Universidad Mayor de San Andrés Facultad de Ingeniería
QMC-100 Semestre :I/2018
Curso Básico
Grupo: “C”
Química General – Segundo Parcial Equilibrio Químico
1. Escr Escrib ibas as la expr expres esió ión n de Kc y Kp para ara la sigu siguie ient nte e reac reacci ción ón rever eversi sib ble en el equilibrio: 2 N O ( g ) + O 2( g ) 2 N O 2( g ) 2. Se ha estudiado el siguiente proceso en equilibrio a 230 °C: 2 N O ( g ) + O 2( g ) 2 N O 2( g ) En un experimento se encontró que las concentraciones de equilibrio de las especies reactivas son [NO] = 0.0542 M; [O2] = 0.127 M y [NO2] = 15.5 M. Calcular la constante de equilibrio Kc de la reacción a esta temperatura.
3. El cloruro de carboni onilo (COC OCll2), también llamado fosgeno, se utilizó en la Primera Guerra Mundial como gas venenoso. Las concentraciones de equ equilib ilibrrio a 74 °C para la reacci cción ent entre el monóxido ido de carb arbono y el cloro molecular que produce cloruro de carbonilo: C O( g ) + Cl C l 2( g ) C OC l 2( g ) son [CO] = 1.2 x 10-2 M: [Cl2] = 0.054 M y [COCl2] = 0.14 0.14 M. Calc Calcul ular ar la con constan stante te de equilibrio Kc. La constante de equilibrio Kp obtenida para la descomposición del pentacloruro de C l 2( g ) fósforo en tricloruro de fósforo y cloro molecular: P C l 5( g ) ⇌ P C l 3( g ) + Cl es de 1.05 1.05 a 20°C 20°C.. Si las las pres presio ione ness parci arcial ales es en el equi equili libr brio io de PCl5 y PCl3 son son 0.875 0.875 atm atm y 0.46 0.463 3 atm, atm, resp respec ecti tiva vame ment nte. e. ¿Cuá ¿Cuáll es la pres presió ión n parci arcial al de equi equili libr brio io del cloro a esta temperatura?
4. El metanol (CH3OH) se elabora industrialmente mediante la reacción: C O( g ) + 2H 2( g ) C H 3OH ( g ) La cons onstant ante de equi equillibrio Kc para la reacc acción es 10.5 a 220 °C. ¿Cu ¿Cuál es el valor alor de Kp a esta temperatura?
5. En el siguiente equilibrio heterogéneo:
C aC O 3( s) s) C aO ( s) s) + C O 2( g )
La presi esión de CO2 es de 0.236 atm a 800 °C. Calcular: a) Kp; b) Kc para la reacció ción a esta temperatura. 6. Al princ incipi ipio de una reac eacción, ón, hay 0.24 0.249 9 moles de N2, 3.21 x 10-2 moles de H2 y 6.42 x 10-4 moles de NH3 en un matraz de 3.50 litros a 375 °C: N 2( g ) + 3 H 2( g ) N H 3( g ) Si la constante de equilibrio Kc para la reacción es de 1.2 a esta temperatura, determine si el sistema está en equilibrio. Si no es así, prediga en qué dirección procederá la reacción neta. consta tant nte e de equi equillibri ibrio o Kc para ara la forma ormaci ción ón de clor clorur uro o de nitr nitros osil ilo, o, un 7. La cons compuesto de color amarillo-naranja, a partir de óxido nítrico y cloro molecular: 2 N O ( g ) + Cl C l 2( g ) 2 N OCl OC l ( g ) tiene un valor de 6.5 x 104 a 35 °C. En un experimento se mezclan 2.0 x 10-2 moles de NO, 8.3 x 10-3 mole moless de Cl2 y 6.8 6.8 moles oles de NOC OCll en un matraz de 2.0 litros. os. ¿En qué dirección procederá el sistema para alcanzar el equilibrio? ilibrio Kc para est este sist istema ema es 24.0 4.0 a 200 200 °C. Sup Supong onga 8. La constante de equili que en el inicio solo está presente cis.estilbeno en una conc oncent entración de 0.850 M. Calcular las concentraciones de cis- y trans-estilbeno en el equilibrio: cis − estilbe lbeno tran transs − estil stilbe beno no
9. Una mezcla de 0.500 moles de H2 y 0.500 moles de I2 se coloca en un reci recipi pien ente te de acer acero o inox inoxid idab able le de 1.00 1.00 L a 430 430 °C. °C. La cons consta tant nte e de equi equili libr brio io H I ( g ) es 54. Kc para ara la reacc acción: H 2( g ) + I 2( g ) 2 HI 54.3 a esta esta temp temper erat atur ura. a. Calc Calcul ule e las concentraciones de H2, I2 y HI en el equilibrio.
10. Suponga que las conc oncent entraciones ones iniciales ales de H2, I2 y HI son 0.00623 M, 0.00414 M y 0.00224 M, respectivamente. Para la misma reacción y temp temper erat atur ura a desc descri rita tass en el ejer ejerci cici cio o 10. 10. Calc Calcul ular ar las las conc concen entr trac acio ione ness en el equilibrio de estas especies. 11. A 1280 °C la constante de equilibrio Kc para la reacción: Br 2( g ) 2 Br ( g ) es 1.1 x 10-3. Si las las conc concen entr trac acio ione ness inic inicia iale less son son [Br [Br2] = 6.3 x 10-2 M y [Br] = 1.2 x 10-2 M, calcule las concentraciones de estas especies en el equilibrio.
12. Considere el siguiente proceso en equilibrio entre el tetrafluoruro de dinitrógeno (N2F4) y el difloruro de nitrógeno (NF2):
N 2 F 4( g ) 2 N F 2( g )
∆H°
= 38.5 kJ/mol
Prediga los cambios en el equilibrio si: a) La mezcla de reacción se calienta a volumen constante; b) El gas N2F4 se retira de la mezcla de reacción a temp temper erat atur ura a y volu volume men n cons consta tant nte; e; c) Se dism dismin inuy uye e la pres presió ión n de la mezc mezcla la a temperatura constante; d) Se agrega un catalizador a la mezcla reactiva.
Considere la reacción endotérmica: F e3 O4( g ) + 4H 2( g ) 3 F e( s) s) + 4H 2 O ( g ) ¿Cuá ¿Cuáll será será el efec efecto to sobr sobre e la conc concen entr trac ació ión n de equi equili libr brio io de H2(g)? si: a) Se aum aumenta el volu volum men del del reci recipi pien ente te;; b) Dism Dismin inuy uye e la tempe empera ratu tura ra;; c) Se añad añade e un gas gas inert erte a volu olumen constante; d) Se aumen umentta la concent entración de vapor apor de agua; e) Se añade un gas inerte a volumen variable; f) Se añade algo de Fe3O4; g) Se extrae algo de vapor de agua. de lo los re reactivos 13. En la reacción: 3 A( g ) + B ( g ) 2C ( g ) + D ( g ) las concentraciones de inicia cialment ente son: 0.0 0.02 M cada uno, mientras que la concent entración de C y D es cero. Si en el equilibrio la concentración de D es 0.0004 M. ¿Cuál es la constante de equilibrio para esta reacción?
14. En un reci recipi pien ente te de 200 200 cc de cap capacid acidad ad,, se colo coloca ca a baja baja tempe empera ratu tura ra 0.40 0.40 g de peróxido de nitr itrógeno eno (N2O4) en est estado líquido, do, se proce ocede a cer cerrar el recipiente y se lo calienta a 45 °C, el N2O4 se evaporiza y se disocia en un 41,6 % en NO2. Calcular las constantes de equilibrio Kc y Kp para esta reacción a 45 °C. 15. A 27 °C y 1 atm de presión el peróxido de nitrógeno está disociado en un 20% en NO2, calcular: a) Kp; b) El grado de conversió sión a 27° 27°C, toman omando do en cuenta que la presión del sistema se modifica a 0.10 atm; c) ¿Cuál es la conversión en una muestra de 69 g de N2O4 conf confin inad ados os en un reci recipi pien ente te de 20 L a 27 °C? 16. En un recipiente de 1 L de capacidad se inyecta un mol de H2, 2 moles de I2 y 3 moles de HI. Sabiendo endo que para este proce oceso Kp es igu igual a 45.9, 5.9, calcu alcullar las concentraciones de cada especie en el equilibrio. matraz az de 1000 1000 cc de cap capacid acidad ad se llen llena a en con condici dicion ones es norma ormale less de HI, 17. Un matr se cier cierra ra el sist sistem ema a y se cali calien enta ta a 400 400 °C. °C. a) Dete Determ rmin inar ar las las conc concen entr trac acio ione ness en el equilibrio si la Kp para esta reacción es igual a 59,4 a dicha H I ( g ) b) Determinar el porcentaje de HI temperatura. H 2( g ) + I 2( g ) 2 HI disociado.
18. La constante de equilibrio Kp para la reacción:
N 2 O4( g ) 2 N O 2( g )
es 0.141 atm a 25 °C y 1 atm de presión, calcular: a) La constante Kc a dicha temperat eratu ura; b) La presi esión parcial del del NO2 formado a 25 °C; c) La presión parcial del NO2 formado a 77 °C considerando que la presión total del sistema se ha incrementado en un 10% y el calor de reacción es igual a 13685 cal/mol.
19. En un recipiente a volumen constante, que se mantiene a 959 K, se intr introd oduc uce e dióx dióxid ido o de carb carbon ono o e hidr hidróg ógen eno. o. Sus Sus pres presio ione ness parc parcia iale less ante antess de reac reacci cion onar ar son son 1.00 1.00 atm atm para para el CO2 y 2.00 2.00 atm atm para para el hidr hidróg ógen eno. o. Se veri verifi fica ca entonces la reacción: C O2( g ) + H 2( g ) C O ( g ) + H 2 O ( g ) . En el equilibrio, la presión parcial del vapor de agua es de 0.57 atm. Calcular las presiones parciales de todas las sustancias y el valor de Kp.
20. En un recipiente de 10 litros de capacidad a la temperatura de 500 °C, se introducen 0.5 moles de hidrógeno y 0.5 moles de yodo. La constante de equilibrio Kc para la reacción dada es 50. Calcular: a) El valor de la constante Kp a 500 °C; b) La presión total en el recipiente, una vez alcanzado el equilibrio; c) Las presiones parciales de cada uno de los componentes, una vez alcanzado el equilibrio. calenta tarr pent pentacl aclor orur uro o de anti antimo moni nio, o, se disoc disocia ia en tric triclo loru ruro ro de anti antimo moni nio o 21. Al calen C l 2( g ) . A 182 °C y presión de 1 atm, se y cloro gaseoso: SbCl 5( g ) ⇌SbCl 3( g ) + Cl dis disocia en un 29%. Calcular: a) Kp; b) Kc para ara la convers ersión ión del del SbCl5 a esta esta temperatura; c) La presión a la cual llega a una conversión del 60%.
22. Cuan Cuando do se cal calient ienta a el carb carbon onat ato o de cal calcio cio a tempe empera ratu tura rass elev elevad adas as,, éste éste se desc descom omp pone one en óxid óxido o de cal calcio cio y dióx dióxid ido o de carb carbon ono; o; el calo calorr abso absorb rbid ido o en este proceso es de 39,42 Kcal, la presión de equilibrio del dióxido de carbono a la temperatura de 800 °C es de 167 mmHg. Calcular: a) La temperat eratu ura a la cual la presión del dió dióxido de carbono es de 0.439 atm atm; b) La temp temper erat atur ura a a la cual cual comi comien enza za la diso disoci ciac ació ión n del del carb carbon onat ato o de calc calcio io en el aire, el mismo que contiene 0,034% de CO2; c) El valor de Kc a 1000 °C. introd oduc uce e PCl PCl5 gase gaseoso oso en una una cámar cámara a vací vacía a establ estableci ecién éndos dose e el equi equili libr brio io 23. Se intr a 250 °C y a 2 atm de presión. El gas en equilibrio contiene 40,7 % de cloro en volumen. en. Determinar: ar: a) Kp y Kc; b) El porcentaje aje de PCl5 que que se diso disoci cia a en el equilibrio, si la mezcla se reduce hasta 0.2 atm, manteniéndose cons consta tant nte e la temp temper erat atur ura; a; c) La pres presió ión n parc parcia iall del del PCl PCl3 a 300 °C y 2 atm de pres presió ión, n, cons consid ider erar ar que que el calo calorr de reac reacci ción ón no varí varía a sign signif ific icat ativ ivam amen ente te en ese rango de temperatura, siendo su valor 2235 cal/mol.
24. A la temp temper erat atur ura a con constan stante te de 700 700 K, en un react eactor or de 2 litro itross de capa capaci cida dad d que contiene 0.1 moles de monóxido de carbono y un catalizador sólido conveniente, se introduce hidrógeno hasta que la presión total en el equilibrio es de 7 atm, por ocurrir la reacción: C O( g ) + 2H 2( g ) + cataliz ador C H 3OH ( g ) Momento en el cuál se ha form ormado 0.06 0.06 moles oles de metan etanol ol.. Calcular: a) Los moles oles de la mezcla en el equilibrio; b) Los moles en equilibrio de CO y H2; c) El valor de Kp de la reacción a 700 K.
25. A la temperatura de 700 K la constante de equilibrio para la reacción: C C l4( g ) C ( s) s) + 2C l 2( g ) es Kp = 0.76 atm. Si se llena el matraz de CCl4 a 1.5 atm y se deja reposar a 700 K hast hasta a que alca alcanc nce e el equi equili lib brio. rio. a) ¿Q ¿Qué ué fracc racció ión n de CCl CCl4 se convierte en C y Cl2?; b) ¿Cuál es el valor de Kc?; c) ¿Cuáles son las presiones parciales del CCl4 y Cl2 en el equilibrio? C l 2( g ) Kp = 0.497 a 500 K. 26. Para la reacción: P C l 5( g ) ⇌ P C l 3( g ) + Cl
Se llena un cilindro de gas de 2 litros con PCl5 a 20 °C y 820 mmHg, se tapa y se calie alien nta a 500 K. Calcu alcullar: ar: a) La com composició ción del del sis sistema en equ equilib ilibrrio y la con convers versió ión; n; b) La pres presió ión n tota totall del del sist sistem ema a en el equi equili libr brio io;; c) Si al sist sistem ema a en equilibrio del inicio se añaden 0.01 moles de cloro ¿Cuál es la composición del sistema cuando alcanza el nuevo equilibrio?; d) Si la presi esión total del del sistema ema en el equilibrio del inicio se dup duplicará ará ¿Cu ¿Cuál es la composición del sistema cuando alcanza el nuevo equilibrio?; e) Para el inciso d) ¿Cuál es el grado de disociación?; f) Calcular Kc y Kx a 500 K. recipi pien ente te cerr cerrad ado o 27. Se añade un número igual de moles (n) de CO y H2O a un reci de cinco litros que se encuentran a 327°C, estableciéndose el siguiente equilibrio: C 0( g ) + H 2 O ( g ) ⇌C 02( g ) + H 2( g ) ∆ H =− 9846 C al Kc K c = 302 Una vez vez alca alcanz nzad ado o el equi equili libr brio io,, se encu encuen entr tra a que que la presi resión ón tota totall en el recip ecipie ient nte e es de 4.78 atm. a) ¿Cuál ¿Cuál es el númer número o de moles moles inicia iniciales les?? b) ¿Cuáles ¿Cuáles son son las conc concent entrac racion iones es de CO, H2, H2O y CO2 en el equilibrio? c) ¿Cuál ¿Cuál es el valo valorr de la cons constan tante te Kc a 527°C 527°C??
28. Se ha encontrado que la reacción: 3 N O 2 + H 2 O ⇌ 2 HN H N O 3 + N O
∆ H = − 3000 C al
Llega al equilibrio a 300°C, conteniendo 0.6moles de dióxido de nitrógeno; 0.4 mole moless de agua agua;; 0.6 0.6 moles oles de ácid ácido o nítr ítrico ico y 0.8 0.8 moles oles de óxid óxido o nítr nítric ico, o, en un recipiente de un litro de capacidad. a) Calcul Calcular ar la const constant ante e de equilib equilibrio rio a 300°C 300°C b) Calc Calcul ular ar cuán cuánttos mole moless de ácid ácido o nítr nítric ico o debe deben n añad añadir irse se al sist sistem ema, a, para para que la cantidad final de dióxido de nitrógeno sea de 0.9 moles. c) ¿Cuál sería la constante de equilibrio a 450°C 0°C? Si el objetiv etivo o es produc ducir ácido nítrico, ¿a qué temperatura recomendaría trabajar? 29. Cuando el N2O4 se diso disoci cia a en dióx dióxid ido o de nitr nitróg ógen eno, o, la cons consta tant nte e Kp para para este este proceso es 0.141 atm (a 25°C y 1 atm de presión), determinar: a) La const constant ante e Kc a dicha dicha temper temperatu atura. ra. b) La presión presión parcial del dióxido dióxido de nitrógeno nitrógeno a 25°C. c) La presión parcial de dióxido de nitrógeno a 77°C, tomando en cuenta que el calor de reaccionó a esta temperatura es 13.685 Kcal/mol. Considerar que la presión total se incrementa en un 10%, como consecuencia del aumento de temperatura.