Cinética y equilibrio

1.- a) Dibuje un diagrama energético para la evolución de una reacción exotérmica. Muestre en este diagrama las energías de activación del proceso directo y del inverso. Muestre también cómo influiría la presencia de un catalizador y cómo calcular el cambio energético neto en la ecuación.

b) Para la reacción hipotética A + B = C + D en condiciones también hipotéticas, la energía de activación es de 32 KJ/mol. Para la reacción inversa, esa energía es de 58 KJ/mol. Razone si la reacción es exotérmica o endotérmica.

2.- El COCl₂ gaseoso se disocia a 1000 ºK según la reacción:

COCl₂(g) = CO (g) + Cl₂(g)

Calcúlese el valor de Kp cuando la presión de equilibrio es de 1 atm y el porcentaje de disociación del COCl₂es del 49,2 %.

3.- A 200º C y a 1 atm de presión el pentacloruro de fósforo se disocia dando cloro y tricloruro de fósforo en un 48,5%. Calcular el grado de disociación a la misma temperatura de 200 ºC pero a una presión de 10 atm. Justifique el resultado obtenido, sabiendo que en esas condiciones todos los compuestos son gaseosos.

4.- La constante de equilibrio, Kc, de la reacción:

H₂ (g) + CO₂ (g) = H₂O (g) + CO (g)

es de 4,2 a 1650ºC. Para iniciarla se inyectan 0,8 moles de H₂ y 0,8 moles de CO₂ en un recipiente de 5,0 l. Calcular:

a) La concentración de todas las especies en el equilibrio.

b) Kp.

5.- ¿ Qué peso de hidrógeno debe añadirse a 2 moles de iodo gaseoso para que reaccione el 80 % de este último para formar ioduro de hidrógeno a 448ºC ?. DATO Kc=50.

6.- En un recipiente de 5 l se introduce 1 mol de SO₂ y 1 mol de O₂ y se calienta a 727ºC, con lo que se alcanza el equilibrio en la reacción:

2 SO₂ (g) + O₂ (g) = 2 SO₃ (g)

Se analiza la muestra después de llegar al equilibrio y se encuentran 0,150 moles de SO₂ . Calcule:

a) La cantidad de SO₃ que se forma en gramos.

b) La Kc.

c) La Kp.

7.-A 817 ºC el CO₂ (g) reacciona con carbono (s) en exceso, mediante un proceso exotérmico, formando monóxido de carbono en equilibrio. En estas condiciones, se observa que existe un 80% en volumen de CO en equilibrio y una presión total en el recipiente de 3,125 atm. Calcula:

a) Kp.

b) Tres procedimientos par desplazar el equilibrio hacia la formación de CO.

8.- La constante de equilibrio Kp a 25ºC, para la descomposición de dos moles de bromuro de nitrosilo, NOBr (g), en monóxido de nitrógeno, y bromo, es 0,16 (las presiones han sido medidas en atmósferas).

a) Se mezclan bromuro de nitrosilo, monóxido de nitrógeno y bromo, a 25ºC, siendo sus respectivas presiones parciales 1,0 atm, 0,8 atm y 0,4 atm, ¿ocurrirá alguna reacción neta?. Si la respuesta es afirmativa, ¿se formará o se consumirá NO ?.

b) Cómo afectará a la concentración de NO:

I) La adición de bromo.

II) La eliminación de bromuro de nitrosilo.

III) El aumento del volumen del recipiente.

IV) El aumento de la presión total.

9.- En un recipiente de 5 l se introducen un mol de dióxido de azufre y otro de oxígeno, se calienta el sistema a 1000ºC con lo que se produce la reacción:

2 SO₂ (g) + O₂ (g) = 2 SO₃ (g)

a) Establezca la cantidad de trióxido de azufre formado si en el equilibrio hay 0,15 moles de dióxido.

b) Que valor tiene Kc a esa temperatura.

c) Razone la influencia de un aumento de la presión en el equilibrio.

10.- Las concentraciones de equilibrio para la reacción :

PCl₃ (g) + Cl₂ (g) = PCl₅ (g)

que se realiza en un matraz de 1 l son respectivamente 0,2 mol/l, 0,1 mol/l y 0,4 mol/l. En ese momento se añaden 0,1 mol de cloro gas. Calcula:

a) Cuál es la nueva concentración de PCl₅ (g) en el equilibrio.

b) Cómo podría influir una variación de la presión sobre el sistema.

11.- Hidrógeno, bromo y bromuro de hidrógeno, todos ellos en estado gaseoso, se encuentran en un matraz de 1 litro, a una temperatura dada, y en equilibrio correspondiente a la reacción:

H₂ (g) + Br₂ (g) = 2 HBr (g) D H = -68 KJ

Indique como afectaría al equilibrio y a la constante:

a) Si se aumenta la temperatura.

b) Si se aumenta la presión parcial del HBr.

c) Si se aumenta el volumen del recipiente.

12.- Para el equilibrio PCl₅ (g) = PCl₃ (g) + Cl₂ (g) la Kp vale 2 a 270ºC. Calcular la presión de los gases en el equilibrio que se alcanza cuando se hacen reaccionar 0,1 moles de PCl₃ con 0,2 moles de cloro en un tanque de 20 l a 270ºC.

SOLUCIONES

1.- El catalizador disminuye la energía de activación (Ea) al formarse un complejo activado de menor energía. El calor de reacción es el mismo en ambos casos ya que depende sólo de la energía de los reactivos y de los productos.

b) La reacción citada es exotérmica, los reactivos tienen más energía que los productos, se desprenden 26 KJ/mol. D H = -26 KJ/mol.

2.- Kp= 0,32 atm

3.- Kp=0,306 atm. a = 17,2 %. Al aumentar la presión disminuye el grado de disociación, pues el equilibrio se desplaza a la izquierda, donde hay menor nº de moles.

4.- a) [ H₂ ] = [ CO₂ ] = 0,05 M ; [ H₂O ] = [ CO ] = 0,11 M

b) Kp = Kc = 4,2

5.- 4,2 g de H₂.

6.- a) 68 g de SO₃.

b) Kc=279,2 (mol/l)^-1.

c) Kp= 3,4 atm^-1.

7.- a) Kp=10 atm

b) Aplicando la ley de le Chatelier habría que disminuir la temperatura, la presión y aumentar la concentración de CO₂.

8.- a) Debe reaccionar el NO y el Br₂ para que se alcance el equilibrio.

b) I) Disminuye.

II) Disminuye.

III) Aumenta.

IV) Disminuye.

9.- a) Se forman 0,85 moles de SO₃.

b) Kc= 279,2 (mol/l)^-1.

c) Al aumentar la presión se desplaza a la derecha que es donde menos nº de moles hay.

10.- a)[PCl₅_] = 0,45 M.

b) Según el principio de le Chatelier el equilibrio se desplaza hacia la disminución de volumen al aumentar la presión y al aumento cuando se disminuye la presión. Luego en este caso al aumentar la presión se desplaza a la derecha y al disminuirla a la izquierda.

11.- a) Se desplaza a la izquierda el equilibrio y la constante disminuye.

b) Se desplaza hacia la izquierda sin variar la constante.

c) Se mantiene invariable, al existir igual nº de moles a ambos lados del equilibrio.

12.- P de PCl₃ = 0,184 atm ; P de Cl₂ = 0,407 atm ; P de PCl₅ = 0,038 atm

= 0,45 M.

11.- a) Se desplaza a la izquierda el equilibrio y la constante disminuye.

b) Se desplaza hacia la izquierda sin variar la constante.

c) Se mantiene invariable, al existir igual nº de moles a ambos lados del equilibrio.

12.- P de PCl₃ = 0,184 atm ; P de Cl₂ = 0,407 atm ; P de PCl₅ = 0,038 atm