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Equilibrio QuímicoEquilibrio QuímicoCap. 14Cap. 14
Secciones: 14.1,14.2,14.3,14.4 y 14.5Secciones: 14.1,14.2,14.3,14.4 y 14.5
Cap. 15Cap. 15Secciones: 15.1,15.2,15.3,15.4 y 15.9Secciones: 15.1,15.2,15.3,15.4 y 15.9
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Equilibrio es un estado en el cual no se observancambios durante el transcurso del tiempo.
Equilibrio Químico es alcanzado cuando:
• Las velocidades de las reacciones directa e inversa seigualan
• las concentraciones de los reactivos y productos permanecenconstantes
Equilibrio Físico
H2O (l )
Equilibrio Químico
N2O4 (g )
H2O (g )
2NO2 (g )
Equ i l ib r i o e s un p r o c e s o d i n ám i c o
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N2O4 (g ) 2NO2 (g )
Inicia con NO2 Inicia con N2O4 Inicia con NO2 & N2O4
equilibrio
equilibrio
equilibrio
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constante
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N2O4 (g ) 2NO2 (g )
= 4.63 x 10-3K =[NO2]2
[N2O4]
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a A + bB c C + d D
K =[C]c[D]d
[A]a[B]bLey de Acción de Masas
K >> 1
K << 1
Desplaza a derecha Favorece a productos
Desplaza a izquierda Favorece a reactivos
Información que ofrece K
K = Constante de Equilibrio
Ley de Acción de Masas: Para una reacción reversible en
en equilibrio y a una temperatura constante, una relación
determinada de concentraciones de reactivos y productos
tiene un valor constante K
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EquilibrioEquilibrio
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Equilibrio Homogéneo aplica para las reacciones en lascuales todos las especies reactivas están en la misma fase.
N2O4 (g ) 2NO2 (g )
K c =[NO2]2
[N2O4] K p =NO2
P 2
N2O4P
En muchos casos
K c ≠ K p
a A (g) + bB (g) c C (g) + d D (g)
K p = K c (RT)∆n
∆n = moles de productos (g) – moles de reactivos (g)
∆n = (c + d) – (a + b)
[ A ] = Concentración Molar de A PV = nRT
P = (n/V) RT
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Equilibrio Homogéneo
CH3COOH (ac ) + H2O (l ) CH3COO- (ac ) + H3O+ (ac )
K c =‘[CH3COO-][H3O+][CH3COOH][H2O]
[H2O] = constante
K c =[CH3COO-][H3O+]
[CH3COOH]= K c [H2O]‘
La practica general no se utilizan unidadespara la constante de equilibrio.
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EjemploEjemplo
2NO2NO(g)(g)+ O+ O2(g)2(g) 2NO2NO2(g)2(g) HFHF(ac)(ac) + H+ H22OO(l)(l) HH33OO++ + F+ F -1-1
[ ][ ] [ ]
2
2
.
2
2
O NO
NO Kc =
2
2
2
2
O NO
NO
P P
P Kp =
[ ] [ ][ ] HF F O H
Kc1
3
−+
=
[ ] [ ][ ] [ ]O H HF
F O H c K
2
1
3'
−+
=
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EjemploEjemplo
El Cloruro de carbonilo (COClEl Cloruro de carbonilo (COCl
22), tambien llamado fosgeno (se utilizó en), tambien llamado fosgeno (se utilizó en
la primera guerra mundial como gas venenoso) para la reacción de lala primera guerra mundial como gas venenoso) para la reacción de laobtención de fosgeno llegó al equilibrio cuando la concentración deobtención de fosgeno llegó al equilibrio cuando la concentración decada integrante son:[CO] = 1.2 x 10cada integrante son:[CO] = 1.2 x 10-2-2 M [ClM [Cl22] = 0.054 M y [COCl] = 0.054 M y [COCl22] =] =0.14 M. Calcule la Constante de equilibrio.0.14 M. Calcule la Constante de equilibrio.
COCO(g)(g) + Cl+ Cl2 (g)2 (g) COClCOCl2 (g)2 (g)
[ ][ ] [ ]
2.
2
Cl CO
COCl Kc =
[ ][ ] [ ]054.0102.1
14.0
.
2−=
x Kc
93.129= Kc
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EjemploEjemplo
La constante de equilibrio Kp obtenida para la descomposición delLa constante de equilibrio Kp obtenida para la descomposición delpentacloruro de fósforo es de 1.05 a 250 ºC.pentacloruro de fósforo es de 1.05 a 250 ºC.
PClPCl5 (g)5 (g) PClPCl3 (g)3 (g) + Cl+ Cl2 (g)2 (g)
Si en el equilibrio las presiones parciales de en el equilibrio para PClSi en el equilibrio las presiones parciales de en el equilibrio para PCl55 yy
PClPCl33 son 0.875 atm y 0.463 atm respectivamente. ¿Cuál es la presiónson 0.875 atm y 0.463 atm respectivamente. ¿Cuál es la presiónparcial en el equilibrio para el Clparcial en el equilibrio para el Cl22 a esa temperatura?a esa temperatura?
5
23
PCl
Cl PCl
P
P P Kp =
)875.0(
))(463.0(05.1 2Cl
P =
atm P Cl
98.1)463.0(
)875.0)(05.1(2
==
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EjemploEjemplo
Para la reacción: NPara la reacción: N2 (g)2 (g)
+ 3H+ 3H2 (g)2 (g)
2NH2NH3 (g)3 (g)
Kp es 4.3 x 10Kp es 4.3 x 10-4-4 a 375 ºC . Calcule Kca 375 ºC . Calcule Kc
n RT Kc Kp ∆
= )(
n RT
Kp Kc
∆
=)(
)42(
4
)375273(0821.0(
103.4−
−
+×=
x Kc
∆n = (c + d) – (a + b)
∆n = (2) – (1 + 3)
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Equilibrio Heterogéneo aplica para las reacciones en lascuales los reactivos y productos se encuentran en diferentesfases.
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g )
K c =‘[CaO][CO2]
[CaCO3][CaCO3] = constant[CaO] = constant
K c = [CO2] = K c x‘[CaCO3][CaO]
K p = P CO2
La concentración de un sólido y un líquido puro no seincluyen en la expresión de la constante de equilibrio.
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P CO 2= K p
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g )
P CO 2 no depende de la cantidad de CaCO3 ó CaO
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Considere el siguiente equilibrio a 295 K:
La presión parcial de cada gas es 0.265 atm.Calcule K p y K c para la reacción
NH4HS (s) NH3 (g ) + H2S (g )
K p = P NH3 H2SP = 0.265 x 0.265 = 0.0702
K p = K c (RT)∆n
K c = K p(RT)-∆n
∆n = 2 – 0 = 2 T = 295 K
K c = 0.0702 x (0.0821 x 295)-2
= 1.20 x 10-4
][
]][[
4
23
HS NH
S H NH Kc =
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A + B C + DC + D E + F
A + B E + F
K c =‘
[C][D]
[A][B] K c =‘‘
[E][F]
[C][D]
[E][F][A][B]
K c =
K c ‘K c ‘‘K c
K c = K c ‘‘K c ‘ x
Si una se puede expresar como la suma dedos o mas reacciones, la constante deequilibrio para la reacción global estará dadapor el producto de las constantes deequilibrio individuales.
Equilibrios Múltiples aplica para las reacciones en las cualeslos productos son reactivos en una siguiente reacción.
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N2O4 (g ) 2NO2 (g )
= 4.63 x 10-3K =[NO2]2
[N2O4]
2NO2 (g ) N2O4 (g )
K =[N2O4]
[NO2]2‘ =
1K
= 216
Cuando una ecuación se escribe en la
dirección opuesta, la constante de equilibrioes el reciproco de la constante original.
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14.3 Relación entre Cinética Química y Equilibrio Químico
A + 2B AB2
k f
k r
Vf = k f [A][B]2
Vr = k r [AB2]
EquilibrioVf = Vr
k f [A][B]2 = k r [AB2]
k f k r
[AB2]
[A][B]2= K c =
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14.4 Información proporcionada por 14.4 Información proporcionada por la Constante de equilibriola Constante de equilibrio
Informa el lado favorecido en un equilibrioInforma el lado favorecido en un equilibrio Predice la dirección en la que procederáPredice la dirección en la que procederá
una reacción.una reacción. Permite calcular la concentración dePermite calcular la concentración de
reactivos y productos una vez que sereactivos y productos una vez que sealcanza el equilibrio.alcanza el equilibrio.
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Predicción de la dirección de la reacción. El Cociente de Reacción (Q c ) es calculado, substituyendo la concentracióninicial de los reactivos y productos en la expresión de la
constante de equilibrio (K c ).Si
• Qc > K c el sistema procede de derecha a izquierda para llegar al equilibrio.
• Qc = K c el sistema esta en el equilibrio
• Qc < K c el sistema procede de izquierda a derecha para llegar al equilibrio.
14.4
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Predicción de la dirección de la reacción. El Cociente de Reacción (Q c ) es calculado, substituyendo la concentracióninicial de los reactivos y productos en la expresión de la
constante de equilibrio (K c ).
aA + bB cC + dD
ba
d C
B A
DC Qc
00
00
][][
][][=
[A]0 = Concentración inicial
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EjemploEjemploLa Constante de equilibrio Kc, para la formación de cloruro de nitrosilo,La Constante de equilibrio Kc, para la formación de cloruro de nitrosilo,un compuesto color amarillo naranja a partir de óxido nítrico y cloroun compuesto color amarillo naranja a partir de óxido nítrico y cloromolecular:molecular:
2NO2NO(g)(g) + Cl+ Cl2 (g)2 (g) 2NOCl2NOCl(g)(g)
Kc = 6.5 x 10Kc = 6.5 x 10-4-4 a 35 ºC. En un experimento se mezclan 0.02 moles dea 35 ºC. En un experimento se mezclan 0.02 moles de
NO, 0.0083 moles de ClNO, 0.0083 moles de Cl22 y 6.8 moles de NOCl en un matraz de 2 .0 L.y 6.8 moles de NOCl en un matraz de 2 .0 L.
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EjemploEjemploLa Constante de equilibrio Kc, para la formación de cloruro de nitrosilo,La Constante de equilibrio Kc, para la formación de cloruro de nitrosilo,un compuesto color amarillo naranja a partir de óxido nítrico y cloroun compuesto color amarillo naranja a partir de óxido nítrico y cloromolecular:molecular:
2NO2NO(g)(g) + Cl+ Cl2 (g)2 (g) 2NOCl2NOCl(g)(g)
Kc = 6.5 x 10Kc = 6.5 x 10-4-4 a 35 ºC. En un experimento se mezclan 0.02 moles dea 35 ºC. En un experimento se mezclan 0.02 moles de
NO, 0.0083 moles de ClNO, 0.0083 moles de Cl22 y 6.8 moles de NOCl en un matraz de 2 .0 L.y 6.8 moles de NOCl en un matraz de 2 .0 L.
1
0
2
0
2
0
][][
][
Cl NO
NOCl Qc = M
L
NOmol NO 01.0
2
02.0][ ==
00415.02
0083.0][ 2
2==
L
Cl mol Cl
4.32
8.6][ ==
L
NOCl mol NOCl
62
2
108.27)00415.0()01.0(
)4.3( xQc ==
KcQc
x x
>
>−46 105.6108.27 Desplaza a
Reactivos
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Cálculos para obtener la Constante de equilibrioCálculos para obtener la Constante de equilibrio
Los datos experimentales:
¿Son valores en el equilibrio?
Calcular la concentraciónMolar o la Presión Parcial decada compuesto
Concentración de al menosun integrante en el equilibrioy los iniciales
Si
No L
moles M =
Relacionar las concentracionesiniciales con las del equilibrio
K C =[C]c[D]d
[A]a[B]b
Sustituir en la expresión deconstantes de equilibrio
aA + bB ↔ cC + dDK p=
PCc PD
d
P A
a PB
b
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Cálculos para obtener la Constante de equilibrioCálculos para obtener la Constante de equilibrio
Los datos experimentales:
¿Son valores en el equilibrio?
Calcular la concentraciónMolar o la Presión Parcial decada compuesto
Concentración de al menosun integrante en el equilibrioy los iniciales
Si
No L
moles M =
Relacionar las concentracionesiniciales con las del equilibrio
K C =[C]c[D]d
[A]a[B]b
Sustituir en la expresión deconstantes de equilibrio
aA + bB ↔ cC + dDK p=
PCc PD
d
P A
a PB
b
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Cálculos para obtener la Constante de equilibrioCálculos para obtener la Constante de equilibrio
Ejemplo:
Una Mezcla que contenía 3.9 moles de NO y 0.88 moles deCO2 se hizo reaccionar en un matraz de un litro a unadeterminada temperatura de acuerdo a la reacción:
NONO(g)(g) + CO+ CO2 (g)2 (g) ↔↔ NONO2 (g)2 (g) + CO+ CO(g)(g)
Se encontró que en el equilibrio estaban presentes 0.11moles de CO2. Encuentre la constante de equilibrio Kc de
la reacción:
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Cálculos para obtener la Constante de equilibrioCálculos para obtener la Constante de equilibrioPor estequiometría
NONO(g)(g) + CO+ CO2(g)2(g) ↔↔ NONO2(g)2(g) + CO+ CO(g)(g)
InicioIniciomolesmoles
3.93.9 0.880.88
CambioCambiomolesmoles
EquilibrioEquilibriomolesmoles 0.110.11
Conc. MConc. M
V = 1 L V = 1 L
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Cálculos para obtener la Constante de equilibrioCálculos para obtener la Constante de equilibrioPor estequiometría
NONO(g)(g) + CO+ CO2(g)2(g) ↔↔ NONO2(g)2(g) + CO+ CO(g)(g)
InicioIniciomolesmoles
3.93.9 0.880.88
CambioCambiomolesmoles
- 0.77- 0.77
EquilibrioEquilibriomolesmoles 0.110.11
Conc. MConc. M
V = 1 L V = 1 L
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Cálculos para obtener la Constante de equilibrioCálculos para obtener la Constante de equilibrioPor estequiometría
NONO(g)(g) + CO+ CO2(g)2(g) ↔↔ NONO2(g)2(g) + CO+ CO(g)(g)
InicioIniciomolesmoles
3.93.9 0.880.88
CambioCambiomolesmoles
- 0.77- 0.77 - 0.77- 0.77 + 0.77+ 0.77 + 0.77+ 0.77
EquilibrioEquilibriomolesmoles 0.11
0.11
Conc. MConc. M
V = 1 L V = 1 L
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Cálculos para obtener la Constante de equilibrioCálculos para obtener la Constante de equilibrioPor estequiometría
NONO(g)(g) + CO+ CO2(g)2(g) ↔↔ NONO2(g)2(g) + CO+ CO(g)(g)
InicioIniciomolesmoles
3.93.9 0.880.88
CambioCambiomolesmoles
- 0.77- 0.77 - 0.77- 0.77 + 0.77+ 0.77 + 0.77+ 0.77
EquilibrioEquilibriomolesmoles 3.13
3.130.110.11
0.770.77
0.770.77
Conc. MConc. M
V = 1 L V = 1 L
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Cálculos para obtener la Constante de equilibrioCálculos para obtener la Constante de equilibrioPor estequiometría
NONO(g)(g) + CO+ CO2(g)2(g) ↔↔ NONO2(g)2(g) + CO+ CO(g)(g)
InicioIniciomolesmoles
3.93.9 0.880.88
CambioCambiomolesmoles
- 0.77- 0.77 - 0.77- 0.77 + 0.77+ 0.77 + 0.77+ 0.77
EquilibrioEquilibriomolesmoles 3.13
3.130.110.11
0.770.77
0.770.77
Conc. MConc. M
V = 1 L V = 1 L
3.13 mol3.13 mol1 L1 L
3.13 M3.13 M
0.11 mol0.11 mol1 L1 L
0.11 M0.11 M
0.77 mol0.77 mol1 L1 L
0.77 M0.77 M
0.77 mol0.77 mol1 L1 L
0.77 M0.77 M
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[ ] [ ]
[ ] [ ]2.
.2
CO NO
CO NO Kc =
Cálculos para obtener la Constante de equilibrioCálculos para obtener la Constante de equilibrio
[ ] [ ][ ] [ ]722.1
11.013.377.077.0 == Kc
NONO(g)(g) + CO+ CO
2 (g)2 (g) ↔↔ NONO
2 (g)2 (g) + CO+ CO
(g)(g)
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Cálculo de concentraciones en el equilibrioCálculo de concentraciones en el equilibrio
Tenemos la Constante deTenemos la Constante deequilibrio de la reacciónequilibrio de la reacción
Tenemos lasTenemos lasconcentraciones inicialesconcentraciones iniciales
Utiliza la variable “x” paraUtiliza la variable “x” pararepresentar los cambiosrepresentar los cambiosde concentraciónde concentración
Despeje para obtener elDespeje para obtener elvalor de “x” valor de “x”
Calcule lasCalcule lasconcentraciones de todasconcentraciones de todaslas especieslas especies
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Cálculo de concentraciones en el equilibrioCálculo de concentraciones en el equilibrio
Una mezcla de 0.500 moles de H2 y 0.500 moles de I2 se coloca en
un recipiente de acero inoxidable de 1.00 L a 430 °C. La constantede equilibrio Kc para la reacción es 54.3 a esta temperatura. Calculelas concentraciones de H2 , I2 y HI en el equilibrio.
H2 (g) + I2 (g) ↔ 2 HI(g)
HH22 II22
Cantidad inicialCantidad inicial
molesmoles
0.5000.500 0.5000.500
M = moles/V (L)M = moles/V (L) 0.500 mol/ 1 L0.500 mol/ 1 L 0.500 mol/ 1 L0.500 mol/ 1 L
Con. MCon. M 0.5000.500 0.5000.500
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HH2 (g)2 (g) + I+ I2 (g)2 (g) ↔↔ 2HI2HI(g)(g)
InicioInicioMM
0.5000.500 0.5000.500 0.0000.000
CambioCambioMM
EquilibrioEquilibrio
MM
Cálculo de concentraciones en el equilibrioCálculo de concentraciones en el equilibrio
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HH2 (g)2 (g) + I+ I2 (g)2 (g) ↔↔ 2HI2HI(g)(g)
InicioInicioMM
0.5000.500 0.5000.500 0.0000.000
CambioCambioMM
- x- x - x- x + 2x+ 2x
EquilibrioEquilibrio
MM
(0.500-x)(0.500-x) (0.500-x)(0.500-x) 2x2x
Cálculo de concentraciones en el equilibrioCálculo de concentraciones en el equilibrio
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HH2 (g)2 (g) + I+ I2 (g)2 (g) ↔↔
2HI2HI(g)(g)
InicioInicioMM
0.5000.500 0.5000.500 0.0000.000
CambioCambioMM - x- x - x- x + 2x+ 2x
EquilibrioEquilibrio
MM
(0.500-x)(0.500-x) (0.500-x)(0.500-x) 2x2x
Cálculo de concentraciones en el equilibrioCálculo de concentraciones en el equilibrio
[ ]
[ ] [ ]22
2
I H
HI Kc =
( )
( ) ( ) x x
x
−−
=
500.0500.0
23.54
2
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Cálculo de concentraciones en el equilibrioCálculo de concentraciones en el equilibrio
( )( ) ( ) x x
x−−
=500.0500.0
23.54
2
( )( ) 2
2
500.0
23.54
x
x
−
= ( )( )
37.7500.0
23.54 =
−=
x
x
M x 393.0=
[H2] = (0.500-0.393) M = 0.107 M
[I2] = (0.500-0.393) M = 0.107 M
[HI] = 2 x 0.393 M = 0.786
A 12800C la constante de equilibrio (K ) para la reacción:
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A 1280 C la constante de equilibrio (K c ) para la reacción:
Es 1.1 x 10-3. Si las concentraciones iniciales son [Br 2] =
0.063 M y [Br] = 0.012 M , calcule la concentración de lasespecies en el equilibrio.
Br 2 (g ) 2Br (g )
Br 2 (g ) 2Br (g )Inicial (M )
Cambio (M )
Equilibrio (M )
0.063 0.012
- x +2 x
0.063 - x 0.012 + 2 x
[Br]2
[Br 2]K c = K c =
(0.012 + 2 x )2
0.063 - x = 1.1 x 10-3 Resolver
para x
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K c =(0.012 + 2 x )2
0.063 - x = 1.1 x 10-3
4 x 2 + 0.048 x + 0.000144 = 0.0000693 – 0.0011 x
4 x 2 + 0.0491 x + 0.0000747 = 0
ax 2 + bx + c =0-b ± b2 – 4ac √
2a x =
Br 2 (g ) 2Br (g )
Initial (M )
Change (M )Equilibrium (M )
0.063 0.012
- x +2 x 0.063 - x 0.012 + 2 x
x = -0.00178 x = -0.0105
At equilibrium, [Br] = 0.012 + 2 x = -0.009 M or 0.00844 M
At equilibrium, [Br 2] = 0.062 – x = 0.0648 M
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Si una fuerza externa es aplicada a un sistema en equilibrio, elsistema se ajustara para volver a alcanzar el equilibrio.
Principio de Le Châtelier
• Cambios en Concentración
N2 (g ) + 3H2 (g ) 2NH3 (g )
AñadeNH3
El equilibrio sedesplaza a la
izquierda parareestablecer el
equilibrio
14.5 Factores que alteran el equilibrio químico
Principio de Le Châtelier
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Principio de Le Châtelier
• Cambio en la Concentración
Cambio El Equilibrio se desplaza
Incremento de la concentración de producto (s) Izquierda (reactivos)Disminución de la concentración de producto (s) Derecha (productos)
Disminución de la concentración de reactivo (s)
Incremento de la concentración de reactivo (s)
a A + bB c C + d D
Agrego AgregoElimino Elimino
Derecha (productos)
Izquierda (reactivos)
Principio de Le Châtelier
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Principio de Le Châtelier
• Cambio en el Volumen y la Presión
A (g) + B (g) C (g)
Cambio Desplaza el EquilibrioIncrementa la presión Lado de menor # moles de gasDisminuye la presión Lado de mayor # moles de gas
Disminuye volumen
Incrementa volumen Lado de mayor # moles de gas
Lado de menor # moles de gas
Principio de Le Châtelier
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Principio de Le Châtelier
• Cambio en Temperatura
Cambio Rx Exotérmica
Incrementa temperatura Desfavorece
Disminuye temperatura Favorece
Rx Endotérmica
Favorece
Desfavorece
• Agregar un Catalizador • no cambia K
• se alcanza el equilibrio mas rápidamente
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Tarea: Tema 6 Actividad 2Tarea: Tema 6 Actividad 2
1.- La producción industrial delamoniaco, ideada por Fritz Haber,se efectúa de acuerdo a lasiguiente reacción en procesoreversible: N2 (g) + 3H2 (G) ↔ 2 NH3
(g). La reacción es exotérmicadesprendiendo 22 Kcal. Si elequilibrio se alcanza a 200°C,contesta las siguientes preguntas:
Sugiere un cambio de temperaturay presión para aumentar laproducción de amoniaco
Predice la dirección a la cual elsistema se desplazará parareestablecer el equilibrio si:
se disminuye la concentración delH2
se aumenta la presión total aladicionar H2
se aumenta la temperatura a
300°C
N2 (g) + 3H2 (g) ↔ 2 NH3 (g) ∆ H= -92.6 kJ
Temperatura: DisminuirPresión: Aumentar
Desplaza a Reactivos
Desplaza a Productos
Desplaza a Reactivos
[ ]
[ ] [ ]322
2
3
H N
NH Kc =
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Tarea: Tema 6 Actividad 2Tarea: Tema 6 Actividad 2
2.- El siguiente equilibrio: PCl5 (g) ↔ PCl3 (g) + Cl2 (g) esendotérmico; absorbe 22 Kcal.¿Cómo se verá afectado alsometerlo a los siguientesestímulos?:
a) Aumento de temperaturab) Aumento de presión total al
sistema
c) Si se aumenta la concentracióndel Cl2d) Si se aumenta la concentración
del PCl5e) Se adiciona un catalizador
PCl5 (g) ↔ PCl3 (g) + Cl2 (g) ∆ H =
+22 Kcal
Desplaza a ProductosDesplaza a Reactivos
Desplaza a Reactivos
Desplaza a Productos
No hay cambio
[ ][ ][ ]5
23
PCl
Cl PCl Kc =
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Tarea: Tema 6 Actividad 2Tarea: Tema 6 Actividad 2
3.-Considera el siguienteequilibrio: N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) ∆H = 58 kJ, ¿En qué sentidose desplazará al efectuar loscambios siguientes?
Se adiciona N2O4 Se extrae NO2
Aumenta la presión total aladicionar NO2 (g)
Reduce la temperatura
N2O4 (g) ↔ 2NO2 (g) ∆H = 58 kJ,
Desplaza a ProductosDesplaza a Productos
Desplaza a Reactivos
Desplaza a Reactivos
[ ][ ]42
2
2
O N
NO Kc =
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Equilibrio Ácido-Base Secciones: 15.1,15.2,15.3,15.4 y 15.9 Definiciones de ácidos y bases:
Modelo de Bronsted-Lowry Propiedades de ácidos y bases El producto iónico del agua pH y pOH Fuerza de los ácidos y las bases
Ácidos fuertes y débiles Ka y grado de disociación Ácidos débiles polipróticos. Bases fuertes y débiles Kb Relación entre Ka y Kb
D fi i i d á id b
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Definiciones de ácidos y bases
Acidos Acidos BasesBases Frutas cítricasFrutas cítricas JabónJabón Aspirina Aspirina DetergentesDetergentes Coca ColaCoca Cola Limpiadores amoniacalesLimpiadores amoniacales Vinagre Vinagre Fármacos estomacalesFármacos estomacales Vitamina C Vitamina C
D fi i i d á id b
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Teoría de ArrheniusACIDO:Cualquier sustancia que produce protones en disolución acuosa.
HCl + HHCl + H22O HO H++ + Cl+ Cl--
BASE:Cualquier sustancia que produce iones hidróxido en disoluciónacuosa.
NaOHNaOH + H+ H22OO NaNa++ + OH+ OH--
Definiciones de ácidos y bases
D fi i i d á id b
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Teoría de Bronsted-Lowry
Es una expansión de la teoría de Arrhenius
Acido Donador de protones añade H+ al disolvente
Base Aceptor de protones elimina H+ del disolvente
NHNH33 + H+ H22O NHO NH44++ + OH+ OH--
H+ AceptadoH+ Aceptado
≈ Esta definición explica como sustancias como el amoniaco
pueden actuar como bases.
Definiciones de ácidos y bases
D fi i i d á id b
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Acidos Formula Molaridad Nítrico HNO3 16
Clorhídrico HCl 12
Sulfúrico H2SO4 18 Acético HC2H3O2 18
Bases Hidróxido amónico NH4OH 15
Hidróxido sódico NaOH sólido Hidróxido potásico KOH sólido
Ácidos y bases comunes en el laboratorio
Definiciones de ácidos y bases
D fi i i d á id b
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Hierro Zinc MagnesioHierro Zinc Magnesio
Una de las propiedades características de los ácidos es su
capacidad para reaccionar con metales y producir hidrógenoZn + 2 HCl ZnCl2 + H2
Algunos metales reaccionan con los ácidos mejor que otros.
Definiciones de ácidos y bases
Definiciones de ácidos bases
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Una de las propiedades características de las bases es que
reaccionan con los ácidos para producir una sal. Es lo que se conocecomo reacción de neutralización .
NaOH + HCl NaCl + HNaOH + HCl NaCl + H22OO
La neutralización de las ácidos grasos en la piel produce jabón , y poreso las bases son resbaladizas al tacto.
KOH + HNO3 KNO3 + H2O
Cuando un ácido reacciona con una base forma sal más agua
Definiciones de ácidos y bases
P d t ió i d l
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Producto iónico del agua
Autoionización del aguaAutoionización del agua
El agua es una sustancia anfotérica que puede actuar como un ácido o
como una base.HC2H3O2(aq) + H2O(l) H3O+ + C2H3O2
-(aq)
ácido base ácido base
H2O(l) + NH3(aq) NH4
+
(aq) + OH-
(aq)
ácido base ácido base
Las moléculas de agua reaccionan entre ellas para formar iones.
HH22OO(l)(l) + H+ H22OO(l)(l) HH33OO++(aq)(aq) + OH+ OH--(aq)(aq)
(10(10-7-7M) (10M) (10-7-7M)M)
Kw = [ H3O+ ] [ OH- ] = 1.0 x 10-14 at 25oC
P d t ió i d l
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Producto iónico del agua
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pH y pOH
pH = -log[H pH = -log[H++]]
En 1909 Soren-Sorgensen, bioquímico que trabajaba en la cerveceríaCalsberg, propuso un método para expresar la acidez de una disolución.Definió el término llamado pH (p ower of the h ydrogen ion ):
[H[H++]= [H]= [H33OO
++]]
pOH = -log[OH pOH = -log[OH--]]
-log-log K K WW = -log[H= -log[H33OO++]-log[OH]-log[OH--]= -log(1.0x10]= -log(1.0x10-14-14))
K K WW = [H= [H
33OO++][OH][OH--]= 1.0x10]= 1.0x10-14-14
p p K K WW = pH + pOH= -(-14)= pH + pOH= -(-14)
p p K K WW = pH + pOH = 14= pH + pOH = 14
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pH y pOH
Escala de pH y pOH
pH < 7 la disolución es ácida
pH > 7 la disolución es básica
pH = 7 la disolución es neutra
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Escala de pH
F d l á id l b
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Ácidos fortes:Ácidos fortes: Se disocian completamente en aguaSe disocian completamente en agua..HCl, HBr, HI, HClOHCl, HBr, HI, HClO33, HNO, HNO33, HClO, HClO44, H, H22SOSO44..
Ácidos débiles:Ácidos débiles: Se disocian parcialmente en agua. Muchos ácidosSe disocian parcialmente en agua. Muchos ácidos
son débiles.son débiles.
HCHC22HH33OO22 (aq)(aq) + H+ H22OO(l)(l) HH33OO++(aq)(aq) + C+ C22HH33OO22
--(aq)(aq)
HClHCl(aq)(aq) + H+ H22OO(l)(l) HH33OO++(aq)(aq) + Cl+ Cl--(aq)(aq)
Fuerza de los ácidos y las bases
F d l á id l b
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Ácidos fuertes:
Fuerza de los ácidos y las bases
F d l á id l b
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Ácidos fuertes y débiles Ácidos fuertes y débiles
Fuerza de los ácidos y las bases
F d l á id l b
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Fuerza de los ácidos y las bases
Ácidos débiles:
F d l s á id s l s b s s
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CH3CO2H + H2O CH3CO2- + H3O+
K c=[CH
3
CO2
H][H2
O]
[CH3CO2-][H3O+]
K a= K c[H2O] = = 1.8x10-5
[CH3CO2H]
[CH3CO2-][H3O+]
baseacido ácidoconjugadobaseconjugada
Constante de ionización de un ácidoConstante de ionización de un ácido
Fuerza de los ácidos y las bases
Grado de ionización =[H3O+] desde HA
[HA] inicial
Porcentaje de ionización (grado de disociación): Porcentaje de ionización (grado de disociación): HA + H2O H3O+ + A-
% de ionizacion =[H3O+] desde HA
[HA] inicial
x 100%
Fuerza de los ácidos y las bases
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H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4
-
H2PO4- + H2O H3O
+ + HPO42-
HPO42- + H2O H3O+ + PO4
3-
Ácido fosfórico: Un ácido triprótico.
K a = 7.1x10-3
K a = 6.3x10-8
K a = 4.2x10-13
Fuerza de los ácidos y las bases
Ácidos polipróticos
H2SO4 + H2O H3O+
+ HSO4
-
HSO4- + H2O H3O
+ + SO42-
K a
= muy grande
K a = 1.96
Ácido sulfúrico: Un ácido diprótico.
Fuerza de los ácidos y las bases
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Bases fuertes:Bases fuertes: Se disocian completamente en aguaSe disocian completamente en agua..
NaOH, LiOH, KOH, RbOH, CsOHNaOH, LiOH, KOH, RbOH, CsOH
Ca(OH)Ca(OH)22, Sr(OH), Sr(OH)22, Ba(OH), Ba(OH)22
Bases débiles:Bases débiles: Se disocian parcialmente en agua.Se disocian parcialmente en agua.
NaOHNaOH(aq)(aq) + H+ H22OO(l)(l) NaNa++(aq)(aq) + OH+ OH--
(aq)(aq)
NHNH3 (aq)3 (aq) + H+ H22OO(l)(l) NHNH44++ (aq)(aq)+ OH+ OH--
(aq)(aq)
Fuerza de los ácidos y las bases
Fuerza de los ácidos y las bases
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NH3 + H2O NH4+ + OH-
K c= [NH3][H2O]
[NH4+][OH-]
K b= K c[H2O] =[NH3]
[NH4+][OH-]
= 1.8x10-5
base acidoacido
conjugadobase
conjugada
Fuerza de los ácidos y las bases
Constante de ionización de una baseConstante de ionización de una base
Valores de K Valores de K a a y K y K b b para ácidos y bases débiles: para ácidos y bases débiles: - Son siempre valores menor que 1- Un ácido con una mayor Ka es más fuerte que otro cuya Ka sea menor.
- Una base con una mayor Kb es más fuerte que otra cuya Kb sea menor.
Fuerza de los ácidos y las bases
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Fuerza de los ácidos y las bases
Bases débiles:
Fuerza de los ácidos y las bases
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NH3 + H2O NH4+ + OH-
K c= [NH3][H2O]
[NH4+][OH-]
K b= K c[H2O] =[NH3]
[NH4+][OH-]
= 1.8x10-5
base acidoacido
conjugadobase
conjugada
Fuerza de los ácidos y las bases
Constante de ionización de una baseConstante de ionización de una base
Valores de K Valores de K a a y K y K b b para ácidos y bases débiles: para ácidos y bases débiles: - Son siempre valores menor que 1- Un ácido con una mayor Ka es más fuerte que otro cuya Ka sea menor.
- Una base con una mayor Kb es más fuerte que otra cuya Kb sea menor.
Fuerza de los ácidos y las bases
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Fuerza de los ácidos y las bases
Bases débiles:
Fuerza de los ácidos y las bases
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Fuerza de los ácidos y las bases
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Cual es la concentración de iones OH- en una solución de
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Cual es la concentración de iones OH en una solución deHCl cuya concentración de iones de hidrónego es 1.3 M?
K w = [H+][OH-] = 1.0 x 10-14
[H+] = 1.3 M
[OH-] =K w
[H+]
1 x 10-14
1.3= = 7.7 x 10-15 M
El pH de una muestra de lluvia ácida en cierta región del
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El pH de una muestra de lluvia ácida en cierta región delnorte de México en un día particular fue de 4.82. Cuál es laconcentración de iones H+ de la lluvia ácida?
pH = -log [H+]
[H+] = 10-pH = 10-4.82 = 1.5 x 10-5 M
La concentración de iones OH- de una muestra de sangre esmuy baja y es de 2.5 x 10-7 M . Cuál es el pH de la sangre?
pH + pOH = 14.00
pOH = -log [OH-
] = -log (2.5 x 10-7
) = 6.60pH = 14.00 – pOH = 14.00 – 6.60 = 7.40
Electrolitos fuerte – 100% disociados
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Electrolitos fuerte 100% disociados
NaCl (s) Na+ (aq) + Cl- (aq)H2O
Electrolitos débiles – no se disocian completamente
CH3COOH CH3COO- (aq) + H+ (aq)
Ácidos fuertes son electrolitos fuertes
HCl (aq) + H2O (l ) H3O+ (aq) + Cl- (aq)
HNO3 (aq) + H2O (l ) H3O+ (aq) + NO3- (aq)
HClO4 (aq) + H2O (l ) H3O+ (aq) + ClO4- (aq)
H2SO4 (aq) + H2O (l ) H3O+ (aq) + HSO4- (aq)
Á id débil l t lit débil
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HF (aq) + H2O (l ) H3O+ (aq) + F- (aq)
Ácidos débiles son electrolitos débiles
HNO2 (aq) + H2O (l ) H3O+ (aq) + NO2- (aq)
HSO4- (aq) + H2O (l ) H3O
+ (aq) + SO42- (aq)
H2O (l ) + H2O (l ) H3O+ (aq) + OH- (aq)
Bases Fuertes son electrolitos fuertes
NaOH (s) Na+ (aq) + OH- (aq)H2O
KOH (s) K+ (aq) + OH- (aq)H2O
Ba(OH)2 (s) Ba2+ (aq) + 2OH- (aq)H2O
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F- (aq) + H2O (l ) OH- (aq) + HF (aq)
Bases débiles son electrolitos débiles
NO2- (aq) + H2O (l ) OH- (aq) + HNO2 (aq)
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http://slidepdf.com/reader/full/2-1-equilibrio-quimico 79/84Strong Acid Weak Acid
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Cuál es el pH de una solución 2 x 10-3 M HNO3 ?
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p 3
HNO3 es un ácido Fuerte – 100% disociado.
HNO3 (aq) + H2O (l ) H3O+ (aq) + NO3- (aq)
pH = -log [H+
] = -log [H3O+
] = -log(0.002) = 2.7
Inicia
Fin
0.002 M
0.002 M 0.002 M 0.0 M
0.0 M 0.0 M
Cuál es el pH de una solución 1.8 x 10-2 M Ba(OH)2 ?
Ba(OH)2 es una base fuerte – 100% disociado.
Ba(OH)2 (s) Ba2+ (aq) + 2OH- (aq)Inicio
Fin
0.018 M
0.018 M 0.036 M 0.0 M
0.0 M 0.0 M
pH = 14.00 – pOH = 14.00 + log(0.036) = 12.56
Ácidos débiles (HA) y la Constante de ionización ácida
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HA (aq) + H2O (l ) H3O+ (aq) + A- (aq)
HA (aq) H+ (aq) + A- (aq)
K a = [H+][A-][HA]
K a es la constante de Ionización ácida
K a Fuerza del Ácido
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http://slidepdf.com/reader/full/2-1-equilibrio-quimico 83/84Cuál es el pH de una solución de 0.5 M HF solución (a
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250C)?
HF (aq) H+ (aq) + F- (aq) K a = [H+][F-][HF]
= 7.1 x 10-4
HF (aq) H+ (aq) + F- (aq)
Inicial (M )
Cambio (M )
Equilibrio (M )
0.50 0.00
- x + x
0.50 - x
0.00
+ x
x x
K a = x 2
0.50 - x = 7.1 x 10-4
K a ≈ x 2
0.50= 7.1 x 10-4
0.50 – x ≈ 0.50K a << 1
x 2 = 3.55 x 10-4 x = 0.019 M
[H+] = [F-] = 0.019 M pH = -log [H+] = 1.72