Problemas de la Segunda ley de la Termodinmica (ENTROPIA)

35 EJERCICIOS DE CINTICA QUMICA1) En la reaccin , en un determinado momento, el hidrogeno est reaccionando a la velocidad de 0.090 Se pregunta:a. La velocidad a la que est reaccionando el nitrgeno.b. La velocidad con la que se est formando el amoniaco.Solucin:

i. Se cumple que:

El enunciado del problema nos indica que la velocidad de reaccin del hidrogeno es 0.090 , luego , por lo que la velocidad de reaccin del nitrgeno ser:

ii. De igual manera calculamos la velocidad de formacin del amoniaco:

No se han tenido en cuenta los signos negativos, ya que estos solo indican la desaparicin de los reactivos

2) En la reaccin productos se encuentra que:

t=71.5 s ; (A)=0.485 M

t=824.4 s; (A)=0.474 M

Cul ser la velocidad media de la reaccin durante este intervalo de tiempo?

Solucin:

La velocidad media es igual a:

El signo nos indica que el reactivo A est desapareciendo.

3) Escribe las expresiones de la velocidad media para las siguientes reacciones:

c. d. e. Solucin:

i. ii. iii. 4) Escribe la expresin de la velocidad instantnea para las siguientes reacciones qumicas:

f. g. h. Solucin:

i. ii. iii. 5) Tres reacciones tienen las siguientes energas de activacin; 145, 210 y 48 kJ. Diga, razonando la respuesta, cul ser la reaccin ms lenta y cul la ms rpida.

Solucin:

La reaccin qumica solo comenzar cuando los reactivos posean una energa igual a la energa de activacin; por eso, cuanto mayor sea esta, menor ser la velocidad de la reaccin. Segn este razonamiento, la reaccin ms lenta ser la de energa de activacin mayor, 210 kJ, y la ms rpida, la de energa de activacin menor, 48 kJ.

6) En una mezcla de H2 (g ) y O2 (g ) puede producirse una reaccin muy exotrmica y explosiva incluso mediante una pequea chispa. Sin ella la mezcla permanece sin reaccionar indefinidamente. Explica esta diferencia de comportamiento.

Solucin:

Se trata de una reaccin con una energa de activacin alta. La chispa logra que los reactivos alcancen esta energa necesaria para que la reaccin tenga lugar, reaccin que, cuando se produce, es altamente exotrmica y explosiva. Sin existir esta energa de activacin la reaccin no tiene lugar y los reactivos permanecen inalterados.

7) Para la reaccin exotrmica A (g) + 3 B (g) 2 C (g) su orden de reaccin es 1,5 respecto de A y 2 respecto de B.

a) Defina velocidad de reaccin y aplique ese concepto a cada uno de los compuestos que figuran en esa reaccin.

b) Escriba la ecuacin de velocidad de esa reaccin.

c) Cmo se modificara la velocidad de reaccin en caso de que:

c1) se duplique la concentracin de A;

c2) se triplique la concentracin de B.

Solucin:

a) Definimos velocidad media como el cociente entre la variacin de la concentracin, expresada en moles/litro, de uno de los reactivos o productos y el intervalo de tiempo en el que se produce dicha variacin.

Para nuestra reaccin:

b) Segn los rdenes parciales indicados en el enunciado, la ecuacin de velocidad es:

c) c1) Si duplicamos la concentracin de A:

Aumenta 2.83 veces. C2) Si triplicamos la concentracin de B:

Aumenta 9 veces

8. Escriba las expresiones de la rapidez para las siguientes reacciones en funcin a la desaparicin de reactivos y aparicin de productos:

a) I-(ac) + OCl-(ac) Cl-(ac) + OI-(ac)

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

SOLUCION:

a) Debido a que todos los coeficientes estequiomtricos son igual a 1,

rapidez=[ I-]/t= [ OCl- ]/t= [Cl-]/t= [OI-]/t

b) Aqu los coeficientes son 4,5,4 y 6 por lo que;

Rapidez==[NH3]/4t= [O2]/5t= [NO]/4t= [H2O]/6t

9. Considera la siguiente reaccin:

4NO2(g) + O2(g) 2N2O5(g)

Suponga que en un momento determinado durante la reaccin el oxgeno molecular est reaccionando con una rapidez de 0.024M/s .a) Con que rapidez se est formando el N2O5?.b) Con que rapidez est reaccionando el NO2?

SOLUCION

a) [O2]/t=[N2O5]/2t

POR LO TANTO

[N2O5]/t=-2(-0.024M/s)=0.048M/s

b) [NO2]/4t=[O2]/t

DE MANERA QUE

[NO2]/t=4(-0.024M/s)=-0.096M/s

10. La conversin del ciclopropano en propeno en fase gaseosa es una reaccin de primer orden con una constante de rapidez de 6.7 (10-4) s-1 a 500c. a) Si la concentracin inicial de ciclopropano fue de 0.25M Cual ser su concentracin despus de 8.8mim? b) Cunto tiempo tendr que transcurrir para que la concentracin del ciclopropano disminuya desde 0.25M hasta 0.15M? c) Cunto tiempo en minutos tomara transformar 74% del material inicial?

SOLUCION

a) 8.8min (60s/1min) =528s

ESCRIBIMOS

ln(A) t=-kt + ln(A)0

ln(A)t=-6.7(10-4)s-1(528s)+ ln(A)0

ln(A)t=-1.74

(A)t=(A)t=0.18M

b) ln(0.15M/0.25M)=-( 6.7(10-4)s-1.(t)

t=7.6(100s)(1min/60s)=13min

C) ln(0.26M/100M)=- 6.7(10-4)s-1.(t)

t=2(1000s) (1min/60s) =33min

11. La descomposicin del etano (C2H6) en radicales metilo es una reaccin de primer orden, cuya constante de rapidez es de 5.36 (10-4)s-1 a 700c

C2H6 (g) 2CH3 (g)

Calcule la vida media de la reaccin en minutos.

SOLUCION

t1/2=0.693/k

t172=0.693/ 5.36(10-4)s-1t1/2=1.29(1000s)(1min/60s)

t1/2=21.5min

12. En fase gaseosa los tomos de yodo molecular.

I(g) + I(g) I2(g)

Esta reaccin sigue una cintica de segundo orden y tiene un elevado valor para su constante de rapidez: 7(109)/Ms a 23c. a) Si la concentracin de yodo fue de 0.086M, calcule la concentracin despus de20 minutos. b) Calcule la vida media de la reaccin si la concentracin inicial del yodo es 0.60M, y si es de 0.42M.

SOLUCION

a) 1/ [A]t=kt + 1/ [A]01/ [A]t=7(109)/Ms [2min (60s/1min)]+1/0.086M

1/ [A]t=1.2(10-12) M

b)

PARA [I]0=0.60M

t1/2=1/k[A]0t1/2=1/7(109).(0.60M)

t1/2=2.4(10-10)s

PARA [I]0=0.42M

t1/2 =1/k[A]0t1/2=1/7(109).(0.42M)

t1/2 =3.4 (10-10)s

13. La constante de rapidez de una reaccin de primer orden es: 3.46 (10-2) s-1 a 298k. Cul es la constante de rapidez a 350k si la energa de activacin es de 50.2KJ/mol?

SOLUCION

LOS DATOS SON:

K1=3.46 (10-2)s-1 k2=?

t1=298k t2=350k

AL SUSTITUIR EN LA ECUACION:

ln(3.46(10-2)s-1/k2)= (50.2KJmol-1)/8.314JK-1mol-1[298k-350k/298k.350k]

ln(3.46(10-2)s-1/k2)=-3.01

3.46(10-2) s-1/k2=

K2=0.702s-1

14. En la reaccin hipottica: A + 3B 2C

La constante especifica de la velocidad de reaccin es 2.105L3mol-3.Si la concentracin molar de A es la veinteava parte de la concentracin de B y sabiendo adems que la velocidad de reaccin es 0.0625molL-1min-1, calclese la suma de concentraciones de los reactivos.

SOLUCION

DATOS:

K=2.105L3mol-3; [B]=xmol/L ; [A]=x/20mol/L ; V=0.0625molL-1min-1

SI LA REACCION ES: A + 3B 2C

V=kLUEGO:

0.0625=2.105 [X/20]

=6.25 (10-6)

X=0.05

[A]=0.0025mol/L y [B]=0.05mol/L

ENTONCES.

[A]+[B]=5.25(10-2)mol/L

15) Sea la reaccin: Br2(ac)+ HCOOH(ac)2HBr(ac)+ CO2(g), expresar la velocidad.

Solucin:La velocidad puede expresarse como:

16) Para la reaccin exotrmica A(g) + 3B(g) ( 2C(g), su orden de reaccin es 1,5 respecto de A y 2 respecto a B.a. Defina la velocidad de reaccin y aplique este concepto a cada uno de los compuestos que figuran en la reaccin.

b. Escriba la ecuacin de velocidad de esa reaccin.

c. Cmo se modificara la velocidad de reaccin caso de que se duplique la concentracin de A y se triplique la concentracin de B.

Solucin:

A) Velocidad de reaccin es la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo.

Vm= - = - =

B) V= k(A)1,5(B)2 C) Al duplicar A :

V=k (2(A))1,5(B)2 = 21,5k(A)1,5(B)2= 2,83 V

Al triplicar B:

V=k(A)1,5(3(B))2 = 32k(A)1,5(B)2= 9V

17) La ley cintica de una reaccin es V= k(A)2, para una reaccin simple. Si la velocidad fue de 8,5 x 10-3M/s cuando (A) era 0,2M , Cul ser (A) si la velocidad es 3,6 x 10-5M/s?

Solucin:

La ley cintica es de segundo orden con respecto a A. Lo primero ser calcular el valor de la constante de velocidad.

K = 2 =8,5 x 10.3 / 0,22 = 0,212 M-1 s-1 Ahora solo tenemos que despejar (A) en la expresin y sustituir:

(A) = / (A) =-5 / = 0,13 M

18) En la reaccin N2(g) + 2NH3(g) ( 2NH3(g) , en un determinada momento, el hidrogeno est reaccionando a una velocidad de 0,090 mol/ l.s

a) La velocidad a la que est reaccionando el nitrgeno.

b) La velocidad con que se est formando el amoniaco.

Solucin:

VH2 = 0.090 mol/ l.s

A) Vm =- = - = (- = - 0.090= 0.030 mol/ l.s

B) = ( -1/3 x 0.090 x 2) = 0.060mol/l.s

7. considere la reaccin

2NO(g) + O2 ( 2NO2(g)

19) Supongamos que en un momento en particular durante la reaccin el xido ntrico (NO) reacciona a una velocidad de 0,066 M/s

a) Cul es la velocidad de formacin del NO2?

b) Cul es la velocidad a la que reacciona el oxgeno molecular?

Solucin:

V= - = ( = -0,066 M/s

A) = 0,066 M/s

B) - = - = -0.066 / 2 = - 0.033 M/s

20)

21)

22)

23)

24)

25) A cierta temperatura, la descomposicin del pentxido de dinitrgeno segn la ecuacin:N2O5(g) N2O4(g) + 1/2 O2(g) transcurre como una reaccin de primer orden, y tiene una constante de velocidad de 5,410-5s-1. En una experiencia se tiene un reactor cargado con pentxido de dinitrgeno a una presin de 5,87104Nm-2. Se desea saber cal ser la presin final total al cabo de 30 min.Solucin:

N2O5(g) N2O4(g) + 1/2 O2(g)0 min Po - P1 P1 1/2 P130 min P = Po- P1 P1 1/2 P1De donde PF = P + P1+ 1/2 P1Por ser la reaccin de primer orden se cumple que ln P = - kt = 5,410-5 1800 con lo que P = 5,33104 Nm-2 PoLuego P1 = Po - P = 5,87104 - 5,33104 = 0,54104 Nm-2siendo P = (5,33 + 0,54 + 0,27)104 = 6,14104 Nm-2

26) Dos sustancias A y B, reaccionan entre s siguiendo una cintica de segundo orden. Determinar la cantidad de A que permanecer sin reaccionar al cabo de 50min, si se ha partido inicialmente de cantidades estequiomtricas de los dos reactivos. Se sabe que a los 16 min y 40 s haba reaccionado la mitad de A.

Solucin:Por seguir una cintica de primer orden se cumple que: 1 - 1 = kt Si t = 16min + 40s = 1000s [ ]A [ ]A 1 - 1 = k1000 de donde k = 1 [ ]A/2[ ]A 1000CoAPara t = 50min = 3000 1 - 1 = 13000 [ ]A [ ]A [1000]ALo cual implica que CA= [ ]A/4 la cantidad de A que nos queda es la cuarta parte de la inicial.

27) En la tabla siguiente se dan las velocidades de reaccin de A y B para diversas concentraciones de ambas especies. Dedzcanse y la constante de velocidad k correspondiente a la reaccin cintica: v = k[A] [B]

Experimento[A] 104M[B] 105Mv(ms-1)

1

2

32.3

4.6

9.23.1

6.2

6.25.2*10-44.6*10

1.664*10-2

Solucin:

v3/v2= [A3] / [A2] k no vara porque no vara ni la temperatura ni la naturaleza de los reactivos.

Para poder aplicar este mtodo la reaccin tiene que transcurrir muy poco (slo hasta un mximo del 10%).1.664*10-2/4.16*10=4=[A3] /[A2]= 2= 4

= 2

Se trata de una reaccin de segundo orden con relacin al reactivo A.

v2/v18= k[A2] [B2] / k[A1][B1]

= 2 * 2= 4.16*10/5.2*10-4== 8

= 1

La reaccin es de orden uno con respecto al reactivo B.

La reaccin global es de orden 3.

Hallamos "k" mediante sustitucin (lo hacemos en los 3 casos y hallamos la media).

k = 3.15*108ms-1

28) En una reaccin de primer orden se transforma el 20% en 30 minutos. Calcular el tiempo necesario para que la transformacin sea del 95%.

Solucin:

ln [ ]0/[ ] = kt

ln [ ]0/0.8[ ]0= 30k k = /30ln 1/0.8 k = 7.4*10 min-1ln [ ]0/0.05[ ]0= 7.4*10min-1Tt = 402 min

29)El amoniaco se descompone por accin de un filamento de tungsteno caliente segn la reaccin dada. La reaccin se sigue por el cambio de presin, habindose observado a distintos tiempos los aumentos de presin reflejados en el cuadro. Sabiendo que la presin inicial era 200 torr. Calclese la constante de velocidad en unidades de presin.

2NH3 N2+ 3H2t(s)1002004006008001000

P

PT11

21122.1

222.144

24466.3

266.387.9

287.9110

310

Respuesta:

Empezamos con reacciones de orden 0.

P0= 200 torr

-d[ ]/dt = k[ ] = k d[ ] = k dt

[ ]0-[ ] = kt [ ] = [ ]0- ktVamos a hacer una transformacin. Esta ecuacin es para concentracin en moles por litro, nosotros queremos trabajar con unidades de presin, por ello usaremos una expresin equivalente para la presin.

P = P0- ktEsta grfica no nos da ninguna informacin ya que necesito una representacin de la P(NH3) en funcin del tiempo.

P0(NH3) = 200 torr.

Transcurrido cierto tiempo podemos suponer que la presin disminuye.

2NH3(g)

P(t)

P0-xN2(g)

x/2+ 3H2(g)

3x/2

PT= (P0-x) + x/2 + 3x/2 = P0+ x

Nosotros sabemos que: PT-P0= x

P(NH3) = P0-x = P0- P

t(s)1002004006008001000

P NH3189177.9156133.7112.190

Ahora represento

P(NH3) frente a t:

k = pendiente = 0.11

Ecuacin de orden 0 200

30) Las constantes de velocidad de algunas reacciones se duplican cada vez que la temperatura se aumenta 10 grados. Suponga que una reaccin se lleva a cabo a 295K y a 305K. Cul debe ser la energa de activacin para que la constante de velocidad se duplique como se ha descrito?

Solucin

Constante de velocidad: k1

Ln = 8

-0.693 = )

Ea = 5.18 x 104 J/mol = 51.8 KJ/mol

31)

32)

33) La velocidad de una reaccin a 30C es el doble que a 20C. Calcula la energa de activacin.

Solucin:

K =A e-Ea/RTV30/V20 = 2

LnK = -Ea/RT + lnA ( ln K2/K1 = Ea/R(1/T1 1/T2)

623

Suponemos que los cambios de concentracin son despreciables.

V30/V20 = K20/K30 = 2

Ln2 = Ea/ 1,987 ( 1/293 1/303)

Ea= 12227 cal mol-1

Ea= 12,22 k cal mol-1

34) La constante de velocidad para una reaccin de primer orden es 4,60 x 10-4 s-1 a 350C. Si la energa de activacin es 104 KJ/mol. Calcule la temperatura a la cual la constante de velocidad ser 8,80 x 10-4 s-1.

Solucin

ln = ( - )

ln (4.60 x 10-4 s-1/8.80 x 10-4 s-1) = 1.04 x 105 / 8.314 (1/T2 1/623K)

ln(0.5227) = (1.251 x 104 K) (1/T2 1/623K)

-0.6487 + 20.08 = 1.251 X 104K / T2

19.43 T2 = 1.251 x 104K

T2= 644K= 371C

35) La velocidad de una reaccin a 30C es el doble que a 20C. Calcula la energa de activacin.Solucin:

K = A*e-Ea/RTV30/V20= 2

ln K = -Ea/RT + ln A ln K2/K1= Ea/R (1/T1- 1/T2)

Suponemos que los cambios de concentracin son despreciables.

V30/V20= K20/K30= 2

ln 2 = Ea/1.987 (1/293 - 1/303)

Ea = 12227 cal mol-1Ea = 12.22 Kcal mol-1

20 EJERCICIOS DE EQUILIBRIO QUIMICO

01) En un recipiente inicialmente vaco, se introducen dos gases A y B a la presin parcial de 1 atm. y 100 C. Manteniendo la temperatura y la presin constantes, se produce la siguiente reaccin:

A(g) + 2 B(g) 2 C(g) + D(s)

Solucin:Cuando se alcanza el equilibrio el grado de disociacin es de 0.25. Calcular las constantes Kcy Kpas como las presiones parciales de A, B y C.Por ser las presiones parciales iniciales de A y B iguales, quiere decir que el nmero de moles de A y B son los mismos, y que llamaremos n A(g) + 2B(g) 2C(g) + D(s) n(ini) n n n(equi) n - 0.25n n - 0.50n 0.50n n(totales) = 1.75n con los que podemos calcular las fracciones molares de los tres gases en el equilibrio, y como P = 2 atm. tambin las presiones parciales

X(A) = 0.75n = 0.43 X(B) = X(C) = 0.50n= 0.285 1.75n 1.75n

P(A) = 20.43 = 0.86 atm. P(B) = P(C) = 20.285 = 0.57 atm. Aplicando la L.A.M. calculamos la constante de equilibrio:

Kp= P(C)2 = (0.57)2= 1.2 P(A)P(B) (0.86)(0.57)2 Y por ltimo: Kc = Kp(RT)-Dn = 1.2(0.082373) = 36.7 , en dondeDn = -1

02) Se ha encontrado que cuando la reaccinllega al equilibrio a 300C contiene 0.60 moles de dixido de nitrgeno, 0.40 moles de agua, 0.60 moles de cido ntrico y 0.80 moles de xido ntrico. Calcular cuntos moles de cido ntrico deben aadirse al sistema para que la cantidad final de dixido de nitrgeno sea de 0.90 moles. El volumen del recipiente es de 1.00L.

3 NO2 + H2O2 HNO3 + NO

Solucin:

Con los moles existentes en el equilibrio podemos calcular la constante del mismo

3 NO2 + H2O2HNO3 + NO Eq(1) 0.60 0.40 0.60 0.80

Kc= (0.60)2(0.80) = 3.3 (0.60)3(0.40)

Al aadir una cantidad de HNO3, que llamamos A, la reaccin se desplaza hacia la izquierda hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio, en el cual tendremos:

3 NO2 + H2O2HNO3 + NO Eq(2) 0.60 + 3x 0.40 + x 0.60 + A - 2x 0.80 -xsabiendo que 0.60m + 3x = 0.90 con lo que x = 0.10 moles Aplicando de nuevo la L.A.M. la nica incgnita ser A

3.3= (0.40 + A)2(0.70) A = 0.91 moles de HNO3se aadieron (0.90)3 (0.50)

03)La formacin del trixido de azufre por oxidacin del dixido es un paso intermedio en la fabricacin del cido sulfrico. La constante de equilibrio (Kp) de la reaccin es 0.13 a 830C. En un experimento se hacen reaccionar 2.00 moles de dixido de azufre con 2.00 moles de oxgeno. Cal debe ser la presin total de equilibrio para tener un rendimiento del 70% en trixido de azufre?

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

Solucin: Escribimos de nuevo la reaccin con los moles en el equilibrio 2 SO2(g) + O2(g)2 SO3(g) n(inic.) 2.00 2.00 n(equi.) 2.00 - 2x 2.00 -x 2x n(totales) = 4.00 - x Por ser el redimiento del 70% entonces 2x = 1.4 luego x = 0.7 moles Calculamos las fracciones molares de cada gas en el equilibrio: X(SO2) = 0.6/3.3 = 0.18 X(O2) = 1.3/3.3 = 0.40 X(SO3) = 0.42 Y aplicamos la expresin de la constante para calcular la presin total en el equilibrio:

0.13 = (0.42)2 1 de donde P = 105 atm. (0.18)2(0.40) P

04) A 300C y una presin total de 629 atm. la reaccin entre el cloruro de hidrgeno y el oxgeno para dar cloro y agua, alcanza el equilibrio cuando se ha completado en un 80%. Cul tendra que ser la presin para que la reaccin alcanzara el equilibrio cuando se hubiese completado en un 50%?Solucin: La reaccin que tiene lugar es la siguiente:

4 HCl(g) + O2(g)2 Cl2(g) + 2 H2O(g) n(inic.) 4n n n(equi.) 4n - 4na n - na 2na 2nan(totales) = n(5 -a) sustituyendoapor 0.80 tenemos queX(HCl) = 0.80/4.20 = 0.19 X(O2) = 0.20/4.20 = 0.048 X(Cl2) = X(H2O) = 1.60/4.20 = 0.38y como la presin total es 629 atm., podemos calcular la Kp Kp= 1 (0.38)2 (0.38)2 = 0.53 629 (0.19)4 (0.048) Calculamos de nuevo las fracciones molares paraa= 0.50 X(HCl) = 2.0/4.50 = 0.44 X(O2) = 0.50/4.50 = 0.11 X(Cl2) = X(H2O) = 1.0/4.50 = 0.22 Conocida la constante, despejamos P de la expresin

Kp= 1 (0.22)2 (0.22)2 = 0.53 P = 1.1 atm P (0.44)4 (0.11)05) Un recipiente de 1.00L se llena con una mezcla en volmenes iguales de oxgeno y dixido de nitrgeno a 27C y 673 mm Hg de presin parcial. Se calienta a 420C y una vez alcanzado el equilibrio se encuentran 0.0404 moles de oxgeno. Calcular la constante de equilibrio para el procesoy la presin total de la mezcla.2NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)Solucin: Calculamos primero los moles iniciales de oxgeno, que son los mismos que de dixido de nitrgeno, por la ecuacin:

(673/760)1,00 = n0,0820300 de donde n = 0,0360 moles Escribimos el equilibrio de la reaccin: 2NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)n(ini.) 0.0360 0.0360 n(equi.) 2x 0.0360 + x 0.0360 - 2x Sabiendo que 0.0360 + x = 0.0404 entonces x = 4.410-3 n(totales) = 0.036 + 0.036 + 4.410-3= 0.0764 moles para los cuales le corresponde una presin total de: P1.0 = 0.07640.082693 = 4.3 atm. Para calcular la constante de equilibrio aplicamos la L.A.M. con las presiones parciales correspondientes de cada gas:

Kp= P(NO2)2 = 4.32(0,272/0,0764)2 = 4,1 P(NO)2P(O2) 4.32(8.810-3/0.0764)24.4(0.0404/0.0764)

6) La contante de equilibrio Kc para la reaccin.

I2(g)2I(g)

Es 3,8 x 10-5 a 727C , encuentre KC y Kp para esta reaccin.

2I(g) I2(g)A la misma temperatura

Solucin

Las expresiones de la constante de equilibrio para las dos formas de la ecuacin son

Kc = y Kc= La relacin entre las dos constantes de equilibrio es

Kc= = -5 = 2.6 x 104 Kp puede ser calculado segn se muestra

Kp = Kc( 0.0821 T)n = (2.6 x 104)(0.0821 x 1000)-1 = 3,2 x 1027) En equilibrio, la presin de la mezcla de reaccin.

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)Es 0,105 atm a 350C . calcule Kp y Kc para esta reaccin

Solucin

Porque los solidos puros no se consideran en una expresin de la constante de equilibrio, podemos calcular Kp directamente de la presin solo depende del CO2(g).

Kp= PCO2 = 0.105

Ahora podemos convertir Kp a Kc la ecuacin siguiente

Kp= Kc(0.0821T)nKc= nKc=(1-0) = 2.05 x 10-38) Cul es el valor de Kp a 1273C para la reaccin

2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)

Si Kc es 2,24 x 1022 a misma temperatura?

Solucin

Kp = Kc( 0,0821T)nDonde

n = 2-3 = -1

T = (1273+273)K = 1546 K

Kp= (2.24 x 1022)(0.0821 x 1546)-1 = 1.76 x 10209) Considere el equilibrio

2NOBr(g) 2NO(g) + Br2(g)

Si el bromuro de nitrosilo, NOBr, se disocia en 34% a 25C y la presin total es 0,25 atm, determine Kp y Kc para la disociacin a esta temperatura.Solucin

PNOBr = (1 0.34)x = 0,66 x

PNO = 0,34 x

PBr2 = 0,17 x

La suma de estas es igual a la presin total.

0,66 x + 0,34 x + 0,17 x = 1,17 x = 0,25 atm

Las presiones en el equilibrio son entonces.

PNOBr = 0,66(0,21) = 0,14 atm

PNO = 0,34(0,21) = 0,071 atm

PBr2 = 0,17(0,21) = 0,036 atm

Encontramos Kp por sustitucin

Kp = (PNO)2PBr2 / (PNOBr)2

Kp = (0,071)2 (0,036) / (0,14)2 Kp = 9,3 x 10-3La relacin entre Kp y el Kc esta dado por:

Kp= Kc (RT)nHallemos ahora K (para este sistema n =1)

Kc = n = = 9,3 x 10-3/ (0,0821 x 298)1Kc = 3,8 x10-410) En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0,387 moles de nitrgeno y 0,642 moles de hidrgeno, se calienta a 800 K y se establece el equilibrio:

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

Encontrndose que se han formado 0,06 moles de amoniaco. Calcule:

a) La composicin de la mezcla gaseosa en equilibrio.

b) Kc y Kp a la citada temperatura.

Datos: R = 0,082 atm L K-1 mol-.

a) Primero determinamos que cantidad de mol de los reactivos se consume:

0,06 mol NH30,03 mol N2

0,06 mol NH30,09 mol H2

N2H2NH3

Moles Iniciales0, 3870,642-

Moles que reaccionan0,030,09-

Moles formados--0,06

Moles en equilibrio0,387-0,03=0,3570,642-0,09=0,5520,06

[ ] en el equilibrio0,357/1=0,3570,552/1=0,5520,06/1=0,06

b) Hallando el constante de equilibrio:

Kp=Kc*(RT)(n

(n= (2)-(3+1)=-2

Kp = (0,06)*(0,082*800)-2=1,39.10-5

11) Se introduce una mezcla de 0,5 moles de H2 Y 0,5 moles de I2 en un recipiente de 1 litro y se calienta a la temperatura de 430 c. Calcule:a) Las concentraciones de H2, I2 y HI en el equilibrio, sabiendo que, a esa temperatura, la constante de equilibrio Kc es 54,3 para la reaccin:

H2 (g) + I2 (g) 2HI (g)

b) El valor de la constante Kp a la misma temperatura.

Dato: R = 0,082 atmLK-1.mol-1Solucin:a) Construimos una tabla:

H2I2HI3

Moles Iniciales0,50,5-

Moles que reaccionanxx-

Moles formados--2x

Moles en equilibrio0,5-x0,5-x2x

[ ] en el equilibrio(0,5-x)/1=0,5-x(0,5-x)=0,5-x2x/1=2x

a) Hallando el constante de equilibrio tenemos:

b) De las dos soluciones obtenidas se elimina el valor 0,69 moles ya que partimos de 0,5 moles y no pueden reaccionar 0,69 moles.

Concentraciones en el equilibrio:

[H2] = [I2] = (0,5-0,39)/1 = 0,11 moles/L

[HI] = 2x/1 = 0,39.2 = 0,78 moles/L

a) Como en la reaccin n = 2 (1 + 1 ) = 0 y Kp = Kc. (R.T) n

Kc = 54,3

12) El sistema en equilibrio:

CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g)

Las concentraciones son: [CO]=2M, [Cl2]=2M y [COCl2]=20M. Calcule la concentracin de todos los compuestos cuando:

Se aade 1 mol/L de cloro.

Se duplica el volumen respecto al inicial.

Se duplica respecto del caso inicial.

Aplicamos la ley de accin de las masas (LAM) al equilibrio:

Kc= = 5

a) Si aadimos 1 mol/L de Cl2, al equilibrio, el sistema se desplazar segn Ley de Chatelier de la siguiente forma:

CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g) 2-x 3-x 20+x

Aplicamos de nuevo LAM tenemos:

Kc= = 5

Despejando obtenemos x=0,42, por lo que:

[CO] = 2 - 0,42 =1,58 M

[Cl2] = 3 - 0,42 = 2,58 M

[COCl2] = 20 + 0,42 = 20,42 M

b) Al duplicar el volumen del sistema, reducimos la concentracin de cada compuesto a la mitad: [CO]=1 M, [Cl2]=1 M y [COCl2]=10 M, y el equilibrio se desplaza a donde hay mayor nmero de moles, en nuestro caso hacia la izquierda segn la reaccin estequiomtrica:

CO (g) + Cl2 (g)

COCl2 (g) 1 + x 1+x 10-x

Aplicamos de nuevo LAM tenemos:

Kc= = 5

Despejando resulta x=0,39 M, por lo que:

[CO] = 1 + 0,39 =1,39 M

[Cl2] = 1 + 0,39 = 1,39 M

[COCl2] = 10 - 0,39 = 9,61 M

c) Duplicar la presin es lo mismo que reducir el volumen a la mitad, por lo que las concentraciones se hacen el doble: [CO]=4 M, [Cl2]=4 M y [COCl2]=40 M, y el equilibrio se desplaza hacia donde hay menor nmero de moles, en nuestro caso hacia la izquierda segn la ecuacin estequiomtrica:

CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g) 2 - x 2 - x 40+x

Aplicamos de nuevo LAM tenemos:

Kc= = 5

Despejando resulta x=1,13 M, por lo que:

[CO] = 4 - 1,13 =2,87M

[Cl2] = 4 - 1,13 = 2,87 M

[COCl2] = 40 + 1,13 = 41,13 M

13) Cuando el cloruro amnico se calienta a 275C en un recipiente cerrado de 1,0 litro, se descompone dando lugar a cloruro de hidrgeno gaseoso y amoniaco gaseoso alcanzndose el equilibrio. La constante Kp = 1,04*10-2. Cul ser la masa de cloruro de amonio que queda sin descomponer cuando se alcance el equilibrio si en la vasija se introducen 0,980 g de sal slida?Segn el enunciado, tenemos la reaccin en equilibrio:

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

Como sabemos:

Kp = 1,04*10-2Como el reactivo es slido entonces su presin se considera 1 adems [NH3] = [HCl], por lo tanto la ecuacin quedara:

[NH3] = [HCl] = = 0,102 atm

Por la ecuacin general de los gases:

n==2,27*10-3 mol de NH3.

Calculando la masa de la sal que se consume:

Resolviendo: x=0,121 g de NH4Cl

Calculando la masa de la sal que no se consume:

0,980- 0,121=0,859 g de NH4Cl314)A 480C y 1 atm de presin, el amoniaco se disocia en un 66% en sus elementos. Determinar la composicin en volumen de la mezcla en las condiciones anteriores y bajo una presin total de 4 atm.

Solucin: La reaccin que tiene lugar es:

2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g) Q1 2n - 2na na 3na n(totales) = 2n (1 + a) donde a = 0,66 X(NH3) = 2n(1 -a)/(2n(1 + a) = 0,20 X(N2) = na/2n(1 + a) = 0,20 X(H2) = 30,20 = 0,60 Para conocer la composicin a la presin total de 4 atm, hace falta determinar primero la constante de equilibrio siendo:

0,20(0,60)3 Kp = -------------------- = 1,08 (0,20)2

PN2 (3PN2)3 Usando el valor de Kp para las nuevas presiones parciales 1,08 = --------------------- PNH32 Y teniendo en cuenta que PNH3+ 4PN2=4 atm

Obtenemos, resolviendo las ecuaciones, que PNH3= 1,68 atm PN2= 0,58 atm y PH2= 1,74 atm De donde X(NH3) = 1,68/4 = 0,42X(N2) = 0,58/4 = 0,18 X(H2) = 1,74/4 = 0,44

15) La constante de equilibrio, a 745K, de la reaccin H2+ I2 2HI es Kc = 50. a) Qu cantidad de HI se encontrar tras alcanzarse el equilibrio, si inicialmente, introducimos 1,00 moles de yodo y 3,00 moles de hidrgeno en un recipiente de 1 L a esa temperatura. b) Una vez se ha alcanzado el equilibrio en a) aadimos 3,00 moles ms de hidrgeno, cul ser la nueva concentracin de HI en el nuevo estado de equilibrio?

Solucin: La reaccin que tiene lugar y los moles de las tres especies al alcanzarse el estado de equilibrio son

H2 + I2 2HI EQ1 x 1,00 + x 3,00 - 2x

Calculamos la x haciendo uso de la constante 50 = (3,00 - 2x)2/x(1,00 + x) de donde x = 0,132 mol H2 + I2 2HI PERT 3,132 1,132 2,74

EQ2 3,132 - y 1,132 - y 2,74 + 2y Hacemos uso de nuevo de la constante de equilibrio para calcular y

siendo y = 0,92 mol y por consiguiente (HI) = 2,74 + 20,92 = 4,58M

16) Para la reaccin 2 NO2 N2O4dH = - 13,9 kcal/mol. A 273K y presin total de 0,824 atm, el dixido de nitrgeno est asociado en un 9,37%. Calcular el porcentaje de asociacin a 298K. Solucin: En el equilibrio el nmero de moles de cada gas es: 2 NO2 N2O4 2n - 2na na siendoa= 0,097 Calculamos las presiones parciales de los dos gases en el equilibrio:

P(NO2) = 2n(1 - 0,097) 0,824 = 0,783 atm P(N2O4) = n0,097 0,824 = 0,041 atm n (2 - 0,097) n(2 - 0,097) Calculamos entonces la K = (0,041)/(0,783)2= 0,067 Ahora calculamos la constante a la nueva temperatura segn la Ley de van't Hoff log K2- log 0,067 = (-13,9103/4,576)/(1/273 - 1/298) = 7,810-3 Al aumentar la temperatura el sistema se ha desplazado hacia la derecha hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio para el cual las presiones son:2 NO2 N2O4 0,783 + 2P 0,041 - P Calculamos P haciendo uso de la nueva constante de equilibrio y nos queda queP = 0,035 atm,siendo entonces P(NO2) = 0,853 atm y P(N2O4) = 610-3atm y P(total) = 0,859 atm Para determinar el nuevo grado de asociacin tomamos, por ejemplo, la presin del tetrxido de dinitrgeno: 610-3= 0,859. na/n(2 -a) de dondea= 0,0138 o el porcentaje de asociacin 1,38%

17) Se establece el equilibrio SbCl5(g) SbCl3(g) + Cl2(g) calentando 29,9 g de SbCl5(g) a 182 C en un recipiente de 3,00 L. Calcular: a) La concentracin de las distintas especies en equilibrio si la presin total es de 1,54 atm, b) el grado de disociacin y c) las constantes Kc y Kp.Datos: Sb (121,8 u.m.a.), Cl (35,45 u.m.a.)

Solucin:

Calculamos los moles iniciales de SbCl5= 29,9/299 = 0,100 molEscribimos la reaccin: SbCl5(g) SbCl3(g) + Cl2(g)N inc.. 0,100N eq. 0,100 x x xN totales = 0,100 + x = (1,54.3,00)/(0,0821. 455) = 0,124 con lo que x = 0,024, luego las concentraciones en el equilibrio sern:SbCl5(g) = 0,076/ 3,00 = 0,0253M SbCl3(g) = 0,024/3,00 = 0,00M = Cl2(g)b) x = 0,024 = n = 0,100. de donde = 0,24c) Calculamos primero la Kc = (0,08)(0,08)= 2,5310-3 0,0253 y a continuacin la Kp = 2,53.10-3.(0,0821.455) = 9,45.10-218) Cuando el cloruro amnico se calienta a 275C en un recipiente cerrado de 1,0 litro, se descompone dando lugar a cloruro de hidrgeno gaseoso y amoniaco gaseoso alcanzndose el equilibrio. La constante Kp = 1,0410-2 Cul ser la masa de cloruro de amonio que queda sin descomponer cuando se alcance el equilibrio si en la vasija se introducen 0,980 g de sal slida?

Solucin:

KP= PNH3.PHCl = 1,04.10-2

PNH3 = PHCl = -2 = 0,102

n = = = 2,27.10-3 mol

=

X= 0,121g de NH4Cl

0,980g NH Cl - 0,121g NH Cl descompuestos 0,859 g NHCl

19) Cuando el dixido de estao se calienta en presencia de hidrgeno tiene lugar la reaccin siguiente:

Si los reactivos se calientan en una vasija cerrada a 500C, se alcanza el equilibrio con unas concentraciones de H2 y H2O de 0,25 M. Se aade hidrgeno a la vasija de manera que su concentracin inicial es de 0,5 M. Cules sern las concentraciones de H2 y H2O cuando se restablezca el equilibrio?

Solucin:

Kc = = = 1,0

[H2][H2O]

Inicial0,50,25

Reacciona2x

Formado2x

Equilibrio0,5-2x0.25+2x

10, = X=0,0625M[H2][H2O]

En equilibrio0,375M0,375M

20) En un recipiente de 10 litros se introduce una mezcla de 4 moles de N2(g) y 12 moles de H2(g);a)escribir la reaccin de equilibrio;b)si establecido ste se observa que hay 0,92 moles de NH3(g), determinar las concentraciones de N2e H2en el equilibrio y la constante Kc.Solucin:

a)Equilibrio: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)b)Moles inic.: 4 12 0 Moles equil. 4 0,46 = 3,54 12 1,38= 10,62 0,92 conc. eq(mol/l) 0,354 1,062 0,092

AO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y EL COMPROMISO CLIMATICO

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

Carrera profesional de Ingeniera Qumica

ASIGNATURA:QUIMICA GENERAL II

INGENIERA:MENDOZA SANCHEZ JUANA

INTEGRANTES:

BARRERA RIVERA, GREASSE YAHAIRA

CARHUAMACA ROJAS JHOFANY ROCIO

CLEMENTE COSME INGRID DAYANA

ESPINOZA CANTO ESTEPHANY YUMIKO

VELITA VILLAVERDE LILIANA KARINA

SEMESTRE: II A FIQ

HUANCAYO-PER

2014

EJERCICIOS DE CINTICA QUMICA Y EQUILIBRIO QUMICO

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