Equilibrio Q y A-B

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PreU- AC
Equilibrio Químico – Ejercitación Propuesta
1 La reacción
CO (g) + H2O (g) H2 (g) + CO2 (g) Kc = 8,25 a 900 ºC
En un recipiente de 25 litros, se mezclan 10 moles de CO y 5 moles de H2O a 900 ºC. Calcule en el equilibrio: (a) Las concentraciones de todos los compuestos. (b) La presión total de la mezcla.
Datos: R = 0,082 (atm·L)/(mol·K)
Sol.: (a) [CO] = 0,22 ; [H2O] = 0,02; [CO2] = [H2] = 0,18 ; (b) p = 57,7 atm
2 Se introducen 0,1 moles de SbCl5 en un recipiente de 1 litro, se calientan a 182 ºC y se produce su disociación
SbCl5 (g) SbCl3 (g) + Cl2 (g)
quedando cuando se alcanza el equilibrio 0,087 moles de SbCl5. Calcule: (a) La constante de equilibrio Kc. (b) Las concentraciones de los componentes en el equilibrio, si se aumenta el volumen de 1 a 3 litros, manteniendo la temperatura constante. (c) La presión total de la mezcla en las condiciones finales del apartado (b).
Datos: R = 0,082 (atm·L)/(mol·K)
Sol.: (a) 1,94·103; (b) [SbCl5] = 0,025 mol/L; [SbCl3] = [Cl2] = 7,18·103 mol/L; (c) p = 1,5 atm
3 Considere la reacción
CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g)
Al mezclar inicialmente 49,3 moles de CO2 y 50,7 moles de H2, a la temperatura de 1000 K, se encuentra una composición en el equilibrio de 21,4 moles de CO2, 22,8 de moles de H2, 27,9 moles de CO y 27,9 moles de H2O. (a) Determine el valor de Kc. (b) Calcule la composición de la mezcla en el equilibrio cuando se parte inicialmente de 60 moles de CO2 y 40 moles de H2 en las mismas condiciones.
Sol.: a) Kc = 1,595; b) n(CO2) =33,4 mol; n(H2) = 13,4 mol; n(CO) = n(H2O) = 26,6 mol
4 En un matraz de 250 cm3 se introducen 50 g de PCl5. Se cierra herméticamente y se calienta. El PCl5 se disocia en PCl3 y Cl2, alcanzándose el equilibrio a la temperatura de 200 ºC. Analizando la muestra, se comprueba que el equilibrio contiene 6,54 g de PCl3, 3,37 g de Cl2 y 40,09 g de PCl5. Calcula la constante de equilibrio para la disociación del PCl5.
Sol.: K = 4,7·10-2 mol/L
5 Si se introduce en un recipiente de 100 mL un mol de H2O y uno de CO y se calienta a la temperatura de 986 ºC el 44% del agua reacciona con el CO según 
H2O(g) + CO(g) H2(g) + CO2(g)
alcanzándose el equilibrio. Calcula la constante de equilibrio para esta reacción.
Sol.: K = 0,617
6 La constante de equilibrio para la reacción
PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)
a la temperatura de 760 K, es 33,3 mol/L. En un recipiente cerrado de 25 mL se introducen 2 g de PCl5 ¿Cuales serán las concentraciones de PCl5, PCl3 y Cl2 cuando a 760 K se alcance el equilibrio?
Sol.: [PCl5] = 1,08·10-4 M ; [Cl2] = [PCl3] = 9,48·10-3 M
7 En un recipiente de 5 litros se introduce 1 mol de SO2 y 1 mol de O2. Se calienta a 727 ºC, con lo que tiene lugar la reacción: 2 SO2 + O2 2 SO3.
Una vez alcanzado el equilibrio, se analiza la mezcla y se encuentran 0,150 moles de SO3. Calcule:
a) La concentración de SO2 en el equilibrio.
b) La constante de equilibrio Kc a 727 ºC.
Solución: a) [SO3] = 0,17 moles / L; b) Kc = 279,2
8 En un recipiente de 10 litros se introducen 0,53 moles de nitrógeno y 0,49 moles de hidrógeno. Se calienta la mezcla a 527 ºC, estableciéndose el equilibrio:
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
en el que se observa que se han formado 0,06 moles de amoniaco .
a) Determina el valor de la constante de equilibrio, Kc.
b) Calcula la presión total que ejerce la mezcla gaseosa en equilibrio.
Datos: R = 0,082 atm · L/ K · mol
Sol.: a) Kc = 11,25; b) p total = 6,3 atm
9 La constante de equilibrio para la reacción:
H2 (g) + CO2 (g) H2O (g) + CO (g) es Kc = 1,6 a 986 ºC.
Un recipiente de un litro contiene inicialmente una mezcla de 0,2 moles de H2; 0,3 moles de CO2; 0,4 moles de agua y 0,4 moles de CO a 986 ºC.
a) Justificar por qué esta mezcla no está en equilibrio.
b) Si los gases reaccionan hasta alcanzar el estado de equilibrio a 986 ºC, calcular las concentraciones finales.
c) Calcular la presión inicial y la presión final de la mezcla gaseosa.
Dato: R = 0,082 atm · L· mol-1· K-1.
Sol.: b) [CO] = [H2O] = 0,36 M; [H2] = 0,24 M; [CO2] = 0,34 M; c) p = 134,2 atm en ambos casos
10 El pentacloruro de fósforo se descompone con la temperatura dando tricloruro de fósforo y cloro. Se introducen 20,85 g de pentacloruro de fósforo en un recipiente cerrado de 1 L y se calienta a 250 ºC hasta alcanzar el equilibrio. A esa temperatura están en estado gaseoso y la constante de equilibrio Kc vale 0,044.
a) Formule y ajuste la reacción química que tiene lugar.
b) Obtenga la concentración en mol·L1 de cada una de las especies de la mezcla gaseosa a esa temperatura.
c) ¿Cuál será la presión en el interior del recipiente?
d) Obtenga la presión parcial del Cl2.
Datos: Masas atómicas: P = 31,0; Cl = 35,5; R = 0,082 atm·L·mol-1·K-1.
Sol.: b) [Cl2] = [PCl3] = 0,048 mol/L; [PCl5] = 0,052 mol/L.; c) p = 6,35 atm; d) p(Cl2) = 2,06 atm
11 Una mezcla de 2 moles de N2 y 6 moles de H2 se calienta hasta 700 ºC en un reactor de 100 L, estableciéndose el equilibrio N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g). En estas condiciones se forman 48,28 g de amoniaco en el reactor. Calcule:
a) La cantidad en gramos de N2 y de H2 en el equilibrio.
b) La constante de equilibrio Kc.
c) La presión total en el reactor cuando se ha alcanzado el equilibrio.
Datos: Masas atómicas: N = 14; H = 1; R = 0,082 atm·L·mol1·K1
Sol.: a) 16,24 g de N2; 3,48 g de H2; b) Kc = 6599; c) p = 4,12 atm
12 *.- A 532 K se introducen 0,1 moles de PCl5 en un recipiente X de 1,2 L y 0,1 moles en otro recipiente Y. Se establece el equilibrio PCl5 PCl3 + Cl2, y la cantidad de PCl5 se reduce un 50% en el recipiente X y un 90% en el recipiente Y. Todas las especies se encuentran en fase gaseosa. Calcule:
a) La presión en el equilibrio en el recipiente X.
b) La constante de equilibrio Kc.
c) El volumen del recipiente Y.
d) La presión en el equilibrio en el recipiente Y.
Datos. R = 0,082 atm·L·mol−1·K−1.
Sol.: a) pX = 5,45 atm; b) Kc = 0,042; c) V’ = 19,3 L; d) pY = 0,43 atm
13 Se introducen 0,5 moles de pentacloruro de antimonio en un recipiente de 2 litros. Se calienta a 200 ºC y una vez alcanzado el equilibrio, hay presentes 0,436 moles del compuesto. Todas las sustancias son gaseosas a esa temperatura.
a) Escriba la reacción de descomposición del pentacloruro de antimonio en cloro molecular y en tricloruro de antimonio.
b) Calcule Kc para la reacción anterior.
c) Calcule la presión total de la mezcla en el equilibrio.
Dato. R = 0,082 atm·L·K−1·mol−1.
Sol.: b) Kc = 4,7×103; c) p = 10,94 atm.
14 Considere la reacción exotérmica A + B C + D. Razone por qué las siguientes afirmaciones son falsas para este equilibrio:
a) Si la constante de equilibrio tiene un valor muy elevado es porque la reacción directa es muy rápida.
b) Si aumenta la temperatura, la constante cinética de la reacción directa disminuye.
c) El orden total de la reacción es igual a 3.
d) Si se añade un catalizador, la constante de equilibrio aumenta.
15 Se introduce fosgeno (COCl2) en un recipiente vacío de 1 L a una presión de 0,92 atm y temperatura de 500 K, produciéndose su descomposición según la ecuación:
COCl2 (g) CO (g) + Cl2 (g)
Sabiendo que en estas condiciones el valor de Kc es 4,63×103; calcule:
a) La concentración inicial de fosgeno.
b) Las concentraciones de todas las especies en el equilibrio.
c) La presión parcial de cada uno de los componentes en el equilibrio.
Dato. R = 0,082 atm·L·K−1·mol−1.
Sol.: a) c0 = 0,022 mol/L; b) [COCl2] = 0,014 mol/L; [CO] = [Cl2] = 8×103 mol/L; c) p(COCl2) = 0,574 atm; p(CO) = p(Cl2) = 0,328 atm
Equilibrio Iónico – Ejercitación Propuesta
1 Se preparan 500 mL de una disolución que contiene 0,2 moles de un ácido orgánico monoprótico cuyo pH es 5,7. Calcule: (a) La constante de disociación del ácido. (b) El grado de disociación del ácido en la disolución. (c) La constante Kb de la base conjugada.
Sol.: Ka = 9·1012; = 4,75·106; Kb = 1,1·103.
2 Calcular el grado de disociación y la molaridad de una disolución de ácido acético en agua cuya concentración de protones es 1,34 · 10-3 M y la constante de disociación ácidaKa = 1,8 · 10-5.
Sol.: c = 0,1 M; = 0,0134 = 1,34 %
3 Calcular el grado de disociación y la molaridad de una disolución de ácido acético en agua cuya concentración de protones es 1,34 · 10-3 M y la constante de disociación ácida Ka = 1,8 · 10-5.
Sol.: c = 0,1 M; = 0,0134 = 1,34 %
4 Se necesita disponer de una disolución cuyo pH sea 11,50. Para ello se disuelven en agua 18,4 g de una base (BOH) hasta alcanzar un volumen de 1,0 L. Si la masa molecular de la base es 160, calcule su constante de disociación.
Sol.: Kc = 8,9·105.
5 En un laboratorio se tienen dos matraces, uno conteniendo 15ml de HCl cuya concentración es 0,05 M y el otro 15 mL de ácido etanoico (acético) de concentración también 0,05 M.
a)Calcule el pH de cada una de ellas.
b) ¿Qué cantidad de agua se debe añadir a la más ácida para que el pH de las dos disoluciones sea el mismo?.
Dato: Ka (CH3 COOH) = 1,8·105.
Sol.: (a) pH = 1,3; pH = 3; (b) V = 735 mL
6 El pH de una disolución de NaOH es 13. Calcule su concentración. (b) El pH de una disolución de igual concentración de amoníaco es 11,3. Calcule la constante Kb del amoníaco y su grado de disociación.
Sol.: (a) [NaOH] = 0,1 M; (b) Kb = 1,81·105; = 0,013
7 Se tiene una disolución de un ácido cuya constante es 2,0·10-3 y su grado de disociación 0,15. Calcule: (a) La concentración de la disolución del ácido. (b) El pH de otra disolución del mismo ácido de concentración 1,0·10-3 M.
Sol.: (a) c = 0,075 M; (b) pH = 3
8 Una muestra de 0,726 g de (NH4)2SO4 se trata con hidróxido de sodio en exceso, desprendiéndose 0,24 litros de NH3 (g) medidos a 15 ºC y 748 mmHg. (a) Calcule la pureza de la muestra expresada en % en peso. (b) Determine el pH de una disolución preparada con un peso igual al indicado inicialmente de muestra impura, que se disuelve en agua, enrasando hasta un volumen total de 100 mL.
Suponga que ni el ion sulfato ni las impurezas influyen en el pH y que la reacción correspondiente es:
NH4+ NH3 + H+
Datos: R = 0,082 (atm·L)/(K·mol) ; Ka(NH4+) = 1,0·10-9 ; N = 14 ; S = 32,1 ; O = 16 ; H = 1
Sol.: (a) 91 %; (b) pH = 5,
9 Razone si son ciertas o no las siguientes proposiciones:
(a) El hidróxido de sodio se disocia totalmente en una disolución acuosa 0,01 M.
(b) El amoniaco en disolución acuosa 0,01 M (hidróxido de amonio) no se disocia totalmente.
(c) En una disolución que contiene 0,01 mol/L de hidróxido de sodio y 0,01 mol/L de hidróxido de amonio, el grado de disociación de los dos hidróxidos es menor que cuando estaban en disoluciones separadas.
(d) La adición de 0,01 moles de ácido fuerte a un litro de la disolución del apartado (c), da lugar a una disolución con un pH igual al de la del apartado (b).
Sol.: a) V; b) V;c) F; d) V
10 Se dispone de una disolución acuosa 0,001 M de ácido 2-cloroetanoico cuya constante Ka es 1,3·10-3. Calcule: (a) El grado de disociación del ácido. (b) El pH de la disolución (c) Los gramos de ácido que se necesitarán para preparar dos litros de esta disolución.
Datos: C = 12 ; O = 16 ; Cl = 35,5 ; H = 1
Sol.: (a) = 0,66; (b) pH = 3,2; (c) m = 0,19 g
11 Una disolución acuosa 0,01 M de un ácido débil HA tiene un grado de disociación de 0,25. Calcule: (a) Ka del ácido. (b) pH de la disolución. (c) Kb de la base conjugada A-.
Datos: Producto iónico del agua Kw = 1,0·1014.
Sol.: Ka = 8,3·104; pH = 2,60; Kb = 0,12·1010.
12 Sabiendo que la constante de ionización del ácido acético (Ka) tiene un valor de 1,8· 10-5, calcule:
a) El grado de disociación.
b) El pH de una disolución 0,01 M de ácido acético (CH3COOH).
Sol.: Para una concentración de 1 M = 4,24·103¸pH = 3,37.
13 El ácido fórmico (cuyo nombre sistemático es ácido metanoico) es un ácido débil cuya constante de acidez vale 1,84 10-4. Se tienen 500 mL de una disolución acuosa de ácido fórmico en la cual éste se encuentra disociado en un 34%. Calcula:
a) La concentración inicial del ácido fórmico en la disolución.
b) Los moles de las especies HCOOH, HCOO- y H3O+ en el equilibrio.
c) El pH de dicha disolución.
Sol.: a) c = 1,05 · 10-3 M; b) Moles HCOOH = 3,46 · 10-4 moles; Moles HCOO- = moles H3O+ = 1,78 · 10-4 moles; c) pH = 3,45
14 Indicar cuál es el pH de una disolución 0,01 M de ácido nítrico.
b) Se añaden 0,82 g de acetato de sodio a 1 L de la disolución anterior. Razonar si el pH será más pequeño, igual o mayor que en el caso anterior.
c) Para al caso b), calcular la concentración de ión acetato en la disolución.
Datos: masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16; Na = 23; Ka (ácido acético) = 1,8 · 10-5.
Sol.: a) pH = 2; c) [Ac] = 4,2·104 mol/L
15 Calcule el pH y el tanto por ciento de hidrólisis de una disolución 0,02 M de acetato sódico CH3 - COONa; Ka ácido acético (CH3 -COOH) =1,8· 10-5.
Sol.: = 1,67·102 %; pH = 8,52
16 Se dispone de dos frascos, sin etiquetar, con disoluciones 0,1 M de ácido sulfúrico y 0,1 M de ácido acético. Se mide su acidez, resultando que el frasco A tiene pH = 2,9 Y el frasco B pH = 0,7
a) Explica qué frasco corresponde a cada uno de los ácidos.
b) Calcula la constante de acidez (Ka ) del ácido acético.
Sol.: b) Ka = 1,6 · 10-5.
17 Calcule el pH de una disolución 0.01 M de ácido acético (Ka=2,1· 10-5).
b) ¿Cuántos mL de agua hay que añadir a 10 ml de HCl 10-3 M, para obtener el mismo pH que en el apartado anterior? Suponga que los volúmenes; son aditivos.
Sol.: a) pH = 3,34; b) V agua = 11,83 mL
18 Se desean preparar 500 mL de una disolución de amoníaco 1,20 M a partir de una disolución de amoníaco del 27,3 % en peso y de 0,900 g /mL de densidad. Calcule:
a) El volumen que hay que tomar de la disolución del 27,3 %.
b) El pH de la disolución preparada de amoníaco.
Kb (amoníaco) = 1,8 · l0-5. Masas atómicas: nitrógeno = 14; hidrógeno = 1.
Sol.: a) V c = 85,5 mL del NH4OH concentrado; b) pH = 11,63
19 Una disolución con una concentración inicial 1 molar de ácido acético (etanoico) tiene una concentración en equilibrio de ion hidronio, H3O+, 4,2·10-3 molar. Calcula:
a) La constante de acidez Ka.
b) La concentración inicial de ácido necesaria para que el grado de disociación tenga un valor del 10 %.
c) El pH de la disolución en este último caso.
Sol.: a) Ka = 1,77 · 10-5; b) c = 1,6 · 10-3 M; c) pH = 3,8
20 Razonar si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Cuanto mayor sea la concentración inicial de ácido acético, mayor lo será la de iones acetato.
b) El grado de disociación del ácido acético es independiente de la concentración inicial del ácido.
c) Una disolución de cloruro de amonio tendrá un pH básico.
d) Si se adiciona acetato de sodio a una disolución de ácido acético, el pH aumenta.
Sol.: a) V; b) F; c) F; d) V.
21 Un ácido (AH) está disociado al 0,5 % en disolución 0,3 M. Calcule: (a) la constante de disociación del ácido. (b) El pH de la disolución. (c) La concentración de iones [OH-].
Sol.: (a) Ka = 7,5·106; (b) pH = 2,8; (c) [OH] = 6,6·102 M.
22 En 500 mL de agua se disuelven 5 g de ácido acético (CH3 COOH). Sabiendo que su Ka = 1,8·105, calcular:
a) El pH de la disolución.
b) El grado de disociación.
Datos: M ato (C) = 12; M ato (H) = 1; M ato (O) = 16.
Sol.: = 0,0106; pH = 2,7.
23 El ácido acetilsalicílico (aspirina) de fórmula C9H8O4, es un ácido débil y monoprótico. Su solubilidad en agua es 0,5 g en 150 mL y una disolución saturada tiene un pH 2,65.
a) Calcular su constante de acidez.
b) Justificar si el pH de una disolución de la sal sódica del ácido acetilsalicílico es menor, igual o mayor que 7.
c) La digestión de aspirinas puede ser perjudicial en los casos en los que haya tendencia a una excesiva acidez gástrica. Justificar si los siguientes productos serían o no adecuados para compensar esta acidez: Cloruro de sodio, vinagre, glucosa, hidrógenocarbonato de sodio.
Datos: Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16.
Sol.: a) Ka = 3,1·104.
24 Sabiendo que la constante de ionización (Ka) del ácido acético vale 1,8·105. Calcula :
a) El grado de disociación de una disolución 0,01 M de ácido acético.
b) Su pH
Sol.: = 0,041; pH = 3,37
25 Se disuelven 1,4 g de hidróxido de potasio en agua hasta alcanzar un volumenfinal de 0,25 L.
a) Calcule el pH de la disolución resultante.
b) Si se diluyen 20 mL de la disolución anterior hasta un volumen final de 1 L, ¿cuál sería el valor de pH de la nueva disolución?
c) Si a 20 mL de la disolución inicial se le añaden 5 mL de HCl 0,12 M, ¿cuál será el pH de la disolución resultante?
d) ¿Qué volumen de ácido nítrico de concentración 0,16 M sería necesario para neutralizar complemente 25 mL de la disolución inicial de KOH?
Datos. Masas atómicas: K = 39; O = 16; H = 1
Sol.: a) pH = 13; b) pH = 11,3; c) pH = 12,75; d) Va = 15,6 mL