Fisicoquimica

UNIVERSIDAD VERACRUZANAFACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS MATERIA: FISICOQUIMICA ALUMNO: OSWALDO DE LE MERCED MEDINA NO. DE EQUIPO 2 “PROBLEMARIO 1” CARRERA: INGENIERIA AMBIENTAL FECHA DE ENTREGA: 08/04/2015 no es que los productos cesen de reaccionar. III. EJEMPLOS. I.1. es decir.2. Un equilibrio dinámico ocurre cuando dos procesos reversibles ocurren al mismo paso. El agua del balde comienza a evaporar. sino que la velocidad de la reacción inversa ha igualado la velocidad de la reacción directa. llamada constante de equilibrio. La velocidad de la reacción inversa sería vi=Ki= [HI]2 c. a. La velocidad de la reacción directa está dada por: vd=Kd= [H2] [I2] b. II. Cuando una reacción llega al punto máximo de conversión. debido a que los cambios que ocurren son procesos físicos. mientras que el equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de las reacciones directas e inversas se igualan y las concentraciones netas de reactivos y productos permanecen constantes. química.Facultad de Ciencias Químicas EL CONCEPTO EQUILIBRIO DE EQUILIBRIO Universidad Veracruzana Y LA CONSTANTE DE 14. Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . se sigue evaporando algo de agua. es una muestra de equilibrio dinámico. no está estática. Como en el equilibrio las velocidades de reacciones directa e inversa son iguales. Un ejemplo práctico y sencillo sería colocar un balde de agua en un espacio pequeño y cerrado. H2 (g) + I2 (g) <———-> 2 HI (g). sigue habiendo actividad. hasta saturar el aire del lugar. pero aparentemente" la reacción ceso. reacciones opuestas ocurren al mismo paso(es demasiado eficiente). porque la humedad ambiental choca contra la superficie del balde y se condensa. La diferencia que existe es que el equilibrio físico se da entre dos fases de la misma sustancia. Proporcione dos ejemplos de un equilibrio dinámico. 14. Una vez saturado el ambiente. Proporcione dos ejemplos de cada uno. Muchos procesos (como algunas reacciones químicas) son reversibles y cuando están en un equilibrio dinámico. Explique la diferencia entre equilibrio físico y equilibrio químico. Defina equilibrio. el cociente entre ambas velocidades es una constante K. Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana Ejemplos de equilibrio físico  La evaporación del agua en una temperatura determinada. el número de moléculas de H2O se dejan en la fase líquida y regresan a ella es el mismo: H2O (l) Û H2O (g)  Una pelota de 100N suspendida por una cuerda A es tirada hacia un lado en forma horizontal mediante otra cuerda B y sostenida de tal manera que la cuerda A forma un ángulo de 30° con el poste vertical ¿encuentre las tensiones en las cuerdas A y B? Ejemplo de equilibrio químico  CO (g) + Cl2 (g) Û COCl2 (g)  H2 (g) + I2 (g) Û 2HI (g) Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . un recipiente cerrado a En este caso. Describa brevemente la importancia del equilibrio en el estudio de las reacciones químicas. dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos en el equilibrio. Son la clave para resolver muchos tipos de problemas de estequiometria. llamada constante de equilibrio. como temperatura. volumen o concentraciones de las sustancias que intervienen en la reacción. EQUILIBRIO HOMOGÉNEO: Se aplica a las reacciones en las que todas las especies reactivas se encuentran en la misma fase.4. Conocer las condiciones de equilibrio químico de una reacción química en particular permite controlarlas cuando dicha reacción forma parte de un proceso productivo.Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana 14.5.3. Este a ser un fenómeno cuya naturaleza dinámica permite su MODIFICACIÓN con sólo variar algunos factores de los que depende. 14. Proporcione dos ejemplos de cada uno. el producto de las concentraciones en el equilibrio de los productos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos. ¿Cuál es la ley de acción de masas? Es un proceso elemental. El equilibrio puede expresarse matemáticamente de la siguiente forma: Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos. La disociación del N 2 O 4 es un ejemplo de equilibrio homogéneo en fase gaseosa. Defina el equilibrio homogéneo y el equilibrio heterogéneo. presión. 14. EXPRESIONES DE LAS CONSTANTES DE EQUILIBRIO. es una constante a cada temperatura. lo cual resulta de vital importancia para aumentar el rendimiento de los procesos industriales. Ejemplos de equilibrio Homogéneo: II. Por ejemplo.Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana EQUILIBRIO HETEROGENEO: Una reacción reversible en la que intervienen reactivos y productos en distintas fases conduce a un equilibrio heterogéneo. cuando el carbonato de calcio se calienta en un recipiente cerrado. se establece el siguiente equilibrio: I. Ejemplos de equilibrio Heterogéneo: Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . 7.6.Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana 14. ¿Qué representan los símbolos Kc y KP? Kc: Esta numéricamente relacionado con las concentraciones molares y Kc se considera adimensional es decir no tiene unidades. Kp: indica que las concentraciones en el equilibrio están expresadas en término de las presiones parciales. 14. Escriba las expresiones para las constantes de equilibrio KP de las siguientes reacciones de descomposición térmica: a) 2NaH C3 ( s) ⇆ N a2 CO3(S) + CO2(g) + H2O(g) kp = Oswaldo De La Merced Medina PCO ∙ P H O 1 2 2 Fisicoquímica . en cada uno de los siguientes procesos. a) 2C O 2 ( g ) ⇌ 2CO(g) + O2 ( g ) 2 k c= b) [ CO ] [ O2 ] [ CO2 ] k p= 2 Pco 2 ∙ P0 Pco 2 2 2 3 O2 ( g ) ⇌2 O3 ( g ) 2 [ O3 ] kc= 3 [ O2 ] c) CO(g) + k p= PO 2 3 PO 3 2 Cl2 ( g ) ⇌ COCl2(g) Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica .8. si es el caso. Escriba las expresiones de las constantes de equilibrio para Kc y KP.Facultad de Ciencias Químicas k p =PCO ∙ P H 2 2 b) 2CaSO4(S) O ⇌ kp k p =PSO 2 ∙ PO 2 Universidad Veracruzana 2CaO (s)+2 S O2 ( g) + O2 (g) P SO 2 ∙ P O 1 = 2 2 2 14. para las siguientes reacciones: a) 2NO2(g) + 7H2(g) ⇌ 2NH3(g) + 4H2O(l) 2 [ NH 3 ] kc= 2 7 [ NO 2 ] [ H 2 ] b) 2ZnS(s) + 3O2(g) ⇌ k p= P NH 2 3 2 P NO ∙ P H 7 2 2 2ZnO(s) + 2SO2(g) Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . Anote las expresiones de las constantes de equilibrio para Kc y KP.Facultad de Ciencias Químicas kc= [ COCl 2 ] [ CO ] [ Cl2 ] ⇌ d) H2O(g) + C(S) k c= k p= P COCl PCO ∙ PCl 2 2 CO(g) + H2(g) [ CO ] [ H 2 ] k p= [ H2 O] e) HCOOH(ac) ⇌ Universidad Veracruzana PCO ∙ P H PH O 2 2 H+(ac) + HCOO.9. si es el caso.(ac) + ¿¿ H ¿ −¿ HCOO¿ ¿ ¿ k c =¿ f) 2HgO(S) ⇌ 2Hg(l) + O2(g) k p =PO k c = [O2 ] 2 14. es necesario especificar la ecuación balanceada y la temperatura. puede conocerse la otra. 14. Escriba la ecuación que relaciona a Kc y KP y defina todos los términos.Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana 2 [ SO2 ] kc= 3 [ O2 ] c) C(s) + CO2(g) ⇌ k p= P SO 2 2 PO 3 2 2CO(g) kc= d) C6H5COOH(ac) ⇌ [ CO ]2 [ CO 2 ] PCO 2 k p= PCO 2 C6H5COO-(ac) +H+(ac) −¿ ¿ C 6 H 5 COO ¿ +¿ ¿ H ¿ ¿ k c =¿ 14. de forma que conocida una. Si una reacción representa la suma de dos o más reacciones.10. ¿Cuál es la regla para escribir la constante de equilibrio para la reacción global en la que participan dos o más reacciones? Al señalar un valor para la constante de equilibrio. Kp y Kc se relacionan mediante la ley de los gases ideales. Kp=Kc( RT )(c+d )– (a+b ) Kp= constante de equilibrio en términos de presiones parciales Kc= constante de equilibrio en términos de concentración molar R= constante de los gases T= temperatura (c+d) – (a+b) = número de moles de productos menos número de moles de reactivos. la constante de equilibrio para la reacción global está dada por el producto de las constantes de equilibrio de las reacciones individuales.11. Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . a.13. ¿Cuál de los diagramas mostrados aquí representa mejor el sistema en equilibrio? b. La constante de equilibrio (KC) para la reacción A ⇌ B es KC = 10 a cierta temperatura. Las esferas grises representan las moléculas A y las esferas verdes representan las moléculas B. Si se empieza sólo con el reactivo A.10? Explique por qué se puede calcular KC en cada caso sin saber el volumen del contenedor. ¿Cuál de los diagramas representa mejor el sistema en equilibrio si KC = 0.12.Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana 14. Proporcione un ejemplo de una reacción de equilibrios múltiples. PROBLEMAS 14. Los siguientes diagramas representan el estado de equilibrio para tres diferentes reacciones del tipo A + X ⇌ AX (X = B. b. ¿Cuál reacción tienen la constante de equilibrio menor? Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . R = Por la cantidad de esferas verdes y esferas grises. ¿Cuál reacción tiene la constante de equilibrio mayor? A +C ⇄ A C b. C o D): a. Y por la fórmula kc= [B] [A] 14.Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana a. El inciso a.14. El inciso d. 16. La constante de equilibrio (KC) para la reacción.7 moles =0.13 ×10−6 M 12 L 2 H 2 S= 8.35× 10−5 =1.21 M 12 L 1.5 moles =0.15.Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana A+D ⇄ A D 14. H 2= S 2= 2.17 ×10 Considere el siguiente proceso de equilibrio a 700°C: 2H2 (g) + S2 (g) ⇌ 2H2S (g) Un análisis muestra que hay 2.17 X 10-34 a 25oc ¿Cuál es la constante de equilibrio para la reacción a la misma temperatura? H2 (g) + Cl2 (g) ⇌ 2HCl (g) k c= [ HCl ] 2 [ H 2 ] [Cl 2 ] 14.0 L. 2HCl (g) ⇌ H2 (g) + Cl2 (g) Es de 4. y 8.13 ×107 2 [ H 2 ] [ S2 ] Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . 1.35 X 10-5 moles de S2. = 1 =2.73 M 12 L 2 [H2 S ] k c= =1.70 moles de H2S contenidos en un matraz de 12. Calcule la constante de equilibrio K c de la reacción.4 × 1033 −34 4.50 moles de H 2. Considere la siguiente reacción: N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2NO (g) Si las presiones parciales de equilibrio de N2. respectivamente.15 atm.18. O2 y NO son de 0. 0.76 ×10 14.0799 ×107 14. ¿Cuál es el valor de Kp a 1 273oC para la reacción si KC es de 2.73 ] Universidad Veracruzana 2 2 [ 0.17. La constante de equilibrio Kp para la reacción es de 1.13 ×10 ] −6 =1.050 atm. ¿Cuál es el valor de Kc para esta reacción? 2SO3 (g) ⇌ k c= k c= 2SO2 (g) + O2 (g) kp ( 0.21 ] [ 1.33 atm y 0.0821∙ 1546 K )−1 20 k p =1.8 X 10-5 a 35oC.19.0821∙ T ) Δn 1.Facultad de Ciencias Químicas k c= [ 0.24 ×1022 ( 0.24 X 1022 a la misma temperatura? 2CO (g) + O2 (g) ⇌ 2CO2 (g) k p =2.0821∙ 308)1 k c =7.1183 ×10−7 14.8× 10−5 ( 0. a 2 200oC ¿Cuál es el valor de Kp? k p= ( NO )2 (O 2) ( N 2) Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . N2 y H2 en equilibrio a cierta temperatura. Encuentre Kc y Kp para el equilibrio a la misma temperatura.25 ]2 kc= =8.63 ×10 4 −5 3.21.25 ] 1 2 [ 0.8 ×10 Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica .91 ] b) ½ N2(g) + 3/2 H2(g) ⇌ kc= [ 0.8 X 10-5 a 727oC. Un matraz de reacción contiene NH3. Kc.33 ) −2 k p =5.15 ×10−2 3 [ 0.Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana ( 0. I2 (g) 3 2 NH3(g) =2.25M. ⇌ 2I (g) Es de 3. Las concentraciones en el equilibrio son [ NH 3 ] = 0.15 )( 0.050 )2 k p= ( 0.11 ] [ 1.91 ] 14. para la síntesis de amoniaco si la reacción se presenta como: a) N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) [ 0. 2I (g) ⇌ I2 (g) k c= 1 =2. Calcule la constante de equilibrio. [ N 2 ] = 0.86 ×10−1 La constante de equilibrio Kc para la reacción.20.05× 10 14.11 M y [ H 2 ] = 1.11 ][ 1.91 M. 23. ⇌ CaCO3(s) CaO(s) + CO2 (g) k p =0. Calcule la constante de equilibrio Kp.980 L.121 atm P (NH3)2 = 2 PCO2 = 2(0.34 14.242 atm Kp = (0.1 0 5 −3 =2. la presión de la mezcla de reacción es de 0.20% de Br2.24.0821 ∙1000 ) =320.0821∙ T ) Δ n 0.121 atm) = 7.105 atm a 350oC.22.05× 10 ( 0.086 x 10−3 Considere la siguiente reacción a 1600oC: Br2 (g) ⇌ 2Br (g) 14. Calcule Kp y Kc para esta reacción.242 atm)2 (0. se descompone según la reacción: NH4CO2NH2(s) ⇌ 2NH3 (g) + CO2 (g) Comenzando únicamente con el sólido.121) = 0.363 atm. El carbonato de amonio.105 k c= k c= kp ( 0.Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana 4 k p =2.05 moles de Br2 se colocan en un matraz de 0. Determine la constante de equilibrio Kc de la reacción. se encuentra que a 40oC la presión total de los gases (NH3 y CO2) es de 0.363 = P (NH3)2 * PCO2 Por cada presión parcial de PCO2 se produce dos de P (NH3)2 entonces: 0. Presión total = La suma de las presiones parciales es la presión total 0.363 = 3 PCO2 (Factor común) PCO2 = 0. Cuando 1.363/3 = 0.0821∙ 623) 14.363 = 2 PCO2 + PCO2 0. se disocia 1.086 x 10-3 kp = 7. En equilibrio. Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica .63× 10 ( 0. NH4CO2NH2. 25 atm. NOBr.0586 M 0.00 X 10-2 moles de fosgeno gaseoso puro (COCl2) en un recipiente de 1.497) = 3.980 L 0.831)(0.50 L.31 . Se colocan 3.40%) de 1.0252 moles Br 2= 1.20% (2.497 atm.03 x 0.5 = 1.05 = 0.31 atm presión del fosgeno COCl2 <-----> CO + Cl2 Presión COCl2 = 1.17 X Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . CO (g) + Cl2 (g) ⇌ COCl2 (g) p = nRT / V = 0.497 = 0.17 Considere el equilibrio 2NOBr (g) ⇌ 2NO (g) + Br2 (g) Si el bromuro de nitrosilo.0.0126 moles =0.0126 moles 2 × 1.26.34 X Formada : + 0.Facultad de Ciencias Químicas Moles iniciales Universidad Veracruzana Br 2=1.0257 2 k c= =6.980 L 2 Br= 2× 0.05 2 Br=0 1. Reacción en equilibrio: 2NOBr (g) <---->2NO (g) + Br2 (g) Presión inicial: X atm Consumida: .0586 14.05−0.24 ×10−4 1.0821 x 800 / 1.0.27 (1.0126 moles =1.0257 M 0.34 X + 0.20% de 1.05 = 0. Calcule la constante de equilibrio KP de la reacción. se disocia en un 34% a 25oC y la presión total es de 0.831 Kp = 14. determine Kp y Kc para la disociación a esta temperatura. este se calienta a 800 K y se encuentra que la presión de CO en equilibrio es de 0.31) (0. 17X = 0.70 moles 2 moles NO NO = 0..17 X Presión total = 0.04 atm 2 Ptotal = .17 X = 0.2136 atm PNOBr = 0. 0. En un reactor de 1.8 moles 0.2136 = 0.70 moles NOCl NOCl = 1 mol Cl =0.27.. se encuentra que se disocio 28% de NOCl: 2NOCI (g) ⇌ 2NO (g) + Cl2 (g) Calcule la constante de equilibrio Kc de la reacción.25 atm 2 Kp = P NO ∙ P Br P NOBr 2 2 0.17 x 0......17 = 0.66 X + 0.01 / 24. 0.70 moles NOCl × ( 2 moles NOCl ¿=0..072 ∙ 0...7 moles Cl2 =0.07 atm PBr = 0.34X + 0...66X + 0.25 atm 0.25 1.28 × 2...14 atm PNO = 0.01) /[(0.66 x 0.5 moles = 1..35 moles ( 2 moles NOCl ) 2 1.34 x 0.2 M 1.72 × 2.50 moles de NOCl.2136 = 0.50 L a 400oC inicialmente había 2.5 = 0.14 Kp = Kp = 0.34 X + 0...25 X = 0.5 Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica ..4 = 4.8 =1.04 2 0..2136 = 0...082)(298)]^(3-2) Kc = 0.Facultad de Ciencias Químicas En equilibrio: Universidad Veracruzana 0.0 x 10^-4 14..25 / 1..01 atm Kp = Kc (RT)^∆n Kc = Kp / (RT)^∆n = (0. Una vez que se alcanza el equilibrio. Facultad de Ciencias Químicas NO = Cl = Universidad Veracruzana 0.0 X 10-19 Calcule la constante de equilibrio para la siguiente reacción a la misma temperatura: H2S (ac) ⇌ 2H+ (ac) + S2.5 × 10−27 14.(ac) k c =9.47 2 ( 0. Se determinaron las siguientes constantes de equilibrio para el ácido sulfhídrico a 25oC H2S (ac) ⇌ HS-(ac) H+ (ac) + HS-(ac) ⇌ K´c = 9.1 X 10-5 Calcule la constante de equilibrio para la siguiente reacción a la misma temperatura: H2C2O4 (ac) ⇌ 2H+ (ac) + C2O2-4(ac) k c =6.70 =0.53 ×10−2 2 1.97 ×10−6 Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica . Se determinan las siguientes constantes de equilibrio para el ácido oxálico a 25oC: H2C2O4 (ac) HC2O4-(ac) ⇌ ⇌ H+ (ac) + HC2O4-(ac) H+ (ac) + C2O24-(ac) K´C = 6.32 M 1.5 X 10-2 K´´C = 6.2 14.5 x 10-8 H+ (ac) + S2-(ac) K´´C = 1.23 ) k c= =3.5× 10−2 ( 6.5× 10−8 ( 1.5 0.29.47 M 1.35 =0.1 ×10−5) =3.5 0.30.0× 10−19 )=9. 31.3 X 1014 CO (g) + Cl2 (g) ⇌ COCl2 (g) K´´P = 6.0 X 10-3 Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kp y calcule la constante de equilibrio a 1 123 K para C(S) + CO2 (g) + 2Cl2 (g) ⇌ 2COCl2 (g) k c = ( 1. Se determinaron las siguientes constantes de equilibrio a 1 123K: C(S) + CO2 (g) ⇌ 2CO (g) K´P = 1.0 ×10−3 ) =7.3× 1014 ) ( 6.8× 10 ¿ Oswaldo De La Merced Medina Fisicoquímica .Facultad de Ciencias Químicas Universidad Veracruzana 14.8× 1011 1123 0.0821∙ ¿ ¿ 11 k p =7.