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Capítulo 15 Equilibrio químico
Resumen y términos clave Introducción y sección 15.1 Una reacción química puede alcanzar un estado en el que los procesos directo e inverso se llevan a cabo a la misma velocidad. Esta condición se llama equilibrio químico, y da por resultado la formación de una mezcla de equilibrio de los reactivos y productos de la reacción. reacción . La composición de una mezcla de equilibrio no cambia con el tiempo. Un equilibrio que se utiliza a lo largo de este capítulo es la reacción de N 2( g g) con H2( g g) para formar NH 3( g g): N2( g) + 3H 2( g) Δ 2NH3( g). Esta reacción es la base del proceso Haber para producir amoniaco. Sección 15.2 La relación entre las concentraciones de los reactivos y productos de un sistema siste ma en equilibrio está dada por la ley de acción de masas. Con respecto a una ecuación general de equilibrio de la forma aA + bB Δ cC + dD, la expresión de la constante de equ ilibrio se escribe como sigue: Keq
=
Keq
=
(PC)c (PD)d (PA)a (PB)b [C]c[D]d [A]a[B]b
de un equilibrio en fase gaseosa o
de un equilibrio acuoso
La expresión de la constante de equilibrio depende sólo de la estequiometría de la reacción. En un sistema en equilibrio a una temperatura determinada, K eq es una constante llamada constante de equ ilibrio. El valor de la constante de equilibrio cambia con la temperatura. Un valor grande de K eq indica que la mezcla de equilibrio contiene más productos que reactivos. Un valor pequeño de la constante de equilibrio significa que el equili brio está desplazado desplazado hacia hacia el lado lado de los reactivos. reactivos. La expresión de la constante de equilibrio y la constante de equilibrio de la inversa de una reacción son los recíprocos de las correspondientes a la reacción directa. Sección 15.3 Los equilibrios en los que todas las sustancias están en la misma fase se llaman equilibrios homogéneos;
Ejercicios Concepto de equilibrio; expresiones de constantes de equilibrio 15.1 El diagrama siguiente representa una reacción hipotética A ⎯→ B, donde A correspo corresponde nde a las esferas ro jas, y B, a las azules. La sucesión de izquierda a derecha representa el sistema al paso del tiempo. ¿Indican los diagramas que el sistema alcanza un estado de equilibrio? Explique su respuesta.
en los equilibrios heterogéneos están presentes dos o más fases. Dado que las concentraci concentraciones ones de los sólidos y líquidos puros son constantes, estas sustancias no se incluyen en la expresión de la constante de equilibri equilibrio o de los equilibri equilibrios os heterogéneos. Sección 15.4 Si se conoce la concentrac concentración ión de todas las especies de un equilibri equilibrio, o, la expresión de la constante de equilibrio permite calcular el valor de la constante de equilibrio. Los cambios de concentración de los reactivos y productos en vías de alcanzar el equilibrio están gobernados por la estequiometría de la reacción. Sección 15.5 El cociente de reacción, Q, se encuentra sustituyendo las presiones parciales o concentraciones de reactivos y productos en la expresión de la constante de equilibrio: Q K eq. Sin embargo, si Q K eq, el sistema no está en equilibrio. Cuando Q K eq, la reacción avanza hacia el equilibrio formando más productos (la reacción avanza de izquierda a derecha); cuando Q K eq, la reacción avanza de derecha derech a a izquierda. Conocer el valor de K eq permite calcular las cantidades de equilibrio de reactivos y productos, frecuentemente resolviendo una ecuación donde la incógnita es el cambio de una presión parcial o concentración. Sección 15.6 El principio de Le Châtel ier establece que, si se perturba un sistema en equilibri equilibrio, o, el equilibrio se desplazará a fin de reducir al máximo la influencia perturbadora. Según este principio, si se agrega un reactivo o producto a un sistema en equilibrio, el sistema se desplazará de modo que se consuma la sustancia agregada. Los efectos ef ectos de extraer reactivos o productos y de modificar la presión o el volumen de una reacción se deducen de forma análoga. El cambio de entalpía de una reacción indica cómo influye un aumento de temperatura en el equilibrio: en una reacción endotérmica, un incremento de temperatura desplaza el equilibrio a la derecha; en una reacción exotérmica, un aumento de temperatura desplaza el equilibrio a la izquierda. Los catalizadores influyen en la rapidez con la que se alcanza el equilibrio, mas no en la magnitud de K eq.
Ejercicios 15.2 Explique lo que tienen de incorrecto los enunciados siguientes: (a) En el equilibrio ya no se transforman reactivos en productos. (b) En el equilibrio la constante de velocidad de la reacción directa es igual a la de la reacción inversa. (c) En el equilibrio hay cantidades iguales de reactivos y productos. 15.3 Suponga que las reacciones en fase gaseosa A ⎯→ B y B ⎯→ A son procesos elementales con constantes de velocidad de 4.2 103 s1 y 1.5 101 s1, respectivamente. (a) ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio del equilibrio A( g) Δ B( g)? (b) ¿Qué es mayor en el equilibrio: la presión parcial de A o la de B? Explique su respuesta. 15.4 Considere la reacción A + B Δ C + D. Supondremos que las reacciones tanto directa como inversa son procesos elementales y que el valor de la constante de equili brio es muy grande. (a) ¿Qué especies predominan en el equilibrio: los reactivos o los productos? (b) ¿Qué reacción, la directa o la inversa, tiene la constante de velocidad más grande? Explique su respuesta. 15.5 (a) ¿Qué es la ley de acción de masas? Ilustre esta ley mediante la reacción NO( g) + Br2( g) Δ NOBr2( g). (b) ¿Cuál es la diferencia entre la expresión de la constante de equilibrio y la constante de equilibrio de un equilibrio dado? (c) Describa un experimento que permita determinar el valor de la constante de equilibrio de la reacción del inciso (a). 15.6 (a) Se desconoce el mecanismo de cierta reacción: A + B Δ C + D. Aun así, ¿es posible aplicar la ley de acción de masas a la reacción? Explique su respuesta. (b) Escriba la reacción química del proceso Haber. ¿Por qué es importante esta reacción para la humanidad? (c) Escriba la expresión de la constante de equilibrio de la reacción del inciso (b). 15.7 Escriba la expresión de la K eq de las reacciones siguientes. Indique en cada caso si la reacción es homogénea o heterogénea. (a) 3NO( g)
Δ
(b) CH 4( g)
+
N2O( g)
2H 2S( g)
(c) Ni(CO)4( g)
Δ
(d) HF(ac)
Δ
(e) 2Ag(s)
+
+
CS 2( g)
Δ
Ni(s)
H +(ac)
Zn2+(ac)
NO2( g)
+
+
+
4H 2( g)
4CO( g)
F -(ac)
Δ
2Ag +(ac)
+
Zn(s)
15.8 Escriba la expresión de la K eq de las reacciones siguientes. Indique en cada caso si la reacción es homogénea o heterogénea. (a) N2( g) + O2( g) Δ 2NO( g) (b) Ti(s) + 2Cl2( g) Δ TiCl4(l) (c) 2C2H 4( g) + 2H 2O( g) Δ 2C2H 6( g) + O2( g) (d) Co(s) + 2H +(ac) Δ Co2+(ac) + H 2( g) (e) NH 3(ac) + H 2O(l) Δ NH4 +(ac) + OH -(ac) 15.9 Cuando las reacciones siguientes alcanzan el equilibrio, ¿qué contiene principalmente la mezcla de equilibrio: reactivos o productos? (a) N2( g) + O2( g) Δ 2NO( g); Keq = 1.5 * 10- 10 (b) 2SO2( g) + O2( g) Δ 2SO3( g); Keq = 2.5 * 109
605
15.10 ¿Cuál de las reacciones siguientes está desplazada a la derecha, en favor de la formación de productos, y cuál a la izquierda, en favor de la formación de reactivos? (a) 2NO( g) + O2( g) Δ 2NO2( g); Keq = 5.0 * 1012 (b) 2HBr( g) Δ H 2( g) + Br2( g); Keq = 5.8 * 10-18 15.11 La constante de equilibrio de la reacción
2SO3( g)
Δ
2SO2( g)
+
O 2( g)
es K eq 2.4 103 a 200°C. (a) Calcule K eq de 2SO2( g) + O2( g) Δ 2SO3( g). (b) A esta temperatura, ¿favorece el equilibrio el SO2 y el O2, o el SO3? 15.12 La constante de equilibrio de la reacción
2NO( g)
+
Br2( g)
Δ
2NOBr( g)
2
es K eq 1.3 10 a 1000 K. (a) Calcule K eq de 2NOBr( g) Δ 2NO( g) + Br2( g) (b) A esta temperatura, ¿favorece el equilibrio el NO y el Br2, o el NOBr? 15.13 A 700°C, K eq 0.112 en la reacción
SO2( g)
1
+ 2
O 2( g)
Δ
SO3( g)
(a) ¿Cuál es el valor de K eq de la reacción SO3( g) Δ SO 2( g) + 12 O2( g)? (b) ¿Cuál es el valor de K eq de la reacción 2SO2( g) + O 2( g) Δ 2SO3( g)? (c) ¿Cuál es el valor de K eq de la reacción 2SO3( g) Δ 2SO2( g) + O2( g)? 15.14 Considere el equilibrio siguiente, en el cual K eq 0.0752 a 480°C:
2Cl2( g)
+
2H 2O( g)
Δ
4HCl( g)
+
O2( g)
(a) ¿Cuál es el valor de K eq de la reacción 4HCl( g) + O 2( g) Δ 2Cl2( g) + 2H 2O( g)? (b) ¿Cuál es el valor de K eq de la reacción Cl2( g) + H 2O( g) Δ 2HCl( g) + 1 2 O 2( g)? (c) ¿Cuál es el valor de K eq de la reacción 2HCl( g) 1 + 2 O 2( g) Δ Cl2( g) + H 2O( g)? 15.15 La constante de equilibrio de la reacción
HClO2(ac)
Δ
H +(ac)
+
ClO 2-(ac)
es K eq 1.1 102 a 25°C. (a) ¿Cuál es el valor de K eq de la reacción 12 HClO2(ac) Δ 12 H +(ac) + 12 ClO2 -(ac)? (b) ¿Cuál es el valor de K eq de la reacción 2HClO2(ac) + Δ 2H (ac) + 2ClO2 (ac)? (c) ¿Cuál es el valor de K eq + de la reacción 2H (ac) + 2ClO2 -(ac) Δ 2HClO2(ac)? 15.16 Considere las reacciones A(ac) + B(ac) Δ C(ac) y C(ac) + D(ac) Δ E(ac) + A(ac), cuyas constantes de equilibrio a 100°C son K eq 1.9 104 y K eq 8.5 102, respectivamente. ¿Cuál es el valor de K eq de la reacción B(ac) + D(ac) Δ E(ac)? 15.17 El óxido de mercurio(I) se descompone en mercurio y oxígeno elementales: 2Hg2O(s) Δ 4Hg(l) + O2( g). (a) Escriba una expresión de K eq que incluya todos los reactivos y productos. (b) Explique por qué normalmente se excluyen los sólidos y líquidos puros de las expresiones de constantes de equilibrio. (c) Escriba una expresión de K eq que excluya el sólido y el líquido puros de la expresión de equilibrio.
606
Capítulo 15 Equilibrio químico
15.18 Considere el equilibrio Na 2O(s) + SO2( g) Δ Na 2SO3(s). (a) Escriba una expresión de K eq que incluya todos los reactivos y productos. (b) Explique por qué normalmente se excluyen los sólidos y líquidos puros de
Cálculo de constantes de equilibrio 15.19 Se pone yoduro de hidrógeno gaseoso en un recipiente cerrado a 425°C, donde se descompone parcialmente en hidrógeno y yodo: 2HI( g) Δ H 2( g) + I 2( g). En el equilibrio se encuentra que PHI = 0.202 atm, PH2 0.0274 atm, y PI2 0.0274 atm. ¿Cuál es el valor de K eq a esta temperatura? 15.20 El metanol (CH3OH) se produce en escala comercial mediante la reacción catalizada de monóxido de carbono e hidrógeno: CO( g) + 2H 2( g) Δ CH 3OH( g). Se encuentra que una mezcla de equilibrio en un recipiente de 2.00 L contiene 0.0406 mol de CH 3OH, 0.170 mol de CO y 0.302 mol de H2 a 500 K. Calcule K eq a esta temperatura. 15.21 Se establece el equilibrio siguiente a 500 K: 2NO( g) + Cl2( g) Δ 2NOCl( g). Una mezcla de equilibrio de los tres gases tiene presiones parciales de 0.095, 0.171 y 0.28 atm de NO, Cl 2 y NOCl, respectivamente. Calcule K eq de esta reacción a 500 K. 15.22 El tricloruro de fósforo y el cloro gaseosos reaccionan con formación de pentacloruro de fósforo gaseoso: PCl3( g) + Cl2( g) Δ PCl5( g). Se carga un recipiente de reacción con una mezcla de PCl 3( g) y Cl2( g) y se deja equilibrar a 450 K. En el equilibrio las presiones parciales de los tres gases son PPCl3 0.124 atm, PCl2 0.157 atm, y PPCl5 1.30 atm. (a) ¿Cuál es el valor de K eq a esta temperatura? (b) ¿Favorece este equilibrio a los reactivos o a los productos? 15.23 Se coloca una mezcla de 0.10 mol de NO, 0.050 mol de H2 y 0.10 mol de H 2O en un recipiente de 1.0 L a 300 K. Se establece el equilibrio siguiente:
Aplicaciones de constantes de equilibrio 15.27 ¿En qué difiere un cociente de reacción de una constante de equilibrio? (b) Si Q < K eq, en qué sentido avanzará la reacción para alcanzar el equilibrio? (c) ¿Qué condición se debe satisfacer para que Q K eq? 15.28 (a) ¿Cómo se usa un cociente de reacción para saber si un sistema está en equilibrio? (b) Si Q > K eq, ¿cómo debe llevarse a cabo la reacción para alcanzar el equilibrio? (c) Al comienzo de cierta reacción sólo hay reactivos; no se han formado productos. ¿Cuál es el valor de Q en este punto de la reacción? 15.29 A 100°C la constante de equilibrio de la reacción COCl2( g) Δ CO( g) + Cl2( g) tiene un valor de K eq 6.71 109. ¿Están en equilibrio las siguientes mezclas de COCl2, CO y Cl2 a 100°C? De no ser así, indique el sentido en el que se debe llevar a cabo la reacción para alcanzar el equilibrio. (a) PCOCl2 6.12 102 atm, PCO 1.01 104 atm, PCl2 2.03 104 atm; (b) PCOCl2 1.38 atm,
las expresiones de constantes de equilibrio. (c) Escriba una expresión de K eq que excluya el sólido y el líquido puros de la expresión de equilibrio.
2NO( g)
+
2H 2( g)
Δ
N2( g)
+
2H 2O( g)
En el equilibrio PNO 1.53 atm. (a) Calcule las presiones parciales de equilibrio de H2, N2 y H2O. (b) Calcule K eq. 15.24 Se calienta una mezcla de 1.374 g de H 2 y 70.31 g de Br 2 en un recipiente de 2.00 L a 700 K. Estas sustancias reaccionan como sigue:
H 2( g)
Br2( g)
+
Δ
2HBr( g)
Se encuentra que en el equilibrio el recipiente contiene 0.566 g de H 2. (a) Calcule las presiones parciales de equilibrio de H2, Br2 y HBr. (b) Calcule K eq. 15.25 Se coloca una mezcla de 0.2000 mol de CO 2, 0.1000 mol de H2 y 0.1600 mol de H 2O en un recipiente de 2.00 L. Se establece el equilibrio siguiente a 500 K:
CO2( g)
+
H 2( g)
Δ
CO( g)
+
H 2O( g)
En el equilibrio PH2O = 3.51 atm. (a) Calcule las presiones parciales de equilibrio de CO2, H 2 y CO. (b) Calcule la K eq de la reacción. 15.26 Se carga un matraz con 1.500 atm de N 2O4( g) y 1.00 atm de NO2( g) a 25°C. La reacción de equilibrio es la que se da en la ecuación 15.10. Una vez alcanzado el equilibrio, la presión parcial de NO 2 es de 0.512 atm. (a) ¿Cuál es la presión parcial de equilibrio de N2O4? (b) Calcule el valor de la K eq de la reacción.
PCO 3.37 106 atm, PCl2 6.89 105 atm; (c) PCOCl2
3.06 101 atm, PCO = PCl2 = 4.53 * 10-5 atm. 15.30 Como se muestra en la tabla 15.2, la K eq del equilibrio
N2( g)
+
3H 2( g)
Δ
2NH 3( g)
es de 4.51 105 a 450°C. Con respecto a las mezclas que se indican, diga si la mezcla está en equilibrio a 450°C. Si no es así, indique el sentido (hacia productos o hacia reactivos) en el que la mezcla se debe desplazar para alcanzar el equilibrio. (a) 105 atm de NH 3, 35 atm de N 2, 495 atm de H 2; (b) 35 atm de NH 3, 595 de H 2, nada de N2; (c) 26 atm de NH 3, 42 atm de H 2, 202 atm de N 2; (d) 105 atm de NH 3, 55 atm de H 2, 5.0 atm de N 2. 15.31 A 100°C, K eq 2.39 en la reacción siguiente:
SO2Cl2( g)
Δ
SO2( g)
+
Cl2( g)
En una mezcla de equilibrio de los tres gases las presiones parciales de SO2Cl2 y SO 2 son de 3.31 atm y 1.59 atm,
Ejercicios respectivamente. ¿Cuál es la presión parcial de Cl2 en la mezcla de equilibrio? 15.32 A 900 K la reacción siguiente tiene una K eq 0.345: 2SO2( g)
+
O2( g)
Δ
2SO3( g)
2NO( g)
Δ
N2( g)
+
O2( g)
3
es K eq 2.4 10 . Si la presión parcial inicial de NO es de 37.3 atm, ¿cuáles son las presiones parciales de equilibrio de NO, N2 y O2? 15.36 En el equilibrio Br2( g)
+
Cl2( g)
Δ
2BrCl( g)
a 400 K, K eq 7.0. Si se introducen 0.30 mol de Br 2 y 0.30 mol de Cl2 en un recipiente de 1.0 L a 400 K, ¿cuál será la presión parcial de equilibrio de BrCl? 15.37 A 373 K, K eq 0.416 en el equilibrio 2NOBr( g)
Δ
2NO( g)
+
Br2( g)
Principio de Le Châtelier 15.43 Considere el equilibrio que sigue, en el cual Δ H 0: 2SO2( g)
+
O2( g)
Δ
2SO3( g)
¿Cómo afectará cada uno de los cambios siguientes a una mezcla de equilibrio de los tres gases? (a) Se agrega O2( g) al sistema; (b) se calienta la mezcla de reacción; (c) se duplica el volumen de reacción del recipiente ; (d) se agrega un catalizador a la mezcla; (e) se aumenta la presión total del sistema agregando un gas noble; (f) se extrae SO3( g) del sistema. 15.44 En la reacción que sigue, Δ H ° 2816 kJ: 6CO2( g)
+
6H 2O(l)
Δ
C6H 12O6(s)
Si las presiones de NOBr( g) y NO( g) son iguales, ¿cuál es la presión de equilibrio de Br2( g)? 15.38 A 21.8°C, K eq 7.0 102 en el equilibrio NH4HS(s)
En una mezcla de equilibrio las presiones parciales de SO2 y O2 son de 0.165 atm y 0.755 atm respectivamente. ¿Cuál es la presión parcial de equilibrio de SO3 en la mezcla? 15.33 (a) A 1285°C la constante de equilibrio de la reacción Br2( g) Δ 2Br( g) es K eq 0.133. Un recipiente de 0.200 L que contiene una mezcla de equilibrio de los gases contiene 0.245 g de Br 2. ¿Cuál es la masa de Br( g) en el recipiente? (b) En la reacción H 2( g) + I 2( g) Δ 2HI( g), K eq 55.3 a 700 K. En un matraz de 2.00 L que contiene una mezcla en equilibrio de los tres gases hay 0.056 g de H2 y 4.36 g de I 2. ¿Cuál es la masa de HI en el matraz? 15.34 (a) A 800 K la constante de equilibrio de I 2( g) Δ 2I( g) es K eq 2.04 103. Si una mezcla de equilibrio en un recipiente de 10.0 Lcontiene 3.22 102 g de I( g), ¿cuántos gramos de I 2 hay en la mezcla? (b) En 2SO2( g) O2( g) 4 Δ 2SO 3( g), K eq 3.0 10 a 700 K. En un recipiente de 2.00 L la mezcla de equilibrio contiene 2.65 g de SO3 y 1.08 g de O 2. ¿Cuántos gramos de SO 3 hay en el recipiente? 15.35 A 2000°C la constante de equilibrio de la reacción
+
6O2( g)
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Δ
NH3( g)
+
H 2S( g)
Calcule las presiones parciales de equilibrio de NH 3 y H2S si se coloca una muestra de NH 4HS sólido en un recipiente cerrado, la cual se descompone hasta alcanzar el equilibrio. 15.39 A 80°C, K eq 5.42 102 en la reacción siguiente:
PH 3BCl3(s)
Δ
PH 3( g)
+
BCl3( g)
(a) Calcule las presiones parciales de equilibrio de PH3 y BCl3 si se coloca una muestra sólida de PH 3BCl3 en un recipiente cerrado, la cual se descompone hasta alcanzar el equilibrio. (b) Si el matraz tiene un volumen de 0.500 L, ¿cuál es la masa mínima de PH3BCl3(s) que se debe colocar en el matraz para alcanzar el equil ibrio? 15.40 Considere la reacción siguiente:
CaSO4(s)
Δ
Ca2+(ac)
+
SO 4 2-(ac)
A 25°C la constante de equilibrio de esta reacción es K eq 5 2.4 10 . (a) Si se mezcla un exceso de CaSO 4(s) con agua a 25°C para preparar una disolución saturada de CaSO4, ¿cuáles son las concentraciones de equili brio de Ca2 y SO42? (b) Si el volumen de la disolución resultante es de 3.0 L, ¿cuál es la masa mínima de CaSO4(s) que se necesita para alcanzar el equilibrio? 15.41 En la reacción I 2( g) + Br2( g) Δ 2IBr( g), K eq 280 a 150°C. Suponga que se permite que 0.500 mol de IBr en un matraz de 1.00 L alcancen el equilibrio a 150°C. ¿Cuáles son las presiones parciales de equilibrio de IBr, I 2 y Br2? 15.42 A 25°C la reacción
CaCrO4(s)
Δ
Ca2+(ac)
+
CrO4 2-(ac)
tiene una constante de equilibrio K eq 7.1 104. ¿Cuáles son las concentraciones de equilibrio de Ca 2 y CrO42 en una disolución saturada de CaCrO 4?
¿Cómo influye en el rendimiento de equilibrio de C6H12O6 (a) aumentar PCO2 ; (b) aumentar la temperatura; (c) extraer CO2; (d) reducir la presión total; (e) extraer parte de la C6H12O6; (f) agregar un catalizador? 15.45 ¿Cómo influyen los cambios siguientes en el valor de la constante de equilibrio de una reacción exotérmica en fase gaseosa? (a) Quitar un reactivo o producto; (b) reducir el volumen; (c) disminuir la temperatura; (d) agregar un catalizador. 15.46 En cierta reacción en fase gaseosa, la fracción de productos en una mezcla de equilibrio aumenta con la temperatura y con el volumen del recipiente de reacción. (a) ¿Qué se deduce acerca de la reacción con base en la influencia de la temperatura en el equilibrio? (b) ¿Qué se deduce con base en la influencia de aumentar el volumen?
608
Capítulo 15 Equilibrio químico
15.47 Considere el equilibrio siguiente entre óxidos de nitrógeno:
3NO( g)
Δ
NO2( g)
+
15.48 El metanol (CH3OH) se prepara mediante la reacción de CO con H 2:
N2O( g)
CO( g)
2H 2( g)
+
CH 3OH( g)
Δ
(a) Calcule Δ H °de esta reacción con base en los datos del apéndice C. (b) ¿Aumenta o disminuye con la temperatura la constante de equilibrio de l a reacción? (c) A temperatura constante, alteraría un cambio en el volumen del recipiente la fracción de productos de la mezcla de equilibrio?
(a) Calcule Δ H °de esta reacción con base en los datos del apéndice C. (b) Para aumentar al máximo el rendimiento de equilibrio de metanol, ¿emplearía usted una temperatura alta o una baja? (c) Para aumentar al máximo el rendimiento de equilibrio de metanol, ¿emplearía usted una presión grande o una pequeña?
Ejercicios adicionales 15.49 Se piensa que las reacciones tanto directa como inversa del equilibrio siguiente son pasos ele mentales:
cance el equilibrio a 0°C. En el equilibrio la presión parcial de A es de 0.36 atm. (a) ¿Cuál es la presión total en el matraz en el equilibrio? (b) ¿Cuál es el valor de K eq? 15.55 Como se muestra en la tabla 15.2, la constante de equili brio de la reacción N2( g) + 3H 2( g) Δ 2NH 3( g) es K eq 4.34 103 a 300°C. Se pone NH 3 puro en un matraz de 1.00 L y se deja que alcance el equilibrio a esta temperatura. (a) ¿Cuáles son las masas de N 2 y H2 en la mezcla de equilibrio? (b) ¿Cuál fue la masa inicial del NH 3 que se puso en el recipiente? (c) ¿Cuál es la presión total en el recipiente? 15.56 En el equilibrio
CO( g)
+
Cl2( g)
Δ
COCl( g)
+
Cl( g)
A 25°C las constantes de velocidad de las reacciones directa e inversa son de 1.4 1028 M1 s1 y 9.3 1010 M1 s1, respectivamente. (a) ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio a 25°C? (b) En el equilibrio, ¿son más abundantes los reactivos o los productos? 15.50 Se hace pasar una mezcla de CH 4 y H2O sobre un catalizador de níquel a 1000 K. El gas saliente se recoge en un matraz de 5.00 L y se encuentra que contiene 8.62 g de CO, 2.60 g de H 2, 43.0 g de CH 4 y 48.4 g de H 2O. Suponiendo que se ha alcanzado el equilibrio, calcule la K eq de la reacción. 15.51 Cuando se ponen 2.00 mol de SO 2Cl2 en un matraz de 2.00 L a 303 K, el 56% del SO2Cl2 se descompone en SO 2 y Cl2: SO2Cl2( g)
Δ
SO2( g)
+
+
S(s)
Δ
H 2S( g)
PH 3BCl3(s)
Δ
2NO( g)
+
Br2( g)
Una mezcla de equilibrio en un recipiente de 5.00 L a 100°C contiene 3.22 g de NOBr, 3.08 g de NO y 4.19 g de Br2. (a) Calcule K eq. (b) ¿Cuál es la presión total que ejerce la mezcla de gases? 15.54 Considere la reacción hipotética A( g) Δ 2B( g). Se carga un matraz con 0.55 atm de A puro y se permite que al-
I 2( g)
Br2( g)
+
Δ
PH 3( g)
+
BCl3( g)
K eq 0.052 a 60°C. Se agrega un poco de PH 3BCl3 sólido a un recipiente cerrado de 0.500 L a 60°C; luego se carga el recipiente con 0.0128 mol de BCl3( g). ¿Cuál es la presión parcial de equilibrio de PH3? [15.58] Se introduce NH4HS sólido en un matraz al vacío a 24°C. Se lleva a cabo la reacción siguiente:
En el equilibrio la mezcla contiene 0.46 g de H 2S y 0.40 g de H2. (a) Escriba la expresión de la constante de equili brio de esta reacción. (b) ¿Cuál es el valor de la K eq de la reacción a esta temperatura? (c) ¿Por qué se puede no tener en cuenta la cantidad de S al hacer el cálculo del in[15.59] ciso (b)? 15.53 Una muestra de bromuro de nitrosilo (NOBr) se descompone de acuerdo con la ecuación siguiente: 2NOBr( g)
Δ
K eq 8.5 103 a 150°C. Si se colocan 0.025 mol de IBr en un recipiente de 2.0 L, ¿cuál será la presión parcial de esta sustancia una vez establecido el equilibrio? 15.57 En el equilibrio
Cl2( g)
Calcule la K eq de esta reacción a esta temperatura. 15.52 Se mantiene una mezcla de H 2, S y H2S en un recipiente de 1.0 L a 90°C hasta que se establece el equilibrio siguiente: H 2( g)
2IBr( g)
NH4HS(s)
Δ
NH3( g)
+
H 2S( g)
En el equilibrio la presión total (de NH3 y H2S juntos) es de 0.614 atm. ¿Cuál es la K eq de este equilibrio a 24°C? Se coloca una muestra de 0.831 g de SO 3 en un recipiente de 1.00 L y se calienta a 1100 K. El SO 3 se descompone en SO2 y O2: 2SO3( g)
Δ
2SO2( g)
+
O 2( g)
En el equilibrio la presión total del recipiente es de 1.300 atm. Encuentre el valor de la K eq de esta reacción a 1100 K. 15.60 El óxido nítrico (NO) reacciona fácilmente con cloro gaseoso como sigue: 2NO( g)
+
Cl2( g)
Δ
2NOCl( g)
