Serie III

Química General II Semestre 2015-­‐2 Serie III Instrucciones. Resuelve los siguientes problemas, escribe el procedimiento que vas a seguir para ello. Léelo y piensa si lo que propones te va a llevar a conseguir la respuesta. Si no es así, replantea nuevamente y procede si así lo consideras. Indica todas las operaciones de manera clara y encierra en un cuadro o círculo la respuesta. Resuelve los problemas de los temas que ya hemos estudiado en la clase. Los demás se entregarán el día del examen. 1. Representa la expresión de la constante de equilibrio para las siguientes reacciones, indica si la reacción es homogénea o heterogénea. 𝑁! 𝑔 + 𝑂! 𝑔 ⇌ 2𝑁𝑂(𝑔) 𝑇𝑖 𝑠 + 2𝐶𝑙! 𝑔 ⇌ 𝑇𝑖𝐶𝑙! 𝑙 2𝐶! 𝐻! 𝑔 + 2𝐻! 𝑂 𝑔 ⇌ 2𝐶! 𝐻! 𝑔 + 𝑂! 𝑔 𝐶𝑜 𝑠 + 2𝐻 ! 𝑎𝑐 ⇌ 𝐶𝑜 !! 𝑎𝑐 + 𝐻! (𝑔) 𝑁𝐻! 𝑎𝑐 + 𝐻! 𝑂 𝑙 ⇌ 𝑁𝐻!! 𝑎𝑐 + 𝑂𝐻 ! (𝑎𝑐) 2. ¿Cuál de las siguientes reacciones, está desplazada a favor de la formación de productos, y cual a la izquierda, a favor de la formación de reactivos? Justifica tu respuesta. a) 2𝑁𝑂 𝑔 + 𝑂! 𝑔 ⇌ 2𝑁𝑂! ; 𝐾!" = 5.0×10!" b) 2𝐻𝐵𝑟 𝑔 ⇌ 𝐻! 𝑔 + 𝐵𝑟! 𝑔 ; 𝐾!" = 5.8×10!!" 3. La constante de equilibrio de la reacción: 2𝑁𝑂 𝑔 + 𝐵𝑟! 𝑔 ⇌ 2𝑁𝑂𝐵𝑟(𝑔) es 1.3×10!! a 1000 K. Determina la 𝐾!" de la reacción: 2𝑁𝑂𝐵𝑟(𝑔) ⇌ 2𝑁𝑂 𝑔 + 𝐵𝑟! 𝑔 4. Considera el equilibrio del cloro gaseoso que se burbujea en agua, para producir cloruro de hidrógeno y oxígeno cuya 𝐾!" = 0.0752 a 480°C: a) ¿Determina el valor de la 𝐾!" de la reacción? 4𝐻𝐶𝑙 𝑔 + 𝑂! 𝑔 ⇌ 2𝐶𝑙! 𝑔 + 2𝐻! 𝑂 𝑔 b) ¿Determina es el valor de la 𝐾!" de la reacción? 1
𝐶𝑙! 𝑔 + 𝐻! 𝑂 𝑔 ⇌ 2𝐻𝐶𝑙 𝑔 + 𝑂! (𝑔) 2
c) ¿Determina el valor de la 𝐾!" de la reacción? 1
2𝐻𝐶𝑙 𝑔 + 𝑂! (𝑔) ⇌ 𝐶𝑙! 𝑔 + 𝐻! 𝑂 𝑔 2
5. Considere las reacciones: 𝐴 𝑎𝑐 + 𝐵 𝑎𝑐 ⇌ 𝐶 𝑎𝑐 y 𝐶 𝑎𝑐 + 𝐷 𝑎𝑐 ⇌ 𝐸 𝑎𝑐 + 𝐴(𝑎𝑐) Las constantes de equilibrio a 100°C son 1.9×10!! 𝑦 8.5×10! respectivamente. Determina el valor de la constante de equilibrio de la reacción: 𝐵 𝑎𝑐 + 𝐷(𝑎𝑐) ⇌ 𝐸(𝑎𝑐) 6. El metanol (𝐶𝐻! 𝑂𝐻) se produce en escala comercial mediante la reacción catalizada de monóxido de carbono e hidrógeno. Se encuentra que una mezcla al equilibrio en un recipiente de dos litros contiene 0.0406 mol de 𝐶𝐻! 𝑂𝐻 , 0.1070 mol de monóxido de carbono y 0.302 mol de hidrógeno, todo a 500°C. Determina la constante de equilibrio de esta reacción a 500°C Química General II Semestre 2015-­‐2 Serie III 7. El tricloruro de fósforo y el cloro gaseoso reaccionan generando pentacloruro de fósforo. Se carga un recipiente de reacción con una mezcla de tricloruro de fósforo y cloro y se dejan equilibrar a 450 K. En el equilibrio las presiones parciales de los gases son 𝑃!"#! =
0.124 𝑎𝑡𝑚 , 𝑃!"! = 0.157 𝑎𝑡𝑚, 𝑃!"#! = 1.30 𝑎𝑡𝑚. a) ¿Determina el valor de la constante de equilibrio? 8. Se calienta una mezcla de 1.374 g de hidrógeno, 70.31 g de bromo en un recipiente de 2.00 L a 700 K. Estas sustancias reaccionan para generar bromuro de hidrógeno: Se encuentra que al equilibrio el recipiente contiene 0.566 g de hidrógeno. a) Determina las concentraciones de todas las especies al equilibrio b) Determina la constante de equilibrio del sistema (Kc) c) Determina la constante de equilibrio del sistema (Kp) 9. Se carga un matraz de 3 L a 500°C con 1.500 atm de 𝑁! 𝑂! y 1.00 atm de 𝑁𝑂! la reacción es la descomposición del tetra óxido de di nitrógeno en óxido nítrico Una vez alcanzado el equilibrio la presión parcial del 𝑁𝑂! es de 0.512 atm. a) ¿Cuál es la presión parcial al equilibrio del 𝑁! 𝑂! ? b) Determina el valor de la constante de equilibrio de esta reacción 10. A 800 K, la constante de equilibrio de la reacción de descomposición del yodo molecular a yodo atómico es de 0.00204 Si una mezcla al equilibrio en un recipiente de 10.0 L contiene 0.0322 g de 𝐼, ¿Cuál es la masa de yodo molecular hay en la mezcla? 11. En el equilibrio de la reacción de bromo con cloro para generar cloruro de bromo a 400 K, el valor de la constante de equilibrio es 7. Si se introducen 0.30 mol de bromo y 0.50 mol de cloro en un recipiente de 1.0 L a 400 K, ¿Cuál será la concentración al equilibrio de todas las especies al equilibrio? 12. A 21.8°C la constante de equilibrio de la siguiente reacción de descomposición del 𝑁𝐻! 𝐻𝑆 (𝑠) en amoniaco gaseosos y sulfuro de hidrógeno gaseoso, es de 0.070 Determina las presiones parciales al equilibrio, del amoníaco y el sulfuro de hidrógeno, si se coloca una muestra de 𝑁𝐻! 𝐻𝑆 sólido en un recipiente cerrado, la cual se descompone hasta alcanzar el equilibrio. 13. A 25°C la reacción de disociación del cromato de calcio en sus iones respectivos tiene un valor de constante de equilibrio es de 7.1×10!! . ¿Cuáles son las concentraciones al equilibrio de él ión calcio y el ióncromato, si se parte de una disolución saturada de cromato de calcio? 14. Tienes los siguientes datos: 6𝐶𝑂! 𝑔 + 6𝐻! 𝑂 𝑙 ⇌ 𝐶! 𝐻!" 𝑂! 𝑠 + 6𝑂! 𝑔 ∆𝐻 ° = 2816 𝑘𝐽 a) Escribe la expresión de la constante de equilibrio para la reacción b) ¿Cómo influyen en el equilibrio los siguientes parámetros y cuál es la consecuencia en el equilibrio? Justifica todas las respuestas b.1) Aumentar la presión parcial del dióxido de carbono. b.2) Aumentar la temperatura. Química General II Semestre 2015-­‐2 Serie III b.3) Extraer el dióxido de carbono. b.4) Reducir la presión total. b.5) Extraer la glucosa. b.6) Agregar un catalizador. 15. Se hace pasar una mezcla de metano y agua sobre un catalizador de níquel a 1000 K. La mezcla resultante se recoge en un matraz de 5.00 L y se encuentra que contiene 8.62 g de monóxido de carbono, 2.60 g de hidrógeno, 43.0 g de metano y 48.4 g de agua. Suponiendo que se ha alcanzado el equilibrio, determina la constante de equilibrio de esta reacción. 16. Se mantiene una mezcla de hidrógeno, azufre y sulfuro de hidrógeno, en un recipiente de 1.0 L a 90°C hasta que se alcance el equilibrio. En el equilibrio la mezcla contiene 0.46 g de sulfuro de hidrógeno, 0.40 g de hidrógeno. a) Escriba la reacción que se lleva a cabo y la expresión de la constante de equilibrio. b) ¿Determina el valor de la constante de equilibrio de esta reacción? 17. Una muestra de bromuro de nitrosilo se descompone en monóxido de nitrógeno y bromo Una mezcla al equilibrio en un recipiente de 5.00 L a 100°C contiene 3.22 g de bromuro de nitrosilo, 3.08 g de monóxido de nitrógeno y 4.19 g de bromo. a) Determine el valor de la constante de equilibrio. b) ¿Cuál es la presión total ejercida por los gases en este sistema? 18. Resuelva el siguiente ejercicio. Anote las cantidades de sustancia (n) correspondientes a cada espacio en que se encuentre el símbolo ∀ 1
2
1
1
1
𝐴 (𝑔) + 𝐵(𝑔) + 𝐶 (𝑠) ⇌ 𝐷(𝑠) + 𝐸(𝑔) 3
5
7
2
6
n Inicial n sin reaccionar n que reaccionan n final totales n final en disolución 3 2 6 0 0 ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ x a) Si la reacción fuese cuantitativa, ¿Cuál sería el reactivo limitante? b) Escriba la expresión de Kp para la reacción. c) Escriba la expresión de Kc para la reacción en función de x. Suponga que las cantidades de sustancia anotadas en la tabla están en un volumen de dos litros y a 500 K Química General II Semestre 2015-­‐2 Serie III 19. Cuando se coloca 0.1 mol de yoduro de hidrógeno en un recipiente cerrado de un litro y se mantiene a 500°C, éste se descompone en 0.12 mol de yodo gaseoso al equilibrio. a) Escribe la reacción de estudio. b) Determina el valor de Kc para este sistema. c) ¿Cuál es el valor de Kc para la reacción inversa a 500°C? d) Para el equilibrio de descomposición del yoduro de hidrógeno, el valor de la Kc a 394°C es de 0.017 y a 458°C este valor es de 0.021. ¿En qué dirección se desplaza el equilibrio si se incrementa la temperatura de 394°C hasta 458°C? e) ¿La reacción de descomposición del yoduro de hidrógeno es exotérmica o endotérmica? Justifica tu respuesta f) ¿Es el valor de Kc calculado en el inciso b congruente con los valores de Kc reportados en el inciso d? Justifica tu respuesta. g) Si se deseara obtener el rendimiento máximo de yoduro de hidrógeno a partir de hidrógeno y yodo gaseoso, ¿a qué temperatura sería más conveniente trabajar a 458°C o 394°C y por qué? h) ¿Cuál sería el efecto de un incremento de la presión sobre el sistema de descomposición del yoduro de hidrógeno en el equilibrio? Justifica tu respuesta 20. Se coloca 𝐶𝑂𝐶𝑙! 𝑔 en un recipiente de un litro a 400°C, el 16% del 𝐶𝑂𝐶𝑙! se descompone en monóxido de carbono y cloro gaseoso, todo sucede a una presión de 2.5 atm: a) Determina el valor de Kc para al equilibrio a 400°C b) Determina el valor de Kp para el equilibrio a 400°C 21. El tetraóxido de dinitrógeno es un gas incoloro que se descompone en dióxido de nitrógeno, de color rojo. Sabiendo que a 25°C la constante de equilibrio Kc =0.125. Determina el porcentaje de tetraóxido de dinitrógeno disociado si inicialmente se coloca 1 mol de éste compuesto en un recipiente de un litro a 25 °C. 22. A 27 °C y 1.00 atm de presión, el tetraóxido de dinitrógeno está disociado en un 20 %, convirtiéndose en dióxido de nitrógeno. Determina el valor de Kp y él % de disociación de este compuesto a estas condiciones. 23. Cuando se calienta cloruro de amonio sólido en un recipiente de 10 L cerrado, a 275°C, el cual se descompone en amoniaco y cloruro de hidrógeno gaseosos. Cuando se alcanza el equilibrio, la presión total en el interior del recipiente es de 0.18 atm. Determina las concentraciones de las tres especies al equilibrio en los siguientes casos: a) Si se introducen 10 g de cloruro de amonio desde el inicio b) Si se introducen 10 g de cloruro de amonio, 10 g de cloruro de hidrógeno y 10 g de amoniaco desde el inicio c) Si se introducen 10 g de cloruro de amonio y 10 gramos de amoniaco desde un inicio Química General II Semestre 2015-­‐2 Serie III 24. En un recipiente se introduce pentacloruro de antimonio gaseoso, el cual se calienta hasta 450°C, esta sustancia se disocia en un 30% en tricloruro de antimonio y cloro gaseosos. Si la presión total del sistema es de 1.5 atm: a) Determina el valor de Kp y Kc b) Si el volumen se reduce a la mitad, qué es lo que sucede, justifica tu respuesta. 25. El hidrogeno gaseoso y el dióxido de carbono están en equilibrio con monóxido de carbono y agua gaseosos, la constante de equilibrio a 990°C tiene un valor de 1.6. Un recipiente de un litro contiene inicialmente una mezcla de 0.2 mol de hidrógeno, 0.3 mol de dióxido de carbono, 0.4 mol de agua y 0.4 mol de monóxido de carbono; ¿a estas condiciones puede asegurarse que el sistema está en equilibrio? Justifica tu respuesta. Si el sistema no está en equilibrio, determina las concentraciones al equilibrio de todas las especies involucradas. 26. Se introdujo bicarbonato de sodio sólido en un recipiente a 120°C, estableciendo un equilibrio con las especies carbonato de sodio, dióxido de carbono y agua. (∆𝐻 =
50 𝑘𝑗/𝑚𝑜𝑙), si la presión del sistema es de 1720 mm Hg determina: a) Las presiones parciales de dióxido de carbono y agua b) El valor de las constantes Kc y Kp a 120ºC c) La concentración molar de las especies al equilibrio d) Que sucede en el sistema si se añade 1 g de bicarbonato de sodio. Determina el valor de Q, y las nuevas concentraciones al equilibrio. e) Si se desea obtener mayor masa de agua, ¿qué propones hacer? f) Qué sucedería en el sistema si se adiciona un catalizador 27. Considera la reacción hipotética: 𝐴(𝑔) ⇌ 2𝐵(𝑔) Si se carga un matraz con 0.55 atm de A y se permite que alcance el equilibrio a una temperatura de 0°C, se observa que en este punto la presión parcial de A es de 0.36 atm. a) Determina cual es la presión total en el sistema al equilibrio b) Determina el valor de la constante de equilibrio a 0ºC 28. El ácido acético se disocia en agua y forma el ión acetato y al ión hidrónio, y la Kc=2x10-­‐5 a 25°C. Si inicialmente se parte de una concentración de 0.4M del ácido: a) escribe el equilibrio, b) determina el grado de disociación, c) determina las concentraciones al equilibrio. Química General II Semestre 2015-­‐2 Serie III 29. ¿Cuál de los diagramas representa mejor el sistema en equilibrio si Kc = 0.10? Explique por qué se puede calcular Kc en cada caso sin saber el volumen del contenedor. Las esferas grises representan a las moléculas A y las esferas verdes representan a las moléculas B 30. Los siguientes diagramas representan el estado de equilibrio para tres diferentes reacciones : a) ¿Qué reacción consideras tiene la constante de equilibrio de mayor valor?, ¿por qué? b) ¿Cuál reacción consideras tiene la constante de equilibrio de menor valor?, ¿por qué? c) Qué sucede en los equilibrios anteriores, si aumentas la presión total del sistema Química General II Semestre 2015-­‐2 Serie III 31. Las siguientes figuras representan un sistema de estudio del equilibrio químico: a)
b)
c)
d)
Escribe la reacción de estudio Qué valor tendrá la constante de equilibrio La reacción de estudio es cuantitativa o no cuantitativa De las siguientes figuras, selecciona aquella que consideres representa el punto de equilibrio de la reacción de estudio: e) De acuerdo a los que has respondido, realiza una gráfica de concentración de reactivos y productos vs tiempo.