Ejercicios

¿Qué significa describir una reacción como "reversible"?

Si una reacción es reversible, ¿cuándo se puede decir que ha alcanzado el equilibrio?

Si las concentraciones de productos y reactivos son iguales, ¿el sistema está en equilibrio?

Explique por qué no se establecería un equilibrio entre el Br₂(l) y el Br₂(g) si el recipiente no fuera un recipiente cerrado como el que se muestra en la Figura 13.4.

Entre las reglas de solubilidad que se han comentado anteriormente se encuentra la afirmación: Todos los cloruros son solubles, excepto Hg₂Cl₂, AgCl, PbCl₂ y CuCl.

(a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio para la reacción representada por la ecuación $\text{AgCl}(s)\rightleftharpoons {\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{Cl}}^{\text{–}}(aq).$ ¿Es K_c > 1, < 1, o ≈ 1? Explique su respuesta.

(b) Escriba la expresión de la constante de equilibrio para la reacción representada por la ecuación ${\text{Pb}}^{\mathrm{2+}}(aq)+2{\text{Cl}}^{\text{–}}(aq)\rightleftharpoons {\text{PbCl}}_2(s).$ ¿Es K_c > 1, < 1, o ≈ 1? Explique su respuesta.

El benceno es uno de los compuestos utilizados como potenciadores del octanaje en la gasolina sin plomo. Se fabrica mediante la conversión catalítica del acetileno en benceno: $3{\text{C}}_2{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons {\text{C}}_6{\text{H}}_6(g).$ ¿Qué valor de K_c haría que esta reacción fuera más útil comercialmente? K_c ≈ 0,01, K_c ≈ 1 o K_c ≈ 10. Explique su respuesta.

Para que una titulación sea eficaz, la reacción debe ser rápida y el rendimiento de la reacción debe ser esencialmente del 100%. ¿Es K_c > 1, < 1, o ≈ 1 para una reacción de titulación?

Escriba la expresión matemática del cociente de reacción, Q_c, para cada una de las siguientes reacciones:

(a) ${\text{CH}}_4(g)+{\text{Cl}}_2(g)\rightleftharpoons {\text{CH}}_3\text{Cl}(g)+\text{HCl}(g)$

(b) ${\text{N}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{NO}(g)$

(c) $2{\text{SO}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons 2{\text{SO}}_3(g)$

(d) ${\text{BaSO}}_3(s)\rightleftharpoons \text{BaO}(s)+{\text{SO}}_2(g)$

(e) ${\text{P}}_4(g)+5{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons {\text{P}}_4{\text{O}}_{10}(s)$

(f) ${\text{Br}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{Br}(g)$

(g) ${\text{CH}}_4(g)+2{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons {\text{CO}}_2(g)+2{\text{H}}_2\text{O}(l)$

(h) ${\text{CuSO}}_4\text{.}5{\text{H}}_2\text{O}(s)\rightleftharpoons {\text{CuSO}}_4(s)+5{\text{H}}_2\text{O}(g)$

Se dan las concentraciones o presiones iniciales de los reactivos y productos para cada uno de los siguientes sistemas. Calcule el cociente de reacción y determine la dirección en la que cada sistema procederá para alcanzar el equilibrio.

$\begin{array}{cccc}\text{(a)}2{\text{NH}}_3(g)\rightleftharpoons {\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\hfill & & & K_c=17;[{\text{NH}}_3]=\mathrm{0,20}M,[{\text{N}}_2]=\mathrm{1,00}M,[{\text{H}}_2]=\mathrm{1,00}M\hfill \\ \text{(b)}2{\text{NH}}_3(g)\rightleftharpoons {\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\hfill & & & K_P=\mathrm{6,8}\times {10}^4;{\text{NH}}_3=\mathrm{3,0}\text{atm},{\text{N}}_2=\mathrm{2,0}\text{atm},{\text{H}}_2=\mathrm{1,0}\text{atm}\hfill \\ \text{(c)}2{\text{SO}}_3(g)\rightleftharpoons 2{\text{SO}}_2(g)+{\text{O}}_2\left(g\right)\hfill & & & K_c=\mathrm{0,230};[{\text{SO}}_3]=\mathrm{0,00}M,[{\text{SO}}_2]=\mathrm{1,00}M,[{\text{O}}_2]=\mathrm{1,00}M\hfill \\ \text{(d)}2{\text{SO}}_3(g)\rightleftharpoons 2{\text{SO}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)\hfill & & & K_P=\mathrm{16,5};{\text{SO}}_3=\mathrm{1,00}\text{atm},{\text{SO}}_2=\mathrm{1,00}\text{atm},{\text{O}}_2=\mathrm{1,00}\text{atm}\hfill \\ \text{(e)}2\text{NO}(g)+{\text{Cl}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{NOCl}(g)\hfill & & & K_c=\mathrm{4,6}\times {10}^4;[\text{NO}]=\mathrm{1,00}M,[{\text{Cl}}_2]=\mathrm{1,00}M,[\text{NOCl}]=0M\hfill \\ \text{(f)}{\text{N}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{NO}(g)\hfill & & & K_P=\mathrm{0,050};\text{NO}=\mathrm{10,0}\text{atm},{\text{N}}_2={\text{O}}_2=\text{5 atm}\hfill \end{array}$

La siguiente reacción tiene K_P = 4,50 $\times$ 10⁻⁵ a 720 K.
${\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons 2{\text{NH}}_3(g)$

Si se llena un recipiente de reacción con cada gas a las presiones parciales indicadas, ¿en qué dirección se desplazará para alcanzar el equilibrio? P(NH₃) = 93 atm, P(N₂) = 48 atm y P(H₂) = 52 atm

¿Cuál de los sistemas descritos en el Ejercicio 13.15 son equilibrios homogéneos? ¿Cuáles son equilibrios heterogéneos?

¿Para cuál de las reacciones del Ejercicio 13.15 el valor de K_c (calculado mediante concentraciones) es igual al valor de K_P (calculado mediante presiones)?

Convertir los valores de K_c en valores de K_P o los valores de K_P en valores de K_c.

$\begin{array}{cccc}\text{(a)}{\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons 2{\text{NH}}_3(g)\hfill & & & K_c=\mathrm{0,50}\text{a}400\text{°C}\hfill \\ \text{(b)}{\text{H}}_2(g)+{\text{I}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{HI}(g)\hfill & & & K_c=\mathrm{50,2}\text{a}448\text{°C}\hfill \\ \text{(c)}{\text{Na}}_2{\text{SO}}_4\text{·}10{\text{H}}_2\text{O}(s)\rightleftharpoons {\text{Na}}_2{\text{SO}}_4(s)+10{\text{H}}_2\text{O}(g)\hfill & & & K_P=\mathrm{4,08}\times {10}^{-25}\text{a}25\text{°C}\hfill \\ \text{(d)}{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_2\text{O}(g)\hfill & & & K_P=\mathrm{0,122}\text{a}50\text{°C}\hfill \end{array}$

¿Cuál es el valor de la expresión de la constante de equilibrio para el cambio ${\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_2\text{O}(g)$ a 30 °C? (Vea el Apéndice E).

Escribe la expresión del cociente de reacción para la ionización del NH₃ en el agua.

La siguiente ecuación representa una descomposición reversible:
${\text{CaCO}}_3(s)\rightleftharpoons \text{CaO}(s)+{\text{CO}}_2(g)$

¿En qué condiciones se completará la descomposición en un recipiente cerrado para que no quede CaCO₃?

¿Qué propiedad de una reacción podemos utilizar para predecir el efecto de un cambio de temperatura en el valor de una constante de equilibrio?

La siguiente reacción se produce cuando se enciende un quemador de una estufa de gas:
${\text{CH}}_4(g)+2{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons {\text{CO}}_2(g)+2{\text{H}}_2\text{O}(g)$

¿Se establece un equilibrio entre CH₄, O₂, CO₂ y H₂O en estas condiciones? Explique su respuesta.

Proponga cuatro formas de aumentar la concentración de hidracina, N₂H₄, en un equilibrio descrito por la siguiente ecuación:
${\text{N}}_2(g)+2{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons {\text{N}}_2{\text{H}}_4(g)\text{Δ}H=95\text{kJ}$

¿Cómo afectará un aumento de la temperatura a cada uno de los siguientes equilibrios? ¿Cómo afectará la disminución del volumen del recipiente de reacción a cada uno de ellos?

(a) $2{\text{NH}}_3(g)\rightleftharpoons {\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\text{Δ}H=92\text{kJ}$

(b) ${\text{N}}_2(g)+{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{NO}(g)\text{Δ}H=181\text{kJ}$

(c) $2{\text{O}}_3(g)\rightleftharpoons 3{\text{O}}_2(g)\text{Δ}H=-285\text{kJ}$

(d) $\text{CaO}(s)+{\text{CO}}_2(g)\rightleftharpoons {\text{CaCO}}_3(s)\text{Δ}H=-176\text{kJ}$

El metanol puede prepararse a partir de monóxido de carbono e hidrógeno a alta temperatura y presión en presencia de un catalizador adecuado.

(a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio (K_c) para la reacción reversible
$2{\text{H}}_2(g)+\text{CO}(g)\rightleftharpoons {\text{CH}}_3\text{OH}(g)\text{Δ}H=\mathrm{-90,2}\text{kJ}$

(b) ¿Qué ocurrirá con las concentraciones de H₂, CO y CH₃OH en equilibrio si se añade más H₂?

(c) ¿Qué ocurrirá con las concentraciones de H₂, CO y CH₃OH en equilibrio si se elimina el CO?

(d) ¿Qué ocurrirá con las concentraciones de H₂, CO y CH₃OH en equilibrio si se añade CH₃OH?

(e) ¿Qué ocurrirá con las concentraciones de H₂, CO y CH₃OH en el equilibrio si se aumenta la temperatura del sistema?

El gas de agua, una mezcla de H₂ y CO, es un importante combustible industrial producido por la reacción del vapor con el coque al rojo vivo, esencialmente carbono puro.

(a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio para la reacción reversible
$\text{C}(s)+{\text{H}}_2\text{O}(g)\rightleftharpoons \text{CO}(g)+{\text{H}}_2(g)\text{Δ}H=\mathrm{131,30}\text{kJ}$

(b) ¿Qué ocurrirá con la concentración de cada reactivo y producto en equilibrio si se añade más C?

(c) ¿Qué ocurrirá con la concentración de cada reactivo y producto en equilibrio si se elimina el H₂O?

(d) ¿Qué ocurrirá con la concentración de cada reactivo y producto en el equilibrio si se añade CO?

(e) ¿Qué ocurrirá con la concentración de cada reactivo y producto en el equilibrio si se aumenta la temperatura del sistema?

El amoníaco es una base débil que reacciona con el agua según esta ecuación:
${\text{NH}}_3(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{NH}}_4{}^{\text{+}}(aq)+{\text{OH}}^{\text{–}}(aq)$

¿Alguno de los siguientes elementos aumentará el porcentaje de amoníaco que se convierte en ion de amonio en el agua?

(a) Adición de NaOH

(b) Adición de HCl

(c) Adición de NH₄Cl

Proponga dos formas de reducir la concentración de equilibrio de Ag⁺ en una solución de Na⁺, Cl⁻, Ag⁺ y ${\text{NO}}_3{}^{\text{–}},$ en contacto con el AgCl sólido
${\text{Na}}^{\text{+}}(aq)+{\text{Cl}}^{\text{–}}(aq)+{\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{NO}}_3{}^{\text{–}}(aq)\rightleftharpoons \text{AgCl}(s)+{\text{Na}}^{\text{+}}(aq)+{\text{NO}}_3{}^{\text{–}}(aq)$
$\text{Δ}H=\mathrm{-65,9}\text{kJ}$

Una solución está saturada de sulfato de plata y contiene un exceso de sulfato de plata sólido:
${\text{Ag}}_2{\text{SO}}_4(s)\rightleftharpoons 2{\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{SO}}_4{}^{\mathrm{2-}}(aq)$

A esta solución se le añade una pequeña cantidad de sulfato de plata sólido que contiene un isótopo radiactivo de la plata. Al cabo de unos minutos, se toma una muestra de la fase de la solución y el resultado es positivo para los iones de Ag⁺ radiactivos. Explique esta observación.

Una reacción se representa con esta ecuación: $\text{A}(aq)+2\text{B}(aq)\rightleftharpoons 2\text{C}(aq)K_c=1\times {10}^3$

(a) Escriba la expresión matemática de la constante de equilibrio.

(b) Utilizando concentraciones ≤1 M, identifique dos conjuntos de concentraciones que describan una mezcla de A, B y C en equilibrio.

¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio a 500 °C para la formación de NH₃ según la siguiente ecuación?

${\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons 2{\text{NH}}_3(g)$

Se halló que una mezcla en equilibrio de NH₃(g), H₂(g) y N₂(g) a 500 °C contenía 1,35 M de H₂, 1,15 M de N₂ y 4,12 $\times$ 10⁻¹ M de NH₃.

Una muestra de 0,72 mol de PCl₅ se introduce en un recipiente de 1,00 L y se calienta. En equilibrio, el recipiente contiene 0,40 mol de PCl₃(g) y 0,40 mol de Cl₂(g). Calcule el valor de la constante de equilibrio para la descomposición de PCl₅ en PCl₃ y Cl₂ a esta temperatura.

Calcule el valor de la constante de equilibrio K_P para la reacción $2\text{NO}(g)+{\text{Cl}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{NOCl}(g)$ de estas presiones de equilibrio: NO, 0,050 atm; Cl₂, 0,30 atm; NOCl, 1,2 atm.

Una muestra de cloruro de amonio se calentó en un recipiente cerrado.

${\text{NH}}_4\text{Cl}(s)\rightleftharpoons {\text{NH}}_3(g)+\text{HCl}(g)$

En equilibrio, la presión del NH₃(g) resultó ser de 1,75 atm. ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio K_P para la descomposición a esta temperatura?

Complete las siguientes tablas ICE parciales.

(a)

$\begin{array}{lllll}& 2{\text{SO}}_3(g)\hfill & \rightleftharpoons \hfill & 2{\text{SO}}_2(g)+\hfill & {\text{O}}_2(g)\hfill \\ \text{cambio}& \text{\_\_\_}\hfill & & \text{\_\_\_}\hfill & +x\hfill \end{array}$

(b)

$\begin{array}{llllll}& 4{\text{NH}}_3(g)\hfill & +3{\text{O}}_2(g)\hfill & \rightleftharpoons \hfill & 2{\text{N}}_2(g)+\hfill & 6{\text{H}}_2\text{O}(g)\hfill \\ \text{cambio}& \text{\_\_\_}\hfill & +x\hfill & & \text{\_\_\_}\hfill & \text{\_\_\_}\hfill \end{array}$

(c)

$\begin{array}{lllll}& 2{\text{CH}}_4(g)\hfill & \rightleftharpoons \hfill & {\text{C}}_2{\text{H}}_2(g)+\hfill & 3{\text{H}}_2(g)\hfill \\ \text{cambio}& \text{\_\_\_}\hfill & & +x\hfill & \text{\_\_\_}\hfill \end{array}$

(d)

$\begin{array}{llllll}& {\text{CH}}_4(g)+\hfill & {\text{H}}_2\text{O}(g)\hfill & \rightleftharpoons \hfill & \text{CO}(g)+\hfill & 3{\text{H}}_2(g)\hfill \\ \text{cambio}& \text{\_\_\_}\hfill & +x\hfill & & \text{\_\_\_}\hfill & \text{\_\_\_}\hfill \end{array}$

(e)

$\begin{array}{lllll}& {\text{NH}}_4\text{Cl}(s)\hfill & \rightleftharpoons \hfill & {\text{NH}}_3(g)+\hfill & \text{HCl}(g)\hfill \\ \text{cambio}& & +x\hfill & \text{\_\_\_}\hfill \end{array}$

(f)

$\begin{array}{ccccc}& \text{Ni}(s)+\hfill & 4\text{CO}(g)\hfill & \rightleftharpoons \hfill & \text{Ni}{(\text{CO})}_4(g)\hfill \\ \text{cambio}& +x\hfill & & \text{\_\_\_}\hfill \end{array}$

¿Por qué no se especifican cambios para el Ni en la parte (f) del Ejercicio 13.60? ¿Qué propiedad de Ni cambia?

El análisis de los gases en un recipiente de reacción sellado que contiene NH₃, N₂ y H₂ en equilibrio a 400 °C estableció que la concentración de N₂ era de 1,2 M y la de H₂ de 0,24 M.

${\text{N}}_2(g)+3{\text{H}}_2(g)\rightleftharpoons 2{\text{NH}}_3(g)K_c=\mathrm{0,50}\text{a}400\text{°}\text{C}$

Calcule la concentración molar en equilibrio del NH₃.