1. PROBLEMAS DEL EQUILIBRIO LIBRO (COMPLICADOS)
Problema 3.- Pág. 197
Para el equilibrio N2O4 (g)  2 NO2 (g), la constante Kp vale 0,17 atm a 300 K. Calcula el grado de disociación si la presión total es de 1 atm.
SOLUCIÓN
P N2O4 + P NO2 = 1  P N2O4 = 1 – P NO2
(P NO2)2 (P NO2)2
Por otro lado tenemos: Kp =  0,17 = .
P N2O4 1 – P NO2
X2
Si a la P NO2 la llamamos X, tenemos: 0,17 =  X2 + 0,17 X – 0,17 = 0
1 - X
Al resolver la ecuación nos da X = 0,33 atm = P NO2; P N2O4 = 1 – 0,33 = 0,66 atm. Pero no es esto lo que pide el ejercicio, por tanto tendremos que continuar.
Como en el ejercicio no dan el volumen, ni dan cantidades iniciales, ni densidades, yo puede trabajar con los moles iniciales que quiera ya que voy a mantener la proporcionalidad. No obstante para que lo veáis, lo voy a hacer con diferentes moles iniciales y se verá que el grado de disociación no varía.
Supongamos que los moles iniciales son 2 moles
N2O4 (g)  2 NO2 (g)
2 – x 2x  moles totales = 2 + x
Aplicando la fórmula: Pi = Xi · PT, tendremos:
Moles NO2 2x
P NO2 = · 1  0,33 =  0,33(2 + x) = 2x
Moles Totales 2 + x
0,395
Resolviendo la ecuación sale que x = 0,395 moles. Por tanto: 100 · = α = 19,75%
2
Supongamos ahora que los moles iniciales son 5 moles
N2O4 (g)  2 NO2 (g)
5 – x 2x  moles totales = 5 + x. Aplicando la misma fórmula, tendremos:
Moles NO2 2x
P NO2 = · 1  0,33 =  0,33(5 + x) = 2x. Resolviendo sale
Moles Totales 5 + x
1

2. X = 0,988 moles.
0,988
Por tanto: 100 · = α = 19,76%
5
Supongamos ahora que los moles iniciales son 10 moles
N2O4 (g)  2 NO2 (g)
10 – x 2x  moles totales = 10 + x.
Moles NO2 2x
P NO2 = · 1  0,33 =  0,33(10 + x) = 2x. Resolviendo sale
Moles Totales 10 + x
X = 1,976 moles.
1,976
Por tanto: 100 · = α = 19,76%
10
Como veis da igual los moles iniciales que se pongan, el resultado es el mismo. Por tanto lo más fácil es poner como moles iniciales 1 mol
N2O4 (g)  2 NO2 (g)
1 – x 2x  moles totales = 1 + x.
Moles NO2 2x
P NO2 = · 1  0,33 =  0,33(1 + x) = 2x. Resolviendo sale
Moles Totales 1 + x
X = 0,197 moles.
0,197
Por tanto: 100 · = α = 19,76%
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El libro aproxima el valor a 20%
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3. Problema 42.- Pág. 196
En un recipiente de 0,76 L están presentes en equilibrio 0,60 mol de SO3, 0,40 mol de NO, 0,10 mol de NO2 y 0,80 mol de SO2.
Escribe la ecuación correspondiente y calcula los moles de NO que deberán introducirse en el recipiente, en las mismas condiciones, para que en el equilibrio llegue a haber 0,30 mol de NO2
SOLUCIÓN
SO3 (g) + NO (g)  NO2 (g) + SO2 (g)
Moles equilibrio 0,60 0,40 0,10 0,80
0,60 0,40 0,10 0,80
[equilibrio]
0,76 0,76 0,76 0,76
Vamos ahora a calcular Kc: [NO2] · [SO2] (0,10/0,76) (0,80/0,76)
Kc = =
[SO3 ] · [NO] (0,60/0,76) (0,40/0,76)
0,10 · 0,80
Los volúmenes se van y nos queda: Kc = = 0,33
0,60 · 0,40
Planteamos otra vez el proceso
SO3 (g) + NO (g)  NO2 (g) + SO2 (g)
Moles iniciales 0,60 0,40+ m 0,10 0,80 Según Le Chatelier se desplaza
Moles equilibrio 0,60-x 0,40+m-x 0,10+x 0,80+x
0,30 moles. 0,10 + x = 0,30  x = 0,20 moles
Con el cálculo de x, ya tenemos los moles en el equilibrio:
Moles SO3 = 0,60 – x = 0,60 – 0,20 = 0,40 moles.
Moles NO = 0,40 + m -0,20 = (0,20 + m) moles
Moles NO2 = 0,10 + 0,20 = 0,30 moles.
Moles SO2 = 0,80 + 0,20 = 1,00 moles.
Ahora volvemos a plantear la ley de acción de masas, utilizando el valor de Kc calculado anteriormente, puesto que vale lo mismo ya que no se ha modificado la temperatura.
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4. [NO2] · [SO2] (0,30/0,76) (1,00/0,76) 0,30
Kc = = = = 0,33
[SO3 ] · [NO] (0,40/0,76) (0,20 + m/0,76) 0,40 · (0,20 + m)
Operando nos da: 0,08 + 0,4 m = 0,91 m = 2,075 moles 4