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DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller 4 Equilibrio Químico Taller Equilibrio Químico 1. Objetivos: 1. Reconocer la importancia del concepto de equilibrio químico. 2. Familiarizarse con los conceptos de constante de equilibrio, Kc, Kp. 3. Identificar y emplear los conceptos de ley de acción de masas, cociente de reacción, grado de disociación. 4. Relacionar Kp y Kc adecuadamente. 2. Introducción: En el equilibrio: aA + bB ↔ cC + dD el equilibrio se establecerá cuando las velocidades directa e inversa sean iguales. En el caso de reacciones simples, vd = vi = Kd [A]a [B]b= Ki [C]c [D]d, es decir: Kc=[C]c[D]d / [A]a[ B]b Expresión que se conoce como ley de acción de masas (LAM). Para una reacción en un momento determinado, denominamos cociente de reacción a la expresión: Q=[C]c[D]d / [A]a[ B]b Si Q es mayor que Kc, nos informa de que la reacción se desplazará a la izquierda; si es menor, la reacción irá hacia la derecha; mientras que, si es igual, nos encontramos en el equilibrio. A la expresión: Kp=PccPdd / PaaPbb La conocemos como constante de presiones y nos sirve para calcular las presiones parciales de los gases presentes en un equilibrio. Se llama grado de disociación, α, al cociente entre la cantidad o concentración de una sustancia que se ha disociado y la cantidad o concentración de esa sustancia presente inicialmente. α=x/c Se puede expresar en porcentaje, si se multiplica por 100. Kc y Kp se encuentran relacionadas por la ecuación: Kp=Kc (RT)−Δn 3. Definiciones: Página 1 de 10 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller 4 Equilibrio Químico Equilibrio químico: Es la situación en la que en una reacción reversible las concentraciones de todas las sustancias que intervienen permanecen constantes, de forma macroscópica, a lo largo del tiempo. Principio de Le Chatelier. Si en un sistema en equilibrio se modifican los factores externos, el sistema evoluciona en el sentido de oponerse a dicha modificación. El aumento de temperatura favorece la reacción endotérmica, y su disminución, la exotérmica. El aumento de la presión lo desplaza hacia el lado que tenga menos moles gaseosos. El aumento de la concentración de un reactivo o producto desplaza el equilibrio hacia la desaparición de dicha sustancia. Reacciones de precipitación son aquellas que tienen lugar entre iones en disolución para formar sustancias insolubles. Disolución saturada es la que se encuentra en equilibrio con un exceso de soluto no admite más soluto en esa cantidad de disolución. Solubilidad. Es la concentración (mol*L−1) que tiene un soluto en un disolvente, a una temperatura determinada, cuando la disolución está saturada. Factores determinantes de la solubilidad: a) Temperatura: La mayoría de las sustancias aumentan su solubilidad con la temperatura. b) Energía: El que se desprenda más energía al disolverse un soluto favorece un mayor valor de la solubilidad de esta sustancia. c)Entropía: Cuanto mayor es el aumento de entropía o desorden de una sustancia al disolverse, mayor es su solubilidad La reacción AB(s) ↔ A+(aq) + B-(aq) tiene una constante de equilibrio igual a: Ks= [A+(aq)] [B-(aq)] llamada producto de solubilidad. Para AmBn ↔ mAn++ nBm− el producto de solubilidad es: Ks= [An+(aq)]m [Bm-(aq)]n La solubilidad y el producto de solubilidad están relacionados por la expresión: s = m+n√(Ks / mnmn Página 2 de 10 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller 4 Equilibrio Químico 1. Si a una reacción química se le adiciona un catalizador, ¿esto tienen algún efecto en las concentraciones en el equilibrio? Explique su respuesta. En una reacción en equilibrio, la adición de un catalizador no afecta el estado de equilibrio químico. Sólo aumenta en la misma proporción las velocidades directa e inversa. Por consiguiente, el equilibrio se alcanza en menor tiempo con mismas concentraciones. 2. Explique el principio de Le Châtelier. El principio de Le Châtelier establece que, en un cambio de condiciones(presión, temperatura,volumen) sobre un sistema de equilibrio, se desplazará hacia una nueva posición para contrarrestar el efecto y recuperar el estado de equilibrio. ¿De qué manera ayuda este principio para obtener la máxima conversión en las reacciones? Dependiendo de la alteración de la temperatura, favorece el sentido endotérmico(incrementa) y sentido exotérmico(disminución) de la reacción. Dependiendo de la disminución o aumento de la presión en el sistema, este se desplazará hacia el menor(aumenta) o mayor(disminuye) número de moles. Si se llega a disminuir el volumen, el sistema se desplaza hacia donde hay menor número de moles. En contraparte, si aumenta el volumen se desplaza donde hay mayor numero de moles. 3. Identifique los ácidos de Brønsted-Lowry entre los reactivos de las siguientes reacciones: a) NaHSO3 + NaOH <–--> Na2SO3 + H2O ÁCIDO 1 + BASE 2 <–--> BASE 1 + ÁCIDO 2 b) KCN + HI <–--> HCN + KI BASE 1+ ÁCIDO 2 <–--> ÁCIDO 1+ BASE 2 c) PO43- + H2O <–--> HPO42- + OH- BASE 1 + ÁCIDO 2<–--> ÁCIDO 1+ BASE 2 Página 3 de 10 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller 4 Equilibrio Químico 4. Calcule la masa de yodato de bario que puede disolverse en 500 mL de agua a 25ºC. Kps (Ba(IO3)2)= 1.57 x 10-1 PM (Ba(IO3)2) = 487.13 g*mol-1 5. ¿Cuál de los siguientes compuestos es más soluble en agua? Tanto “a” como “b” son los compuestos con más solubilidad en el agua a) CuI (Kps=1.0×10-12) b) Ag2CrO4 (Kps=1.0×10-12) c) Hg2CO3 (Kps=1.0×10-17) d) AgCN ( Kps=1.0×10-16) 6. Si las siguientes sustancias se disuelven en agua, ¿resultará la disolución ácida, básica o neutra? a) Na+Br- b) Na+CH3COO- c) NH4+Cl- d) K3PO4 e) (CH3)4N+Cl- Página 4 de 10 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller 4 Equilibrio Químico 7. Determine el pKa del ácido benzoico si una disolución acuosa 0.01 M tiene un pH de 3.1. Rta; 4,20 8. Considere 500 mL de una disolución con [NH3]=0.4 M y [NH4+] =0.5M. Calcule el pH de la disolución si el pKa del ion amonio es 9.25. Página 5 de 10 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller 4 Equilibrio Químico 9. En equilibrio, la presión de la mezcla de reacción CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2 (g) es de 0.105 atm a 350°C. Calcule Kp y Kc para esta reacción. 10. Para la síntesis del amoniaco N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) La constante de equilibrio Kc a 375°C es de 1.2. Comenzando con [H2]0 = 0.76 M, [N2]0 = 0.60 M y [NH3]0 =0.48 M, ¿para cuáles gases habrá aumentado la Página 6 de 10 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller 4 Equilibrio Químico concentración y en cuáles habrá disminuido una vez que la mezcla alcance el equilibrio? El volumen del recipiente de reacción es de 10 L. 11. Para el ejercicio anterior calcule Kp y las presiones parciales de cada uno de los gases. Si la reacción se lleva a cabo en un reactor que soporta hasta 2,3 bares de presión, ¿es posible llevar a cabo la reacción en dicho reactor sin que ocurra una explosión Página 7 de 10 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller 4 Equilibrio Químico 12. Considere el siguiente proceso en equilibrio a 686°C: CO2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(g) Las concentraciones en el equilibrio de las especies reactivas son: [CO] = 0.050 M, [H2] = 0.045 M, [CO2] = 0.086 M y [H2O] = 0.040 M. a) Calcule Kc para la reacción a 686°C. b) Si se añadiera CO2 para aumentar su concentración a 0.50 mol/L, ¿cuáles serían las concentraciones de todos los gases una vez que se hubiera restablecido Página 8 de 10 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller 4 Equilibrio Químico el equilibrio? 13. Calcule: a) el pH de una disolución de CH3COOH 0.20 M. b) Cuál es el pH de una disolución que contiene tanto CH3COOH 0.20 M como CH3COONa 0.30 M? La Ka de CH3COOH es 1.8 × 10–5 Página 9 de 10 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUIM1103 Química Taller4 Equilibrio Químico Referencias: Ripoll, E. El equilibrio Químico. Recursos TIC. http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/equilibrio_quimico/var_c atal.html?6&4 Página 10 de 10
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