ejercicios de quimica IV resueltos-75

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EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA 223
. SEPTIEMBRE 2008 
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4.- a) Dada la siguiente reacción: 
2 NaHCO3(s) ↔ Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) 
Inicialmente se introducen 5,0 moles de NaHCO3, 0,1 moles de Na2CO3, 
0,1 moles de CO2 y 0,1 moles de H2O en un recipiente de 15 L. La 
constante de equilibrio (Kc) para dicha reacción a 130 ºC es 1,2·10-3. Si la 
reacción se produce a dicha temperatura, calcular las concentraciones de 
los productos gaseosos y la masa de cada uno de los productos sólidos al 
alcanzar el equilibrio. 
b) Se queman 2,0 g de metano (CH4) en una bomba calorimétrica. Si se 
aprovecha dicho calor para calentar 2,5 L de agua líquida que inicialmente 
se encuentran a 25 ºC, ¿Cuál será la temperatura final alcanzada? 
 
 
Datos 
Mmolar (g/mol): Na-23,0; H-1,0; C-12,0; O-16,0; Qcombustión(CH4)= - 
890,2 kJ/mol; ce(H2O,l)= 4,184 J/gC 
 
 
 
224 EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA BÁSICACAPÍTULO 3 
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Resolución 
a) Para conocer hacia donde se desplazará el sistema se debe calcular el 
cociente de reacción, Qc, en las condiciones iniciales y compararlo con la 
constante de equilibrio, Kc. El sistema es heterogéneo, por lo que en el 
equilibrio habrá que tener en cuenta las concentraciones de las sustancias 
que se encuentren en estado gaseoso: 
 
[CO2]= -3
0,1 = 6,67·10
15
 M [H2O]= -3
0,1 = 6,67·10
15
 M 
 
( ) -3 2 -5c 2 2 oQ = [CO ][H O] = (6,67·10 ) = 4,44·10 
 
Como Qc<Kc el sistema evolucionará netamente hacia la derecha, 
aumentando el valor de Qc hasta que se iguale al de Kc, de la siguiente 
manera: 
 
 2 NaHCO3 (s) ↔ Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (g) 
 Inicio: 5 0,1 0,1 0,1 (mol) 
 Cambio: -2x +x + x + x (mol) 
 Equilibrio: 5-2x 0,1+x 0,1+x 0,1+x (mol) 
 
Sustituyendo dichos valores en la expresión de la constante de equilibrio: 
 
 -3c 2 2
0,1+ x 0,1+ xK = [CO ][H O] = = 1,2·10
15 15
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⋅⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
 x= 0,42 moles 
 
Las concentraciones en el equilibrio son: 
 
[CO2]= 
0,1+ 0,42 =
15
0,035 M [H2O]=
0,1+ 0,42 =
15
0,035 M 
 
La masa de los productos sólidos: 
5,0-2·(0,42)= 4,16 moles NaHCO3 
4,16 moles NaHCO3 · 3
3
84 g NaHCO =
1 mol NaHCO 3
349,4g NaHCO 
 EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA 225. SEPTIEMBRE 2008 
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0,1 + 0,42= 0,52 moles Na2CO3 
0,52 moles Na2CO3 · 2 3
3
106 g Na CO =
1 mol NaHCO 2 3
55,1 g Na CO 
 
b) Utilizando el dato del calor molar de combustión del metano, podemos 
determinar el calor generado cuando se queman 2,0 g de metano. 
 
2,0 g CH4· 4
4
1 mol CH · 890,2 kJ/mol =
16 g CH
111,3 kJ 
 
Este es el calor cedido a los 2,5 L de agua líquida, que corresponden a 2,5 
kg de agua, ya que la densidad del agua líquida es 1 kg/L: 
 
Q = m·cp ·ΔT 
 
111,3·103 J= 2500 g · 4,184 J/g ºC · (T-25) ºC 
 
T = 35,6 ºC 
 
 
 
5.- Se prepara una pila galvánica uniendo mediante un puente salino de 
KCl los siguientes electrodos: una barra de plata sumergida en una 
disolución de nitrato de plata 0,5 M y una varilla de platino sumergida en 
una disolución que tiene una concentración de 10-3 M de iones Sn2+ y 1,0 
M de iones Sn4+. 
a) Escribir las semirreacciones y la reacción global que tienen lugar. 
b) Calcular el potencial de la pila a 25 ºC. 
c) Calcular la energía libre de Gibbs en las condiciones en las que ocurre la 
reacción y razonar en qué sentido se desarrollará netamente el proceso. 
 
 
Datos 
Eº(Ag+/Ag) = 0,799 V; Eº(Sn4+/Sn2+) = 0,150 V; F= 96.500 C/mol e-