ejercicios resueltos de equilibrio

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Equilibrio Químico 
2º BTO. / curso 2009-10 
CUESTIONES 
 
 
1. Para la reacción de síntesis del amoníaco N2 (g) + 3 H2 (g) ���� 2 NH3 (g) se conocen los valores, a temperatura 
ambiente, de las siguientes magnitudes: ∆H
0
R (valor negativo), ∆G
0
R (valor negativo), Kp (valor muy alto) y EA (valor 
muy alto). Conteste a las siguientes preguntas, indicando cuál o cuáles de dichas magnitudes, están directamente 
relacionadas con los conceptos que se enumeran a continuación: 
 
a) Intercambio de calor ¿cuál es el sentido del intercambio de calor para esta reacción? 
Relacionado con ∆H
0
R. Cómo la entalpía estandar de una reacción cualquiera se debe a la diferencia entre la 
cantidad de energía almacenada por los productos y la almacenada por los reactivos ∆H
0
R = ∆H
0
productos - 
∆H
0
reactivos, si es negativa es porque la entalpía de los productos será menor que la de los reactivos y en 
consecuencia en el proceso de síntesis del amoniaco se libera calor, se trata pues de un proceso exotérmico. 
 
b) Espontaneidad ¿en qué sentido es espontánea la reacción? 
Relacionado con ∆G
0
R. Cuando la energía libre de Gibbs del sistema disminuye, ∆G
0
R <0, es decir el valor de la 
energía libre final es menor que el inicial, la reacción es espontánea. Esta lo es en el sentido en que está escrita, 
es decir hacia la formación de amoníaco. 
 
c) Velocidad de reacción, ¿es rápida o lenta la reacción? 
Relacionado con EA. Al ser muy alta la energía de activación, la reacción de síntesis del amoniaco será lenta, 
debido a que habrá muy pocas moléculas que tengan la energía suficiente para superar la barrera que 
representa la EA. 
 
d) Efecto de la presión ¿qué efecto tiene para esta reacción un aumento de la presión? 
Relacionado con Kp. Según el principio de Le Chatelier: “ Cuando en un sistema en equilibrio se altera algún 
factor externo, se produce una modificación de las variables que lo determinan y éste evoluciona hacia un nuevo 
estado de equilibrio, de forma que tiende a contrarestar dicha variación. En este caso el aumento de presión 
hará que el sistema se desplace, para reestablecer las condiciones iniciales, hacia dónde disminuye el número de 
moléculas de gas, es decir hacia la derecha, hacia la formación de amoníaco. 
 
 
2. Al calentar, el dióxido de nitrógeno se disocia en fase gaseosa en monóxido de nitrógeno y oxígeno. 
 
a) Formule la reacción química que tiene lugar NO2 (g) ���� NO (g) + ½ O2 (g) 
b) Escriba Kp para esta reacción 2 2
2 2
. .
1/ 2 1/ 2 1/ 2. .
.
NO O NO T O T
p
NO NO T
p p x P x P
K
p x P
= = 
c) Explique el efecto que produce un aumento de la presión total sobre el equilibrio. 
De acuerdo con el principio de Le Chatelier: “ Cuando en un sistema en equilibrio se altera algún factor externo, 
se produce una modificación de las variables que lo determinan y éste evoluciona hacia un nuevo estado de 
equilibrio, de forma que tiende a contrarestar dicha variación. En este caso para contrarestar el aumento de 
presión, el equilibrio se desplaza hacia dónde disminuya el número de moles de gas, es decir hacia la izquierda. 
 
d) Explique como se verá afectada la constante de equilibrio al aumentar la temperatura. 
Según el principio de Le Chatelier, puesto que se trata de un proceso endotérmico, el aumento de temperatura 
favorece la transformación de reactivos en productos, para consumir así el exceso de calor aplicado, con lo que 
el equilibrio se desplaza hacia la derecha y Kp aumenta. O bien decir que, a partir de la ecuación de Van´t Hoff, 
puede comprobarse que en un proceso endotérmico, ∆H >0, la Kp aumenta al aumentar la temperatura. 
 
3. Para la reacción Sb2O5 (g) ���� Sb2O3 (g) + O2 (g) se cumple que ∆H >0. Explique que le sucede al equilibrio si: 
 
a) Disminuye la presión a temperatura constante 
Según el principio de Le Chatelier: “ Cuando en un sistema en equilibrio se produce una alteración, éste 
evoluciona en un sentido u otro hasta alcanzar un nuevo equilibrio, en el sentido en que se opone a la causa que 
produjo esa alteración. Si disminuye la presión, el sistema evolucionará en el sentido en que aumente el número 
de partículas gaseosas, con lo que el equilibrio se desplazará hacia la derecha, hacia la formación de productos. 
 
b) Se añade Sb2O3 a volumen y temperatura constantes. 
Según el principio de Le Chatelier referido anteriormente, si se añade Sb2O3 el sistema evolucionará en el 
sentido en que se consuma dicha sustancia, es decir hacia la izquierda, para que Kp no varie ( si se incrementa la 
cantidad de sustancia que está en el numerador, necesariamente ha de aumentar la que está en el denominador 
para que Kp no varie y por eso se desplaza hacia la izquierda). 
 
Explique que le sucede a la constante de equilibrio si: 
 
c) Se añade un catalizador a presión y temperatura constantes. 
La constante de equilibrio no experimenta variación alguna al añadir un catalizador, puesto que solo depende de 
la Temperatura. El catalizador no altera el estado de equilibrio químico, ya que al disminuir la EA, aumenta la 
velocidad de la reacción directa en la misma proporción que la de la reacción inversa, pero alcanzamos las 
concentraciones de equilibrio en menos tiempo. 
 
d) Aumenta la temperatura. 
Al aumentar la temperatura y por tratarse de un proceso endotérmico, se favorece la transformación de 
reactivos en productos, para contrarestar el exceso de calor aplicado, y el equilibrio se desplaza hacia la derecha 
atendiendo al Principio de Le Chatelier; y según la ecuación de Van´t Hoff, 
0
1
2 2 1
1 1
ln .p
p
K H
K R T T
∆
= −
 
 
 
Kp aumenta. 
 
4. Justifique si las siguientes afirmaciones son ciertas o falsas: 
 
a) Un valor negativo de una constante de equilibrio significa que la reacción inversa es espontánea. 
Falsa. La constante de equilibrio tan solo es una relación entre las concentraciones de productos y reactivos, 
para un sistema en equilibrio y tiene un valor constante para una temperatura determinada. El valor de la 
constante nos informa sobre el estado de equilibrio y sobre la extensión con que la reacción se lleva a cabo, es 
decir nos permite predecir el rendimiento de la reacción, asi pues no tiene sentido hablar de una constante 
negativa, en ningun caso puede ser Kc <0. 
 
b) Para una reacción exotérmica, se produce un desplazamiento, hacia la formación de productos al aumentar la 
temperatura. 
Falsa, según el principio de Le Chatelier: “Cuando en un sistema en equilibrio se altera algún factor externo, se 
produce una modificación de las variables que lo determinan y éste evoluciona hacia un nuevo estado de 
equilibrio, de forma que tiende a contrarrestar dicha variación”. Cuando aumentamos la temperatura, en una 
reacción exotérmica, el sistema evoluciona para absorber parte del calor suministrado, con lo que se favorece la 
reacción inversa, esto es el proceso endotérmico. El equilibrio por lo tanto se desplaza hacia la izquierda. 
 
c) Para una reacción a temperatura constante con igual número de moles gaseosos de reactivos y productos, no se 
produce desplazamiento del equilibrio si se modifica la presión. 
Verdadera. Cuando el número de moles de gas coincide, en los dos miembros del equilibrio, (∆n =0), no influye 
en él, ninguna modificación de la presión externa como tampoco influirían los cambios en el volumen del 
recipiente. 
 
d) Para una reacción a temperatura constante donde únicamente son gases los productos, el valor de la constante 
de equilibrio disminuye cuando disminuimos el volumen del recipiente. 
Falsa. El valor de la constante de equilibrio sólo depende de la temperatura con lo que no experimentaría 
modificación alguna al variar el volumen del recipiente. 
 
 
5. A partir de la reacción 4NH3 (g) + 5 O2 (g) ���� 4 NO (g) + 6 H2O (g) . 
 
a) Escriba la expresión de las constantes Kc y Kp de la reacción: 
 
[ ] [ ]
[ ] [ ]
2
23
4 64 6
2
4 54 5
3 2.
.
NO H
p c
NH O
Op p
K K
p p
NO H O
NH O
= = 
 
b) Establezca la relación entre los valores de Kc y Kp para esta reacción. 
Como la variación en el número de moles de gas en esta reacción es (∆n = 10 -9 = 1) , apartir de la realción entre 
las constantes de equilibrio se deduce que: Kp = Kc . (RT) 
∆n
 = Kc . RT 
 
c) Azone como influiría en el equilibrio un aumento de la presión. 
De acuerdo con el principio de Le Chatelier: “ Cuando en un sistema en equilibrio se altera algún factor externo, 
se produce una modificación de las variables que lo determinan y éste evoluciona hacia un nuevo estado de 
equilibrio, de forma que tiende a contrarestar dicha variación. En este caso para contrarestar el aumento de 
presión, el equilibrio se desplaza hacia dónde disminuya el número de moles de gas, es decir hacia la izquierda, 
hacia la formación de reactivos. 
 
d) Si se aumentase la concentración de oxígeno, explique en qué sentido se desplazaría el equilibrio ¿se modifica la 
constante de equilibrio?. 
Según el principio de Le Chatelier, enunciado anteriormente, al aumentar la concentración de oxígeno, el 
sistema evoluciona oponiéndose a esa acción externa y se desplaza hacia la derecha estableciéndose una nueva 
situación de equilibrio en la que se verán modificadas las concentraciones de todas las sustancias, pero no se 
afecta la constante de equilibrio puesto que ésta solo varía con la temperatura. 
 
 
 
6. El cloruro de plata es una sal muy insoluble en agua. 
 
a) Formule el equilibrio heterogéneo de disociación. 
El equilibrio de solubilidad, es el que se establece entre el cloruro de plata sóido y esa misma sustancia disuelta 
en una disolución saturada. 
AgCl (s) ���� Ag 
+
 (aq) + Cl 
-
 (aq) . 
 
 
b) Escriba la expresión de la constante del equilibrio de solubilidad y su relación con la solubilidad molar. 
La estequiometría del compuesto nos permite establecer esa relación: 
2. .psK Ag Cl s s s
+ −=     = =    
 
c) Dado que la solubilidad aumenta con la temperatura, justifique si el proceso de disolución es endotérmico o 
exotérmico. 
Como efectivamente la solubilidad de una sustancia se puede incrementar elevando la temperatura de la 
disolución, ello supondría un desplazamiento del equilibrio de solubilidad hacia la derecha, y como según el 
principio de Le Chatelier, el incremento de temperatura favorece siempre el proceso endotérmico, eso significa 
que el proceso en si de disolución, es un proceso endotérmico. 
 
d) Razone si el cloruro de plata se disuelve más o menos cuando en el agua hay cloruro de sodio en disolución. 
Al disolver cloruro de plata en un medio que contiene cloruro de sodio, esta sal aporta iones Cl 
-
 que también 
están presentes en el equilibrio de solubilidad del cloruro de plata, con lo que el equilibrio de solubilidad del 
cloruro de plata se desplazará hacia la izquierda y en consecuencia disminuirá la solubilidad de dicha sal. Es el 
denominado efecto del ión común, que resulta de aplicar el principio de Le Chatelier. 
 
7. El dióxido de nitrógeno de color pardo rojizo, reacciona consigo mismo (se dimeriza) para dar tetraóxido de 
dinitrógeno, gas incoloro. Una mezcla en equilibrio a 0ºC es casi incolora y a 100ºC tiene un color pardo rojizo: 
 
a) Escriba el equilibrio químico correspondiente a la reacción de dimerización. 2 NO2 (g) ���� N2O4 (g) 
 
b) ¿Es exotérmica o endotérmica la reacción de dimerización? 
El cambio de color observado en el sistema al variar la temperatura de 0ºC a 100ºC significa que el aumento de 
temperatura hace que el sistema evolucione de forma que se consuma el exceso de calor aplicado, y el 
equilibrio se desplaza hacia la izquierda, razón esta por la que se intensifica el color de la mezcla dado que 
aumenta la concentración de dióxido de nitrógeno. Como en virtud del Principio de Le Chatelier, el incremento 
de temperatura favorece siempre el proceso endotérmico, de esto se deduce que la reacción de dimerización es 
una reacción exotérmica. 
 
c) ¿qué ocurrirá si a 100ºC se aumenta la presión del sistema? 
Al aumentar la presión en un sistema en equilibrio, de acuerdo con el Principio de Le Chatelier, éste 
evolucionará en el sentido en que disminuya el número de partículas gaseosas, es decir el equilibrio se 
desplazaría hacia la derecha, favoreciendose así el proceso de dimerización del dióxido de nitrógeno. 
 
d) Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kp en función del grado de disociación y de la presión total. 
 
 
 N2 O4 (g) ���� 2 NO2 (g) 
moles iniciales n0 - Como α = x/n0 → x= n0. α 
 Y el nTotal= n0.(1 –α) + 2 n0. α= n0 (1+ α) 
 
 Con lo que la expresión de Kp sería: 
 
cambios para el equilibrio -x 2x 
moles en el equilibrio n0-x 
n0(1- α) 
2x 
2n0. α 
 
fracciones molares 
1- α/1+ α 2α / 1+ α 
 
( )
( ) ( )
2
2 2
2 4 2 4
.
2
2
2 2 2 2 2 2
2 2
4. 4 .
. (1 )(1 )
2
.
. 11 4 .
1 11 1 ..
1
N N T
p
N O N T
T
O O T T T
O T
T
p x P P P
K
p x P
P
P
PP
α α
αα
α
αα α
α αα α
α
= = = = =
−−
 
  ++  =
+ − − +
 + 