de PCl5, estableciéndose el equilibrio: PCl5(g)  PCl3 (g) + Cl2(g). Sabiendo que la KC a la temperatura del experimento es 0,48, determinar la composición molar del equilibrio..
  • 40.
  • 41. Características del equilibrio • Es dinámico: la rxn no se detiene. Ambas dinámico rxns ocurren simultáneamente. • Es elástico (espontáneo): se logra sin necesidad de fuerza o agente exterior. Si el sistema es perturbado, tratará espontáneamente de alcanzarlo nuevamente. • Es una competencia entre dos tendencias opuestas. • Es independiente del camino que sigue la rxn y solo depende de las concentraciones finales de reactivos y productos.
  • 42. Constante de equilibrio (Kp) (continuación) • Vemos, pues, que KP puede depender de la temperatura siempre que haya un cambio en el nº de moles de gases pcc · pDd [C] c (RT)c · [D] d (RT)d Kp = ———— = —————————— = pAa · pBb [A] a (RT)a · [B] b (RT)b ∆n K P = KC × (RT ) 42
  • 43. Ejemplo 4: Calcular la constante Kp a 1000 K en la reacción de formación del amoniaco vista anteriormente. (KC = 1,996 ·10–2 M–2) N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g) ∆n = nproductos – nreactivos = 2 – (1 + 3) = –2 KP = Kc · (RT)∆n = L2 atm·L –2 1,996 ·10 —— · 0,082 ——— ·1000K –2 = mol2· mol · K Kp = 2,97 · 10–6 atm–2
  • 44. Ejercicio 5 : La constante de equilibrio de la reacción: N2O4  2 NO2 vale 0,671 a 45ºC . Calcule la presión total en el equilibrio en un recipiente que se ha llenado con N2O4 a 10 atmósferas y a dicha temperatura. Datos: R = 0,082 atm·l·mol-1·K-1.
  • 45. De la ecuación de los gases podemos deducir: p 10 atm · mol ·K [N2O4]inic. = ——— = ————————— = 0, 38 M R · T 0,082 atm·L · 318 K Equilibrio: N2O4  2 NO2 conc. Inic. (M) 0,38 0 conc. Equil. (M) 0,38 – x 2x [NO2]2 4x2 Kc = ——— = ———— = 0,671 ⇒ x = 0,18 [N2O4] 0,38 – x
  • 46. Ejemplo 6: En un matraz de 5 litros se introducen 2 moles de PCl5(g) y 1 mol de de PCl3(g) y se establece el siguiente equilibrio: PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g). Sabiendo que Kc (250 ºC) = 0,042; a) ¿cuáles son las concentraciones de cada sustancia en el equilibrio?; b) ¿cuál es el grado de disociación?
  • 47. Significado de la Keq • Cuanto mayor sea K (Kc>1), mayor es la conversión de reactantes en productos. • Cuanto menor sea K (Kc<1), menor es la conversión de reactantes en productos
  • 48. Expresión de Keq: Sistemas homogéneos Cuando todos los reactivos y productos están en una fase, el equilibrio es homogéneo. Cuando se trata de gases, todas las especies intervienen Ejemplo: 3H2(g) + N2(g) 22NH3(g) [NH3]2 3P NH3 Kc = Kp = Kp = Kc (RT)2-(3+1) 2] [N2] -2 [H = Kc(RT) PL PN2 3 R = 0,082 atm H2 / mol K
  • 49. Expresión de Keq: Sistemas homogéneos En soluciones líquidas no se considera el solvente; solo se consideran las especies cuya concentración cambia durante la rxn. Ejemplo: CH3COOH(ac) + C2H5OH(ac) CH3COOC2H5(ac) + H2O(l) El H2O es solvente y su [CH3COOC2H5] concentración no varía!!, Kc = es una constante!! [CH3COOH][C2H5OH]
  • 50. Expresión de Keq: Sistemas heterogéneos Si uno o más reactivos o productos están en fase diferente el equilibrio es heterogéneo. CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) La concentración de los sólidos y los líquidos puros permanecen constante durante la reacción.
  • 51. Expresión de Keq: Sistemas heterogéneos - La posición de equilibrio es independiente de la cantidad de sólido o líquidos, mientras algo esté presente. - No es necesario que los términos correspondientes a líquidos o sólidos aparezcan en la constante de equilibrio. - Para la descomposición de CaCO3: Kc = [ CaO] • [ CO 2 ] = constant • [ CO 2 ] . [ CaCO 3 ] CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) ∴ K c′ = K c • constant = [ CO 2 ] Otro ejemplo: C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) [CO][H2] PCOPH2 Kc = = (RT)1 [H2O]2 PH2O2
  • 52. Ejemplo de equilibrios múltiples N2O(g) + ½O2 2 NO(g) Kc= ? [N2O] N2(g) + ½O2 N2O(g) Kc(2)= 2.7x10 +18 = [N2][O2]½ [NO]2 N2(g) + O2 2 NO(g) Kc(3)= 4.7x10-31 = [N2][O2] [NO]2 [NO]2 [N2][O2]½ 1 Kc = = = Kc(3) = 1.7x10-13 [N2O][O2] ½ [N2][O2] [N2O] Kc(2)
  • 53. Predicción de la dirección de una reacción Definimos para una reacción en general, el cociente de reacción, Q: c d CC CD aA + bB cC + dD Q= CA a CB b Q=K A la derecha A la izquierda
  • 54. Efectos de los cambios en el equilibrio Principio de Le Chatelier Si un sistema químico en equilibrio es perturbado por un cambio en la concentración, presión o temperatura, el sistema se desplazará, si es posible, para contrarrestar la mayor parte de la perturbación
  • 55. Relación entre Kc y α. • Sea una reacción A  B + C. • Si llamamos “c” = [A]inicial y suponemos que en principio sólo existe sustancia “A”, tendremos que: • Equilibrio: A  B + C • Conc. Inic. (mol/l): c 0 0 • conc. eq(mol/l) c(1– α) c ·α c ·α • [B] · [C] c ·α · c ·α c ·α 2 Kc = ———— = ————— = ——— [A] c · (1– α) (1– α) • En el caso de que la sustancia esté poco disociada (Kc muy pequeña): α << 1 y • Kc ≅ c ·α 2 55
  • 56. Ejemplo 7 : En un recipiente de 3 litros se introducen 0,6 moles de HI, 0,3 moles de H2 y 0,3 moles de I2 a 490ºC. Si Kc = 0,022 a 490ºC para 2 HI(g)  H2(g) + I2(g) a)¿se encuentra en equilibrio?; b)Caso de no encontrarse, ¿cuantos moles de HI, H2 e I2 habrá en el equilibrio?
  • 57. Efectos de los cambios en el equilibrio: Cambios en la concentración • Si C, la rxn se desplaza en el sentido que disminuya dicha C. • Si C, la rxn se desplaza en el sentido que aumente dicha C • Ejemplo: SO2(g) + NO2(g) NO(g) + SO3 [NO][SO3] equilibrio: Kc = [SO2][NO2] rxn si se introduce NO2, entonces la rxn consumirá NO2 ( ) y se logrará un nuevo equilibrio con nuevas concentraciones que satisfagan el valor de Kc. [NO]’[SO3]’ nuevo equilibrio: Kc = [SO2]’[NO2]’
  • 58. Efectos de los cambios en el equilibrio: Cambios en la presión • En sistemas gaseosos, al variar el volumen varía la presión. • Si V  P  la rxn se desplazará hacia el lado que aumente el ngas. • Si V  P  la rxn se desplazará hacia el lado que disminuya el ngas. • Ejemplo: 3H2(g) + N2(g) 2 NH3(g) Si V  P   aumenta la producción rxn
  • 59. Efectos de los cambios en el equilibrio: Cambios en la temperatura • Los cambios de T alteran el equilibrio y modifican el valor de Keq. • Rxns endotérmicas: R + calor P – Si T  calor  la rxn consume calor  – Si T  calor  la rxn produce calor  rxn • Rxns exotérmicas: R P + calor – Si T  calor  la rxn consume calor  rxn – Si T  calor  la rxn produce calor  rxn rxn
  • 60. FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO ¿Hacia dónde se desplazará el equilibrio al: a) disminuir la presión? b) aumentar la temperatura? H2O(g) + C(s)  CO(g) + H2(g) (∆H > 0)
  • 61. Efecto de la temperatura Cr(H2O)6(aq) + 4Cl-(aq) CoCl42-(aq) + 6H2O(l) ∆H > 0. Rosa claro Azul Si ↓ T se obtiene color rosa, y si ↑ T la disolución se vuelve azul.
  • 62. Efectos de los cambios en el equilibrio: adición de un catalizador - El catalizador modifica el mecanismo de reacción, disminuyendo la energía de activación del proceso químico. - Disminuye el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio - Pero no afecta la composición de la mezcla en el equilibrio (no se obtiene mayor cantidad de producto)
  • 63. MU M Variaciones en el IM UY equilibrio IMP Y PO OR RT TA AN ∀ ∆ [reactivos] > 0 → NT TE E ∀ ∆ [reactivos] < 0 ← ∀ ∆ [productos] > 0 ← ∀ ∆ [productos] < 0 → ∀ ∆ T > 0 (exotérmicas) ← ∀ ∆ T > 0 (endotérmicas) → ∀ ∆ T < 0 (exotérmicas) → Variación ∀ ∆ T < 0 (endotérmicas) ← en el ∀ ∆ p > 0 Hacia donde menos nº moles de equilibrio gases ∀ ∆ p < 0 Hacia donde más nº moles de gases 63
  • 64. CALCULOS DE EQUILIBRIO Ejercicios y problemas resuelto 1.- Se ha realizado la reacción N2O4(g) <===> 2 NO2(g) varias veces, con distintas cantidades, siempre a 134 ºC. Una vez alcanzado el equilibrio las concentraciones de las dos sustancias en cada muestra fueron: Completar la tabla: Hay que tener en cuenta que la Kc es una constante, para cada ecuación de equilibrio, que sólo depende de la temperatura, luego:
  • 65. 2.- La constante de equilibrio para: Cl2(g) + CO(g) <===> COCl2(g) es Kc = 5 (mol/l)-1 a cierta temperatura. Se tienen las siguientes mezclas en respectivos recipientes, todos de un litro: ¿Está cada uno de estos sistemas en equilibrio? Si no, ¿en qué sentido evolucionarán?
  • 66. 3.- La Kc= 4,1·10-2 moles/l, para: PCl5 <===> PCl3 + Cl2 En un reactor se pone PCl5.. Al llegar al equilibrio hay 0,53 moles de Cl2 y 0,32 moles de PCl5. ¿Cuál es el volumen del reactor ?. Si se reduce a la mitad el volumen ¿cuál es la composición del gas en equilibrio?. A) Inicialmente sólo hay PCl5 que al descomponerse formará los mismos moles de PCl3 y de Cl2 , luego en el equilibrio tendremos: 0,32 moles de PCl5 0,53 moles de Cl2 y 0,53 moles de PCl3
  • 67. B) Según el principio de Le Chatelier, una disminución del volumen (a T=cte), hará que el proceso evolucione en el sentido de aumento del número de moles estequiométricos (sentido inverso). En efecto, cuando se alcance el nuevo equilibrio.
  • 68. CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN SUGERIDAS Investigar lo siguiente: 1. Dentro de los parámetros termodinámicos ¿Cuál de ellos es el que le afecta mas el equilibrio termodinámico? 2. ¿Cuales son los requisitos que debemos tener en cuenta para que el equilibrio de un proceso se mantenga ?

Notas del editor

  1. En ambas gráficas: [SO 2 ] = 0,344M [O 2 ] = 0,172M [SO 3 ] = 0,056M
  2. La constante de equilibrio emplea las actividades en lugar de las concentraciones (actividad de un componente de una mezcla ideal es la proporción de su concentración o presión parcial, a la concentración estándar (1M) o presión (1atm)) Se debe considerar: a) Para líquidos y sólidos puros, la actividad es igual a uno. b) Para componentes de soluciones ideales, se considera que la actividad de cada componente es igual a su concentración molar. c) Para gases de una mezcla ideal, se considera que la actividad de cada componente es igual a la presión parcial en atmósferas. Como se emplea actividades, la constante de equilibrio es adimensional Para cualquier reacción K c : 1) Sólo variará con la temperatura. 2) Es constante a una temperatura dada. Como K c mide el grado en que se produce la reacción, entonces si es mayor que uno, es que la mayoría de reactivos se convierten en productos; y si es muy pequeño es que la mayoría de reactivos permanecen sin reaccionar. Ver problema Demuestre que el valor de la constante está relacionada con los coeficientes estequiométricos.
  3. Nota: debe ser a T constante El argumento de la tabla no es aplicable cuando la presión total del sistema gaseoso se eleva produciendo otro gas que no reaccione.
  4. Investigue sobre el proceso Haber Ver problemas Para III.5 ver problema pag 7
  5. Demuestre la primera expresión a partir de la ecuación general de los gases ideales. Equilibrio o reacción heterogénea : aquella que se realiza con especies en más de una fase Ver problema pag 7-2
  6. Ver problemas