CINÉTICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO 1.
A. B. C. D. E.
Exprese la ecuación de velocidad para el siguiente proceso químico:
mol-1.L-1.s-1 mol-1.L-1.s mol-1.L .s mol .L-1.s-1 mol-1.L .s-1
CaCO3(s) CaO(s) + CaCO2(g) A. B. C. D.
Velocidad = k.[CO2] Velocidad = k.[CaCO3] Velocidad = k Velocidad = k.[CaO].[CO2] k[Ca [CaCO3 ] E. Velocidad = [CaO]
Para el proceso considerado elemental:
2 NO(g)
CaCO3(s) CaO(s) + CaCO2(g) Velocidad = k Dado a que el único reactivo ( CaCO3) es sólido. Alternativa C
L.s 1 s
Las reacciones elementales son aquellas que ocurren en un solo paso o etapa. Para estas la velocidad de reacción es proporcional a la concentración de los reactivos elevados a sus respectivos coeficientes estequiométricos:
2 NOBr(g)
2NO(g) + Br2(g)
La ecuación de la velocidad es: Vrxn = k [NOBr]2 Alternativa A Considerando el tiempo expresado en segundos y las concentraciones molares en mol.L-1, determine las unidades de la constante específica de velocidad para la siguiente reacción elemental:
2 NO(g)
= k .
= k .
mol 2 L2 mol L
k = mol−1 .L.s −1 Alternativa
E
2NO(g) + Br2(g)
Determine la ecuación cinética para dicha reacción química: A. Vrxn = k [NOBr] 2 B. Vrxn = k[NO]1/2 [Br 2] C. Vrxn = k [NOBr] D. Vrxn = k [NOBr] [NO] 2 E. Vrxn = k [NO] [Br 2]2
3.
mol
Considerando a la siguiente reacción como elemental:
2 NOBr(g)
N2(g) + O2(g)
La ecuación de la velocidad es la siguiente: si guiente: 2 Vrxn = k [NO] Considerando solamente las unidades de la velocidad de reacción (mol/L.s) y de la concentración molar (mol/L), se obtienen las unidades para la contante específica de velocidad. mol / L = k .(m .(mol / L)2 s
La velocidad de una reacción es proporcional a la concentración de los reactivos en fase gaseosa. Para el proceso:
2.
N2(g) + O2(g)
4.
Se recogieron datos de velocidad para la siguiente reacción a una determinada temperatura
A + B
productos
Experimento
[A]0 (M)
[B]0 (M)
Velocidad inicial de reacción (M.s -1)
1 2 3 4
0,2 0,4 0,2 0,2
0,2 0,2 0,4 0,6
0,004 0,016 0,008 0,012
Con dichos datos determine el orden global de la reacción A)1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 Para el proceso:
A + B
productos
La expresión de la velocidad es la siguiente: Vrxn = k [A]x.[B]y Con los datos experimentales es posible determinar el orden global de la reacción (x + y). Reemplazando los datos experimentales en la ecuación cinética: Experimento 1: 0,004 = k (0,2) x.(0,2)y ….. (1)
Determine la concentración molar del CO2 en el equilibrio, si la concentración del CO en equilibrio es 0,8M. A) 0,24 M B) 0,48 C) 0,96 D) 1,92 E) 3,84
Experimento 2: 0,016 = k (0,4) x.(0,2)y….. (2) Experimento 3: 0,008 = k (0,2) x.(0,4)y….. (3) Relacionando la ecuación 1 y 2 y la ecuación 1 y 3, se obtienen x e y respectivamente. 0, 016 k.(0, 4) x .(0, 2) y 0, 004 (2) 2
=
x
k.(0, 2) .(0, 2)
= (2)
Para el sistema en equilibrio: FeO(s) + CO(g) ⇌ Fe(s) + CO2(g)
y
Eq
x
0, 004 (2)1
=
k.(0, 2) x .(0, 2) y y
y =1 Orden global de la reacción: x+ y = 2 + 1 = 3 Alternativa 5.
0, 6 =
7.
L
0,15
L
[ NH3 ] 3 [ N 2 ][ H 2 ]
K c =
(0,15)
2
(0,3)(0,5)
8.
Alternativa D En el siguiente equilibrio heterogéneo:
FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g) K c = 0,6
constantes
de
Una mezcla de equilibrio en un recipiente de 5,00 L contiene 0,625 moles de PCl 5 y 0,80 moles de PCl 3. ¿Qué concentración de equilibrio de Cl2 debe haber presente?
PCl3(g) + Cl2(g)
3
K c = 0, 60 6.
Señale en cual de los siguientes procesos químicos se cumple que ( K c / K p ) = 1 A. CO(g) + Cl2(g) COCl2(g) B. N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) C. C(s) + O2(g) CO2(g) D. 2 KClO3(s) 2 KCl(s) + 3 O2(g) E. 2 CO(g) + O2(g) 2 CO2(g)
Para que (K c/K p) = 1, se debe cumplir que ∆n = 0. Para el proceso: 1C(s) + 1O2(g) 1CO2(g) ∆n = (1-1) = 0 Alternativa C
L
2
B
K p = K c(RT)∆n
mol
Cálculo de la constante de equilibrio para el sistema: K c =
(0,8)
La relación entre las equilibrio K c y K p es:
Para el sistema en equilibrio: N 2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH 3(g) mol
(x)
Alternativa
Una mezcla en equilibrio contiene 0,30 mol/L de N 2, 0,5 mol/L de H 2 y 0,15 mol/L de NH 3. Calcule el valor de Kc. A) 1,2 B) 0,8 C) 1,0 D) 0,60 E) 2,0
0, 5
L
C
N2(g) + 3 H 2(g) 2 NH3(g)
mol
mol
[ CO2 ] = x = 0, 48 mol / L
En la síntesis de Haber, el nitrógeno reacciona con el hidrógeno en fase gaseosa para formar amoniaco , según:
Eq 0, 3
x
Cálculo de la concentración en equilibrio para el CO2(g): [ CO 2 ] K c = [CO ]
k.(0, 2) x .(0, 4) y
= (2)
mol L
x =2 0, 008
0, 8
PCl5(g)
K c = 1,9
A) 0,822M B) 0,411 C) 0,205 D) 0,615 E) 1,025 Para el sistema en equilibrio:
PCl3(g ) Eq
+
0, 80 mol
5L
Eq 0,16
mol
Cl 2(g ) ⇌ PCl5(g ) x
x
mol
0, 625 mol
L
5L
mol
0,125
2NO (g ) Inicio 0, 40
mol
L L L Cálculo de la concentración en equilibrio para el Cl2(g): [ PCl5 ] K c = [ PCl3 ][Cl2 ]
1,9 =
Rxn
0, 32
Eq
0, 08
Alcanzado el estado de equilibrio se observa que el 80% del NO ha reaccionado con el oxígeno. Determine la constante de equilibrio K c. A) 80 B) 70 C) 64 D) 32 E) 128 iniciales +
0,16
L mol
0, 20
L
de
las
0, 72 mol
2L
2L 0, 36
mol
mol
L mol
L
0, 32
L
mol
L
[ NO2 ] 2 [ NO] [ O 2 ] (0,32) 2
K c
=
Kc
= 80
(0,08) 2 (0,2)
A
2NO2(g) N2O4(g) La constante de equilibrio K c es 6,25. Determine el valor de la constante de equilibrio para la reacción: 1 2
A) 12,5
N2O4(g) NO2(g)
B) 156,25 C) D) 0,4 E) 3,54
0,16
Al invertir la ecuación en equilibrio, la nueva constante de equilibrio es la inversa de la constante de equilibrio original.
−
Cálculo de la constante de equilibrio K c:
mol
0, 32
10. Para la siguiente reacción en equilibrio:
−
L L Cálculo de la cantidad de NO que ha reaccionado. 80 mol mol %NO rxna = .0, 40 = 0,32 100 L L
−
L
Alternativa
O2(g ) ⇌ 2NO 2(g )
0, 80 mol
mol
mol
mol
B
2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)
Inicio 0, 40
L
K c =
(0,16)(x)
En un recipiente previamente evacuado de 2 L de capacidad, se introducen 0,80 moles de NO y 0,72 moles de O 2, los cuales reaccionan según:
Inicio
0, 36
(0,125)
Alternativa
Concentraciones sustancias: 2NO (g )
mol
O 2(g ) ⇌ 2NO 2(g )
2
[ Cl2 ] = x = 0, 411mol / L 9.
+
2NO2(g) N2O4(g)
K c = 6,25.
N2O4(g) 2NO2(g)
K c(1) =
K c(1) =
1 Kc
=
1 K c
1 6, 25
K c(1) = 0,16 Al dividir la ecuación química entre dos, la constante de equilibrio final es la raíz cuadrada de K c(1).
1 2
1
N2O4(g) 2NO2(g)
K c(1) =
N2O4(g) NO2(g)
K c(2) = K c(1)
K c
Las concentraciones iniciales del CO y del H2O son respectivamente 0,22M y 0,07M. Alternativa A
K c(2) = 0,16 K c(2) = 0, 4 Alternativa D 11. A continuación se muestran datos de equilibrio para el proceso cuya constante K c es 4x10-2 CO (g ) + H 2 O ( v) ⇌ CO 2( g ) + H 2(g ) Eq. 0, 05 M 0, 02M Usando estos datos, determine las concentraciones iniciales del CO y del H2O respectivamente: A. 0,22M y 0,07M B. 0,22M y 0,67M. C. 0,67M y 0,22M. D. 0,22M y 0,16M. E. 0,07M y 2,91M.
12. En un reactor de 1 L se introducen 5 mol de I2 y 6 mol de H 2 a 350°C hasta que la reacción alcanza el estado de equilibrio:
I2(g) + H 2(g) 2 HI(g) Si se determinó que la constante de equilibrio era igual a 32 a dicha temperatura. Determine la concentración del HI en el equilibrio A) 4 B) 8 C) 12 D) 16 E) 24 Concentraciones sustancias: H 2(g ) Inicio
Considere para el sistema que las concentraciones iniciales del CO y del H2O son C1 y C2 respectivamente.
Inicio
iniciales +
5 mol
1L
1L
mol
Inicio Rxn Eq
+
H 2 O(V ) ⇌
C1 M
C2 M
xM
xM
(C1 − x) M (C 2 − x) M
0,05M
CO2(g )
+
H 2(g )
−
−
xM
xM
xM
xM
CO(g )
+
Eq ( C1 − 0, 02) M
Inicio
6
R xn
x
0,02M
0, 02 M
Eq
4x10 −2 C1
=
(0,02).(0,02) (C1 − 0, 02).(0, 05)
= 0, 22 M
5
L mol
x
mol
−
L mol
2x
mol
L
(6 − x)
L 2x (mol / L)
(5 − x) 2
[ HI] K c = [ H 2 ][ I 2 ] 32 =
0, 02 M
Cálculo de la concentración inicial del CO(g) [CO 2 ][ H 2 ] K c = [ CO][ H 2O ]
mol
L
H 2 O (V) ⇌ CO 2(g) + H 2(g ) 0, 05 M
−
L
Cálculo de la concentración del HI en equilibrio sabiendo que K c = 32 H 2(g ) + I 2(g ) ⇌ 2HI (g )
Se deduce: x = 0,02 M C2 – x = 0,05 M C2 = 0,07 M En el proceso en equilibrio se tiene:
−
mol
5
L
CO(g )
las
I 2(g ) ⇌ 2HI (g )
6 mol
6
de
(2x)2 (6 − x).(5 − x)
x=4 La concentración del HI en el equilibrio es: [HI] = 2x = 8 mol/L Alternativa B 13. Respecto a la siguiente reacción exotérmica en equilibrio, señale que factores favorecen la producción de SO 3:
2 SO2(g) + O2(g) I.
2 SO3(g)
Añadir continuamente O2 al sistema.
II. La refrigeración del sistema. III. Disminuir la presión del sistema a temperatura constante. A) I y II B) I y III C) II y III D) Solo I E) I, II y III Los factores que permiten incrementar el rendimiento en la producción del SO 3 son: • Incrementar la concentración del SO2 y del O2 o disminuir la concentración del SO3. • Aumentar la presión del sistema. • Disminuir la temperatura del proceso (refrigerar el sistema), ya que la reacción es exotérmica. Alternativa A 14. Dada la siguiente reacción en equilibrio a 1 000°C:
2 NO2(g) + 2 Br2(g) 2 NOBr2(g) + O2(g) Señale verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. El incremento de la presión desplaza el equilibrio en el sentido directo. II. Para este proceso K c = K p. III. Al retirar continuamente O2 a medida que se forma desplaza el equilibrio en el sentido directo. A) I y II B) I y III C) II y III D) Solo I E) Solo III
I. VERDADERO El incremento de la presión desplaza el equilibrio en el sentido en el que exista el menor número de moles gaseosas. Para el proceso analizado el incremento de la presión desplaza el equilibrio en el sentido directo.
II. FALSO Para el proceso:
2 NO2(g) + 2 Br2(g) 2 NOBr2(g) + O2(g) ∆n = (2+1) – (2 + 2) = -1 ∆n
K p = K c(RT)
K p = K c(RT)-1
III. VERDADERO El disminuir la concentración del O 2 en el sistema desplaza el equilibrio en el sentido
directo. Esto se logra retirando el O 2 a medida que se forma. Alternativa B 15. Dado el siguiente equilibrio en fase gaseosa:
2 NO(g) N2(g) + O2(g) H = 43,5 kcal/mol
∆
I. El aumento de la temperatura favorece la formación de N2 y O2. II. Los cambios de presión o volumen no provocan variación del estado de equilibrio. III. Al aumentar la temperatura disminuye el valor de la constante de equilibrio. Es correcto afirmar; A) Solo II B) II y III C) I y III D) I, II y III E) I y II
I. VERDADERO El proceso mostrado es endotérmico ya que ∆H > 0. 2 NO(g) + 43,5 kcal/mol
N2(g) + O2(g)
El incremento de la temperatura en un proceso endotérmico favorece la reacción directa, es decir; incrementa el rendimiento de los productos.
II. VERDADERO Para este proceso la variación del número de moles de reactivos y productos en el equilibrio es cero. ∆n = (1+1) – (2) = 0 En procesos de este tipo el equilibrio no se ve afectado por cambios de presión y/o volumen.
III. FALSO Al incrementar la temperatura se favorece el proceso directo y por lo tanto aumenta el valor de la constante de equilibrio. Alternativa
E
