5.1 - EQUILIBRIO QUÍMICO - CUESTIONES RESUELTAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD

QUÍMICA de 2º de BACHILLERATO

EL EQUILIBRIO QUÍMICO

CUESTIONES RESUELTAS QUE HAN SIDO PROPUESTAS EN LOS EXÁMENES DE LAS PRUEBAS DE ACCESO A ESTUDIOS UNIVERSITARIOS EN LA COMUNIDAD DE MADRID (1996 í 2010)

DOMINGO A. GARCÍA FERNÁNDEZ DEPARTAMENTO DE

FÍSICA Y QUÍMICA I.E.S. EMILIO CASTELAR MADRID

Este volumen comprende 25 cuestiones resueltas de EQUILIBRIO QUÍMICO que han sido propuestas propuesta s en 24 exámenes de Química de las Pruebas de acceso a estudios universitarios en la Comunidad de Madrid entre los años 1996 y 2010, 20 10, en las siguientes convocatorias:

AÑO

EXAMEN Modelo

JUNIO

SEPTIEMBRE

1996 1997 1998 1999

1 1

1

2000

1

2001

2010

1

1

2002

1

1

2003

1

1

2004 2005

1

1

2006

1

1

2007

1

1

2008

1

1

2009

1

2

Fase General Fase Específica

1

1

1 1

Para poder acceder directamente a la resolución de un ejercicio hay que colocarse en la fecha que aparece después de su enunciado y, una vez allí, pulsar: CTRL + ³CLIC´ con el ratón.

Página 2

ENUNCIADOS 1í

Para la reacción reacc ión de síntesis del amoniaco: amonia co: N2 ( g g ) + 3 H2 ( g g ) p 2 NH3 ( g g ) n se conocen los valores, a temperatura ambiente, de las siguientes magnitudes: magnitudes: 0 0 negativo), G r (valor negativo) negativo), K p (valor muy alto) alto ) y Ea (valor muy alto). alto). H r (valor negativo) Conteste a las siguientes preguntas, indicando cuál o cuáles de dichas magnitudes están directamente relacionadas con los conceptos c onceptos que se enumeran a continuación: a) Intercambio de calor: ¿cuál es el sentido del intercambio de calor para esta reacción? . b) b) Espontaneidad: Espontaneidad: ¿en qué sentido es espontánea la reacción?. reacción? . c) Velocidad de reacción: ¿es rápida o l enta la reacción?. reacción? . d) Efecto de la presión: ¿qué efecto tiene para esta reacción un aumento de presión? . Modelo 2005

2í

El amoníaco ac o se obtiene industrialment industria lmentee a partir de nitrógeno e hidrógeno, de acuerdo acuer do con la siguiente reacción: N2 ( g g ) + 3 H2 ( g g ) p 2 NH3 ( g g ) H 0 = í92 kJ . n a) b) b) c) d)

3í

Explique las razones razones por las que en esta esta s ntesis se utilizan presiones presiones elevadas y temperatura lo más baja posible. posible . Razone la necesidad de utilizar catalizadores. catalizadores . ¿Ejercen algún efecto sobre el equilibrio?. equilibrio?. Indique cuál es la expresión de la constante K p para dicha reacción. reacción. A la salida de los reactores el amon aco formado ha de separarse del del nitrógeno e hidrógeno no reaccionados. reaccionados . ¿Ser a posible dicha separación separación mediante un filtro? filtro?.. Justifique la respuesta. respuesta . S ept ept iembre 1998

Un compuesto A se descompone según la reacción: rea cción: p 2A n B + C que es exotérmica, espontánea espontánea a temperatura ambiente y tiene una energ a de activación alta . a) Indique, en un diagrama entálpico, entalp a de reacción y energ a de activación activación.. b) b) Justifique si la reacción de descomposición es rápida o lenta a temperatura ambiente . c) Justifique qué proceso es más rápido: el directo o el inverso . d) Justifique si un aumento de temperatura favorece la descomposición desde el punto de vista del equilibrio y de la cinética. cinética . Modelo 2008

4í

En las siguientes comparaciones entre magnitudes termodinámicas y cinéticas indique qué parte de la afirmación es falsa y qué parte es cierta: a) En una una reacción reacción exotérmica exotérmica tanto la la entalp a de reacción como como la energ energ a de activación son negativas. negativas . b) b) Las contantes de velocidad y de equilibrio son adimensionales . c) Un aumento de la temperatura siempre aumenta los valores de las constantes de velocidad y de equilibrio. equilibrio. d) La presencia de catalizadores aumenta aumenta tanto la velocidad velocidad de reacción reacción como la constante de equilibrio. equilibrio. S ept ept iembre 2009 Página 3

Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í Cuest Cuest iones de Equil uil ibr io qu mico

5í

Justifique si son verdaderas o falsas cada una de las siguientes afirmaciones: a) La presencia de un catalizador afecta a la energ energ a de activación de una reacción qu mica, pero no no a la constante constante de equilibrio equilibrio.. b) b) En una una reacción con H < 0 la energ a de activación del proceso directo directo (Ea) es siempre menor que la del proceso inverso (E a¶). c) Una vez alcanzado el equilibrio en la reacción del apartado anterior, un aumento de temperatura desplaza el equilibrio hacia los r eactivos. eactivos. d) Alcanzado el equilibrio, las constantes cinéticas de los procesos directo e inverso son siempre iguales. iguales. unio 2009 J unio

6í

Justifique si las siguientes afirmaciones son ciertas o falsas: a) Un valor negativo negati vo de una constante constant e de equilibrio equilibr io significa signific a que la reacción reacci ón inversa es espontánea. espontánea . b) b) Para una reacción exotérmica, se produce un desplazamiento hacia la formación de productos al aumentar la temperatura t emperatura.. c) Para una reacción a temperatura constante con igual número de moles gaseosos de reactivos y productos no se produce desplazamiento del equilibrio si se modifica la presión. presión. d) Para una reacción a temperatura constante donde únicamente son gases los productos el valor de la constante constante de equilibrio disminuye cuando disminuimos el volumen del recipiente. recipiente. unio 2003 J unio

7í

Para la reacción: a A ( g g )

p n

B ( g g ) + C ( g )

el coeficiente estequiométrico a podr a tener los valores 1, 2 ó 3. 3. Indique de manera 0 0 0 razonada el valor de a, los signos signos de las las magnitudes termodinámicas H , S y G y el intervalo de temperatura en el que la reacción ser a espontánea, para cada uno de los siguientes casos particulares: a) Caso A: la concentración de A en el equilibrio disminuye si aumenta la temperatura o la presión. presión. b) b) Caso B: la concentración de A en el equilibrio aumenta si aumenta la temperatura o la presión. presión. unio 2009 J unio 8í

Para los siguientes equilibrios: 2 N2O5 ( g g )

p n

4 NO2 ( g g ) +

N2 ( g g ) + 3 H2 ( g g ) H2CO3 (ac) CaCO3 ( s) s) a) b) b)

p n

O2

( g g )

2 NH3 ( g g )

+

p n

H (ac) + HCO3 (ac)

p n

CaO ( s) s) + CO2 ( g g )

Escriba las expresiones de K c y K p. Razone qué sucederá en los equilibrios primero y segundo segundo si se aumenta la presión presión a temperatura constante. constante. J unio unio 2001

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9í

La reacción: 2 H2O (l )

p n

2 H2 ( g ) +

O2

( g g )

no es espontánea a 25 ºC . Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) La variación de entrop a es positiva positiva porque aumenta el número número de moles gaseosos . K p b) b) Se cumple que: = RT. RT. K c c) Si se duplica la presión de H 2 a temperatura constante el valor de K p aumenta. aumenta. d) La reacción es endotérmica a 25 ºC. ºC . ept iembre 2007 S ept 10 í

Considerando la reacción: 2 SO2 ( g g ) +

O2

( g g )

p n

2 SO3 ( g g )

razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Un aumento de la presión conduce a una mayor producción de S O3. b) b) Una vez alcanzado el equilibrio equilibrio dejan dejan de reaccionar las moléculas moléculas de S O2 y O2 entre s . c) El valor de K p es superior al de K c a temperatura ambiente. ambiente. d) La expresión de la constante de equilibrio en función de las presiones parciales es: p 2 (SO 2)  p(O 2)

. p 2 (SO 3) í1 í1 Dato: R = 0,082 atm·L·mol ·K . K p =

11 í

unio J unio

2008

J unio unio

2002

Para la reacción: Sb2O5 ( g g )

p n

Sb2O3 ( g g ) +

O2

( g g )

se cumple que: H > 0. 0. Explique qué le sucede al equilibrio si: a) Disminuye la presión a temperatura constante. constante . b) b) Se añade Sb2O3 a volumen y temperatura constantes. constantes . Explique qué le sucede a la constante de equilibrio si: c) Se añade un catalizador a presión y temperatura constantes . d) Aumenta la temperatura. temperatura.

12 í

Considere el equilibrio: equilibrio: 2 NOBr ( g g )

p n

2 NO ( g g ) + Br 2 ( g g ) .

Razone cómo variará el número de moles de Br 2 en el recipiente si: a) se añade N OBr; b) b) se aumenta el volumen del recipiente; c) se añade N O; d) se pone un catalizador . ept iembre 2001 S ept

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13 í

Dado el equilibrio: equilibr io: A2 ( g g )

p n

2 A ( g g )

H = 86 kJ .

Conteste razonadamente a las cuestiones siguientes: a) ¿Es estable la molécula de A2?. b) b) ¿Cómo hay que variar la temperatura para favorecer un desplazamiento del equilibrio hacia la derecha?. derecha?. c) ¿Cómo influir influir a un aumento de presión en el valor de de K p?. d) ¿Cómo afectar a un aumento de presión en la disociación de de A2?. ept iembre 2000 S ept

14 í

Considerando Consider ando el equilibrio equil ibrio existent e entre ent re el oxígeno molecular y el ozono, de acuerdo acuer do p a la reacción: 3 O2 ( g g ) n 2 O3 ( g g ), cuya entalp a de reacción es: Hr = 284 kJ, justifique: a) b) b) c) d)

15 í

El efecto que tendr a sobre el equilibrio equilibrio un aumento de la la presión del sistema. sistema . El efecto que tendr a sobre la cantidad de ozono en el equilibrio equilibrio una disminución de la temperatura. temperatura. El efecto que tendr a sobre el equilibrio la adición de un un catalizador . El efecto que tendr a sobre la constante de equilibrio equilibrio K p añadir más ozono oz ono al sistema. sistema . unio 2010 (Fa se (Fa se Gener al) J unio

Se establece el siguiente equilibrio en un recipiente cerrado: cerrado: p 2 Cl2 ( g g ) + 2 H2O ( g ) n 4 HCl ( g ) + O2 ( g g )

H = 113 kJ .

Razone como afectar a a la la concentración de O2: a) la adición adici ón de Cl2; b) b) el aumento del volumen del recipiente; c) el aumento de la temperatura; d) la utilización de un catalizador cata lizador . Modelo 2003

16 í

En un recipiente cerrado tiene lugar la reacción: 1 1 H2 ( g g ) + F2 ( g g ) p HF ( g g ) n 2 2 con un H 0 de í270,9 kJ·mol í1. Justifique qué le ocurrirá al equilibrio si se efectúan las modificaciones siguientes: a) Se añade un mol de F 2, permaneciendo constantes la temperatura y el volumen del recipiente. recipiente. b) b) Se disminuye el volumen del recipiente. recipiente . c) Se introduce un mol de helio sin variar la temperatura ni el volumen del recipiente . d) Se eleva la temperatura, manteniendo la presión constante . Modelo 2002

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17 í

El dióxido de nitrógeno es un gas que se presenta prese nta en la forma for ma monómera a 100 ºC . Cuando se disminuye la temperatura del reactor hasta 0 ºC se dimeriza para dar tetróxido de dinitrógeno gaseoso. gaseoso . a) Formule el equilibrio equilibrio qu mico correspondiente a la reacción de dimerización dimerización.. b) b) ¿Es exotérmica o endotérmica la reacción de dimerización?. dimerización? . c) Explique el efecto que produce sobre el equilibrio una disminución del volumen del reactor a temperatu t emperatura ra constante. constante . d) Explique cómo se verá afectado afecta do el equilibrio equilibr io si disminuye la presión total, a temperatura constante. constante. unio 2005 J unio

18

El dióxido de nitrógeno, nitrógeno, de color pardo rojizo, reacciona consigo mismo (se dimeriza ) para dar tetraóxido de dinitrógeno, gas incoloro . Una mezcla en equilibrio a 0 ºC es casi incolora y a 100 ºC tiene un color pardo rojizo . a) Escriba el equilibrio equilibrio qu mico correspondiente correspondiente a la reacción de dimerización dimerización . b) b) ¿Es exotérmica o endotérmica la reacción de dimerización?. dimerización? . c) ¿Qué ocurrirá si a 100 ºC se aumenta la presión del sistema? sistema?.. d) Escriba la expresión de la constante de equilibrio K p en función del grado de disociación y de la presión total. total . Modelo 1999

19 í

El dióxido dióxido de nitrógeno es un gas gas de color rojizo que reacciona consigo mismo (se dimeriza ) para dar lugar al tetraóxido de dinitrógeno, que es un gas incoloro. incoloro . Se ha comprobado que una mezcla a 0 ºC es prácticamente incolora, mientras que a 100 ºC tiene color rojizo . Teniendo esto en cuenta: a) Escriba la reacción que tiene lugar . b) b) Justifique si la reacción es exotérmica o endotérmica. endotérmica . c) ¿Qué cambio de color se apreciará a 100 ºC si se aumenta la presión del sistema? . d) Justifique si se modificará el color de la mezcla si, una vez alcanzado alca nzado el equilibrio, equilibr io, se añade un catalizador . unio 2010 (Fa se (Fa se E specíf ica ) J unio

20 í

Al calentar el dióxido de nitrógeno se disocia en fase gaseosa en monóxido monóxido de nitrógeno y oxí oxígeno ge no.. a) Formule la reacción qu mica que tiene lugar . b) b) Escriba K p para esta reacción. reacción. c) Explique el efecto que produce un aumento de presión total sobre el equilibrio . d) Explique cómo se verá afectada la constante de equilibrio al aumentar la temperatura . Modelo 2006

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21 í

El amoníaco ac o reacciona a 298 K con oxígeno molecular y se oxida a monóxido de nitrógeno y agua, siendo si endo su enta lpía de reacción rea cción negativa ne gativa . a) Formule la reacción qu mica correspondiente correspondiente con coeficientes coeficientes estequiométricos enteros. enteros. b) b) Escriba la expresión de la constante de equilibrio K c. c) Razone cómo se modificará el equilibrio al aumentar a umentar la presión total a 298 K si son todos los compuestos gaseosos a excepción del H2O, que se encuentra en estado estado l quido quido.. d) Explique razonadamente cómo se podr a aumentar el valor de la constante de equilibrio. equilibrio. S ept ept iembre 2006

22 í

A partir de la reacción: reac ción: 4 NH3 ( g ) + 5 O2 ( g g ) a) b) b) c) d)

23 í

4 NO ( g g ) + 6 H2O ( g g )

Escriba las expresiones de las constantes K c y K p de la reacción. reacción. Establezca la relación entre los valores de K c y K p en esta reacción. reacción. Razone cómo influir influir a en el equilibrio un aumento de la presión. presión. Si se aumentase la concentración de O2 explique en qué sentido se desplazar a el equilibrio. equilibrio. ¿Se modificar modificar a la constante de equilibrio?. equilibrio?. J unio unio 1999

Dada la la reacción endotérmica endotérmica para la obtención de hidrógeno: CH4 ( g ) p s) + 2 H2 ( g g ) . n C ( s) a) b) b) c) d)

24 í

p n

Escriba la expresión de la constante de equilibrio K p. Justifique cómo afecta un aumento de presión al valor de K p. Justifique cómo afecta una disminución de volumen a la cantidad de H 2 obtenida. obtenida. Justifique cómo afecta un aumento de temperatura a la cantidad de H 2 obtenida. obtenida. Modelo 2009

Dado el equilibrio: equilibr io: C ( s) s) + H2O ( g )

p n

CO ( g ) + H2 ( g g )

justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaci ones: p(CO )  p( H 2 ) a) La expresión de la constante de equilibrio K p es: K p = . p(C)  p ( H 2 O ) b) b) Al añadir más carbono el equilibrio se desplaza hacia la derecha . c) En esta reacción el agua actúa como oxidante. oxidante. d) El equilibrio se desplaza hacia la izquierda cuando aumenta la presión total del sistema. sistema . Modelo 2010

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25 í

El cloruro clorur o de plata (I) (I ) es una sal muy insoluble en agua . a) Formule el equilibrio heterogéneo de disociación. disociación . b) b) Escriba la expresión de la constante de equilibrio de solubilidad (K s) y su relación con la solubilidad molar (s). (s ). c) Dado que la solubilidad aumenta con la temperatura, justifique si el proceso de disolución es endotérmico o exotérmico. exotérmico . d) Razone si el cloruro de plata (I ) se disuelve más o menos en agua cuando hay cloruro de sodio en disolución. disolución . Modelo 2007

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CUESTIONES RESUELTAS

Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í Modelo de exa examen men pa par a 2005 í Cuest Cuest ión ión 3

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Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í Modelo de exa examen men pa par a 2005 í Cuest Cu est ión ión 3

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Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í E xa xamen men de sept de sept iembre de 1998 í Cuest Cuest ión ión 5

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Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í E xa xamen men de junio unio de 2009 í Cuest Cuest ión ión 3

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Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í E xa xamen men de junio unio de 2010 (Fa se (Fa se Gener al) í O pc O pción ión B í Cuest Cuest ión ión 2

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Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í Modelo de exa examen men pa par a 1999 í Cuest Cuest ión ión 2

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Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í E xa xamen men de junio unio de 2010 (Fa se (Fa se E specíf ica ) í O pción pción B í Cuest Cuest ión ión 2

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Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í E xa xamen men de junio unio de 2010 (Fa se (Fa se E specíf ica ) í O pción pción B í Cue Cue st ión ión 2

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Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í Modelo de exa examen men pa par a 2010 í O pc O pción ión A í Cuest Cuest ión ión 3

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Ejerci ercicios de acceso a l a Univers Universiid ad í d í Modelo de exa examen men pa par a 2010 í O pc O pción ión A í Cuest Cuest ión ión 3

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