11_EQUILIBRIO_QUIMICO (1)

8/16/2019 11_EQUILIBRIO_QUIMICO (1)

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Prof. Víctor Caro Sánchez



¿Cuándo se llega al equilibrio químico?

En una reacción reversible los reactivos formanproductos, y a su vez, éstos forman reactivos.

Cuando las concentraciones de cada una de lassustancias que intervienen (reactivos y productos) seestabiliza se llega alEQUILIBRIO QUÍMICO.



Sea el sistema: H2(g) + I2(g) 2 HI(g) ; considere queinicialmente sólo hay H2 y I2. Desde que se inicia la reacción

debe transcurrir un tiempo para llegar al equilibrio. El

equilibrio es un estado en el que las concentraciones de todaslas sustancias permanecen constantes en el tiempo.Nota: Los corchetes significan CONCENTRACIÓN MOLAR

Equilibrio químico

C o n c e n t r a c

i o n e s ( m o l / l )

Tiempo (s)

[HI]

[I 2]

[H2]



Cuando una reacción reversible alcanza el equilibrio secumple la ley de acción de masas.Para la reacción siguiente

bBaA eE dD

La ecuación:

ba

ed

c

B A

E D K es la expresión matemática

de la ley de acción de masas propuesta por Guldberg yWaage.Esta ley establece que para una reacción reversible en

equilibrio y a una temperatura constante, una relacióndeterminada de concentraciones de reactivos y productostiene un valor constante K denominada constante deequilibrio, la cual es función sólo de la temperatura.



EQUILIBRIO HOMOGÉNEO

COOH CH

H COOCH K c

3

3

2

2

2

2OCO

CO K c

)(3 acCOOH CH

)(2)(2 g g OCO Constante de equilibrioexpresado en función delas concentraciones de lasespecies

)(22 g CO

)()(3 acac H COOCH

Son reacciones en las cuales reactivos y productos seencuentran en la misma fase.



Equilibrio heterogéneoSe distinguen varias fases.Por ejemplo, la reacción:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) se trata de un equilibrio heterogéneo.

En la expresión de Kc no entran los sólidos y loslíquidos puros.

K C = [CO2]

2 2[ ] [ ]c

K CO H O

2 NaHCO3(s) Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)



a)

b)

c)

d)

22

2 4

[ ]

[ ]c

NOK

N O

2

2

2

[ ][ ] [ ]

c

NOCl K

NO Cl

2[ ]c K CO

2 2[ ] [ ]c

K CO H O

a) N 2O 4(g) 2 NO 2(g) b) 2 NO (g) + Cl 2(g) 2 NOCl (g) c) CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g)

d) 2 NaHCO 3(s) Na 2CO 3(s) + H 2O (g) + CO 2(g)

Ejercicio: Escriba las expresiones de K C para lossiguientes equilibrios químicos (algunos sonheterogéneos y otros homogéneos):

Ó



En las reacciones donde participan gases la constante dequilibrio se puede expresar en función de las presioneparciales de dichos gases. La presión se debe medir en atm.

322

23

H N NH K c

)(2)(2 3 g g H N

3

2

22

3

. H N

NH

P P P Kp

n RT Kc Kp ).(

Kp: Constante de equilibrio en funciónde las presiones parciales.

R = 0,082 atm.L/mol.K

T = Kelvin∆n = moles de productos gaseosos–

moles de reactantes gaseosos

En el ejemplo anterior: ∆n = 2 – (1+3) = -2

)(32 g NH

CONSTANTE DE EQUILIBRIO EN FUNCIÓN DE LASPRESIONES PARCIALES (Kp)



Relación entre Kc y Kp

)(2)(2 3 g g H N

3

22

23

H N

NH K c

T RnV P NH NH ...33

De la ecuación de los gases

T RnV P N N ...22

V

T Rn P NH

NH

..3

3

V

T Rn P N

N

..2

2

22

3

3

2

. H N

NH

P P P

Kp

3

2

..

.

22

3

V

RT n

V

RT n

V

RT n

Kp H N

NH

423

2

)(22

3

RT

V

n

V

n

V

n

Kp H N

NH

n RT Kc Kp ).(T RnV P H H ...

22

V

T Rn P H

H

..2

2 R=0,082atm.L/mol.Ky T en Kelvin

)(32 g NH



)()(2)( 2 g g s COCOC

][][

2

2

COCO

Kc 2

2

CO

CO

P

P Kp

n RT Kc Kp ).(

Donde ∆n = 2 -1 = 1

)(2)(2)(2 2 2 l g g O H O H

][][1

22

2 O H Kc

22

2

1

O H P P Kp n RT Kc Kp ).(

Donde ∆n = 0– (2+1)

∆n = -3

Más ejemplos



Ejercicio: Hallar Kp de la siguiente reacción:

Solución:

)(2)(2)(32)(32 g g s s COO H CO Na NaHCO

Si se sabe que Kc=0,025 a 27ºC



Ejercicio: Hallar Kp de la siguiente reacción:

Solución:

)(2)(2)(32)(32 g g s s COO H CO Na NaHCO

Si se sabe que Kc=0,025 a 27ºC

10,15)300082,0(025,0).( 2 x RT Kc Kp n



Ejercicio : Un recipiente de reacción contiene NH3, N2 yH2 en equilibrio a 25ºC. Las concentraciones en dichoestado de equilibrio son 0,25M, 0,11M y 1,91M

respectivamente. Calcule Kc y Kp para la reacción:

Solución:)(2)(2 3 g g H N

)(32 g NH



Ejercicio : Un recipiente de reacción contiene NH3, N2 y H2 en equilibrio a 25ºC. Las concentraciones en dicho estado dequilibrio son 0,25M, 0,11M y 1,91M respectivamente.

Calcule Kc y Kp para la reacción:

Solución:

0815,0)91,1)(11,0(

)25,0(3

2

322

23

H N NH K c

42

n

10x36,1)298x082,0(0815,0)RT.(KcKp

Kc y Kp son adimensionales. No tienen unidades

)(2)(2 3 g g H N )(32 g NH



Prob: En un recipiente de 4 litros a 300ºC se colocó 2moles de N2(g) y 6 moles de H2(g). Transcurrido el tiempo

y llegado el equilibrio se encuentra que se han formado2,4 moles de NH3(g). Hallar las concentraciones en elequilibrio y calcular Kc para la siguiente reacción.

)(3)(2)(2 23 g g g NH H N



Concentraciones iniciales:

)(3)(2)(2 23 g g g NH H N

[inicial] 0,5 1,5 0[Gastado] x 3x 0[Producido] 0 0 2x[Equilibrio] 0,5-x 1,5-3x 2x

5,042

][ 2 N 5,1

46

][ 2 H

3,0x

]44,2

[x2

Solución:

0,2 0,6 0,6

322

23

)H)(N()NH(

Kc 3,8)6,0)(2,0(

)6,0(3

2



Prob. 2: Se coloca una mezcla de 2 moles de H 2 y 2 moles de I 2 en unrecipiente de acero de 4 litros. Calcular las concentraciones molares deH2, I2 y HI en el equilibrio, conociendo que el valor de Kc es de 54,3 parala reacción

Solución:)()(2)(2

2 g g g

HI I H



Prob: Se coloca una mezcla de 2 moles de H2 y 2 moles de I2 en unrecipiente de acero de 4 litros. Calcular las concentraciones molaresde H2, I2 y HI en el equilibrio, conociendo que el valor de Kc es 54,3para la reacciónSolución:

)()(2)(2 2 g g g HI I H )()(2)(2 2 g g g HI I H

[inicial] 0,5 0,5 0[Gastado] x x 0[Producido] 0 0 2x

[Equilibrio] 0,5-x 0,5-x 2x393,0

)5,0()2(

3,54

)5,0()2(

3,54

)5,0)(5,0( )2(3,54

2

2

2

x

x x

x x

x x x Kc

0,107 0,107 0,786RPTA



Ejercicio: La constante de equilibrio, Kc, de la reacción:N2O4(g) 2 NO2(g) vale 0,671 a 45ºC.

Calcule la presión total en el equilibrio en un recipiente queinicialmente se llena con N2O4 a 10 atmósferas y a 45ºC.



N2O4 2 NO2[Inicial] 0,383 -[Gastado] x -[Producido] - 2x[Equilibrio] 0,383– x 2x

NO22 (2x)2 Kc =——— =———— = 0,671 x1 = 0,183 y x2=-0,35

N2O4 0,383– x


Calcule la presión total en el equilibrio en un recipiente queinicialmente se llena con N2O4 a 10 atmósferas y a 45ºC.

M3830,0,082x318

10

R.TP

]O[N inic.42



N2O 4 2 NO 2

[Equilibrio] 0,383 – x 2x

0,20 0,366

P PP NOO NTOTAL 242

14,76atm2x3180,366x0,08 x3180,20x0,082

]R.T[NO].R.TO[N 242

Observe otra forma de resolver en la siguiente diapositiva:



N2O4 2 NO2Pinicial 10 atm -

Pgastado y -Pproducido - 2yPequilibrio 10– y 2y

(PNO2)2 (2y)2 Kp =——— =———— = 17 y1 = 4,76 y y2=-8,98PN2O4 10– yPtotal = PN2O4 + PNO2 = (10 - y) + 2y = 10 + yPtotal = 10 + 4,76 = 14,76 atm


Calcule la presión total en el equilibrio en un recipiente queinicialmente se llena con N

2O

4 a 10 atmósferas y a 45ºC.

n RT Kc Kp ).(

Kp = 0,671(0,082x318) 1

Kp = 17,49

M difi i d l ilib i



Modificaciones del equilibrioSuponga que un sistema se encuentra en equilibrio y seperturba dicho equilibrio entonces el sistema“desequilibrado” inmediatamente reacciona hasta llegar aun nuevo equilibrio.

Algunas formas de perturbar el equilibrio son:

Cambiar la concentración de alguno de los reactivos oproductos.

Cambiar la presión del sistema (o volumen), manteniendoT constante.

Cambiar la temperatura del sistema.



Principio de Le Chatelier“Un cambio o perturbación en cualquiera de lasvariables que determinan el estado de equilibrio químicoproduce un desplazamiento del equilibrio en el sentidode contrarrestar el efecto causado por laperturbación” .



En esa búsqueda de un nuevo equilibrio hay dos

posibilidades de reacción:

• Hacía la derecha (desplazamiento hacía laderecha), es decir favoreciendo la reaccióndirecta. Se forman productos y se gastanreactivos.

• Hacía la izquierda (desplazamiento hacía laizquierda), es decir favoreciendo la reaccióninversa. Se forman reactivos y se gastanproductos.



Cambio en la concentración dereactivos o productos.

Si una vez establecido un equilibrio se aumentaconcentración de algún reactivo o producto, equilibrio se desplaza de tal manera que logdisminuir la sustancia agregada.

Si aumenta [reactivos], el equilibrio se desplhacía la derecha.

Si aumenta [productos], el equilibrio se despla

hacía la izquierda.



Cambio en la presión (o volumena temperatura constante

Al aumentar la presión total del sistema (por disminucióndel volumen) el sistema se desequilibra y entonces eequilibrio se desplaza hacía donde hay menos molesgaseosas pues de esa manera logra contrarrestar laperturbación provocada.

Al disminuir la presión total del sistema (por aumento delvolumen) el sistema se desequilibra y entonces elequilibrio se desplaza hacía donde hay más molesgaseosas.



Cambio en la temperaturaAl aumentar T el sistema se desplaza haciadonde se consuma calor, es decir, hacia laizquierda en las reacciones exotérmicas y hacia

la derecha en las endotérmicas.

Si disminuye T el sistema se desplaza haciadonde se desprenda calor (derecha en lasexotérmicas e izquierda en las endotérmicas).

Ej i i dó d d l á



Ejercicio: ¿Hacia dónde se desplazaráel equilibrio al:a) disminuir la presión?b) aumentarla temperatura?c) retirar H2(g) d) Aumentar C(s)

H2O(g) + C(s) + calor CO(g) + H2(g)

a) Al disminuir P, el equilibrio se desplaza hacia donde mmoles gaseosas; a la derecha.

b) Al aumentar T, el equilibrio se desplaza hacía dondeconsume calor, a la derecha ya que en ese sentido exotérmico.

c) Hacía la derechad) No hay desplazamiento, el sólido no interviene en

expresión de Kc.

][

][CO][H

2

2

O H

Kc



Prob: Complete el cuadro para el siguiente sistema en equilibrio:

)(2)(2)(3 22 g g g OSOSO kJ H 198 2

3

22

2

][][][

SOOSO

Kc

Cambio ¿Hacia donde sedesplaza elequilibrio?

Se favorece laformación de:

Kc

[SO3]↑ Hacia la derecha Productos, SO 2

y O 2

No cambia

[O2]↑ Izquierda Reactantes No cambia

[SO 2]↓ Derecha Productos No cambia

T ↑ Derecha Productos Aumenta

P ↑ (a T. cte)

Hacia donde haymenos molesgaseosas (en este

ejm a la izquierda)

Reactantes No cambia

P b C l t l d l i i t i t ilib i



)(3)(2)(2 23 g g g NH H N kcal H 04,11 322

23

]][[][

H N NH

Kc

Cambio Desplazamiento delequilibrio Se favorece laformación de: Kc

[H2]↑ derecha Productos No cambia

[N2]↓ Izquierda Reactantes No cambia

T ↓ Derecha Productos Aumenta

P ↓

(a T. cte)

Hacia donde haymas moles gaseosas(en este ejm hacia laizquierda)

Reactantes No cambia

V ↓

( T t )

Prob: Complete el cuadro para el siguiente sistema en equilibrio:

Disminuir el volumen equivale a aumentar la presión

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