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Índice
  1. Prefacio
  2. 1 Ideas esenciales
    1. Introducción
    2. 1.1 La química en su contexto
    3. 1.2 Fases y clasificación de la materia
    4. 1.3 Propiedades físicas y químicas
    5. 1.4 Mediciones
    6. 1.5 Incertidumbre, exactitud y precisión de las mediciones
    7. 1.6 Tratamiento matemático de los resultados de las mediciones
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  3. 2 Átomos, moléculas e iones
    1. Introducción
    2. 2.1 Las primeras ideas de la teoría atómica
    3. 2.2 Evolución de la teoría atómica
    4. 2.3 Estructura atómica y simbolismo
    5. 2.4 Fórmulas químicas
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  4. 3 Estructura electrónica y propiedades periódicas de los elementos
    1. Introducción
    2. 3.1 Energía electromagnética
    3. 3.2 El modelo de Bohr
    4. 3.3 Desarrollo de la teoría cuántica
    5. 3.4 Estructura electrónica de los átomos (configuraciones de electrones)
    6. 3.5 Variaciones periódicas de las propiedades de los elementos
    7. 3.6 La tabla periódica
    8. 3.7 Compuestos iónicos y moleculares
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  5. 4 Enlace químico y geometría molecular
    1. Introducción
    2. 4.1 Enlace iónico
    3. 4.2 Enlace covalente
    4. 4.3 Nomenclatura química
    5. 4.4 Símbolos y estructuras de Lewis
    6. 4.5 Cargas formales y resonancia
    7. 4.6 Estructura molecular y polaridad
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  6. 5 Teorías avanzadas de enlace
    1. Introducción
    2. 5.1 Teoría de enlace de valencia
    3. 5.2 Orbitales atómicos híbridos
    4. 5.3 Enlaces múltiples
    5. 5.4 Teoría de los orbitales moleculares
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  7. 6 Composición de sustancias y soluciones
    1. Introducción
    2. 6.1 Fórmula de masa
    3. 6.2 Determinación de fórmulas empíricas y moleculares
    4. 6.3 Molaridad
    5. 6.4 Otras unidades para las concentraciones de las soluciones
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  8. 7 Estequiometría de las reacciones químicas
    1. Introducción
    2. 7.1 Escritura y balance de ecuaciones químicas
    3. 7.2 Clasificación de las reacciones químicas
    4. 7.3 Estequiometría de la reacción
    5. 7.4 Rendimiento de la reacción
    6. 7.5 Análisis químico cuantitativo
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  9. 8 Gases
    1. Introducción
    2. 8.1 Presión del gas
    3. 8.2 Relaciones entre presión, volumen, cantidad y temperatura: la ley de los gases ideales
    4. 8.3 Estequiometría de sustancias gaseosas, mezclas y reacciones
    5. 8.4 Efusión y difusión de los gases
    6. 8.5 La teoría cinético-molecular
    7. 8.6 Comportamiento no ideal de los gases
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  10. 9 Termoquímica
    1. Introducción
    2. 9.1 Conceptos básicos de energía
    3. 9.2 Calorimetría
    4. 9.3 Entalpía
    5. 9.4 Fuerza de los enlaces iónicos y covalentes
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  11. 10 Líquidos y sólidos
    1. Introducción
    2. 10.1 Fuerzas intermoleculares
    3. 10.2 Propiedades de los líquidos
    4. 10.3 Transiciones de fase
    5. 10.4 Diagramas de fase
    6. 10.5 El estado sólido de la materia
    7. 10.6 Estructuras de red en los sólidos cristalinos
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  12. 11 Soluciones y coloides
    1. Introducción
    2. 11.1 El proceso de disolución
    3. 11.2 Electrolitos
    4. 11.3 Solubilidad
    5. 11.4 Propiedades coligativas
    6. 11.5 Coloides
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  13. 12 Termodinámica
    1. Introducción
    2. 12.1 Espontaneidad
    3. 12.2 Entropía
    4. 12.3 La segunda y la tercera ley de la termodinámica
    5. 12.4 Energía libre
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  14. 13 Conceptos fundamentales del equilibrio
    1. Introducción
    2. 13.1 Equilibrio químico
    3. 13.2 Constantes de equilibrio
    4. 13.3 Equilibrios cambiantes: el principio de Le Châtelier
    5. 13.4 Cálculos de equilibrio
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  15. 14 Equilibrios ácido-base
    1. Introducción
    2. 14.1 Ácidos y Bases de Brønsted-Lowry
    3. 14.2 pH y pOH
    4. 14.3 Fuerza relativa de los ácidos y las bases
    5. 14.4 Hidrólisis de sales
    6. 14.5 Ácidos polipróticos
    7. 14.6 Tampones
    8. 14.7 Titulaciones ácido-base
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  16. 15 Equilibrios de otras clases de reacción
    1. Introducción
    2. 15.1 Precipitación y disolución
    3. 15.2 Ácidos y Bases de Lewis
    4. 15.3 Equilibrios acoplados
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  17. 16 Electroquímica
    1. Introducción
    2. 16.1 Repaso de química redox
    3. 16.2 Celdas galvánicas
    4. 16.3 Potenciales del electrodo y de la celda
    5. 16.4 Potencial, energía libre y equilibrio
    6. 16.5 Baterías y pilas de combustible
    7. 16.6 Corrosión
    8. 16.7 Electrólisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  18. 17 Cinética
    1. Introducción
    2. 17.1 Tasas de reacciones químicas
    3. 17.2 Factores que afectan las tasas de reacción
    4. 17.3 Leyes de velocidad
    5. 17.4 Leyes de tasas integradas
    6. 17.5 Teoría de colisiones
    7. 17.6 Mecanismos de reacción
    8. 17.7 Catálisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  19. 18 Metales representativos, metaloides y no metales
    1. Introducción
    2. 18.1 Periodicidad
    3. 18.2 Incidencia y preparación de los metales representativos
    4. 18.3 Estructura y propiedades generales de los metaloides
    5. 18.4 Estructura y propiedades generales de los no metales
    6. 18.5 Incidencia, preparación y compuestos de hidrógeno
    7. 18.6 Incidencia, preparación y propiedades de los carbonatos
    8. 18.7 Incidencia, preparación y propiedades del nitrógeno
    9. 18.8 Incidencia, preparación y propiedades del fósforo
    10. 18.9 Incidencia, preparación y compuestos del oxígeno
    11. 18.10 Incidencia, preparación y propiedades del azufre
    12. 18.11 Incidencia, preparación y propiedades de los halógenos
    13. 18.12 Incidencia, preparación y propiedades de los gases nobles
    14. Términos clave
    15. Resumen
    16. Ejercicios
  20. 19 Metales de transición y química de coordinación
    1. Introducción
    2. 19.1 Incidencia, preparación y propiedades de los metales de transición y sus compuestos
    3. 19.2 Química de coordinación de los metales de transición
    4. 19.3 Propiedades espectroscópicas y magnéticas de los compuestos de coordinación
    5. Términos clave
    6. Resumen
    7. Ejercicios
  21. 20 Química nuclear
    1. Introducción
    2. 20.1 Estructura y estabilidad nuclear
    3. 20.2 Ecuaciones nucleares
    4. 20.3 Decaimiento radiactivo
    5. 20.4 Transmutación y energía nuclear
    6. 20.5 Usos de los radioisótopos
    7. 20.6 Efectos biológicos de la radiación
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  22. 21 Química orgánica
    1. Introducción
    2. 21.1 Hidrocarburos
    3. 21.2 Alcoholes y éteres
    4. 21.3 Aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y ésteres
    5. 21.4 Aminas y amidas
    6. Términos clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  23. A La tabla periódica
  24. B Matemáticas esenciales
  25. C Unidades y factores de conversión
  26. D Constantes físicas fundamentales
  27. E Propiedades del agua
  28. F Composición de los ácidos y las bases comerciales
  29. G Propiedades termodinámicas estándar de determinadas sustancias
  30. H Constantes de ionización de los ácidos débiles
  31. I Constantes de ionización de las bases débiles
  32. J Productos de solubilidad
  33. K Constantes de formación de iones complejos
  34. L Potenciales de electrodos estándar (media celda)
  35. M Semivida de varios isótopos radiactivos
  36. Clave de respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
    17. Capítulo 17
    18. Capítulo 18
    19. Capítulo 19
    20. Capítulo 20
    21. Capítulo 21
  37. Índice

13.1 Equilibrio químico

1.

¿Qué significa describir una reacción como "reversible"?

2.

Al escribir una ecuación, ¿cómo se distingue una reacción reversible de una reacción no reversible?

3.

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

4.

¿Un sistema está en equilibrio si las constantes de velocidad de las reacciones directa e inversa son iguales?

5.

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

13.2 Constantes de equilibrio

6.

Explique por qué puede haber un número infinito de valores para el cociente de reacción de una reacción a una temperatura determinada, pero solo puede haber un valor para la constante de equilibrio a esa temperatura.

7.

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.

8.

Si observa la siguiente reacción en equilibrio, ¿es posible saber si la reacción comenzó con NO2 puro o con N2O4 puro?
2NO2(g)N2O4(g)2NO2(g)N2O4(g)

9.

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 AgCl(s)Ag+(aq)+Cl(aq).AgCl(s)Ag+(aq)+Cl(aq). ¿Es Kc > 1, < 1, o ≈ 1? Explique su respuesta.

(b) Escriba la expresión de la constante de equilibrio para la reacción representada por la ecuación Pb2+(aq)+2Cl(aq)PbCl2(s).Pb2+(aq)+2Cl(aq)PbCl2(s). ¿Es Kc > 1, < 1, o ≈ 1? Explique su respuesta.

10.

Entre las reglas de solubilidad que se comentaron anteriormente se encuentre la afirmación: Los carbonatos, fosfatos, boratos y arseniatos (excepto los del ion de amonio y los metales alcalinos) son insolubles.

(a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio para la reacción representada por la ecuación CaCO3(s)Ca2+(aq)+CO32−(aq).CaCO3(s)Ca2+(aq)+CO32−(aq). ¿Es Kc > 1, < 1, o ≈ 1? Explique su respuesta.

(b) Escriba la expresión de la constante de equilibrio para la reacción representada por la ecuación 3Ba2+(aq)+2PO43−(aq)Ba3(PO4)2 (s).3Ba2+(aq)+2PO43−(aq)Ba3(PO4)2 (s). ¿Es Kc > 1, < 1, o ≈ 1? Explique su respuesta.

11.

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: 3C2H2(g)C6H6(g).3C2H2(g)C6H6(g). ¿Qué valor de Kc haría que esta reacción fuera más útil comercialmente? Kc ≈ 0,01, Kc ≈ 1 o Kc ≈ 10. Explique su respuesta.

12.

Demuestre que la ecuación química completa, la ecuación iónica total y la ecuación iónica neta para la reacción representada por la ecuación KI(aq)+I2(aq)KI3(aq)KI(aq)+I2(aq)KI3(aq) dan la misma expresión para el cociente de reacción. El KI3 está compuesto por los iones de K+ e I3.I3.

13.

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

14.

Para que una reacción de precipitación sea útil en un análisis gravimétrico, el producto de la reacción debe ser insoluble. ¿Es Kc > 1, < 1, o ≈ 1 para una reacción de precipitación útil?

15.

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

(a) CH4(g)+Cl2(g)CH3Cl(g)+HCl(g)CH4(g)+Cl2(g)CH3Cl(g)+HCl(g)

(b) N2(g)+O2(g)2NO(g)N2(g)+O2(g)2NO(g)

(c) 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

(d) BaSO3(s)BaO(s)+SO2(g)BaSO3(s)BaO(s)+SO2(g)

(e) P4(g)+5O2(g)P4O10(s)P4(g)+5O2(g)P4O10(s)

(f) Br2(g)2Br(g)Br2(g)2Br(g)

(g) CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)

(h) CuSO4.5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(g)CuSO4.5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(g)

16.

Escriba la expresión matemática del cociente de reacción, Qc, en cada una de las siguientes reacciones:

(a) N2(g)+3H2(g)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

(b) 4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)

(c) N2O4(g)2NO2(g)N2O4(g)2NO2(g)

(d) CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

(e) NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g)

(f) 2Pb(NO3)2 (s)2PbO(s)+4NO2(g)+O2(g)2Pb(NO3)2 (s)2PbO(s)+4NO2(g)+O2(g)

(g) 2H2(g)+O2(g)2H2O(l)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)

(h) S8(g)8S(g)S8(g)8S(g)

17.

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.

(a)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)Kc=17;[NH3]=0,20M,[N2 ]=1,00M,[H2]=1,00M (b)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)KP=6,8×104;NH3=3,0atm,N2 =2,0atm,H2 =1,0atm (c)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)Kc=0,230;[SO3]=0,00M,[SO2]=1,00M,[O2]=1,00M (d)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)KP=16,5;SO3=1,00atm,SO2=1,00atm,O2=1,00atm (e)2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)Kc=4,6×104;[NO]=1,00M,[Cl2]=1,00M,[NOCl]=0M (f)N2(g)+O2(g)2NO(g)KP=0,050;NO=10,0atm,N2 =O2=5 atm (a)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)Kc=17;[NH3]=0,20M,[N2 ]=1,00M,[H2]=1,00M (b)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)KP=6,8×104;NH3=3,0atm,N2 =2,0atm,H2 =1,0atm (c)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)Kc=0,230;[SO3]=0,00M,[SO2]=1,00M,[O2]=1,00M (d)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)KP=16,5;SO3=1,00atm,SO2=1,00atm,O2=1,00atm (e)2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)Kc=4,6×104;[NO]=1,00M,[Cl2]=1,00M,[NOCl]=0M (f)N2(g)+O2(g)2NO(g)KP=0,050;NO=10,0atm,N2 =O2=5 atm

18.

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.

(a)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)Kc=17;[NH3]=0,50M,[N2 ]=0,15M,[H2]=0,12M (b)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)KP=6,8×104;NH3=2,00atm,N2 =10,00 atm,H2 =10,00 atm (c)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)Kc=0,230;[SO3]=2,00M,[SO2]=2,00M,[O2]=2,00M (d)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)KP=6,5atm;SO2=1,00 atm,O2=1,130 atm,SO3=0 atm (e)2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)KP=2,5×103;NO=1,00 atm,Cl2=1,00 atm,NOCl=0 atm (f)N2(g)+O2(g)2NO(g)Kc=0,050;[N2 ]=0,100M,[O2]=0,200M,[NO]=1,00M (a)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)Kc=17;[NH3]=0,50M,[N2 ]=0,15M,[H2]=0,12M (b)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)KP=6,8×104;NH3=2,00atm,N2 =10,00 atm,H2 =10,00 atm (c)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)Kc=0,230;[SO3]=2,00M,[SO2]=2,00M,[O2]=2,00M (d)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)KP=6,5atm;SO2=1,00 atm,O2=1,130 atm,SO3=0 atm (e)2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)KP=2,5×103;NO=1,00 atm,Cl2=1,00 atm,NOCl=0 atm (f)N2(g)+O2(g)2NO(g)Kc=0,050;[N2 ]=0,100M,[O2]=0,200M,[NO]=1,00M

19.

La siguiente reacción tiene KP = 4,50 ×× 10−5 a 720 K.
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)2NH3(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

20.

Determine si el siguiente sistema está en equilibrio. Si no es así, ¿en qué dirección deberá desplazarse el sistema para alcanzar el equilibrio?
SO2Cl2(g)SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)SO2(g)+Cl2(g)

[SO2Cl2] = 0,12 M, [Cl2] = 0,16 M y [SO2] = 0,050 M. Kc para la reacción es 0,078.

21.

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

22.

¿Cuál de los sistemas descritos en el Ejercicio 13.16 son equilibrios homogéneos? ¿Cuáles son equilibrios heterogéneos?

23.

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

24.

¿Para cuál de las reacciones del Ejercicio 13.16 el valor de Kc (calculado mediante concentraciones) es igual al valor de KP (calculado mediante presiones)?

25.

Convertir los valores de Kc en valores de KP o los valores de KP en valores de Kc.

(a)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)Kc=0,50a400°C (b)H2(g)+I2(g)2HI(g)Kc=50,2a448°C (c)Na2SO4·10H2O(s)Na2SO4(s)+10H2O(g)KP=4,08×10-25a25°C (d)H2O(l)H2O(g)KP=0,122a50°C (a)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)Kc=0,50a400°C (b)H2(g)+I2(g)2HI(g)Kc=50,2a448°C (c)Na2SO4·10H2O(s)Na2SO4(s)+10H2O(g)KP=4,08×10-25a25°C (d)H2O(l)H2O(g)KP=0,122a50°C

26.

Convierta los valores de Kc en valores de KP o los valores de KP en valores de Kc.

(a)Cl2(g)+Br2(g)2BrCl(g)Kc=4,7×10-2a25°C (b)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)KP=48,2a500°C (c)CaCl2·6H2O(s)CaCl2(s)+6H2O(g)KP=5,09×10-44a25°C (d)H2O(l)H2O(g)KP=0,196a60°C (a)Cl2(g)+Br2(g)2BrCl(g)Kc=4,7×10-2a25°C (b)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)KP=48,2a500°C (c)CaCl2·6H2O(s)CaCl2(s)+6H2O(g)KP=5,09×10-44a25°C (d)H2O(l)H2O(g)KP=0,196a60°C

27.

¿Cuál es el valor de la expresión de la constante de equilibrio para el cambio H2O(l)H2O(g)H2O(l)H2O(g) a 30 °C? (Vea el Apéndice E).

28.

Escriba la expresión del cociente de reacción para la ionización del HOCN en agua.

29.

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

30.

¿Cuál es el valor aproximado de la constante de equilibrio KP para el cambio C2H5OC2H5(l)C2H5OC2H5(g)C2H5OC2H5(l)C2H5OC2H5(g) a 25 °C. (La presión de vapor de equilibrio para esta sustancia es de 570 torr a 25 °C).

13.3 Equilibrios cambiantes: el principio de Le Châtelier

31.

La siguiente ecuación representa una descomposición reversible:
CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)

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

32.

Explique cómo reconocer las condiciones en las que los cambios de volumen afectarán a los sistemas en fase gaseosa en equilibrio.

33.

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

34.

La siguiente reacción se produce cuando se enciende un quemador de una estufa de gas:
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)

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

35.

Un paso necesario en la fabricación de ácido sulfúrico es la formación de trióxido de azufre, SO3, a partir de dióxido de azufre, SO2, y oxígeno, O2, como se muestra aquí. A altas temperaturas, la tasa de formación de SO3 es mayor, pero la cantidad de equilibrio (concentración o presión parcial) de SO3 es menor de lo que sería a temperaturas más bajas.
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

(a) ¿La constante de equilibrio de la reacción aumenta, disminuye o permanece casi igual a medida que aumenta la temperatura?

(b) ¿Es la reacción endotérmica o exotérmica?

36.

Proponga cuatro formas de aumentar la concentración de hidracina, N2H4, en un equilibrio descrito por la siguiente ecuación:
N2(g)+2H2(g)N2H4(g)ΔH=95kJN2(g)+2H2(g)N2H4(g)ΔH=95kJ

37.

Proponga cuatro formas de aumentar la concentración de PH3 en un equilibrio descrito por la siguiente ecuación:
P4(g)+6H2(g)4PH3(g)ΔH=110,5kJP4(g)+6H2(g)4PH3(g)ΔH=110,5kJ

38.

¿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) 2NH3(g)N2(g)+3H2(g)ΔH=92kJ2NH3(g)N2(g)+3H2(g)ΔH=92kJ

(b) N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=181kJN2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=181kJ

(c) 2O3(g)3O2(g)ΔH=-285kJ2O3(g)3O2(g)ΔH=-285kJ

(d) CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)ΔH=-176kJCaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)ΔH=-176kJ

39.

¿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) 2H2O(g)2H2(g)+O2(g)ΔH=484kJ2H2O(g)2H2(g)+O2(g)ΔH=484kJ

(b) N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92,2kJN2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92,2kJ

(c) 2Br(g)Br2(g)ΔH=-224kJ2Br(g)Br2(g)ΔH=-224kJ

(d) H2(g)+I2(s)2HI(g)ΔH=53kJH2(g)+I2(s)2HI(g)ΔH=53kJ

40.

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 (Kc) para la reacción reversible
2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)ΔH=-90,2kJ2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)ΔH=-90,2kJ

(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?

41.

El nitrógeno y el oxígeno reaccionan a altas temperaturas.

(a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio (Kc) para la reacción reversible
N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=181kJN2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=181kJ

(b) ¿Qué ocurrirá con las concentraciones de N2, O2 y NO en equilibrio si se añade más O2?

(c) ¿Qué ocurrirá con las concentraciones de N2, O2 y NO en equilibrio si se elimina el N2?

(d) ¿Qué ocurrirá con las concentraciones de N2, O2 y NO en equilibrio si se añade NO?

(e) ¿Qué ocurrirá con las concentraciones de N2, O2 y NO en equilibrio si se disminuye el volumen del recipiente de reacción?

(f) ¿Qué ocurrirá con las concentraciones de N2, O2 en el equilibrio si se aumenta la temperatura del sistema?

42.

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
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH=131,30kJC(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH=131,30kJ

(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?

43.

El hierro metálico puro puede producirse mediante la reducción del óxido de hierro(III) con gas hidrógeno.

(a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio (Kc) para la reacción reversible
Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)ΔH=98,7kJFe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)ΔH=98,7kJ

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

(c) ¿Qué ocurrirá con la concentración de cada reactante 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 H2?

(e) ¿Qué ocurrirá con la concentración de cada reactivo y producto en el equilibrio si se disminuye el volumen del recipiente de reacción?

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

44.

El amoníaco es una base débil que reacciona con el agua según esta ecuación:
NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH(aq)NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH(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

45.

El ácido acético es un ácido débil que reacciona con el agua según esta ecuación:
CH3CO2H(aq)+H2O(aq)H3O+(aq)+CH3CO2(aq)CH3CO2H(aq)+H2O(aq)H3O+(aq)+CH3CO2(aq)

¿Alguno de los siguientes elementos aumentará el porcentaje de ácido acético que reacciona y produce un ion de CH3CO2CH3CO2?

(a) Adición de HCl

(b) Adición de NaOH

(c) Adición de NaCH3CO2

46.

Proponga dos formas de reducir la concentración de equilibrio de Ag+ en una solución de Na+, Cl, Ag+ y NO3,NO3, en contacto con el AgCl sólido
Na+(aq)+Cl(aq)+Ag+(aq)+NO3(aq)AgCl(s)+Na+(aq)+NO3(aq)Na+(aq)+Cl(aq)+Ag+(aq)+NO3(aq)AgCl(s)+Na+(aq)+NO3(aq)
ΔH=-65,9kJΔH=-65,9kJ

47.

¿Cómo puede aumentar la presión del vapor de agua en el siguiente equilibrio?
H2O(l)H2O(g)ΔH=41kJH2O(l)H2O(g)ΔH=41kJ

48.

Una solución está saturada de sulfato de plata y contiene un exceso de sulfato de plata sólido:
Ag2SO4(s)2Ag+(aq)+SO42−(aq)Ag2SO4(s)2Ag+(aq)+SO42−(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.

49.

Cuando se disuelven cantidades molares iguales de HCl y HOCl por separado en cantidades iguales de agua, la solución de HCl se congela a una temperatura más baja. ¿Qué compuesto tiene la mayor constante de equilibrio para la ionización de ácidos?

(a) HCl

(b) H + + Cl

(c) HOCl

(d) H + + OCl

13.4 Cálculos de equilibrio

50.

Una reacción se representa con esta ecuación: A(aq)+2 B(aq)2C(aq)Kc=1×103A(aq)+2 B(aq)2C(aq)Kc=1×103

(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.

51.

Una reacción se representa con esta ecuación: 2W(aq)X(aq)+2Y(aq)Kc=5×10-42W(aq)X(aq)+2Y(aq)Kc=5×10-4

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

(b) Utilizando concentraciones de ≤1 M, identifique dos conjuntos de concentraciones que describan una mezcla de W, X e Y en equilibrio.

52.

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

N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) 2 NH 3 ( g ) N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) 2 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 ×× 10−1 M de NH3.

53.

El hidrógeno se prepara comercialmente mediante la reacción del metano y el vapor de agua a temperaturas elevadas.

CH 4 ( g ) + H 2 O ( g ) 3 H 2 ( g ) + CO ( g ) CH 4 ( g ) + H 2 O ( g ) 3 H 2 ( g ) + CO ( g )

¿Cuál es la constante de equilibrio para la reacción si una mezcla en equilibrio contiene gases con las siguientes concentraciones? CH4, 0,126 M; H2O, 0,242 M; CO, 0,126 M; H2 1,15 M a una temperatura de 760 °C?

54.

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.

55.

A 1 atm y 25 °C, el NO2 con una concentración inicial de 1,00 M se descompone en 0,0033% en NO y O2. Calcule el valor de la constante de equilibrio para la reacción.

2 NO 2 ( g ) 2 NO ( g ) + O 2 ( g ) 2 NO 2 ( g ) 2 NO ( g ) + O 2 ( g )

56.

Calcule el valor de la constante de equilibrio KP para la reacción 2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g) de estas presiones de equilibrio: NO, 0,050 atm; Cl2, 0,30 atm; NOCl, 1,2 atm.

57.

Cuando se calienta, el vapor de yodo se disocia según esta ecuación:

I 2 ( g ) 2 I ( g ) I 2 ( g ) 2 I ( g )

A 1274 K, una muestra presenta una presión parcial de I2 de 0,1122 atm y una presión parcial debida a los átomos de I de 0,1378 atm. Determine el valor de la constante de equilibrio, KP, para la descomposición a 1274 K.

58.

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

NH 4 Cl ( s ) NH 3 ( g ) + HCl ( g ) NH 4 Cl ( s ) NH 3 ( g ) + HCl ( g )

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

59.

A una temperatura de 60 °C, la presión de vapor del agua es de 0,196 atm. ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio KP para el equilibrio de vaporización a 60 °C?

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

60.

Complete las siguientes tablas ICE parciales.

(a)

2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) cambio______+x 2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) cambio______+x

(b)

4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) cambio___+x______ 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) cambio___+x______

(c)

2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) cambio___+x___ 2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) cambio___+x___

(d)

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) cambio___+x______ CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) cambio___+x______

(e)

NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g) cambio+x___ NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g) cambio+x___

(f)

Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g) cambio+x___ Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g) cambio+x___

61.

Complete las siguientes tablas parciales de ICE.

(a)

2H2(g)+O2(g)2H2O(g) cambio______+x 2H2(g)+O2(g)2H2O(g) cambio______+x

(b)

CS2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2S(g) cambio+x_________ CS2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2S(g) cambio+x_________

(c)

H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) cambio+x______ H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) cambio+x______

(d)

2NH3(g)+2O2(g)N2O(g)+3H2O(g) cambio_________+x 2NH3(g)+2O2(g)N2O(g)+3H2O(g) cambio_________+x

(e)

NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g) cambio+x___ NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g) cambio+x___

(f)

Fe(s)+5CO(g)Fe(CO)5(g) cambio___+x Fe(s)+5CO(g)Fe(CO)5(g) cambio___+x

62.

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

63.

¿Por qué no se especifican cambios para el NH4HS en la parte (e) del Ejercicio 13.61? ¿Qué propiedad del NH4HS cambia?

64.

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.

N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) 2 NH 3 ( g ) K c = 0,50 a 400 ° C N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) 2 NH 3 ( g ) K c = 0,50 a 400 ° C

Calcule la concentración molar en equilibrio del NH3.

65.

Calcule el número de moles de HI que están en equilibrio con 1,25 mol de H2 y 1,25 mol de I2 en un matraz de 5,00 L a 448 °C.

H 2 + I 2 2 HI K c = 50,2 a 448 ° C H 2 + I 2 2 HI K c = 50,2 a 448 ° C

66.

¿Cuál es la presión del BrCl en una mezcla en equilibrio de Cl2, Br2 y BrCl si la presión del Cl2 en la mezcla es de 0,115 atm y la presión del Br2 en la mezcla es de 0,450 atm?

Cl 2 ( g ) + Br 2 ( g ) 2 BrCl ( g ) K P = 4,7 × 10 -2 Cl 2 ( g ) + Br 2 ( g ) 2 BrCl ( g ) K P = 4,7 × 10 -2

67.

¿Cuál es la presión del CO2 en una mezcla en equilibrio que contiene 0,50 atm de H2, 2,0 atm de H2O y 1,0 atm de CO a 990 °C?

H 2 ( g ) + CO 2 ( g ) H 2 O ( g ) + CO ( g ) K P = 1,6 a 990 °C H 2 ( g ) + CO 2 ( g ) H 2 O ( g ) + CO ( g ) K P = 1,6 a 990 °C

68.

El cobalto metálico puede prepararse reduciendo el óxido de cobalto(II) con monóxido de carbono.

CoO ( s ) + CO ( g ) Co ( s ) + CO 2 ( g ) K c = 4,90 × 10 2 a 550 °C CoO ( s ) + CO ( g ) Co ( s ) + CO 2 ( g ) K c = 4,90 × 10 2 a 550 °C

¿Qué concentración de CO queda en una mezcla en equilibrio con [CO2] = 0,100 M?

69.

El carbono reacciona con el vapor de agua a temperaturas elevadas.

C ( s ) + H 2 O ( g ) CO ( g ) + H 2 ( g ) K c = 0,2 a 1.000 °C C ( s ) + H 2 O ( g ) CO ( g ) + H 2 ( g ) K c = 0,2 a 1.000 °C

Suponiendo que una mezcla de reacción contiene inicialmente solo reactivos, ¿cuál es la concentración de CO en una mezcla en equilibrio con [H2O] = 0,500 M a 1.000 °C?

70.

El sulfato de sodio 10-hidratado, Na2SO4·10H2O, se deshidrata según la ecuación

Na 2 SO 4 · 10 H 2 O ( s ) Na 2 SO 4 ( s ) + 10 H 2 O ( g ) K P = 4,08 × 10 -25 a 25 °C Na 2 SO 4 · 10 H 2 O ( s ) Na 2 SO 4 ( s ) + 10 H 2 O ( g ) K P = 4,08 × 10 -25 a 25 °C

¿Cuál es la presión del vapor de agua en equilibrio con una mezcla de Na2SO4·10H2O y NaSO4?

71.

El cloruro de calcio hexahidrato, CaCl2·6H2O, se deshidrata según la ecuación

CaCl 2 · 6 H 2 O ( s ) CaCl 2 ( s ) + 6 H 2 O ( g ) K P = 5,09 × 10 -44 a 25 °C CaCl 2 · 6 H 2 O ( s ) CaCl 2 ( s ) + 6 H 2 O ( g ) K P = 5,09 × 10 -44 a 25 °C

¿Cuál es la presión del vapor de agua en equilibrio con una mezcla de CaCl2·6H2O y CaCl2 a 25 °C?

72.

Un estudiante ha resuelto el siguiente problema y ha calculado que las concentraciones de equilibrio son [SO2] = 0,590 M, [O2] = 0,0450 M y [SO3] = 0,260 M. ¿Cómo podría este estudiante comprobar el trabajo sin volver a resolver el problema? El problema era: Para la siguiente reacción a 600 °C:

2 SO 2 ( g ) + O 2 ( g ) 2 SO 3 ( g ) K c = 4,32 2 SO 2 ( g ) + O 2 ( g ) 2 SO 3 ( g ) K c = 4,32

¿Cuáles son las concentraciones de equilibrio de todas las especies en una mezcla que se preparó con [SO3] = 0,500 M, [SO2] = 0 M y [O2] = 0,350 M?

73.

Un estudiante resolvió el siguiente problema y calculó que [N2O4] = 0,16 M en equilibrio. ¿Cómo pudo este estudiante reconocer que la respuesta era incorrecta sin volver a resolver el problema? El problema era: ¿Cuál es la concentración de equilibrio de N2O4 en una mezcla formada por una muestra de NO2 con una concentración de 0,10 M?

2 NO 2 ( g ) N 2 O 4 ( g ) K c = 160 2 NO 2 ( g ) N 2 O 4 ( g ) K c = 160

74.

Supongamos que el cambio en la concentración de N2O4 es lo suficientemente pequeño como para despreciarlo en el siguiente problema.

(a) Calcule la concentración de equilibrio de ambas especies en 1,00 L de una solución preparada a partir de 0,129 mol de N2O4 con cloroformo como solvente.

N2O4(g)2NO2(g)Kc=1,07×10-5N2O4(g)2NO2(g)Kc=1,07×10-5 en cloroformo

(b) Confirme que el cambio es lo suficientemente pequeño como para ser despreciado.

75.

Supongamos que el cambio en la concentración de COCl2 es lo suficientemente pequeño como para despreciarlo en el siguiente problema.

(a) Calcule la concentración de equilibrio de todas las especies en una mezcla de equilibrio que resulta de la descomposición del COCl2 con una concentración inicial de 0,3166 M.

COCl 2 ( g ) CO ( g ) + Cl 2 ( g ) K c = 2,2 × 10 -10 COCl 2 ( g ) CO ( g ) + Cl 2 ( g ) K c = 2,2 × 10 -10

(b) Confirme que el cambio es lo suficientemente pequeño como para ser despreciado.

76.

Supongamos que el cambio de presión del H2S es lo suficientemente pequeño como para despreciarlo en el siguiente problema.

(a) Calcule las presiones de equilibrio de todas las especies en una mezcla en equilibrio que resulta de la descomposición del H2S con una presión inicial de 0,824 atm.

2 H 2 S ( g ) 2 H 2 ( g ) + S 2 ( g ) K P = 2,2 × 10 -6 2 H 2 S ( g ) 2 H 2 ( g ) + S 2 ( g ) K P = 2,2 × 10 -6

(b) Confirme que el cambio es lo suficientemente pequeño como para ser despreciado.

77.

¿Cuáles son todas las concentraciones después de que una mezcla que contiene [H2O] = 1,00 M y [Cl2O] = 1,00 M llegue al equilibrio a 25 °C?

H 2 O ( g ) + Cl 2 O ( g ) 2 HOCl ( g ) K c = 0,0900 H 2 O ( g ) + Cl 2 O ( g ) 2 HOCl ( g ) K c = 0,0900

78.

Calcule el número de gramos de HI que están en equilibrio con 1,25 mol de H2 y 63,5 g de yodo a 448 °C.

H 2 + I 2 2 HI K c = 50,2 a 448 °C H 2 + I 2 2 HI K c = 50,2 a 448 °C

79.

El butano existe en dos isómeros, el n−butano y el isobutano.

Se muestran tres estructuras de Lewis. La primera está etiquetada como "n guion Butano" y tiene un C H subíndice 3 con un enlace simple a un grupo C H subíndice 2. Este grupo C H subíndice 2 tiene un enlace simple con otro grupo C H subíndice 2 que tiene un enlace simple con un grupo C H subíndice 3. La segunda está etiquetada como "iso guion Butano" y está compuesta por un grupo C H unido a tres grupos C H subíndice 3. La tercera estructura muestra una cadena de átomos: "C H subíndice 3, C H subíndice 2, C H subíndice 2, C H subíndice 3", una flecha de doble punta, luego un átomo de carbono unido a tres grupos C H subíndice 3, así como un átomo de hidrógeno.

KP = 2,5 a 25 °C

¿Cuál es la presión del isobutano en un recipiente de los dos isómeros en equilibrio con una presión total de 1,22 atm?

80.

¿Cuál es la masa mínima de CaCO3 necesaria para establecer el equilibrio a una determinada temperatura en un recipiente de 6,50 L si la constante de equilibrio (Kc) es 0,50 para la reacción de descomposición del CaCO3 a esa temperatura?

CaCO 3 ( s ) CaO ( s ) + CO 2 ( g ) CaCO 3 ( s ) CaO ( s ) + CO 2 ( g )

81.

La constante de equilibrio (Kc) para esta reacción es de 1,60 a 990 °C:

H 2 ( g ) + CO 2 ( g ) H 2 O ( g ) + CO ( g ) H 2 ( g ) + CO 2 ( g ) H 2 O ( g ) + CO ( g )

Calcule el número de moles de cada componente en la mezcla final en equilibrio obtenida al añadir 1,00 mol de H2, 2,00 mol de CO2, 0,750 mol de H2O y 1,00 mol de CO a un recipiente de 5,00 L a 990 °C.

82.

En un recipiente de 3,0 L, se miden las siguientes presiones parciales de equilibrio: N2, 190 torr; H2, 317 torr; NH3, 1,00 ×× 103 torr.

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

(a) ¿Cómo cambiarán las presiones parciales de H2, N2 y NH3 si se elimina el H2 del sistema? ¿Aumentarán, disminuirán o permanecerán igual?

b) Se retira el hidrógeno del recipiente hasta que la presión parcial del nitrógeno, en equilibrio, sea de 250 torr. Calcule las presiones parciales de las otras sustancias en las nuevas condiciones.

83.

La constante de equilibrio (Kc) para esta reacción es 5,0 a una temperatura determinada.

CO ( g ) + H 2 O ( g ) CO 2 ( g ) + H 2 ( g ) CO ( g ) + H 2 O ( g ) CO 2 ( g ) + H 2 ( g )

(a) En el análisis, se determinó que una mezcla en equilibrio de las sustancias presentes a la temperatura dada contiene 0,20 mol de CO, 0,30 mol de vapor de agua y 0,90 mol de H2 en un litro. ¿Cuántos moles de CO2 había en la mezcla en equilibrio?

(b) Manteniendo la misma temperatura, se añadió más H2 al sistema y se eliminó parte del vapor de agua por secado. De este modo, se estableció una nueva mezcla en equilibrio que contenía 0,40 mol de CO, 0,30 mol de vapor de agua y 1,2 mol de H2 en un litro. ¿Cuántos moles de CO2 había en la nueva mezcla de equilibrio? Compárelo con la cantidad de la parte (a) y discuta si el segundo valor es razonable. Explique cómo es posible que la concentración de vapor de agua sea la misma en las dos soluciones de equilibrio aunque se haya eliminado parte del vapor antes de establecer el segundo equilibrio.

84.

El pentacloruro de antimonio se descompone según esta ecuación:

SbCl 5 ( g ) SbCl 3 ( g ) + Cl 2 ( g ) SbCl 5 ( g ) SbCl 3 ( g ) + Cl 2 ( g )

Una mezcla en equilibrio en un matraz de 5,00 L a 448 °C contiene 3,85 g de SbCl5, 9,14 g de SbCl3 y 2,84 g de Cl2. ¿Cuántos gramos de cada uno se encontrarán si la mezcla se transfiere a un matraz de 2,00 L a la misma temperatura?

85.

Considere el equilibrio

4 NO 2 ( g ) + 6 H 2 O ( g ) 4 NH 3 ( g ) + 7 O 2 ( g ) 4 NO 2 ( g ) + 6 H 2 O ( g ) 4 NH 3 ( g ) + 7 O 2 ( g )

(a) ¿Cuál es la expresión de la constante de equilibrio (Kc) de la reacción?

(b) ¿Cómo debe cambiar la concentración de NH3 para alcanzar el equilibrio si el cociente de reacción es menor que la constante de equilibrio?

(c) Si la reacción estuviera en equilibrio, ¿cómo afectaría un aumento del volumen del recipiente de reacción a la presión del NO2?

(d) Si el cambio en la presión del NO2 es de 28 torr cuando la mezcla de los cuatro gases alcanza el equilibrio, ¿cuánto cambiará la presión del O2?

86.

La unión del oxígeno por parte de la hemoglobina (Hb), que produce oxihemoglobina (HbO2), está parcialmente regulada por la concentración de H3O+ y CO2 disuelto en la sangre. Aunque el equilibrio es complicado, se puede resumir como

HbO 2 ( a q ) + H 3 O + ( a q ) + CO 2 ( g ) CO 2 Hb H + + O 2 ( g ) + H 2 O ( l ) HbO 2 ( a q ) + H 3 O + ( a q ) + CO 2 ( g ) CO 2 Hb H + + O 2 ( g ) + H 2 O ( l )

(a) Escriba la expresión de la constante de equilibrio para esta reacción.

(b) Explique por qué la producción de ácido láctico y CO2 en un músculo durante el esfuerzo estimula la liberación de O2 de la oxihemoglobina en la sangre que pasa por el músculo.

87.

El N2O3 líquido es de color azul oscuro a bajas temperaturas, pero el color se desvanece y se vuelve verdoso a temperaturas más altas a medida que el compuesto se descompone en NO y NO2. A 25 °C, se ha establecido un valor de KP = 1,91 para esta descomposición. Si se colocan 0,236 mol de N2O3 en un recipiente de 1,52 L a 25 °C, calcule las presiones parciales en equilibrio de N2O3(g), NO2(g) y NO(g).

88.

Un recipiente de 1,00 L a 400 °C contiene las siguientes concentraciones de equilibrio: N2, 1,00 M; H2, 0,50 M; y NH3, 0,25 M. ¿Cuántos moles de hidrógeno deben retirarse del recipiente para aumentar la concentración de nitrógeno a 1,1 M? La reacción de equilibrio es

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

89.

Calcule la constante de equilibrio a 25 °C para cada una de las siguientes reacciones a partir del valor de ΔG° dado.

(a) I2(s)+Cl2(g)2ICl(g)ΔG°=-10,88 kJI2(s)+Cl2(g)2ICl(g)ΔG°=-10,88 kJ

(b) H2(g)+I2(s)2HI(g)ΔG°=3,4 kJH2(g)+I2(s)2HI(g)ΔG°=3,4 kJ

(c) CS2(g)+3Cl2(g)CCl4(g)+S2Cl2(g)ΔG°=-39 kJCS2(g)+3Cl2(g)CCl4(g)+S2Cl2(g)ΔG°=-39 kJ

(d) 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔG°=-141,82 kJ2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔG°=-141,82 kJ

(e) CS2(g)CS2(l)ΔG°=-1,88 kJCS2(g)CS2(l)ΔG°=-1,88 kJ

90.

Calcule la constante de equilibrio a la temperatura dada.

(a) O2(g)+2F2(g)2F2O(g)(T=100°C)O2(g)+2F2(g)2F2O(g)(T=100°C)

(b) I2(s)+Br2(l)2IBr(g)(T=0,0°C)I2(s)+Br2(l)2IBr(g)(T=0,0°C)

(c) 2LiOH(s)+CO2(g)Li2CO3(s)+H2O(g)(T=575°C)2LiOH(s)+CO2(g)Li2CO3(s)+H2O(g)(T=575°C)

(d) N2O3(g)NO(g)+NO2(g)(T=-10,0°C)N2O3(g)NO(g)+NO2(g)(T=-10,0°C)

(e) SnCl4(l)SnCl4(g)(T=200°C)SnCl4(l)SnCl4(g)(T=200°C)

91.

Calcule la constante de equilibrio a la temperatura dada.

(a) I2(s)+Cl2(g)2ICl(g)(T=100°C)I2(s)+Cl2(g)2ICl(g)(T=100°C)

(b) H2(g)+I2(s)2HI(g)(T=0,0°C)H2(g)+I2(s)2HI(g)(T=0,0°C)

(c) CS2(g)+3Cl2(g)CCl4(g)+S2Cl2(g)(T=125°C)CS2(g)+3Cl2(g)CCl4(g)+S2Cl2(g)(T=125°C)

(d) 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(T=675°C)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(T=675°C)

(e) CS2(g)CS2(l)(T=90°C)CS2(g)CS2(l)(T=90°C)

92.

Considere la siguiente reacción a 298 K:
N2O4(g)2NO2(g)KP=0,142N2O4(g)2NO2(g)KP=0,142

¿Cuál es el cambio de energía libre estándar a esta temperatura? Describa lo que ocurre con el sistema inicial, en el que los reactivos y los productos están en estados estándar, a medida que se acerca al equilibrio.

93.

Determine el punto de ebullición normal (en kelvin) del dicloroetano, CH2Cl2. Encuentre el punto de ebullición real utilizando Internet o alguna otra fuente, y calcule el porcentaje de error en la temperatura. Explique las diferencias, si las hay, entre ambos valores.

94.

¿En qué condiciones N2O3(g)NO(g)+NO2(g)N2O3(g)NO(g)+NO2(g) es espontánea?

95.

A temperatura ambiente, la constante de equilibrio (Kw) para la autoionización del agua es de 1,00 ×× 10−14. Utilizando esta información, calcule el cambio de energía libre estándar para la reacción acuosa del ion de hidrógeno con el ion de hidróxido para producir agua. (Pista: la reacción es la inversa de la reacción de autoionización).

96.

El sulfuro de hidrógeno es un contaminante que se encuentra en el gas natural. Tras su eliminación, se convierte en azufre por la reacción 2H2S(g)+SO2(g)38S8(s,rómbico)+2H2O(l).2H2S(g)+SO2(g)38S8(s,rómbico)+2H2O(l). ¿Cuál es la constante de equilibrio para esta reacción? ¿La reacción es endotérmica o exotérmica?

97.

Considere la descomposición del CaCO3(s) en CaO(s) y CO2(g). ¿Cuál es la presión parcial de equilibrio del CO2 a temperatura ambiente?

98.

En el laboratorio, el cloruro de hidrógeno (HCl(g)) y el amoníaco (NH3(g)) a menudo se escapan de las botellas de sus soluciones y reaccionan para formar el cloruro de amonio (NH4Cl(s)), el esmalte blanco que a menudo se ve en la cristalería. Suponiendo que el número de moles de cada gas que escapa a la habitación es el mismo, ¿cuál es la máxima presión parcial de HCl y NH3 en el laboratorio a temperatura ambiente? (Pista: Las presiones parciales serán iguales y están en su valor máximo cuando están en equilibrio).

99.

El benceno puede prepararse a partir del acetileno. 3C2H2(g)C6H6(g).3C2H2(g)C6H6(g). Determine la constante de equilibrio a 25 °C y a 850 °C. ¿Es la reacción espontánea a cualquiera de estas temperaturas? ¿Por qué no se encuentra todo el acetileno como benceno?

100.

El dióxido de carbono se descompone en CO y O2 a temperaturas elevadas. ¿Cuál es la presión parcial de equilibrio del oxígeno en una muestra a 1.000 °C para la que la presión inicial de CO2 fuera de 1,15 atm?

101.

El tetracloruro de carbono, un importante disolvente industrial, se prepara mediante la cloración del metano a 850 K.
CH4(g)+4Cl2(g)CCl4(g)+4HCl(g)CH4(g)+4Cl2(g)CCl4(g)+4HCl(g)

¿Cuál es la constante de equilibrio para la reacción a 850 K? ¿Habría que calentar o enfriar el recipiente de reacción para mantener constante la temperatura de la reacción?

102.

El ácido acético, CH3CO2H, puede formar un dímero, (CH3CO2H)2, en la fase gaseosa.
2CH3CO2H(g)(CH3CO2H)2 (g)2CH3CO2H(g)(CH3CO2H)2 (g)

El dímero se mantiene unido por dos enlaces de hidrógeno con una fuerza total de 66,5 kJ por mol de dímero.

Esta estructura de Lewis muestra una estructura de anillo de seis lados compuesta por un grupo metilo con enlace simple a un carbono, que tiene doble enlace a un átomo de oxígeno en posición ascendente y enlace simple a un átomo de oxígeno en posición descendente. El oxígeno inferior tiene un enlace simple con un hidrógeno, que está conectado por una línea punteada con un oxígeno que tiene un doble enlace con un carbono en posición ascendente. Este carbono está unido por enlace simple a un grupo metilo a su derecha y a un oxígeno en posición superior que está unido por enlace simple a un hidrógeno que está conectado por una línea punteada al oxígeno de doble enlace de la izquierda.

A 25 °C, la constante de equilibrio para la dimerización es de 1,3 ×× 103 (presión en atm). ¿Cuál es el ΔS° para la reacción?

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