Guía n5 Química IV Medio

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COLEGIO SAN JOSÉ PUERTO MONTT 
UNIDAD TÉCNICO PEDAGÓGICA 
GUÍA DE APRENDIZAJE Nº5 
 
ASIGNATURA: 
 
Química 
DOCENTE: 
 
Daniel Altamirano 
NIVEL: 
 
IV° Medio 
 
UNIDAD TEMA 
Unidad 0. Equilibrio Químico 
 
Constante de equilibrio químico. 
 
ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE: 
Determinar la constante de equilibrio químico para diversas reacciones químicas, 
mediante ejercicios de aplicación. 
 
 
INSTRUCCIONES: 
Lee atentamente la siguiente guía, analice los ejercicios resueltos y luego realice los 
ejercicios problema, al final se encuentran los resultados para que compruebe sus 
resultados. 
 
CÁLCULO DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO 
 
La constante de equilibrio, Kc, se define como el producto de la 
concentración al equilibrio (en moles por litro) de los productos, cada cual elevado 
a la potencia que corresponde a su coeficiente en la ecuación balanceada, dividido 
entre el producto de la concentración al equilibrio (en moles por litro) de los 
reactivos, cada cual elevado a la potencia que corresponde a su coeficiente en la 
ecuación balanceada. El equilibrio constante, Kc, sólo puede ser resultado de 
experimentos o a partir de datos termodinámicos. Algunas expresiones de 
constantes de equilibrio y su valor numérico a 25 °C son: 
 
N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g) 
 Kc = [NO(g)]2 
 [N2(g)] [O2(g)] 
4,5x10-31 
CH4(g) + Cl2(g) ↔ CH3Cl(g) + HCl(g) 
Kc= [CH3Cl(g)] [HCl(g)] 
 [CH4(g)] [Cl2(g)] 
1,2x1018 
N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) 
 Kc = [NH3(g)]2 
 [N2(g)] [H2(g]3 
3,6x108 
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Resulta conveniente hacer énfasis en que las concentraciones de la 
expresión de la constante de equilibrio son las del equilibrio, además la constante 
de equilibrio no tiene unidades; los valores que se usan en Kc son numéricamente 
iguales a las concentraciones molares, pero son adimensionales. 
 
 
 
EJEMPLO CÁLCULO DE KC 
 
 
1) En un recipiente vacío de 5,00 L, se coloca cierta cantidad de hidrógeno y 
nitrógeno a 500 °C. Cuando se estableció el equilibrio, estaban presentes 3,01 mol 
de N2, 2,10 mol de H2 y 0,565 mol de NH3. Determinar Kc de la reacción siguiente a 
500 °C. 
 
N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) 
 
 
Las concentraciones al equilibrio se obtienen dividiendo las moles de cada reactivo 
y producto entre el volumen, 5,00 L. (Recuerde que se trabaja con la concentración 
molar) A continuación, estas concentraciones al equilibrio se sustituyen en la expresión 
de la constante de equilibrio (ley de acción de masas). 
 
Las concentraciones al equilibrio son 
 
[N2] = 3,01 mol/5,00 L = 0,602 M 
[H2] = 2,10 mol/5,00 L = 0,420 M 
[NH3] = 0,565 mol/5,00 = 0,113 M 
 
Estos valores numéricos se sustituyen en la expresión de Kc. 
 
 
Kc = [NH3(g)]2 = (0,113) 2 = 0,286 
 [N2(g)] [H2(g]3 (0,602) (0,420)3 
 
 
Por lo tanto, para la reacción de N2 e H2 para dar NH3 a 500 °C, puede escribirse 
 
 
Kc = [NH3(g)]2 = 0,286 
 [N2(g)] [H2(g]3 
 
 
 
 
 
 
 
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Ejemplo 2, Cálculo de las concentraciones en equilibrio. 
 
Una mezcla de 0,500 moles de H2 y 0,500 moles de I2 se coloca en un recipiente de 
acero inoxidable de 1,00 L a 430°C. La constante de equilibrio Kc para la reacción 
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) es de 54,3 a esta temperatura. Calcule las concentraciones de H2, 
I2 y HI en el equilibrio. 
 
 
Se proporcionan las cantidades iniciales de gases (en moles) en un recipiente de volumen 
conocido (en litros), de manera que podemos calcular sus concentraciones molares. 
Como al inicio no estaba presente el HI, el sistema no pudo estar en equilibrio. Por tanto, 
una parte del H2 reaccionará con la misma cantidad de I2 (¿por qué?) para formar HI hasta 
que el equilibrio se establezca. 
 
Paso 1: 
 
La estequiometría de la reacción es: 1 mol de H2 reacciona con 1 mol de I2 para producir 2 
moles de HI. Sea x la disminución en la concentración (en mol/L) de H2 y de I2 en el 
equilibrio. De esto, la concentración de HI en el equilibrio debe ser 2x. 
 
Los cambios en las concentraciones se resumen en la siguiente tabla de equilibrio: 
 
H2 + I2 ↔ 2HI 
 
 Inicial (M): 0,500 0,500 0,000 
 Cambio (M): –x –x 2x 
 Equilibrio (M): (0,500 – x) (0,500 – x) 2x 
 
Paso 2: 
 
La constante de equilibrio está dada por 
 
Kc = [HI(g)]2 
 [H2(g)] [I2(g] 
Al sustituir los valores, tenemos 
 
 
Kc= (2x) 2 = 54,3 
 (0,500-x)(0,500-x) 
 
Resolviendo la ecuación se tiene: 
 
X = 0,393 
 
Al reemplazar este valor en la tabla anterior, tendremos las concentraciones en equilibrio. 
 
H2= 0,107 M; I2= 0,107 M; HI= 0,786 M 
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EJERCICIOS 
 
1. La reacción entre nitrógeno y oxígeno para formar NO(g) se representa mediante la 
ecuación química: 
 
N2(g) + O2(g)↔ 2NO(g) 
 
A 1500 K, las concentraciones al equilibrio de los gases son: 
1,7 x 10-3 mol/L de O2 
6,4 x 10-3 mol/L de N2, 
1,1 x 10-5 mol/L de NO. 
 
Con estos datos, calcule el valor Kc a 1500 K. 
 
 
 
2. A cierta temperatura, la reacción: PCl3(g) + Cl2(g) ↔ PCl5(g) está en equilibrio cuando la 
concentración de PCl3, Cl2 y PCl5 es 10; 9 y 12 mol/ L, respectivamente. 
 
Calcule el valor de Kc de esta reacción a esa temperatura. 
 
 
 
3. Una mezcla al equilibrio contiene 3,00 mol de CO, 2,00 mol de Cl2 y 9,00 mol COCl2 en 
un matraz de reacción de 50,0 L a 800 K. Calcule el valor de la constante de equilibrio, Kc, 
para la reacción CO(g) + Cl2(g) ↔ COCl2(g) a esta temperatura. 
 
 
 
4. Para la reacción descrita por la ecuación: N2(g) + C2H2(g)↔ 2HCN(g) 
 
Kc = 2,3 x 10-4 a 300 °C. ¿Cuál es la concentración al equilibrio del cianuro de hidrógeno 
(HCN) si las concentraciones iniciales de N2 y acetileno (C2H2) eran de 3,5 mol/L? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Respuestas: 
 
1) Kc= 1,11x10-5 
2) Kc= 0,13 
3) Kc= 75 
4) HCN= 0,052 mol/L 
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AUTOEVALUACIÓN 
 
Para ayudarte con la retroalimentación de tu aprendizaje, se incluye una 
autoevaluación con los niveles de desempeño para que puedas reflexionar 
respecto de tu desempeño con la guía. 
 
NIVELES DE DESEMPEÑO 
 
3 EXCELENTE 
Es capaz de asociar y aplicar el contenido de la guía para resolver el 
ítem de manera óptima (sin errores) 
2 SUFICIENTE 
Es capaz de aplicar el contenido de la guía para resolver el ítem, pero 
presenta errores mínimos en la resolución. 
1 REGULAR 
Es capaz de aplicar el contenido de la guía para resolver el ítem en 
forma parcial (no en su totalidad) y con errores. 
0 INSUFICIENTE 
No es capaz de resolver el ítem propuesto y muestra clara dificultad para 
resolverlo o No desarrolla en absoluto el ítem descrito. 
 
 
 
Marque con una X según su criterio en cada uno de los siguientes ítems. 
 
N° Ítem 3 2 1 0 
1 Aplica ley de acción de masas para una ecuación determinada 
considerando es estado de los reactivos y productos. 
 
2 Determina concentración molar a partir de moles y volumen 
dados. 
 
3 Determina constante de equilibrio conociendo las 
concentraciones en equilibrio para una reacción dada. 
 
4 Determina los moles en equilibrio a partir de la constante de 
equilibrio y la ley de acción de masas. 
 
5 Determina los cambios de concentración en una reacción 
según estequiometría mediante tabla de equilibrio.