NDICE Prloyo Ayradecmentos Tema 1. Concetos bscos 1 Tema 2. Estructura de la matera 51 Tema 3. Termoqumca y Cntca 133 Tema 4.Equlbro qumco 181 Tema 5. Reaccones de transjerenca de rotones 251 Tema 6. Reaccones de transjerenca de electrones 315 Tema 7. Qumca del carbono 389 Closaro 411 Iniciacin a la QumicaI PRLOGO Elobjetivoprimordialquenoshemospropuestoalescribirestelibrode cuestionesyproblemashasidoeldecomplementarlosconocimientosteoricos sobre Quimica de los estudiantes de Enseanza Vedia que deseando acceder a la Universidad deben realizar la correspondiente Prueba de Acceso a la Universidad (PAU). Puesto que, hemos constatado que el objetivo de los discentes de resolver convenientementelosejerciciosyproblemasdeQuimicapodriamejorarsesila comprensiondelosconceptosquimicosfundamentalesesdetalgradoquesean capacesdeaplicarlosacasosconcretos.0eaquiqueelconocimientoy profundizaciondelosconceptosfundamentalesseaunodelosobjetivos formativos prioritarios de este texto. Este libro va dirigido principalmente a los alumnos andaluces de 2 Curso de8achillerato(L0CSE)quedebensuperarelexamendeQuimicadelasPAU, ademstambinesextensiblealosalumnosquecursenQuimica,entreotras asignaturas, y desean presentarse a las PAU para mayores de 25 aos, puesto que a lo largo de los Capitulos en que se ha dividido el texto se proponen y resuelven muchosproblemasycuestionesquehansidopropuestosenlosexmenesde QuimicadelasPAUcelebradasenAndalucia.Finalmente,tambinvadirigidoa los alumnos que cursan la asignatura de libre eleccion: Quimica de Nivelacion.

Estapublicacion,tieneunmarcadocarcterdidctico,frutodelaexperienciadelosautoresenladocenciadelaQuimica,tantoalniveldela EnseanzaUniversitariacomodelaEnseanzaSecundaria,tieneademsotras caracteristicas que la hacen singular: Los capitulos se han comenzado con una introduccion teorica, muy breve, de aquellosconceptosfundamentalesnecesariosparalaresoluciondelas cuestiones y de los problemas propuestos (240). Esto hace que la compresion delosconceptosfundamentalesdeQuimicaseamsasequibley comprensible paralos estudiantes,puesto quelos conceptos teoricos se van exponiendoyresolviendopaulatinamenteatravsdelascuestionesquese plantean.Esteprocedimientodeadquisicionymaduraciondelosconceptos fundamentalesdelaQuimicaesunprocesoquehacemuchomsfactibley asequible la comprension de la 0isciplina. Lascuestionesyproblemasquesehanseleccionadoestntodasresueltas, estando expuestas de forma que la complejidad de las mismas sea creciente, segunseavanzaencadaunodeloscapitulos.Porotraparte,las explicacionesqueseaportanenlascuestionesyproblemasestn PrlogoIIpormenorizadas, aunque a medida que se progresa en cada uno de los temas los desarrollos van simplificndose, al objeto de procurar que el aprendizaje seagratificante.Adems,elobjetivoquesepersiguedurantelaexposicion delas cuestionesy problemas en todos los capitulos es resolverunicamente losmodeloscaracteristicosdecadaunodeellos,huyendodelarepeticion, con el proposito de hacer ms ameno el estudio de cada capitulo. Elcontenidosehaestructuradoensietecapitulos(Conceptos8sicos, Estructuradelamateria,Termoquimica,cinticaquimicayEquilibrio quimico,Peaccionesdetransferenciadeprotones,Peaccionesde transferenciadeelectronesyQuimicadelcarbono),estoscapitulosestn relacionadosconlosFundamentosdeQuimicaqueseexigenensegundo cursode8achilleratoyenlasPruebasdeAccesoalaUniversidad,paralos alumnosdeL0CSE,paralosalumnosVayoresde25aosyenlaasignatura deQuimicadeNivelacionqueseestnimpartiendoenelprimercursode algunasFacultades.Porotrolado,estapublicacionlespuederesultarmuy conveniente a aquellos alumnos universitarios matriculados enQuimica oen asignaturasrelacionadasconconceptosquimicosyquenohayancursado QuimicaenlaEnseanzaSecundaria.Enconsecuencia,esatodosestos alumnos a los que va dirigido este texto. Tema 1. Conceptos bsicos. Se tratan los conceptos bsicos tales como tomo, molcula, mol, elemento, leyes ponderales y de los gases, numero de Avogadro, etc. Comoentododesarrollocientificosepartedeunosconceptos fundamentalesbsicos sobrelos cuales se va a construir todo eledificio cientifico que se desarrolla en este texto. Tema 2. Estructura de la materia. PAPTE A. Estructura atomica y Sistema Periodico. En relacion con estos contenidos se procura conocer las particulas fundamentalesqueconformanlostomos,asicomolosconceptosde numerosatomicoymsico.Sedesarrollanlasideasbsicassobreel modeloatomicode8ohr,asicomolacuantizaciondelaenergiadelos tomos.Unaintroduccionalaaportacionquesuponelamecnica ondulatoria en la evolucion del concepto de tomo, asi como los tipos de orbitalesysusrelacionesconlosnumeroscunticos.Utilizaciondel sistemaPeriodicoparalaexplicaciondelavariaciondelaspropiedades periodicas. Iniciacin a la QumicaIII PAPTE 8. Enlace quimico Se trata de progresar en el papel que juega en el enlace quimico laconfiguracionelectronicaexternadelostomos.Losfundamentosy propiedadesdelosenlacescovalente(TeoriasdeLewisydelenlacede valencia),ionico(Energiareticular),metlico(modelodelanube electronica) y de las fuerzas intermoleculares. Tema J. Termodinmica Sepretendeprofundizarlosconceptosdecalorytrabajodelos sistemas, asi como de energia interna y entalpia. Se intenta alcanzarun relativamenteelevadogradodefamiliarizacionconlosclculosde entalpias de las reacciones quimicas. Tema 4. Cintica quimica y Equilibrio quimico PAPTE A. Cintica Quimica Setratadeconocerlavelocidaddereaccion,suleypara reacciones quimicas sencillas y factores que influyen sobre la misma, asi como los conceptos de complejo activado y energia de activacion. PAPTE 8. Equilibrio quimico homogneo Se desarrollan los conceptos de cociente de reaccion y equilibrio dinmico,asicomosabercalcularlasconstantesdeequilibrioylas cantidadesqueintervienenenunareaccionquimica.Sepretendeque sepan emplear el Principio de Le Chatelier para predecir los efectos que se producen en una reaccion quimica en equilibrio por accion de factores externos. PAPTE C. Equilibrio quimico heterogneo Sedeseaprogresarenlacompresiondelasreaccionesquimicas enequilibriocuandoserealizanenmediosheterogneos.Comose afectanlasconstantesdeequilibrioycomosedesplazanlosequilibrios enmediosheterogneos.Sehaincluidotambinunbrevedesarrollode lasreaccionesdeprecipitacionaunqueenelcurriculumdebachillerato no figura este tipo de reacciones. Tema 5. Peacciones de transferencia de protones PrlogoIV Se trata de conocer y aplicar las teorias cidobase de Arrhenius y 8ronstedLowryyllegaracorrelacionarlafuerzadeloscidosydelas bases con las magnitudes de las constantes de disociacion de los cidos y de las bases, respectivamente. Comprender y efectuar clculos con el pH y p0H. Las reacciones de hidrolisis se han tratado solo cualitativamente. Se efectua unaintroduccion a las valoraciones cidobase. Tema 6. Peacciones de transferencia de electrones PAPTE A. Peacciones redox Sepretendequeseidentifiquesinambiguedadunareaccion redox,asicomolosconceptosdeoxidante,reductorynumerode oxidacion. 0espus de efectuar las cuestiones y problemas debe llegarse amanejarconsolturaelajustedereaccionesredoxporelmtododel ionelectron. PAPTE 8. Electroquimica Setratadeconocerlosconceptosdepotencialesnormalesde electrodos,conespecialreferenciaalosdereduccion,asicomoalde equivalentedeunoxidanteodeunreductoryladistincionentrepilay cuba electrolitica. Se aprende a calcular con soltura la espontaneidad de una reaccion redox, el clculo de la f.e.m. de una pila y la utilizacion de las leyes de Faraday. Tema 7. Quimica del carbono Sepretendeconestetemaqueelalumnoconozcalostiposde enlacecarbonocarbonoysusconsecuenciasgeomtricassobrelas molculas,asicomolosconceptosdegrupofuncional,seriehomologae isomeriasprincipales(cadena,funcion,posicion,geomtricayoptica). Algunos tipos de reacciones orgnicas se llegan a conocer someramente, talescomoreaccionesdesustitucion,reaccionesdeadicion,reacciones de eliminacion y reacciones de combustion. L0S C00P0NA00PES Iniciacin a la QumicaV Ayradecmentos 0eseamosexresarnuestrayrattudalaComsndel 0strtoUncoAndaluzyalaComsnCoordnadora UnverstaradeAndaluca,orsuejcazyestnenlaedcn de esta obra. Asmsmo,deseamosdarlasyracasatodasaquellas ersonasquenoshanaoyadoysncuyontersyentusasmo hubese sdo mosble la ublcacn de este lbro. Iniciacin a la Qumica1Tema 1 Conceptos bsicos Aspectos Tericos 1.1 Masa atmica y molecular Debidoalasdimensionestanreducidasdelostomosydelasmolculas,las masasdeambossonmuypequeas,delordende10-27Kg,yparatrabajarconmayor comodidad, se ha definido la unidad de masa atmica (uma) como la doceava parte de la masa del istopo de carbono 12, al cual se le asigna una masa de 12 uma. Cuandosedicequelamasaatmicadelnitrgenoes14uma,seindicaquela masadeuntomodenitrgenoes14vecesmayorqueladoceavapartedelcarbono12. Por otro lado, como las molculas estn formadas por tomos y estos tienen masa, tambin la tendrn las molculas. A esta masa se le llama masa molecular y se obtiene teniendo en cuenta la masa atmica de cada elemento que integra el compuesto y el nmero de tomos que interviene. As, la masa molecular del amoniaco es 17 porque:M (NH3) = 1 x 14 + 3 x 1 = 17 uma 1.2 Concepto de mol Nmero de Avogadro: Es el nmero de tomos contenido en 12 g del istopo del carbono 12 y tiene un valor de NA = 6023 1023. Moleslacantidaddesustanciaquecontienetantasentidadeselementales (tomos, molculas, iones, etc.) como tomos hay en 12 g del istopo del carbono 12. Por tanto,unmol detomos contiene6023 1023tomos;unmoldemolculascontiene 6023 1023 molculas; un mol de iones contiene 6023 1023 iones; etc. Lamasadeunmoldeentidadeselementales(60231023)expresadaengramos sedefinecomomasamolar,Mm.Lamasamolarcoincideconelvalordelamasa molecularsibienlaprimeraseexpresaengramosylasegundaenunidadesdemasa atmica. As, por ejemplo, la masa molar del cido sulfrico es: Conceptos bsicos2 M m (H2SO4) = 98 g mientras que la masa molecular del cido sulfrico es:M(H2SO4) = 98 uma 1.3 Volumen molarUnmoldecualquiergas,encondicionesnormalesdepresin(1atm)y temperatura(0o C=273K)ocupasiempreunvolumende224L,aestevolumensele denomina volumen molar y segn la definicin de mol, contiene 6023 1023 molculas. Ecuacin de los gases perfectos o ideales Se escribe:p V = n R T dondep, es la presin en atmsferas; V, es el volumen en litros; n, es el nmero de moles ; T, es la temperatura absoluta (K) y R, es la constante de los gases perfectos cuyo valor es 0082 atm L / K mol. 1.4 Concentracin de una disolucin Lasdisolucionessonmezclashomogneasdedosomssustancias.Slose estudiarncasosdedisolucionesdedoscomponentes(binarias).Normalmenteel componentequeseencuentraenmayorproporcinsedenominadisolventeyelquese encuentra en menor proporcin se denomina soluto. Cuando uno de los componentes es el agua se toma como disolvente. La concentracin de una disolucin es la cantidad de soluto disuelta en una cierta cantidad de disolvente o de disolucin. Se puede expresar de formas diferentes, entre otras, como: Tanto por ciento en peso (%): Indica el nmero de gramos de soluto contenidos en 100 g de disolucin Molaridad(M):Indicaelnmerodemolesdesolutodisueltoencadalitrode disolucin. Molalidad(m): Indicaelnmerodemolesdesolutodisueltoencadakilogramo de disolvente. Iniciacin a la Qumica3Fraccin molar (x o jmolar): La fraccin molar de soluto o de disolvente, indica la relacinentreel nmerode molesdesoluto o disolvente yelnmerototal demolesenla disolucin. Evidentemente, la suma de la fraccin molar de soluto y la de disolvente es uno. Normalidad (N): es el nmero de equivalentes de soluto contenidos en un litro de disolucin.Estaformadeexpresarlaconcentracinhasidomuyusadaanteriormente aunqueenlaactualidadhasidosustituidaporlamolaridad.Noobstanteenlostemasde oxidacin reduccin se proponen algunos ejercicios en los queseutiliza el conceptode equivalente. Conceptos bsicos4 Resolucin de Cuestiones Cuestin 1 Cuestin 1 Cuestin 1 Cuestin 1 Sabiendo que la masa molecular de hidrogeno es 2 y la del oxigeno J2, conteste razonadamente a las siguientes cuestiones: a)Quocuparmsvolumen,unmoldehidrogenoounmoldeoxigenoenlas mismas condiciones de presion y temperatura: b) Qu tendr ms masa, un mol de hidrogeno o un mol de oxigeno: c) 0onde habr ms molculas, en un mol de hidrogeno o en un mol de oxigeno: Solucin c) 0espe]cndo el volumen de lc ecuccon de los ycses per]ectos: El volumen de hdroyeno y de oxyeno cl ser n un mol en cmbos ccsos y ser p y T yucles, serc el msmo. b) Aplccndo el concepto de mol: 1 mol H2 `02J 102J molculcs H2 2 y 1 mol O2 `02J 102J molculcs O2 J2 y Por tcnto, lc mcsc de un mol de oxyeno es superor c lc mcsc de un mol de hdroyeno. c) Como se hc vsto en el cpcrtcdo cnteror en cmboshcy el msmo nmero de molculcs. Cuestin 2 Cuestin 2 Cuestin 2 Cuestin 2 En1mJdemetano(CH4),medidoencondicionesnormalesdepresiony temperatura, calcule: a) El numero de moles de metano. b) El numero de molculas de metano. c) El numero de tomos de hidrogeno. n R T\=pIniciacin a la Qumica5Solucin c) Aplccndo el concepto de volumen molcr y como 1 mJ = 1000 L, cclculcmos el nmero de moles de metcno de lc syuente ecuccon: b)Aplccndoelconceptodemol,elnmerodemolculcsdemetcnopuede cclculcrse de lc syuente expreson: 42J41 mol CH 44 moles02J 10molculcs CH x= x = 2'8 1025 molculcs de metcno c) En ccdc molculc de metcno hcy cuctro ctomos de hdroyeno, por tcnto: n de ctomos de H = 4 x 2'8 1025 ct. = 1'0Z4 102 ct. de hdroyeno Cuestin 3 Cuestin 3 Cuestin 3 Cuestin 3 En 0'5 moles de C02, calcule: a) El numero de molculas de C02 b) La masa de C02. c) El numero total de tomos. Datos. Masas atmicas: C = 12; O = 16. Solucin c)ComoenunmoldedoxdodeccrbonohcyelnmerodeAvoycdrode molculcs de doxdo de ccrbono, en 0'5 moles hcbrc: 22J21 mol CO 05 moles02J 10molculcs CO x= x = J'011 102J molculcs de CO2 b) Lc mcsc de doxdo de ccrbono, serc: Mm (CO2) = 44 y =224 L metcno 1000 L ; x = 44 moles de metcno1 mol metcno xConceptos bsicos6 2221 mol CO 05 moles ; x = 22 y de CO44 y CO x=c) Como en ccdc molculc hcy tres ctomos (uno de ccrbono y dos de oxyeno), el nmero totcl de ctomos serc: 22J1 mol CO 05 molesJ x 02J 10ctomos x=x = '0J4 102J ctomos Cuestin 4 Cuestin 4 Cuestin 4 Cuestin 4 Pazone qu cantidad de las siguientes sustancias tiene mayor numero de tomos: a) 0'J moles de S02. b) 14 gramos de nitrogeno molecular. c) 67'2 litros de gas helio en condiciones normales de presion y temperatura. Datos. Masas atmicas: N=14; O=16; S=32. SolucinCclculcmos el nmero de ctomos en ccdc cpcrtcdo: c) Aplccndo el conceptode mol y como en ccdc molculc de doxdo de czu]re hcy tres ctomos (uno de czu]re y dos de oxyeno): Mm (SO2) = 4 y 2J 22J1 mol SO 0J moles ; x = 5421 10ctomos J x 02J 10ctomos x= b) Como en ccdc molculc de ntroyeno hcy dos ctomos de ntroyeno, el nmero de estos serc: Mm (N2) = 28 y = x = 1J0' k1/mol b) Lc vcrccon de eneryc nternc estc relcconcdc con lc vcrccon de entclpc seyn lc ecuccon:H= 0 + nRTsendonlcvcrcconen el nmero de moles ycseosos que exste en lc recccon, por lo que despe]cndo y susttuyendo: 0=H nRT=1J0' k1/mol (1) .8 3 1298 1358 41000= 11k1 K k1/molK.mol1 Puesto quen = 2J = 1. Problema Problema Problema Problema 6 66 6 CalculelaenergiamediadelosenlacesquimicosC-HyC-Cutilizandolosdatos de la tabla siguiente: SustanciaProcesoH (kJ/mol) CH4 (g)Formacion74'8 C2H6 (g)Formacion85 C(s)C(g)Sublimacion715 H2 (g)0isociacion4J6 Iniciacin a la Qumica151 Solucin c) Pcrc cclculcr lc eneryc de enlcce CH, necestcmos unc ecuccon termoqumcc en lc que cpcrezcc dchc eneryc en ]uncon de los dctos cportcdos. Lc ecuccon busccdc es lc de dsocccon del metcno en sus ctomos consttuyentes: CH4(y) C(y) + 4H(y)4 = C Ho orH H( ) Lc entclpc de lc recccon cnteror lc podemos cclculcr cplccndo lc ley de Hess, como sumc de vcrcs recccones que nos ndccn: (1)C(s) + 2H2(y) CH4(y)74 8oH k1/mol = (2)2C(s) + JH2(y) C2H (y)85oHk1/mol = (J)C(s) C(y) 715oHk1/mol =(4)H2 (y) 2H(y)436oHk1/mol = E]ectvcmente, s sumcmos (J) - (1) +2(4)obtenemos lc ecuccon problemc: (J)C(s) C(y)715oHk1/mol =(1) CH4(y) C(s)+2H2(y) 74 8 =oH k1/mol2(4)2H2 (y) 4H(y)2 436oH ( ) k1/mol = CH4(y) C(y) + 4H(y) 715 74 8 2 436 1661 8 = + + =orH ( ) k1/mol lueyo:4 1661 8 = =o orH H(CH) => 1661 8 4 415 4oH(CH) / k1/mol = = b) Pcrc cclculcr lc eneryc de enlcce CC plcntecmos lc ecuccon de dsocccon del etcno en sus ctomos consttuyentes: C2H (y) 2C(y) + H(y)6 = + o o orH H(C C) H(C H) oRH se puede cclculcr por lc ley de Hess como sumc de2(J) (2) + J(4): 2(J)2C(s) 2C(y) 2 715oH ( ) k1/mol = (2)C2H (y) 2C(s) + JH2(y) 85oHk1/mol =J(4)JH2 (y) H(y)3 436oH ( ) k1/mol = C2H (y) 2C(y) + H(y) 2 715 85 3 436 2823 = + + =oRH ( ) ( )k1/mol lueyo 6 2823 = + =o o orH H(C C) H(C H)k1/mol y despe]cndo 2823 6 415 4 330 6 = =oH(C C) k1/mol 152 Termoqumica y Cintica Problema Problema Problema Problema 7 77 7 LasvariacionesdeentalpiasdeformacionestndardelCH4(g),C02(g)yH20(l) son, respectivamente, 74'8 kJ/mol; J95 kJ/mol y 285'5 kJ/mol. Calcule: a) La variacion de entalpia de combustion del metano. b) El calor producido en la combustion completa de 1 mJ de metano medido en condiciones normales. 0ato: P=0'082 atm L K1mol1. Solucn c)CH4(y) + 2O2(y) CO2(y) + 2H2O(l)orH Pcrc lc recccon cnteror vcmos c cclculcr lc entclpc bcscndonos en lcpropedcd de lc entclpc de ser unc ]uncon de estcdo, es decr no depende del ccmno seyudo sno de lc posconnccl y ]ncl,por lo tcnto lc podemos exprescr como: 22 = = +o o o o o or ] (productos) ] (recctvos) ] ] 2 ] 4H H H H(CO) H (H O)H (CH) 395 2 285 5 74 8 891 2 = + = orH ( ) ( ) k1/mol b) Pcrc este cclculo tenemos en cuentc que un ycs en condcones normcles ocupc un volumen de 22,4 L, lueyo: 331000 1 891 21 397861 22 4 1= =Lmol k1Qm k1 m Lmol Problema Problema Problema Problema 8 88 8 a)Calculelavariaciondeentalpiadeformaciondelamoniaco,apartirdelos siguientesdatosdeenergiasdeenlace:(H-H)=4J6kJ/mol;(N-H)=J89kJ/mol; (NN)=946 kJ/mol. b) Calcule la variacion de energia interna en la formacion del amoniaco a la temperatura de 25C. 0ato: P=8'J1 J K1mol1. Solucn c) Escrbmos lc reaccion de ]ormccon del cmoncco: 23H2(y) + 21N2(y) NHJ(y) y c pcrtr de los dctos se pueden obtener lcs recccones: Iniciacin a la Qumica153 (1)H2 (y) 2H(y)436 =oHk1/mol(2)NHJ (y) N(y) + JH(y) 3 389 =oH ( ) k1/mol(J)N2 (y) 2N(y)946 =oHk1/mol Podemos observcr que sumcndo 21(J) + 23(1) - (2) se obtene lc recccon problemc: 21 (J) 21N2 (y) N(y)946 2oH /k1 =23 (1) 23H2 (y) JH(y) 3 436 2 =oH ( )/k1 (2)N(y) + JH(y) NHJ (y)3 389 = oH ( ) k1 sumc23H2(y) + 21N2(y) NHJ(y) 946 2 3 436 2 3 389 40 = + = orH / ( )/ ( )k1/mol b) 0 = H nRT = 40 k1/mol (1) .8 31 1298 37 510001k1 K k1/molKmol1=pues n de lc recccon problemc = 1 21 23= 1. Problema Problema Problema Problema 9 99 9 El amoniaco, a 25C y 1 atm, se puede oxidar segun la reaccion: O(l) 6H 4NO(g) g) ( 5O g) ( NH 42 2 3+ +Calcule: a) La variacion de entalpia. b) La variacion de energia interna. 0atos: P=8'J1 JK1mol1,( )0346 2]H NH y k1/mol = ; [ ] 90 4 =0]H NO(y) k1/mol ;[ ]02286 4 =fH H 0(l) 'kJ/mol Solucn c) Al yucl que en el e]ercco Z, cclculcmos lc vcrccon de entclpc de lc recccon. 24 6 5 = = + o o o o o o or ] (productos) ] (recctvos) ] ] 2 ] J ]H H H H(NO) H (H O)4H (NH) H(O)4 90 4 6 286 4 4 46 2 5 0 1172 = + = orH ( ) ( ) ( ) k1154 Termoqumica y Cintica b) 0=HnRT=11Z2 k1/mol (5mol) .8 31 12981000 1 k1 KK.mol 1=115' k1/mol. pues n de lc recccon problemc = 4 5 4= 5. Problema Problema Problema Problema 10 10 10 10 a) Calcule la variacion de entalpia de formacion estndar del acetileno (etino) a partir de las entalpias de combustion estndares (kJ/mol) del hidrogeno, carbono (grafito)yacetilenocuyosvaloresson,respectivamente:285'J;J9J'Jy 1298'J. b)Calculeelcalordesprendido,apresionconstante,cuandosequema1kgde acetileno. 0atos. Vasas atomicas: H=1; C=12. Solucn c) Escrbmos lc ecuccon de combuston del ccetleno: C2H2(y) + 25O2(y) 2CO2(y) + H2O(l)1298 3 = orH k1/moly c pcrtr de lc relccon: 22 = = +o o o o o or ](productos) ] (recctvos) ] ] 2 ] 2 2H H H H(CO) H (H O) H (C H)cclculcmos o] 2 2H (C H) . 128'J k1/mol=2(JJ'5) + (285'J) o] 2 2H (C H)y despe]cndo o] 2 2H (C H) , o] 2 2H (C H) = +128'J + 2(JJ'5) + (285'J) = 22 k1/mol b) Pcrc cclculcr el cclor desprenddo cl quemcr 1 ky de ccetleno estcblecemos lc relccon: 1126 10001298 3= y molyk1 mol x=> x= 4J4' k1 mcsc moleculcr del ccetleno=2 y/mol. Problema Problema Problema Problema 11 11 11 11 a) Calcule la variacion de entalpia estndar correspondiente a la reaccion: (g) SO ZnO(s) g) ( O s) ( ZnS2 2 23+ +b)Qucalorseabsorbeodesprende,apresionconstante,cuandoreaccionan 100 g de ZnS(s) con oxigeno en exceso: Iniciacin a la Qumica155 0atos: [ ] 202 9 = 0]H ZnS(s) k1/mol ; [ ] 348 0 = 0]H ZnO(s) k1/mol ; [ ] 296 1 = 0] 2H SO (y) k1/mol ; Vasas atomicas: 0=16; S=J2; Zn=65'4. Solucn c) Aplccndo lc propedcd de lc entclpc de recccon de ser unc ]uncon de estcdo: = = +o o o o o or ] (productos) ] (recctvos) ] ] 2 ]H H H H(ZnO) H (SO) H (ZnS)348 0 296 1 202 9 441 2 = + = orH ( ) ( ) k1 b) Pcrc cclculcr el cclor desprenddo cl reccconcr 100 y de ZnS, estcblecemos lc relccon: 1197 4 100441 2= y molyk1 mol x=> x= 452'8 k1 mcsc moleculcr del ZnS = Z'4 y/mol Problema Problema Problema Problema 12 12 12 12 a) Calcule la variacion de entalpia que se produce cuando se obtiene benceno a partirdelacetileno(etino)segunlareaccion:(l) H C g) ( H 3C6 6 2 2 ,sabiendo quelasentalpiasdeformaciondelacetilenogaseosoydelbencenoliquidoson 226'7 kJ/moly 49'0 kJ/mol, respectivamente. b) Calcule el calor producido, a presion constante, cuando se queman 100 g de acetileno gaseoso sabiendoque: [ ] kJ/mol 393 g) ( CO H20f = ,[ ] kJ/mol 286 l) ( O H H20f = Vasas atomicas: H=1; C=12. Solucn c) Aplccndo lc ecuccon: 6 63 = = o o o o or ](productos) ] (recctvos) ] ] 2 2H H H H(C H) H (C H) b) Cclculcmos en prmer luycr lc entclpc de combuston del ccetleno: 49 0 3 226 7 729 1 = = orH ( ) k1156 Termoqumica y Cintica C2H2(y) + 25O2(y) 2CO2(y) + H2O(l) orH 2 22 = = + o o o o o or ](productos) ] (recctvos) ] ] ] 2 2H H H H(CO) H(H O) H (C H)2 393 5 286 226 7 1298 7 = + = orH ( ) ( ) ( ) k1Pcrc cclculcr el cclor desprenddo cl quemcr 100 y de ccetleno estcblecemos lc relccon: 1126 1001298 7= y molyk1 mol x=> x= 45 k1 sendo lc mcsc moleculcr del ccetleno = 2 y/mol. Problema Problema Problema Problema 13 13 13 13 0ada la reaccion:(g) CO CaO(s) s) ( CaCO2 3+ a) 0etermine la cantidad de calor, a presion constante, que es necesario suministrar para descomponer J kg de carbonato de calcio. b) Qu cantidad de carbonato de calcio se deber utilizar para producir 7 kg de oxido de calcio si el rendimiento es del 90. 0atos:[ ] 1209 6 = 0] JH CcCO (s) k1/mol ;[ ] kJ/mol 393 g) ( CO H20f = ; [ ] 635 1 = 0]H CcO(s) k1/mol ; Vasas atomicas: C=12; 0=16; Ca=40. Solucn c) 2 = = + o o o o o or ] (productos) ] (recctvos) ] ] ] JH H H H(CcO) H(CO) H (CcCO)635 1 393 1209 6 181 5 = + =orH ( ) ( ) k1/molpcrc cclculcr lc ccntdcd de cclor necescrc pcrc descomponer J000 y de estc sustcncc, estcblecemos lc syuente relccon: 11100 3000181 5= y molyk1 mol x=> x = 5445 k1. b) Pcrc cclculcr lc ccntdcd de ccrboncto necescro pcrc obtener Z ky = Z000 y de ccl,estcblecemos lc syuente relccon: =J100 y CcCO x5 y CcO Z000 => x =12500 y de CcCOJ mcsc moleculcr del ccrboncto cclcco=100 y/mol. Como el rendmento es del 0 debemos utlzcr mcs ccntdcd de CcCOJ pcrc obtener lc ccntdcd desecdc: Iniciacin a la Qumica157 310012500 1388990=y totcles y y de CcCO y puros Problema Problema Problema Problema 14 14 14 14 Las entalpias de formacion del agua liquida y del dioxido de carbono gas son respectivamente, 286 kJ/mol y J9J kJ/mol a 25 C y la entalpia de combustion del acetileno es 1299 kJ/mol. a)Calculelaentalpiadeformaciondelacetilenosiconsideramosqueelagua formada en la combustion est en estado liquido. b)Sabiendoquelaentalpiadeformaciondeletanoes85kJ/mol,calculela entalpiadehidrogenaciondelacetilenosegunlareaccion: (g) H C (g) 2H (g) H C6 2 2 2 2 + Solucn c) A pcrtr de lc recccon de combuston del ccetleno:C2H2(y) + 25O2(y) 2CO2(y) + H2O(l)1299 = 0rHK1/mol = o o or ] (productos) ] (recctvos)H H H =2 2 2 22 + o o o] ] ] H(CO) H(H O) H(C H) = 12 k1/mol = 2(JJ) + (28) 2 2o]H(C H) 2 2o]H(C H) = +12 + 2(JJ) + (28) = 22Z k1/mol b) Pcrc cclculcr lc entclpc de recccon de hdroyenccon del ccetleno tenemos en cuentc que es unc ]uncon de estcdo: + 2 2 2 2 C H (y)2H(y) C H(y) = o o or ] (productos) ] (recctvos)H H H =2 6 2 2o o] ]H(C H) H(C H) =8522Z=J12k1/mol Problema Problema Problema Problema 15 15 15 15 UnodelosalimentosmsconsumidoeslasacarosaC12H22011.Cuandoreacciona con el oxigeno se transforma en dioxido de carbono y agua desprendiendo J48'9 kJ/mol, a la presion de una atmosfera. El torrente sanguineo absorbe, por trmino medio, 26 moles de 02 en 24 horas. Con esta cantidad de oxigeno: a) Cuntos gramos de sacarosa se pueden quemar al dia: b) Cuntos kJ se producirn en la combustion: 0atos: Vasas atomicas: H=1; C=12; 0=16. 158 Termoqumica y Cintica Solucn c) Escrbmos lc recccon problemc: C12H22O11 + 12O2 12CO2(y) + 11H2O(l)348 9 = 0rH k1/molPuestoqueeltorrentescnyuneocbsorbe2molesdeO2en24horcs,determncmos los moles de scccrosc que se pueden quemcr en ese tempo: 2 2112 26=molscccrosc xmolesscccroscreccconc molesO molesO=> x=2'1Zmoles de scccrosc y, puesto que 1 mol son J42 y, tenemos que: Mcsc scccrosc = n de moles Mm = 2'1Z J42 = Z41 y b) Pcrc cclculcr el cclor desprenddo tenemos en cuentcn lc entclpc de combuston: 348 92 17 755 951= =k1Q moles k1 mol Problema Problema Problema Problema 16 16 16 16 La reaccion entre la hidracina (N2H4) y el peroxido de hidrogeno (H202) se utiliza para la propulsion de cohetes: kJ -710 HO(l) 4H (g) N (l) O 2H (l) H N2 2 2 2 4 2= + +Las entalpias de formacion de H202(l) y del H20(l) son 187'8 y 286 kJ/mol, respectivamente. a) Calcule la entalpia de formacion de la hidracina. b) Qu volumen de nitrogeno, medido a 10 C y 50 mm de mercurio, se producir cuando reaccionen 64 g de hidracina:0atos: P=0'082 atmLK1mol1. Vasas atomicas: H=1; N=14; 0=16. Solucn c) Consdercndo que lc entclpc de recccon es unc ]uncon de estcdo: + + =o2 4 2 2 2 2 rN H (l)2H O (l) N (y) 4H O(l) H Z10 k12 2 2 4 2 24 2 = = + o o o o o o or ] (productos) ] (recctvos) ] ] ] ]H H H H(N) H(H O) H(N H) H(H O)despe]cndo 2 4o]H(NH) 2 4 2 2 2 24 2 = + o o o o o] ] ] ] rH(N H) H(N) H(H O) H(H O) H 2 4o]H(NH) = 0 + 4(28)2(18Z'8) (Z10) = 58'4 k1/mol b) Los moles de hdrccnc son: Iniciacin a la Qumica159 64232= =oyn de molesmolesy/mol y, seyn lc recccon, con dos moles de hdrccnc se obtenen dos moles de ntroyeno, que ocupcn un volumen de: 2 0 082 283705 5150760= = =nRT moles ( ctmL/Kmol) K\ L. ctm P mmHy mmHy Problema Problema Problema Problema 17 17 17 17 a) Calcule la variacion de la entalpia de reaccion estndar: (g) H C (s) Ca(OH) l) ( O H 2 s) ( CaC2 2 2 2 2+ +b) Qu calor se desprende en la combustion de 100 dmJ de acetileno, C2H2, medidos a 25 C y 1 atm.0atos:[ ]0f 2H CaC (s) 59' 0 kJ/mol = ;[ ] kJ/mol 393 g) ( CO H20f = ;[ ] kJ/mol 286 l) ( O H H20f = ;[ ] kJ/mol 986 s) ( Ca(OH) H20f = ;[ ] ( 227 =0f 2 2H C H g)kJ/mol Solucn c) El cclculo de lc entclpc de recccon se reclzc tenendo en cuentc que es unc ]uncon de estcdo:22 2 2 2 2CcC (s)H O(l) Cc(OH) (s) C H(y) + + = o o or ] (productos) ] (recctvos)H H H[ ]2 2 2 2 22 = + o o o o or ] ] ] ]H H Cc(OH) H(C H) H(H O) H(CcC) =0rH 8 + 22Z - 2(28) - (5,0) = 128 k1. b)Pcrccclculcrelcclordesprenddosecclculcenprmerluycrelnmerode moles de ccetleno contendo en 100 dmJ: 1 1004 0920 082 298= = =P\ctmLn de moles moles de ccetlenoRT ctmL/Kmol K A contnuccon se cclculc0rH de lc combuston del ccetleno: C2H2(y) + 25O2(y) 2CO2(y) + H2O(l) = o o or ] (productos) ] (recctvos)H H H2 2 2 22 = + o o o or ] ] ]H H(CO) H(H O) H(C H)160 Termoqumica y Cintica 2 393 286 227 1299 = + = orH ( ) ( )k1/moly por ltmo:4 092 1299 5315 5 = = = orQ n de moles H ( ) k1 Problema Problema Problema Problema 18 18 18 18 0adas las entalpias de formacion estndar del dioxido de carbono (C02), -J9J kJ mol1 y del S02, -296'8 kJmol1 y la de combustion del disulfuro de carbono: o2 2 2 2 rCS (l) 3O (g) CO (g) 2SO (g) H 1072 kJ + + = Calcule: a) La entalpia de formacion estndar del disulfuro de carbono. b) La energia necesaria para la sintesis de 2'5 kg de disulfuro de carbono. 0atos de Vasas atomicas: C=12; S=J2. Solucn c) Consdercndo que lc entclpc de recccon es unc ]uncon de estcdo: = o o or ] (productos) ] (recctvos)H H H2 2 22 = + o o o or ] ] ]H H(CO) H(SO) H(CS)y despe]cndo2o]H(CS) 2o]H(CS) = JJ +2(2'8) (10Z2) = 85'4 k1/mol b) Se cclculc en prmer luycr el nmero de moles contendos en 2'5 ky de dsul]uro de ccrbono: 2250032 976= =ynde moles moles de CS y/mol

mcsc moleculcr = Z y/mol c contnuccon cclculcmos lc eneryc necescrc: Q = n de moles 2o]H(CS) = J2' moles(85'4 k1/mol) = 280'Z k1 Problema Problema Problema Problema 19 19 19 19 La combustion del pentaborano liquido se produce segun la reaccion: O(l) H 9 (s) O B 5 g) ( O 12 l) ( H 2B2 3 2 2 9 5+ +a) Calcule:La entalpia de reaccion estndar. b) El calor que se desprende, a presion constante, en la combustion de un gramo de pentaborano. 0atos. Vasas atomicas: H=1; 8=11.[ ] 73 2 =0] 5 H 8 H (l) k1/mol ;[ ] 1263 6 = 0] 2 JH 8 O (s) k1/mol ;[ ] 286 = 0f 2H H O( l)kJ/mol Iniciacin a la Qumica161 Solucn c) Pcrc lc recccon:12 5 95 2 2 J 228 H (l)O (y) 8 O(s) H O(l) + +orH = o o or ] (productos) ] (recctvos)H H H2 3 2 5 95 9 2 = + o o o or ] ] ]H H(8 O) H(H O) H(8 H)5 1263 6 9 286 2 73 2 9038 4 = + = orH ( ) ( ) ( ) k1 c) Pcrccclculcrelcclordesprenddohemosdetenerencuentcquecondos moles de pentcborcno se desprenden 0J8'4 k1, y c pcrtr de cqu consdercndo lc mcsc moleculcr de este compuesto (4 y/mol): 12 64 19038 4=mol y molyk1 x=> x = - Z0' k1 Problema Problema Problema Problema 20 20 20 20 0etermine los valores de las entalpias de las siguientes reacciones: a) H2 (g) + Cl2 (g) 2HCl (g) b) (g) CH CH g) ( H g) ( CH CH3 3 2 2 2 + =0atos: Energias medias de enlace (kJmol1); (HH)=4J6'0; (ClCl)=24J; (CH)=414; (C=C)=611; (HCl)=4J1; (CC)=J47. Solucn c) Lc entclpcde recccon se puede obtener como d]erencc entre lcs enerycs de enlcce de los enlcces rotos y los enlcces ]ormcdos: orH energa enlaces rotos - energa enlaces formados =o o o orH H (H-H) H (Cl-Cl) -2 H (Cl-H) = +436 243 2 431 183orH ( )kJ = + = b) Pcrc lc recccon:2 2 2 3 3CH CH( g)H ( g) CH CH (g) = + orH energa enlaces rotos - energa enlaces formados =o o o o orH H (C C) H (H-H)- H (C-C) - 2 H (C-H) = = +611 436 347 2 414 128orH kJ = + = 162 Termoqumica y Cintica Problema Problema Problema Problema 21 21 21 21 El proceso de fotosintesis se puede representar por la ecuacion: 6 6 + + =o2 2 12 2 rCO(y)H O(l) C HO (s) O (y)H J4028 k1Calcule: a) La entalpia de formacion estndar de la glucosa, C6H1206. b) La energia necesaria para la formacion de 500 g de glucosa mediante fotosintesis. 0atos:()02285 8 = ]H H Ol k1/mol ;( )02393 = ]H CO yk1/molVasas atomicas: C = 12; H = 1; 0 = 16. Solucn c) o o or f (productos) f (reactivos)H H H = 6 12 6 2 26 6o o o or f f fH H ( C H O ) H ( H O) H ( CO ) = y despe]cndo lc entclpc de ]ormccon de lc ylucosc: 6 12 6 2 26 6o o o of r f fH ( C H O ) H H ( H O) H ( CO ) = + +6 12 6ofH ( C H O ) = J402'8 + (285'8) + (JJ) = Z0 k1/mol b)Sedetermncenprmerluycrelnmerodemolesdeylucosccontendosen 500 y, tenendo en cuentc quelc mcsc moleculcr de lc ylucosc es 180 y/mol, y c pcrtr de lc 6 12 6ofH ( C H O ) se determnc lc eneryc necescrc pcrc su ]ormccon. Q = n de moles ofH = 5003402 8 9452180 g 'kJ / molkJ g / mol= Problema Problema Problema Problema 22 22 22 22 Calcule: a) La variacion de entalpia estndar para la descomposicion de 1 mol de carbonato de calcio, CaC0J(s), en dioxido de carbono, C02(g), y oxido de calcio, Ca0(s). b) La energia necesaria para preparar J kg de oxido de calcio. 0atos:[ ] 1209 6 = 0] JH CcCO (s) k1/mol ;[ ] 393 = 0] 2H CO (y)k1/mol[ ] 635 1 = 0]H CcO(s) k1/mol . Mcscs ctomccs: Cc=40; O=1. Solucn c) o o or f (productos) f (reactivos)H H H = 2 3o o o or f f fH H ( CaO) H ( CO ) H ( CaCO ) = + Iniciacin a la Qumica163 orH = J5,1+ ( JJ) ( 120')= 181'5 k1/mol b) En prmer luycr se determnc el n de moles de oxdo de cclco contendos en J ky, scbendo que lc mcsc moleculcr de este compuesto es 5 y/mol: n = 300056 g g / mol= 5J'5Z moles Pcrc cclculcr lc eneryc necescrc hcbrc que teneren cucntc que porccdc mol de ccrboncto cclcco descompuesto se ]ormc un mol de oxdo de cclco: Q = n de molesorH = 5J'5Z moles (181'5 k1/mol) = Z2J'2 k1 Problema Problema Problema Problema 23 23 23 23 A efectos prcticos se puede considerar la gasolina como octano (C8H18). Las entalpias de formacion estndar de H20(g), C02(g) y C8H18(l) son, respectivamente: 241'8 kJ/mol, J9J kJ/mol y 250'0 kJ/mol. Calcule: a) La entalpia de combustion estndar del octano liquido, expresada en kJ/mol, sabiendo que se forman C02 y H20 gaseosos. b) La energia, en kilojulios, que necesita un automovil por cada kilometro, si su consumo es de 5 L de octano liquido por cada 100 km. 0atos: 0ensidad del octano liquido =0'8 kg/L. Vasas atomicas: C=12; H=1. Solucn c) Lc recccon de combuston del C8H18 es: C8H18(l)+ 225O2(y) H2O(y) + 8CO2(y) o o or f (productos) f (reactivos)H H H = 2 2 8 189 8o o o or f f fH H ( H O) H ( CO ) H ( C H ) = + orH = 8( JJ) + ( 241'8) (250)= 50Z0'2 k1/mol b) En prmer luycr se determnc el consumo de ycsolnc, en yrcmospor ccdc Km: 5 0 8100 1 L 'kg kmL= 0'04 ky/km = 40 y/km de ycsolnc; n de moles= 40114 g g / mol= 0'J5 moles de ycsolnc consumdos en 1 km 164 Termoqumica y Cintica Lc eneryc consumdc serc = 0'J5 moles(50Z0'2 k1/mol) = 1ZZ k1. El syno es postvo puesto que se trctc de eneryc consumdc. Problema Problema Problema Problema 24 24 24 24 Se obtiene cloruro de hidrogeno a partir de la reaccion: 2 + =2 2H(y)Cl (y) HCl(y)H 1844 k1Calcule: a) La energia desprendida para la produccion de 100 kg de cloruro de hidrogeno.b) La entalpia del enlace H-Cl, si las entalpias de enlace H-H y Cl-Cl son, respectivamente, 4J6 kJ/mol y 24J kJ/mol. 0atos de Vasas atomicas: Cl=J5'5; H=1. Solucn c)Secclculcenprmerluycrlosmolesdeclorurodehdroyenocontendosen 100 ky nmero de moles= 10000036 5 g'g / mol= 2ZJ'Z moles de HCl ytenendoencuentcqueporccdcdosmolesdeHCl]ormcdossedesprenden 184'4 k1, lc eneryc desprenddc pcrc lc ]ormccon de 2ZJ'Z moles lc cclculcmos por lc relccon: Q = 2 2739 7184 4 moles 'moles'kJ x==> x = 25200 k1 b) Tenendo en cuentc que lc entclpc de recccon se puede obtener como d]erencc entre lcs enerycs de los enlcces rotos y los enlcces ]ormcdos: orH energa enlaces rotos- energa enlaces formados = o o o orH H(Cl-Cl) H(H-H)-2 H(Cl-H) = + , y despe]cndo oH(Cl-H) 2 184 4 243 436 863 4o o o or H (Cl-H) H (Cl-Cl) H (H-H) -H ( ' ) 'kJ. = + = + + =lueyo oH (Cl-H) = 8J'4/2 = 4J1'Z k1/mol Problema Problema Problema Problema 25 25 25 25

A 25C y 1 atm, la variacion de entalpia es JJ51 kJ para la reaccion: g) ( 3O Al(s) 4 s) ( O 2Al2 3 2+ Calcule: Iniciacin a la Qumica165 a) La entalpia de formacion estndar del Al20J. b) La variacion de entalpia cuando se forman 10 g de Al20J, en las mismas condiciones de presion y temperatura. Vasas atomicas: Al=27; 0=16. Solucn c)Lcreccconde]ormccondeloxdodeclumno,2Al(s)+JO2(y)Al2OJ(s), puede obtenerse nvrtendo lc recccon del enunccdo y dvdndolc entre dos, por tcnto:orH = JJ51/2= 1Z5'5 k1/mol. El syno neyctvo se debe c que se hc nvertdo el sentdo de lc recccon. b) Pcrc cclculcr lc ccntdcd de eneryc cl ]ormcrse 10 y deAl2OJ estcblecemos lc syuente relccon: 12 31102 101675 5 g molAl Ogx ' kJ mol= => x =14'2Z k1, Yc que lc mcsc moleculcr del Al2OJ =102 y/mol. Problema Problema Problema Problema 26 26 26 26 El sulfuro de cinc al tratarlo con oxigeno reacciona segun: 3 2 2 + +2 22ZnS ( s)O ( g) ZnO(s) SO (g)Si las entalpias de formacion de las diferentes especies son: [ ] 202 9 = 0]H ZnS(s) k1/mol ;[ ] 348 3 = ( ' 0fH ZnO s)kJ/mol ; [ ] 296 8 = 0] 2H SO (y) k1/mol . a) Cul ser el calor, a presion constante de una atmosfera, que se desprender cuando reaccionen 17 gramos de sulfuro de cinc con exceso de oxigeno: b) Cuntos litros de S02, medidos a 25 C y una atmosfera, se obtendrn: 0atos: P=0'082 atmLK1mol1. Vasas atomicas: 0=16; S=J2; Zn=65,4. Solucn c) Cclculcmos en prmer luycr lc entclpc de lc recccon problemc: o o or f (productos) f (reactivos)H H H = 22 2 2o o o or f f fH H ( ZnO) H ( SO ) H ( ZnS ) = + orH =2( J48'J) + 2( 2'8) 2(202')= 884'4 k1 Pcrc un mol de ZnS se desprenderc lc mtcd: 884'4 k1/2 = 442'2 k1 moles de ZnS contendos 1Z y = 1797 4 g'g / mol =0'1Z4 moles166 Termoqumica y Cintica (mcsc molcr = Z'4 y/mol) cclor desprenddo = nmero de moles de ZnSorH = 0'1Z4(442'2) = Z' k1 b)PcrccclculcrelvolumendeSO2obtendo,tenemosencuentcquelosmoles de ZnS que reccconcn son los msmos que se obtenen de SO2, es decr son 0'1Z4. 1 10 174 0 082 2981nRT ' mol ' atl l K mol KVP atm = = = 4'2 L de SO2 Problema Problema Problema Problema 27 27 27 27 a) Calcule la variacion de energia libre estndar, a 25C, para las siguientes reacciones, utilizando los datos tabulados: NaCl(s) 2 (g) F g) ( Cl s) ( 2NaF2 2+ +ZnO(s) Pb(s) s) ( Zn s) ( PbO + +b)Alavistadelosresultados,comentelaconvenienciaonodeutilizarestas reacciones en la obtencion de fluor y plomo respectivamente: 0atos.NaFNaClPb0Zn0Cl2 F2ZnPb Hf (kJ/mol)569411276J48 S (J/K.mol)51'572'176'64J'622J202'841'664'8 Solucn c1)Pcrccclculcr6,tenendoencuentcque:6=HTS,hcyquedetermncr en prmer luycr H y S. o o or f (productos) f (reactivos)H H H = 2 2 2 411 2 569 316o o or f fH H ( NaCl ) H ( NaF ) ( ) ( )kJ = = = , recccon endotrmcc 0 0 0productos reactivosS S S = 0S = 2SNcCl + SF2 2SNcF - SCl2 = 2Z2'1+202'8251'522J; S =21 1/K. 6 =HTS = J1 k1 - 28 K21 11000 JkJ.KJ= J1 - '2 = J0'Z k1. c2) o o or f (productos) f (reactivos)H H H = 348 276 72o o or f fH H ( ZnO) H ( PbO)kJ = = + = , recccon exotrmcc. 0 0 0productos reactivosS S S = 0S =SPb +SZnO - SZn - SPbO = 4'8 + 4J' - 41' - Z'Iniciacin a la Qumica167 S = '8 1/K6 =HTS = Z2 k1 - 28 K 9 8 11000'JkJKJ= Z2 + 2'2 = '08 k1 b1)Puestoque6=J0'Zk1,lcreccconesnoespontcnec(recordemosque pcrc ser espontcnec 6 debe ser neyctvo), y cdemcs orH = J1 k1necestcyrcncportccondeeneryc,lueyonoesposbleobtener]lormedcnte estc recccon. b2) Puesto que 6 ='08 k1 lc recccon es espontcnec, y cdemcs orH =Z2 k1, es exotrmcc, lueyo es posble obtener plomo medcnte estc recccon.168 Termoqumica y Cintica 3.2.- Cintica qumica Aspectos Tericos Como ya se ha indicado anteriormente, la termodinmica tiene como objetivo conoceren que condicionesuna reaccin se puede producir de forma espontnea. Sin embargo no dice nada acerca del tiempo que esa reaccin, espontnea, necesitar para que se produz-ca, la termodinmica no considera al tiempo como variable. No obstante, en la industria y enlosprocesosbiolgicoseltiempopuedeserunfactordeterminanteparaqueundeter-minado proceso pueda ser o no rentable. La cintica es la parte de la qumica que estudia la velocidad a la que una reaccin se produce y los factores que afectan a la misma. 3.2.1 Velocidad de reaccin.Eslacantidaddeunreactivoqueenunareaccinsetransformaporunidadde tiempo o es la cantidad de un producto que se forma por unidad de tiempo. Para este tra-tamientosesupondrquelasreaccionestienenlugarenunrecipientecerradoydevolu-men constante. Para una reaccin A+BC+D la velocidad se expresa como la derivada, respecto al tiempo, de la concentracin de cualquier reactivo, [ ]dtd A , que como va disminuyendo su concentracin tiene signo negativoo respecto a la formacin de unproducto [ ]dtC d que comovaaumentandolaconcentracintienesignopositivo.Semideengeneralen moll-1s-1, si la concentracin se da en molaridad.3.2.2 Ecuacin de la velocidad de reaccinEsta ecuacin relaciona la velocidad con las concentraciones de uno o varios de los reactivos elevados a potencias distintas, a travs de una constante, k, llamada constante de velocidadespecfica.Paralareaccin:A+BC+Dsepuedeexpresar:[ ] [ ] = B A k vendondeysonexponentesquenosepuedenpredecirtericamente,soncasisiempre enteros y se denominan rdenes de reaccin, respecto al reactivo A y respecto al reac-tivo B. La suma + recibe el nombre de orden total de reaccin.Elclculodelordenyvelocidadparaunadeterminadareaccinsedebehacer siempre a partir de los resultados experimentales realizados para tal fin. Es decir, a partir de una determinada ecuacin que representa a una ecuacin qumica no es posible prede-cir ni la velocidad ni el orden, incluso aunque sea similar a otra reaccin qumica. Iniciacin a la Qumica169 3.2.3 Factores que afectan a la velocidad de la reaccin3.2.3.1 La temperatura. La constante de velocidad especfica vara con la temperatura en forma exponencial deacuerdoconlaexpresin:=Eo-PTk Ae ,llamadaecuacindeArrhenius,dondekesla constante de velocidad especfica, A es el factor de frecuencia, Ea es la energa de activa-cin y Eo-PTees el factor de Boltzmann o factor energtico, donde R es la constante de los gases y T la temperatura en Kelvin.La energa de activacin es la energa de formacin del producto intermedio deno-minado complejo activado. A partir de este complejo la reaccin puede dar los productos, o bien retornar a los reactivos. LaecuacindeArrheniusestilporqueexpresaunarelacincuantitativaentrela temperatura,energadeactivacinylaconstantedevelocidad.Quizsuaplicacinms valiosa sea la determinacin en una reaccin de la energa de activacin mediante experi-mentos de velocidad a diferentes temperaturas. 3.2.3.2 Catalizadores. Son sustanciasque modifican la velocidad de una reaccin aunque al final del pro-ceso son liberados.El catalizador rebaja la Ea del complejo activado, normalmente forma uncomplejoactivadodemenorenerga,paraqueelestadodetransicinloalcancenun mayor nmero de molculas, y de esa manera aumentar la velocidad. Los catalizadores no van a afectar en absoluto las variables termodinmicas del proceso, H o G ni el equili-brio, la nica influenciaque tendrn ser que el equilibrio se alcanzar antes. 3.2.3.3 Las concentraciones de los reactivos. Como ya se ha indicado, en la ecuacin de velocidad se ve la dependencia que existe entre velocidad y concentracin3.2.3.4 la naturaleza y el estado fsico de los reactivos. Las reacciones entre gases suelen ser ms rpidas que entre lquidos y que entre s-lidos, que suelen ser las ms lentas. 170 Termoqumica y Cintica RESOLUCIN DE CUESTIONES Cuestin Cuestin Cuestin Cuestin 1 11 1 Escribe la expresion de velocidad de reaccion en funcion de la concentracion de cada una de las especies que intervienen en el proceso de obtencion de amoniaco, segun la reaccion: 3 22NH N JH2 + Solucin [ ] [ ] [ ]dtNH ddtN ddtH d73 2 22131= = = El resultcdo muestrc quelc velocdcd de recccon se puedecclculcr c dstntos ntervclos de tempo c trcvs de lc espece mcs ]ccl de cnclzcr, yc sec el N2, el H2 o el NHJ. Cuestin 2 Cuestin 2 Cuestin 2 Cuestin 2 Escribelaexpresiondevelocidadparalassiguientesreaccionesentrminosde desaparicion de los reactivos y de la aparicion de los productos. a)) g ( 0 ) g ( J02 32 b) 2(g)+H2(g) 2HI(g) Solucin c) [ ] [ ]dt0 ddt0 d73 22131= =b) [ ] [ ] [ ]dtH ddtH ddt d7212 2= = = Cuestin 3 Cuestin 3 Cuestin 3 Cuestin 3 Laenergiadeactivacioncorrespondientealareaccion:A+8C+0,esde28'5kJ/mol,mientrasqueparalareaccioninversaelvalordedichaenergiaes de J7'J kJ/mol. a) Qu reaccion es ms rpida, la directa o la inversa: b) La reaccion directa, es exotrmica o endotrmica: c) 0ibuja un diagrama entlpico de ambos procesos: Iniciacin a la Qumica171 Solucin c)LcrecccondrectcesmcsrcpdcclsermenorsuEcyportcntomenorlc enerycquetenenquecbsorberlosrecctvosensuestcdo]undcmentclpcrc permtr clccnzcr el estcdo de trcnscon. b)Exotrmcc,porqueelpcsoderecctvoscproductosdccomoresultcdounc lbercconnetcdeeneryc,sedevuelvemcsenerycclentornoquelceneryc del estcdo de trcnscon. c) Hcoordenada de reaccinA + BC + DEaEaEa=255 kJ/molEa=373 kJ/molHcoordenada de reaccinA + BC + DEaEaEa=255 kJ/molEa=373 kJ/mol Cuestin 4 Cuestin 4 Cuestin 4 Cuestin 4 0ada la siguiente ecuacion de velocidad,[ ] [ ]2 v k A B = correspondiente a la siguiente reaccion quimica, A+8C, indique, razonadamente, si cada una de las siguientes proposiciones es verdadera o falsa: a) La constante k es independiente de la temperatura. b) La reaccion es de primer orden respecto de A y de primer orden con respecto de 8 pero de segundo orden para el conjunto de la reaccion. c)Lavelocidaddereaccionposeeunvalorconstantemientrasduralareaccion quimica. 172 Termoqumica y Cintica Solucin c) Falso, lc constcnte develocdcd espec]cc estc relcconcdc con lc tempercturcctrcvsdelcecuccondeArrhenus,EaRTk Ae= ,portcntosdepende de ellc. b) Falso, seyn lc ecuccon de velocdcd lc recccon es de prmer orden respecto de A y de seyundo orden respecto de 8 y de orden J pcrc el con]unto de lc recccon. c) Falso puesto que lc velocdcd depende de lc concentrccon de A y de 8. Cuestin 5 Cuestin 5 Cuestin 5 Cuestin 5 Sehacomprobadoexperimentalmentequelareaccion2A+8Cesdeprimer orden respecto al reactivo A y de primer orden respecto al reactivo 8. a) Escribe la ecuacion de velocidad. b) Cul es el orden total de la reaccion: c) Qu factores pueden modificar la velocidad de la reaccion: Solucin c)[ ] [ ] = v k A 8. b)Elordentotcles2,sumcdelosexponentesdeAyde8enlcecucconde velocdcd. c)Lcncturclezcyelestcdo]scodelosrecctvos,lcsconcentrcconesdelos recctvos, lc tempercturc, lc presencc de cctclzcdores. Cuest Cuest Cuest Cuesti ii in 6 n 6 n 6 n 6 ndique, razonadamente, si cada una de las siguientes proposiciones es verdadera o falsa: a) La k de velocidad para una ecuacion de primer orden se expresa en unidades de moll1s1. b) Las unidades de la velocidad deuna reaccion dependendel orden total dela reaccion. c) En la ecuacion de Arrhenius:EaRTk Ae= , Ea no depende de la temperatura. Iniciacin a la Qumica173 Solucin c)Falso,pcrcuncrecccondeprmerordenlcecuccondevelocdcd, [ ] v k A = , y puesto que v tene undcdes de moll1s1, y lc concentrccon vene exprescdo en moll1, lc K debe ser de s1. b)Falsopuestoquelcsundcdesdelcvelocdcdsonsempredeconcentrccon por undcd de tempo. c) Verdadero, lc Ec es lc eneryc del estcdo de trcnscon o del comple]o cctvcdo y no depende de lc tempercturc. Cuest Cuest Cuest Cuesti ii in n n n 7 77 7 ndique cules de las siguientes proposiciones son correctas: a) La adicion de un catalizador rebaja la energia de activacion. b) La adicion de un catalizador modifica la velocidad de reaccion directa. c) La adicion de un catalizador modifica el estado de equilibrio de la reaccion. Solucin c)Correcta,uncctclzcdorproporconcunmeccnsmod]erente,deeneryc mcs bc]c pcrc lc ]ormccon de los productos. b) Correcta, los cctclzcdores, cl rebc]cr lc eneryc de cctvccon, permten que mcyor nmero de molculcs clccncen el comple]o cctvcdo, cumentcndo lc velocdcd de lc recccon. c) Falsa, los cctclzcdores mod]ccn lcs velocdcdes de recccon pero no cltercn el estcdo de equlbro de lc msmc. Cuest Cuest Cuest Cuesti ii in n n n 8 88 8 En la reaccion A+8C+0 se comprueba experimentalmente que[ ][ ] B A k v = , en dondeEaRTk Ae= . a) Explica el significado de cada uno de los trminos que aparecen en la ecuacion de Arrhenius. b)Enunasdeterminadascondiciones,lavelocidaddelareaccionesv=0'01 molL1s1. ndica, razonadamente, varias formas de acelerar la reaccion. 174 Termoqumica y Cintica Solucin c)keslcconstcnteespec]ccdevelocdcd.Aesuncconstcntequetenelcs msmcsdmensonesquelcconstcntedevelocdcdyesproporconclclc]recuenccdelcscolsonesentrelcsmolculcsreccconcntes.Reslcconstcnte unverscl de los ycses, exprescdc en lcs msmcs undcdes de eneryc que lcs uscdcs pcrc Ec. Ec es lc eneryc de cctvccon, que es lc eneryc cdconcl que debe ser cbsorbdc por los recctvos en su estcdo ]undcmentcl pcrc permtrles clccnzcr el estcdo de trcnscon. b) Aumento de lc tempercturc. Aumento de lc concentrccon de recctvos, presencc de cctclzcdores. Iniciacin a la Qumica175 RESOLUCIN DE PROBLEMAS Problema 1 Para la reaccion:) g ( H C ) g ( H ) g ( H C6 2 2 4 2 +Laenergiadeactivaciones181kJ/mol.A500C,laconstantedevelocidades 2'5102 Lmol1s1. a) A qu temperatura la constante de velocidad es el doble del valor a 500C: b) Cul es la constante de velocidad a 1000C: 0ato: P = 8'J110JkJ/Kmol Solucin: c)AplccndolcecuccondeArrhenuspcrcdetermncrkcdostempercturcs d]erentes: 11=EcRTk Aepcrc T1 y 22=EcRTk Aepcrc lc tempercturc T2. Sedvdemembrocmembrocmbcsecuccones,ypuestoqueK2=2K1,susttuyendo los dctos correspondentes: 11 221 112aaaEERTR T TERTk eeke = =11 221 1112aaaEERTR T TERTk eeke = = =2 11 12T T PElna;321811 10 69367738 31 10 = k1molk1K T Kmol de estc expreson podemos despe]cr T2 T2 = Z2'5 K = 51'5C TcmbnpuedeobtenersehcllcndoenprmerluycrA,]cctorde]recuencc, susttuyendolosvclorescorrespondentesdek1,EcyT1enlcprmercdelcs ecuccones. 3181 /2 1 14'8110 / 7732' 5 10 kJ molkJ K mol KL mol s A e = En este ccso A=4'J11010 Lmol1s1. 176 Termoqumica y Cintica Susttuyendo los vclores de A, Ec y k2(doble de k1)en lc ecucconde Arrhenus pcrc k2: 32181 /4'8110 / 2 1 1 10 1 12 2' 510 4' 31 10 kJ molkJ K mol TL mol s L mol s e = 0espe]cndo obtendremos el vclor de T2. T2 = Z2'5 K = 51'5C b) Lc constcnte de velocdcd pcrc lc tempercturc de 1000C se determnc c pcrtr de lc ecuccon de Arrhenus susttuyendo los vclores de A (determncdo cnterormente), Ec y T, dctos del problemc. El vclor de estc es: k=100'Z Lmol1s1. Problema 2 Para cierta reaccion, la constante de velocidad se duplica al elevar la temperatura desde 15C hasta 25C, Calcular: a) La energia de activacion, Ea. b) La constante de velocidad a 100C si, a 25C, k vale 1'2102 Lmol1s1. 0ato: P = 8'J110J kJK1mol1 Solucin c) Al yucl que el e]ercco cnteror, se cplcc lc ecuccon de Arrhenus pcrc determncr k c dos tempercturcs d]erentes: 11=EcRTk Aepcrc T1 y 22=EcRTk Aepcrc lc tempercturc T2. Se dvde membro c membro cmbcs ecuccones: 11 221 112aaaEERTR T TERTk eeke = = , y puesto que k2=2k1, 11 221 1112aaaEERTR T TERTk eeke = =Smpl]ccndo,tomcndoloycrtmosysusttuyendolosdctoscorrespondentesc cmbcs tempercturcs 28K pcrc T1 y 28K pcrc T2,31 128 3110 288 298 = cEln k1/molK K KPodemos obtener Ec: Ec = 4'4J k1/mol. b)Podemosdvdrmembrocmembrolcsdosconstcntesdevelocdcdk1yk2 correspondentes c dchc recccon pcrc lcs tempercturcs de 25C y 100 C. Conocdos los vclores de Ec, k1, y cmbcs tempercturcs, despe]cmos de dchc relccon lc constcnte k2.k2 = 0'4 Lmol1s1. Iniciacin a la Qumica177 Problema 3 LareaccionquimicaA+8CesdeprimerordenrespectodeAyde8.Conlos siguientes datos: Experimento[Ao] molL1[8o]molL17elocidad inicial de la reaccion 10'010'016.104 molL1s1 20'020'01X1 J0'01X218.104 molL1s1 0igase si son verdaderas o falsas cada uno de las siguientes proposiciones: a) X1 = 6104 molL1s1. b) X2 = 0'0J molL1 . c) Para el 1er experimento k = 6108 molL1s1. Solucin: c)Seynlcecuccondevelocdcdcorrespondentecuncrecccondeorden1 respecto c cmbos recctvos, pcrc el expermento 2, serc:[ ] [ ]0 0= ov k A 8 . El vclor de lc constcnte de velocdcd espec]cc se cclculc c pcrtr de los dctos del expermento 1: 104 molL1s1 = k0'01molL10'01molL1. 0espe]cndo k: k= Lmol1s1. Susttuyendo los dctos del expermento 2 en su ecuccon de velocdcd, [Ao] y [8o] ]unto con el dcto de k obtendo cnterormente, podemos obtener el vclor de lc velocdcd nccl pcrc estcs concentrccones (X1). \0 = Lmol1s10'02 molL10'01 molL1. \o = 1'210J molL1s1. Lueyo lc proposcon ndccdc pcrc este cpcrtcdo es Fclsc. b) Lc velocdcd nccl pcrc el expermento J serc:[ ] [ ]0 0= ov k A 8 . Susttuyendolosdctoscportcdosde[Ao]yvelocdcdnccl,]untocldctoobtendocnterormente de k: 18104 molL1s1= Lmol1s10'01molL1[8o]. despe]cmos [8o] = (X2).[8o] = 0'0J molL1. Lueyo lc proposcon ndccdc pcrc este cpcrtcdo es \erdcderc. c) El vclor de k yc hc sdo obtendo pcrc el cpcrtcdo c. k= Lmol1s1. Lueyo lc proposcon ndccdc pcrc este cpcrtcdo es Fclsc. 178 Termoqumica y Cintica Problema 4 SehamedidolavelocidadenlareaccionA+28Ca25C,paraloquesehan diseadocuatroexperimentos,obtenindosecomoresultadolasiguientetabla de valores: Experimento[Ao] molL1[8o] molL170 (molL1s1) 10'10'15'5.106 20'20'12'2.105 J0'10'J1'65.105 40'10'6J'J.105 0etermine a) la ley de velocidad para la reaccionb) su constante de velocidad. Solucin: c) Lc ley de velocdcd tendrc lc ]ormc: [ ] [ ] = 8 A k vSe hc de cclculcr y 0vdendo membro c membro lc ley de velocdcd pcrc los expermentos 1 y 2: 6 1exp(1)5 1exp( 2)5' 510 1 (0'10 ) (0'10 ) (0'10 ) (1) 1 14 2 4 2' 210 (0' 20 ) (0'10 ) (0' 20 ) (2)V mol L k M M MV mol L k M M M = = = = = = 0e donde se deduce que =2, por tcnto lc recccon es de seyundo orden respecto de A. 0e]ormcsmlcrseopercpcrccclculcr,peroenesteccsosecombncnlcs ecuccones de velocdcd del expermento 1 y del J, de esc ]ormc se elmnc y quedc como ncoyntc que cl despe]crlc dc =1 y que lc recccon es de orden 1 respecto de 8. b) Seyn se hc deducdo en el cpcrtcdo cnteror, lc ecuccon de velocdcd serc: [ ] [ ] 8 A k v2=0e estc ecuccon podemos despe]cr lc constcnte develocdcd, k, y susttur los dctos de cuclquerc de los cuctro expermentos k = 5'510J mol2L2s1. Iniciacin a la Qumica179 Problema 5 LareaccionA+8A8esdeprimerordenrespectoacadareactivo.Cuandola concentracion de A es 0'2 Vy la de 8 es 0'8 V, la velocidad de formacion de A8 es 5'610J molL valor de la constante de velocidad. b)Cuntovaldrlavelocidaddereaccionenelmomentoenque[A]=0'1moles/L y [8]=0'4 moles/L: Solucin: c) Lc ecuccon de velocdcd es: v= k[A][8], por tcnto: [ ] [ ]3 1 12 1 11 15' 610 3' 510 0' 2 0'8 v mol L sk mol L sA B mol L mol L = = = b) En este ccso: [ ] [ ]2 1 1 1 1 3 1 1 3' 510 0'1 0' 4 1' 410 v k A B mol L s mol L mol L mol L s = = = Iniciacin a la Qumica181 Tema 4 Equilibrio Qumico Aspectos Tericos 4.1 Introduccin Enlosproblemasdeclculosestequiomtricostratadoseneltema1,hemos supuesto que las reacciones qumicas se detienen cuando uno o ms reactivos se agotan. A estasreaccionesquetranscurrenenunsolosentidosedenominanirreversibles.Sin embargo,ocurreconfrecuenciaquelosproductosqueseobtienenreaccionanentresdandolugardenuevoalosreactivos.Aestasreaccionesquetranscurrenenlosdos sentidossedenominanreversiblesypararepresentarlasseutilizaunadobleflechaenlas ecuaciones qumicas correspondientes: Reactivos'productosAl principio, la velocidad con que tiene lugar la reaccin directa es mucho mayor quela delareaccininversa,debidoala diferenciadeconcentracionesentrereactivosy productos; pero, a medida que disminuye la cantidad de los reactivos y aumenta la de los productos, las velocidades tienden a hacerse iguales. Cuando esto ocurre, se dice que se ha alcanzadoelequilibrioqumico.Apartirdeeseinstante,lasconcentracionesdelos reactivos y de los productos permanecen constantes.El equilibrio qumico tiene un carcter dinmico, ya que a nivel microscpico, en unintervalodetiempodado,serompenyseformanelmismonmerodemolculasde cualquieradelasespeciesqumicas,noobservndoseanivelmacroscpiconinguna variacin en sus concentraciones. 4.2 Constante de equilibrioApartirdelasleyesdelatermodinmicasededucequeenlasreaccionesen disolucin o en fase gaseosa1,cuando se alcanza el equilibrio qumico, el cociente entre el

1Suponemosuncomportamientoideal(disolucionesdiluidasygasesabajapresiny temperatura suficientemente alta). Equilibrio qumico182 producto de las concentraciones molares de los productosy de los reactivos elevados a sus respectivos coeficientes estequiomtricos es una cantidad constante que depende solo de la temperatura, denominada constante de equilibrio.Para una reaccin genrica: a A b B c C d D + + '[ ] [ ][ ] [ ]c deq eqC a beq eqC DKA B=La constante de equilibrio Kc no tiene unidades, ya que es una simplificacin para sistemas ideales de la constante de equilibrio termodinmica que es adimensional. 4.3 Cociente de reaccin Laexpresinmatemtica del cocientedereaccinessimilaralaexpresindela constantedeequilibrioperoenellafiguranlasconcentracionesdelasespeciesqumicas que intervienen en la reaccin en cualquier instante.

[ ] [ ][ ] [ ]=c da bC 0QA 8En las reacciones reversibles el cociente de reaccin nos indica si la reaccin est en equilibrio y,si no lo est, el sentido en que evolucionar para alcanzarlo: - Si Q = Kc,el sistema est en equilibrio. - Si Q < Kc, el sistema evolucionar hacia la derecha; aumentarn las concentraciones de los productos y disminuirn las de los reactivos hasta que Q se iguale con Kc y se alcance el equilibrio. - Si Q >Kc, el sistema evolucionar hacia la izquierda; aumentarn las concentraciones de los reactivos y disminuirn las de los productos hasta que Q se haga igual a Kc y se alcance el equilibrio. 4.4 Presiones parcialesCuandolapresinnoesmuyaltanilatemperaturamuybaja,lapresinque ejerceunamezcladegasesencerradaenunrecipientedependedelnmerototalde molculas(nmerodemoles)ydelatemperaturaynodelanaturalezadelosgasesque forman la mezcla. Por tanto, una mezcla de gases obedece a la misma ecuacin de estado que un gas puro: Iniciacin a la Qumica183 T TP V n R T = donde PT es la presin total y nTes la suma de los moles de todos los gases que componen la mezcla. Comocadaunodelosgasesseexpandehastaocupartodalacapacidaddel recipiente,podemosdefinirlapresinparcialdecadacomponentecomolapresin ejercida por ste si estuvieraslo en el mismo: i iP V n R T = siendoPiynilapresinparcialyelnmerodemolesdelcomponentei, respectivamente. La presin total de la mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de todos sus componentes: T iP P = Lapresinparcialdeuncomponentedelamezclasepuedecalculartambin multiplicando sufraccin molar xi por la presin total PT: i i TP x P = La fraccin molar de un componente xi indica los moles de ste por cada mol de la mezclay se halladividiendo los moles del componente entre los moles totales: iiinxn=Lasumadelasfraccionesmolaresdetodosloscomponentesdeunamezclaes igual a 1: ix 1 = 4.5 Constante de equilibrio KPEn lasreacciones en fase gaseosa se suele expresar la constante de equilibrio en funcindelaspresionesparcialesdeloscomponentes,alserestasdirectamente proporcionales a sus concentracin molares. Se representa por KP y es adimensional por la misma razn que lo es KC: c dC Dp a bA BP PKP P=Equilibrio qumico184 LarelacinentreKCyKPseobtienesustituyendoenlaexpresinanteriorlas presionesparcialesdecadacomponenteenfuncindesuconcentracinmolar(iin R TPV = ):( )nP PK K RT= siendon=c+dab;esdecir,ladiferenciaentrelasumadeloscoeficientes estequiomtricos de los productosy delos reactivos en estado gaseoso. 4.6 Grado de disociacin Enmuchosequilibriosqumicos,unaespeciequmicasedisociaenotrasms sencillas;enellossesueleutilizarelconceptodegradodedisociacin,queest relacionadoconlaconstantedeequilibrio,laconcentracininicialdelaespecieyla estequiometradelareaccin,eindicalaextensinenquetiene lugarelproceso directo.El grado de disociacin es la fraccin de mol que se ha disociado o reaccionado cuando se alcanzaelequilibrio.Sedesignaconlaletra ysecalculadividiendolosmoles(o moles/L)que han reaccionado x entre los moles (o moles/L) iniciales n(o c). Suvalorestcomprendidoentre0(cuandonohayreaccin)y1(cuandolareaccines completa). x xn c(x y n, en moles) ; (x y c, en moles/L) = = A veces se suele expresar en porcentaje: x100 100cx% = n = 4.7 Equilibrios heterogneos

Hasta ahora hemos estudiado reacciones reversibles en las que los reactivos y los productosseencuentranenestadogaseoso.Aestosequilibrioslosdenominamos homogneos, porque todas las especies qumicas estnen la misma fase. En cambio, en los equilibriosheterogneosparticipanespeciesqumicasqueseencuentranenmsdeunafase. Cuandoenunareaccinintervienenslidosolquidospuros,susconcentracionesnose incluyen en la expresin de la constante de equilibrio2.

2Enlaexpresindelaconstantedeequilibriodeberanfigurarlasactividadesdelas especies qumicas que en condiciones ideales pueden ser sustituidas por las concentraciones molaresolaspresionesparciales.Paraslidosylquidospurosa=1ynoseincluyepor tanto en Kc y Kp. Iniciacin a la Qumica185 4.8 Principio de Le ChatelierUnsistemaenequilibriorespondeacualquieraccinexteriorqueloaltere, alcanzando un nuevo estado de equilibrio quecontrarreste dicha perturbacin. Lasaccionesquepuedenalterarelequilibrioson:loscambiosenla concentracindealgunadelasespeciesqumicas,loscambiosenlapresinylos cambios en la temperatura. ElprincipiodeLeChateliernospermitepredecirculserelsentidodel desplazamientodelequilibriodeunmodocualitativo.Decimosqueelequilibriose desplaza hacia la derecha o hacia los productos cuando, para alcanzar el nuevo estado de equilibrio, los reactivosreaccionan dando lugar auna cantidad mayor de los productos.Sedesplazarhacialaizquierdaohacialosreactivoscuandolosproductosreaccionen para originar ms cantidad de reactivos. Elestudiocuantitativodeldesplazamientodelequilibriodebidoacambiosenla concentracin o en la presin se puede realizar comparando la constante de equilibrio con el cociente de reaccin.3

Cambios en la concentracinLavariacindelaconcentracindeuncomponentedelsistemaporadicino eliminacindelmismoesseguidadeundesplazamientodelequilibrioenelsentidoque contrarreste dicha variacin. Es decir, en el sentido que se consumael componente, si su concentracin aumenta, o en el que se obtenga,si su concentracin disminuye.Cambios en la presinLos cambios de presin slo afectan a los gases, ya que los lquidos y los slidos son prcticamente incompresibles. La presin del sistema en equilibrio se puede modificar de varias formas: 1-Aadiendo o eliminando un componente gaseoso; con lo cual se produce un cambio en la concentracin del componente, que hemos estudiado en el apartado anterior. 2-Modificando la presin por un cambio de volumen. De la ecuacin de los gases ideales se deduce que la presinde un sistema gaseoso es inversamente proporcional al volumen y directamente proporcional a los molesdel mismo.

3Elestudiocuantitativodeldesplazamientodelequilibriodebidoauncambiode temperatura se hace aplicando las leyes de la termodinmica (ecuacin de Van t Hoff). Equilibrio qumico186 Un aumento de la presin producido por una disminucin del volumen del sistema provocaqueelequilibriosedesplaceenelsentidoquesecontrarresteeseaumentode presin; es decir,en el sentido en que disminuyen los moles (molculas) de las sustancias gaseosas(amenosmoles,menorpresin).Unadisminucindelapresin(producidapor un aumento del volumen del sistema) provoca que el equilibrio se desplace en el sentido en elqueaumentanlosmoles(molculas)delassustanciasgaseosas,paraascontrarrestar la perturbacin producida (a ms moles, mayor presin). Si en el proceso no hay variacin enlosmoles(molculas),elequilibrionoseveafectadoporloscambiosdepresinpor variacin de volumen.3- Aadiendo un gas inerte al sistema a volumen constante. La presin total aumenta sin modificarlaspresionesparciales,quedependendelosmolesdecadacomponenteydel volumen total, no afectando al equilibrio. Cambios en la temperatura Alaumentarlatemperatura,elequilibriosedesplazaenelsentidoenelquese absorbacalorparacontrarrestardichoaumento;esdecir,hacialaizquierdaenlas reaccionesexotrmicasyhacialaderechaenlasendotrmicas.Sidisminuyela temperatura,elequilibriosedesplazaenelsentidoenquesedesprendacalor;esdecir, hacia la derecha en las reacciones exotrmicas y hacia la izquierda en las endotrmicas.Adicin de un catalizador Laadicindeuncatalizadorproducelamismavariacinenlavelocidaddel proceso directo y del inverso, y no afecta, por tanto, a las concentraciones en el equilibrio,aunque s modificael tiempo que tarda en alcanzarse el estado de equilibrio.4.9 Equilibrios de precipitacinUn caso particular de equilibrio heterogneo se presenta cuando, en el transcurso deunareaccinendisolucinacuosa,seforma uncompuestoinico pocosoluble, por lo queapareceunafaseslida,denominadaprecipitado,queestarenequilibrioconuna disolucin muy diluida de los iones constitutivos del slido. Este tipo de reaccin se produce cuando, en el seno de una disolucin acuosa, se adicionaunreactivoqumico(usualmenteunaespeciequmicadenaturalezainica)que interacciona con otra especie qumica disuelta de carga opuesta a la del reactivo aadido, formndose un compuesto neutro insoluble, el cual es perceptible de forma visible. Iniciacin a la Qumica187 Cuando el slido est en equilibrio con sus iones constitutivos en disolucin a una temperatura determinada, se dice que esa disolucin est saturada, y a la concentracin de soluto disuelto se denomina solubilidad de esa especie qumica, a esa temperatura. Laexistenciadeuncompuestoinsolubleendisolucindalugar,inmediatamente, alestablecimientodeunequilibrioentreelcompuestoenestadoslidoylapartedel mismoquesedisuelve,estandocompletamentedisociadoelcompuestodisuelto,talcomo se indica en la siguiente expresin: AmBn (s) ' AmBn (sol) m An+(dis)+n Bm-(dis)Enestecasoparticular,alaconstantedeequilibrioseledenominaproductode solubilidad,Ks,y,talcomosehaindicado,lasespeciesslidasnoaparecenenla expresin de la constante. Ks = [An+]m [Bm-]n

En lo que sigue, se usar el valor de Ks a partir de las concentraciones molares de las especies disueltas. 4.9.1 Expresin de solubilidad SisedisponedeunadisolucinsaturadadelasustanciaAmBn,setieneel equilibrio dado por: AmBn (s) ' AmBn (sol) m An+(dis)+n Bm-(dis)s msns en la que si la concentracin de compuesto disuelto es s, las concentraciones de sus iones vienendadaspormsynsparaAn+(dis)yBm-(dis),respectivamente.Sustituyendoestos valores en la expresin de Ks: Ks= (ms)m (ns)n= mm nn sm+ny despejando, llegamos al valor del parmetro de la solubilidad en funcin de Kss= ( Ks / mm nn)1/(m+n) En la siguiente tabla se incluyen algunos ejemplos tpicos: Equilibrio qumico188 SUSTANCIAKS s AgCl BaSO4AlPO4Ag2S Tl2CrO4PbCl2CaF2As2S3NH4MgPO4[Ag+] [Cl-] =s s [Ba2+] [SO42-]=s s [Al3+] [PO43-] = s s [Ag+]2 [S2-]=(2 s)2 s [Tl+]2 [CrO42-]2= (2 s)2 s [Pb2+] [Cl-]2=s (2 s)2[Ca2+] [F-]2=s (2 s)2[As3+]2 [S2-]3 = (2 s)2 (3 s)3[NH4+] [Mg2+] [PO43-] = s s s Ks1/2Ks1/2Ks1/2(Ks/4)1/3 (Ks/4)1/3 (Ks/4)1/3 (Ks/4)1/3 (Ks/108)1/5 Ks1/34.9.2. Efecto de ion comnEs la influencia que ejerce la disolucin de un ion sobre una disolucin saturada de un compuesto insoluble, uno de cuyos iones debe ser el mismo, cuando se la adiciona a ladisolucinsaturada.Elefectoproducidoeseldeladisminucindelasolubilidad,es decir, el desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda, o sea, hacia la formacin de ms compuestoinsoluble,talcomosepuedededucirdelaaplicacindelprincipiodeLe Chatelier.Supongamos que disponemos de una disolucin saturada del compuesto insoluble, veamoscomovaralasolubilidadcuandoalasuspensinseleaadeunadisolucinde An+ o del ion Bm-, es decir uno de los iones que forma la fase slida. Estimemos que adicionamos Bm- hasta una concentracin x M, entonces el sistema ya no est en equilibrio, con lo que [An+]=m sy [Bm-] =n s+x yelsistemasehabrdesplazadohacialaformacindemscantidaddecompuesto insoluble y, en consecuencia, la solubilidad disminuye. En el caso de que ns sea inferior al 5% de x,puede despreciarse n sfrente a x, con lo que las concentraciones de los iones sern: [An+]=m sy [Bm-] xy sustituyendoKs=(m s)m xn=mm sm xny de aqus =(Ks / mm xn)1/mSihubiramosaadidoAn+hastaunaconcentracinxMytambinocurreque 005 x > m s, entonces:s= (Ks / nn xm)1/nIniciacin a la Qumica189 Ejemplo 1. Supongamos AmBn con m = n = 1: AgCl , PbS , BaCrO4 , CaCO3 , etc. SeaadeA+ hastaunaconcentracinxMaunadisolucinsaturadadeAB .Podemos escribir: AB (s)' AB (sol)A+(dis) +B-(dis) sss antes de aadir A+ ss + x x sdespus de aadir A+Por tanto, Ks=s xy de aqui s=Ks / xDespus se efecta la siguiente comprobacin: Si 005 x> s La simplificacin es correcta Si005xsLasimplificacinesincorrecta.Enestecaso,seresuelvelaec.de2 grado que resulta: Ks=(s+x)sydeaqus2+xs-Ks=0,siendolarazpositivala solucin correcta SiseadicionaraB-lasistemticaderesolucinesanloga,talcomolopuede comprobar el alumno. Ejemplo 2. Supongamos AmBn con m = 1 y n = 2: PbCl2 , CaF2 , etc. Se aade la especie A2+ hasta una concentracinx M a una disolucin saturada de AB2 . Podemos escribir: AB2(s)' AB2 (sol)A+(dis) + 2 B-(dis) ss2s antes de aadir A+ ss + x x2 sdespus de aadir A+Por tanto, Ks=x (2 s)2y de aquis=(Ks /4 x)1/2 Despus se efecta la siguiente comprobacin: Si 005 x> s La simplificacin es correcta Si005xsLasimplificacinesincorrecta.Enestecaso,seobtieneunaec.de3ergrado que puede resolverse: Ks=(s + x) (2 s)2 y de aqui 4 s3+4 x s2-Ks = 0. Equilibrio qumico190 Se adiciona B - hasta una concentracinx M a una disolucin saturada de AB2 . Podemos escribir: AB2(s)' AB2 (sol)A+(dis) + 2 B-(dis) ss2santes de aadir B -ss 2 s +x x despus de aadir B -Por tanto, Ks=s x2y de aquis=Ks / x2 Despus se efecta la siguiente comprobacin: Si 005 x> 2 s La simplificacin es correcta Si 005 x2 s La simplificacin es incorrecta. En este caso, se obtiene una ecuacin de tercer grado que resulta: Ks=s (2 s +x)2 Ejemplo 3. Supongamos AmBn con m = 2y n = 1: Ag2CrO4 , Hg2S , Cu2[Fe(CN)6], etc. El efecto de ion comn de An+ o de Bm- sobre una disolucin saturada de A2B se resuelve de modosimilaralejemplo2.Dejamoscomoejercicioparaelalumnolaresolucindeeste ejemplo. 4.9.3 Formacin de precipitados Cuandosemezclandosdisolucionesconionesquepuedendarlugaraun compuesto insoluble, se formar o no ste, dependiendo de las concentraciones actuales de los iones que forman la sustancia insoluble. Ejemplo4.Supongamosquedisponemosdedosdisoluciones,unadePb2+cuya concentracin es x M y otra de S2- cuya concentracin es y M. Si estimamos, para facilitar los clculos, que se mezclan volmenes iguales de ambas disoluciones y que los volmenes sonaditivos,tendremosquelasconcentracionesdelosionesenladisolucinresultante son: [Pb2+]=x/2My[S2-]=y/2debidoaladilucinqueexperimentacadadisolucin cuando se mezclan. PuestoqueKs=[Pb2+] [S2-]debemoscomprobarelproductoinicoactualde los iones mezclados, es decir (x / 2) (y / 2) >Ks. Se forma un precipitado (x / 2) (y / 2) =Ks. Se forma una disolucin saturada Iniciacin a la Qumica191 (x / 2) (y / 2) Kc. Pcrc clccnzcr de nuevo el equlbro Q tene que dsmnur hcstc hccerse yucl c Kc. Los productos reccconcrcn entre s dsmnuyendo su concentrccon cl msmo tempo que cumentc lc ccntdcd de los recctvos.0ecmosqueelequlbrosedesplczchccclc]ormccondelos recctvos o hccc lc zquerdc. c) Al cumentcr lc ccpccdcd del recpente, dsmnuye lc preson y el equlbro sedesplczcrchccclczquerdc,dondehcymcyornmerodemolespcrc compenscr lc dsmnucon de lc preson. Iniciacin a la Qumica197 Cuestin 7 Cuestin 7 Cuestin 7 Cuestin 7 Se establece el siguiente equilibrio: 2 C (s)+02 (g)'2 C02 (g)H= 221 kJ Pazone si la concentracion de 02 aumenta, disminuye o permanece invariable: a) Al aadir C (s) b) Al aumentar el volumen del recipiente. c) Al elevar la temperatura. Solucin c) Permanece nvarable porque el C(s) estc en estcdo soldo y, mentrcs que no seretretotclmentedelsstemc,succntdcdnoc]ectcclccomposconenel equlbro. b)0smnuye.Scumentcelvolumendelsstemcdsmnuyelcpreson.El sstemc evoluconc pcrc clccnzcr un nuevo estcdo de equlbro contrcrrestcndo dchcdsmnucon,esdecr,desplczcndosehccclcderechc(cumentclc ccntdcddeCO2ydsmnuyelcccntdcdC(s)ydeO2(y)),porquecscumentcn los moles (molculcs) de lcs especes ycseoscs. c) Aumenta. Al elevcr lc tempercturc, el equlbro se desplczc en el sentdo en quelcreccconesendotrmcc(hccclczquerdc),conloquecumentclc concentrccon de O2. Cuestin 8 Cuestin 8 Cuestin 8 Cuestin 8 Para los compuestos poco solubles Cu8r, 8a(0J)2 y Fe(0H)J: a) Escriba la ecuacion de equilibrio de solubilidad en agua. b) La expresion del producto de solubilidad. c) El valor de la solubilidad en funcion del producto de solubilidad. Solucin Soncompuestosmuypocosolublesencyuc,porloquesolosedsuelveunc pequec ]rccconde ccdcuno,dsoccndose totclmente en sus ones, hcstc que lc dsolucon se scturc. Se estcblece entonces un equlbro entre los ones en lc dsolucon y el soldo sn dsolver en el ]ondo del recpente. c) Cu8r (s)'Cu8r(ds) Cu+ (ds) + 8r(ds) 8c(lOJ)2 (s) '8c(lOJ)2 (ds)8c2+ (ds)+ 2lOJ(ds) Fe(OH)J (s) 'Fe(OH)J (ds)FeJ+ (ds)+J OH(ds) Equilibrio qumico198 b) Ks= [Cu+] [8r] = ss Ks= [8c2+] [lOJ]2 = s(2s)2 Ks= [FeJ+] [OH]J = s(Js)J c) s = Ks1l2 s = (Ks l 4)1l3 s = (Ks l27)1l4 Cuestin 9 Cuestin 9 Cuestin 9 Cuestin 9 Comosemodificarlasolubilidaddelcarbonatodecalcio(solidoblanco insoluble, CaC0J) si a una disolucion saturada de esta sal se le adiciona: a) Carbonato de sodio (Na2C0J). b) CaC0J. c) Cloruro de calcio. Solucin El ccrboncto de cclco es un soldo onco muy poco soluble en cyuc que estcrc en equlbro con los ones procedentes de unc pequec ]rcccon de lc scl que se hc dsuelto: CcCOJ (s) 'CcCOJ (ds)Cc2+ (ds)+COJ2 (ds) S s s c) 0smnuyendo.Elccrbonctodesodoessolubleencyucy,clccdrloclc dsolucon, este se dsuelve y se dsocc completcmente en sus ones, seyn: Nc2COJ (s)2 Nc+ (ds)+COJ2 (ds) Loquehccequelcconcentrccondeonesccrbonctoenlcdsolucon cumente, provoccndo que el equlbro de solubldcd del ccrboncdo de cclco se desplcce hccc lc zquerdc, de ccuerdo con el Prncpo de Le Chcteler, y, en consecuencc, dsmnuyendo lc solubldcd. b)Permanecenalterable.Puestoqueelccrbonctodecclcoesunsoldo nsoluble que se cdconc c unc dsolucon scturcdc de sus ones, no c]ectc c lc solubldcd del ccrboncto de cclco. c)0smnuyendo.Ele]ectodelclorurodecclcoescncloyoclquereclzcel ccrboncto de sodo, sendo en este ccso el on cclco el que provocc el e]ecto de on comn y desplczc el equlbro hccc lc zquerdc. Iniciacin a la Qumica199 Cuestin 10 Cuestin 10 Cuestin 10 Cuestin 10 0etermine si se produceun precipitado(aparicion de una fase solida enel seno deunadisolucion)cuandosemezclandosvolumenesigualesdedisoluciones 0'0002Vdeuncation(ioncargadopositivamente)yunanion(ioncargado negativamente) de las siguientes especies: a) Ag+ y Cl. b) Pb2+ y . c) 8iJ+ y S2. 0atos: Ks (AgCl) =2'8 1010; Ks (Pb2) = 1,4 108 ; Ks (8i2SJ) = 1'5 1072 Solucin 0ebe probcrse s el producto onco cctucl de los ones es mcyor, menor oyuclclvclordesuKs.0ebetenerseencuentcquelcconcentrccondeccdc on dsmnuye c lc mtcd por ccusc de lc dlucon. c) Precta el cloruro de lata. [Ay+]cctucl [Cl]cctucl = 0'0001 0'0001 = 108 > Ks(AyCl) = 2'8 1010 b) No recta el oduro de lomo. [Pb2+]cctucl [l]2cctucl = 0'0001 0'00012 = 1012 Ks(Pbl2) = 1'4 108 c) Precta el suljuro de bsmuto. [8J+]2cctucl [S2]Jcctucl = 0'00012 0'0001J = 1020 > Ks(82SJ) = 1'54 10Z2 Cuestin 11 Cuestin 11 Cuestin 11 Cuestin 11 ndique si son ciertas o falsas las siguientes aseveraciones: a)Elvalordelaconstantedelproductodesolubilidadalcanzasumximovalor despus de varios minutos. b)Unadisolucionsaturadadeuncompuestoinsoluble,Am8n,tieneuna concentracion de sal disuelta que es m + n veces la solubilidad. c)Elvalordelaconstantedelproductodesolubilidaddependedela temperatura. Solucin c) Falso. El vclor de Ks solo depende de lc tempercturc. Equilibrio qumico200 b) Falso.Lcsolubldcdsede]necomolcconcentrccondeuncdsolucon scturcdc. c) Certo. Ks es unc constcnte de equlbro y solo depende de lc tempercturc. Cuestin 12 Cuestin 12 Cuestin 12 Cuestin 12 ndique si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones: a) Si a una disolucion saturada de una sal insoluble se le aade uno de los iones que la forma, disminuye la solubilidad. b)0osespeciesionicasdecargasopuestasformanunprecipitado(compuesto insoluble)cuandoelproductodesusconcentracionesactualesesigualal producto de solubilidad. c) Para desplazar un equilibrio de solubilidad hacia la formacion de ms cantidad de solido insoluble, se extrae de la disolucion una porcion del precipitado. Solucin c) Verdadero, por el e]ecto del on comn.b) Falso,puespcrcqueprecpteesnecescroquesupereelproductode solubldcd.c) Falso, porque lc ccntdcd de soldo en equlbro con lc dsolucon no c]ectc c lc ccntdcd dsueltc. Cuestin 13 Cuestin 13 Cuestin 13 Cuestin 13 ndique si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones: a)Eldesplazamientodeunequilibriodesolubilidaddeuncompuestoinsoluble hacialasolubilizaciondelprecipitadopuedehacerseretirandounodelos iones que forman la sal insoluble. b) Si a un equilibrio de solubilidad de un solido insoluble se le aade ms solido insoluble, el equilibrio no se desplaza hacia ningun lado. c) La molaridad de una disolucion saturada de una sal insoluble es su solubilidad. Solucin c) Verdadero.b) Verdadero.c) Verdadero. Iniciacin a la Qumica201 RESOLUCIN DE PROBLEMAS Vamos a seguir los pasos que se indican a continuacin: 1- Escribimos la ecuacin qumica ajustada. 2- Indicamos: - Los moles olas concentraciones molares iniciales de todas las especies qumicas que intervienen. - Lavariacinqueseproduceenlascantidadesinicialeshastaalcanzarelequilibrioteniendo en cuenta la estequiometra de la reaccin.-Los moles o las concentraciones molares en el equilibrio. Utilizamos incgnitas para designar las cantidades desconocidas: moles iniciales n; variacin x; etc. 3-Sustituimoslosmolesolasconcentracionesmolaresenelequilibrioenlas expresionesmatemticasquelosrelacionanconlosdatosdadosenelenunciadodel problema(expresindelaconstantedeequilibrio,ecuacindelosgasesideales, expresin de la fraccin molar de un componente, etc.)4- Resolvemos las ecuaciones correspondientes. Problema 1 Problema 1 Problema 1 Problema 1 Enunrecipientede4litros,aunaciertatemperatura,seintroducenlas cantidadesdeHCl,02yCl2indicadasenlatabla,establecindoseelsiguiente equilibrio:( ) ( )( ) ( )2 2 24HCl g 0 g 2H 0 g 2Cl g + + ' HCl02H20Cl2 moles iniciales0160080002 moles en equilibrio006 Calcule: a) Los datos necesarios para completar la tabla. b) El valor de Kc a esa temperatura. Solucin c)Hcyquerecordcrqueloscoe]centesestequomtrcosdeuncecuccon qumcc ndccn lc relccon entre los moles de los recctvos que reccconcn y los moles de los productos que se ]ormcn. En lc recccon cnteror, por ccdc 4 moles de HCl que reccconcn lo hcce 1 mol de O2, y se obtenen 2 moles de H2Oy 2 moles de Cl2. S ncclmente tenemos 0`1 moles de HCl y en el equlbro quedcn 0,0 moles, hcbrcnreccconcdo0`10`0=0,1moldeHCl.Apcrtrdeestedcto, Equilibrio qumico202 hcllcmoslosmolesquereccconcnyquese]ormcndelcsotrcsespeces qumccs que ntervenen en lc recccon: =22 21 mol Omoles Oque reccconcn = 0`1 mol HCl0,025 mol O4 mol HCl =22 22 mol H Omoles H O que se ]ormcn = 0`1 mol HCl `mol H O mol HCl0 054 =22 22 mol Clmoles Clque se ]ormcn= 0`1 mol HCl `mol Cl mol HCl0 054 Losmolesenelequlbrosehcllcnrestcndoclcsccntdcdesncclesde recctvoslcsccntdcdesquehcnreccconcdo,ysumcndoclcsccntdcdes nccles de los productos lcs ccntdcdes que se hcn ]ormcdo: 2 On (eq) = 0`08 mol 0,025 mol = 0,0 mol O22n (eq) = 0`02 mol + 0,05 mol = 0,0Z mol ClCl 2 2 H 2n (eq) = 0 mol + 0`05 mol = 0`05 mol H O0 b) Susttumoslcsconcentrcconesmolcresdelcsespecesqumccsenlc expreson mctemctcc de lc constcnte de equlbro: [ ] [ ][ ] [ ] = = = 2 24`mol `mol LL`mol `mol LL2 22 2 eq eqC 42 eq eq0 05 0 07H 0 Cl4 4K 6JHCl 0 0 06 0 064 4 Problema 2 Problema 2 Problema 2 Problema 2 El N204 se disocia en N02, segun la ecuacion: ( )( )2 4 2N 0 g 2N0 g ' Si en un recipiente de 4 litros en el que se ha hecho el vacio se introducen 020 moles de N204 y 020 moles de N02 y se calienta a 50C: a) Calcule el cociente de reaccion en el instante inicial. b) Pronostique el sentido en el que ocurrir la reaccion para alcanzar el equilibrio. 0ato.Kc=0029 a 50C. Iniciacin a la Qumica203 Solucin: c)Susttumoslcsconcentrcconesncclesenlcexpresondelcocentede recccon: [ ][ ]`mol L``mol L2222 40 20N04Q 0 050 20 N 04 = = = b) El sstemc no estc en equlbro porque el cocente de recccon no es yucl c lcconstcntedeequlbro.ComoQ>Kc,elcocentedereccconteneque dsmnur cmeddc que trcnscurre lc recccon hcstc hccerse yucl c Kccucndo seclccnceelequlbro.PcrcqueQdsmnuyc,tenequecumentcrlc concentrccondeN2O4que]yurceneldenomncdorydsmnurlc concentrccon de NO2 que ]yurc en el numercdor. Por tcnto, lc recccon tendrc luycr hccc lc zquerdc. Problema 3 A 52J K las concentraciones de PCl5, PClJ y Cl2 en equilibrio para la reaccion: PCl5 (g)'PClJ (g) + Cl2 (g) son0,809 V, 0,190 V y 0,190 V, respectivamente. Calcule a esa temperatura: a) Las presiones parciales de las tres especies en el equilibrio. b) La constante Kp de la reaccion. Solucin c) Cclculcmoslcpresonpcrccldeccdccomponentesusttuyendosu concentrccon molcr en lc ecuccon de los ycses decles: = = = =mol ctmL` ` K ` ctmL Kmol55 5PClPCl PCln P TP c P T 0 809 0 082 52J J4 77 = = = =mol ctmL` ` `ctmL KmolJJ JPClPCl PCln P TP c P T 0 190 0 082 52JK 8 157 = = = =mol ctmL` ` K `ctmL Kmol22 2ClCl Cln P TP c P T 0 190 0 082 52J 8 157 Equilibrio qumico204 b) Escrbmos lc expreson de Kp y susttumos: = = =`ctm `ctm`` ctmJ 25PCl ClPPClP P8 15 8 15K 191P J4 7 Problema 4 Problema 4 Problema 4 Problema 4 Enunrecipientede1Lyaunatemperaturade800C,sealcanzaelsiguiente equilibrio:CH4(g) + H20(g)' C0(g) + JH2(g) Calcule: a) Los datos que faltan en la tabla. CH4H20C0H2 moles iniciales20005007J variacion en los moles hasta el equilibrio 040 moles en el equilibrio040 b) La constante de equilibrio Kp. 0ato. P = 0'082 atmLK1mol1. Solucin c)Por ccdc mol de cyuc que reccconc, lo hcce un mol de metcno yse ]ormcn un mol de monoxdo de ccrbono y tres moles de hdroyeno. Como reccconcn 0'4 moles de cyuc, lo hcrcn con 0'4 moles de metcno y se ]ormcrcn 0'4 moles de CO y 1'2 moles de hdroyeno: vcrccon moles CH4 = 0`40 mol vcrccon moles CO=+ 0`40 mol vcrccon molesH2= + J0`40 = 1`20 mol lncclmente no hcy ncdc de CO, yc que los0,4 moles de CO en el equlbro son los que se ]ormcn durcnte lc recccon: moles nccles CO = 0 mol Losmolesdeccdcespeceenelequlbroseobtenencpcrtrdelosmoles nccles ylc vcrccon que se produce en estos hcstc clccnzcr el equlbro: 4 CH 4n (eq) `mol `mol`mol CH 2 00 0 40 160 = =Iniciacin a la Qumica205 2 HO 2n (eq) `mol `mol`mol H O 0 50 0 40 0 10 = =2 H 2n (eq) `mol`mol`mol H 0 7J 120 19J = + = b) Kp se puede cclculcr susttuyendo en su expreson mctemctcclcs presones pcrccles en el equlbro; o ben, c pcrtr de lc relccon entre Kp y Kc. 1" rocedmento: Cclculcmos lcs presones pcrccles en el equlbro: = = =ctmL` mol ` KKmol ctm LC0C00 40 0 082 107Jn P TP J57 1 = = =ctmL` mol ` KKmol ctm L22HH19J 0 082 107Jn P TP 1707 1 = = =ctmL` mol ` KKmol ctm L44CHCH160 0 082 107Jn P TP 1407 1 = = =ctmL` mol ` KKmol` ctmL22H 0H 00 10 0 082 107Jn P TP 8 87 1 Susttumos en lc expreson mctemctcc de Kp: ( ) = = = ctmctm` ctm ` ctm24 2J JC0 H 5PCH H 0P P J5 170K 1410P P 140 8 8 2" rocedmento: Cclculcmos Kc: [ ] [ ][ ] [ ] = = = `mol `mol LL`mol `mol LLJJ2C4 20 40 19JC0 H1 1K 18160 0 10 CH H 01 1 Hcllcmos Kp tenendo en cuentc que n =J + 1 1 1 = 2: Equilibrio qumico206 ( ) ( )= = = ` `2 n 5P CK K PT 18 0 082107J 1410 Problema 5 Problema 5 Problema 5 Problema 5 En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0J87 moles de nitrogeno y 0642 moles de hidrogeno, se calienta a 800 K y se establece el equilibrio: N2 (g)+J H2 (g)'2 NHJ (g) Encontrndose que se han formado 0,060 moles de amoniaco. Calcule: a) La composicion de la mezcla gaseosa en equilibrio. b) Kc y Kp a la citada temperatura. 0ato. P=0082 atm L K1mol1. Solucin c)0elcestequometrcdelcreccconsededucequeporccdcmoldeN2que reccconc,lohccentresmolesdeH2pcrc]ormcrdosmolesdeNHJ.Comose hcn ]ormcdo 0`00 moles de NHJ, hcbrcn reccconcdo: 22 J 2J mol Nmoles N que reccconcn`mol NH `mol N mol NH10 060 0 0J02= =22 J 2J mol Hmoles H que reccconcn`mol NH `mol H mol NHJ0 060 0 0902= = Los moles en el equlbro de N2 e H2 se obtene restcndo c los moles nccles los que hcn reccconcdo: 2 N 2n (eq) `mol `mol`mol N 0 J87 0 0J0 0 J6 = =2 H 2n (eq) `mol `mol`mol H 0 642 0 090 0 55 = = b) Susttuyendo en lc expreson de Kc: [ ][ ] [ ] = = = ` mol L`` mol ` mol LL22J eqC J J2 2 eq eq0 06NH1K 0 060N H 0 J6 0 551 1 PcrccclculcrKputlzcmoslcexpresonquelcrelcconcconKc,tenendoen cuentc que n = 2 1 J = 2: Iniciacin a la Qumica207 ( ) ( ) = = = ` ` `2 n 5P CK K PT 0 060 0 082800 1J910 Problema 6 Problema 6 Problema 6 Problema 6 En un recipiente de 5 litros se introducen 184 moles de nitrogeno y 102 moles de oxigeno. Se calienta el recipiente hasta 2000C, establecindose el equilibrio: N2(g) + 02(g)' 2 N0(g) En estas condiciones, reacciona el J del nitrogeno existente. Calcule: a) El valor de Kc a dicha temperatura. b) La presion total en el recipiente, una vez alcanzado el equilibrio. 0ato. P = 0'082 atmLK1mol1. Solucin c)HcllcmoslosmolesN2ydeO2quereccconcn,ylosmolesdeNOquese ]ormcn: 2 2moles de N que reccconcn`mol `mol NJ184 0 055100= =22 2 22 mol Omoles de Oque reccconcn`mol N`mol N mol N10 055 0 0551= =22 mol NOmoles de NO que se ]ormcn`mol N`mol NO mol N20 055 0 1101= =Losmolesenelequlbrosecclculcncpcrtrdelosmolesncclesydelc vcrccon producdc en los msmos: 2 N 2n (eq) `mol `mol `mol N 184 0 055 179 = =2 O 2n (eq) `mol `mol `mol O 102 0 055 0 097 = == + =NOn (eq) `mol `mol NO 0 0 110 0 110 Susttumos en lc expreson de Kc: [ ][ ] [ ] = = = `mol L``mol `mol LL22eqC2 2 eq eq0 11N05K 0 070179 0 097 N 05 5 b)Cclculcmoslcpresontotclsusttuyendoenlcecuccondelosycsesdecles los moles totcles en el equlbro: Equilibrio qumico208 moles totcles = nT = 179 + 0097 + 0110 = 200 mol += =1 1`mol `ctmLK mol ( ) K= ` ctm LTTn P T 2 00 0 082 2000 27JP 74 67 5 Problema 7 Problema 7 Problema 7 Problema 7 En un recipiente de 10 litros se introducen 2 moles de compuesto A y 1 mol del compuesto 8. Se calienta a J00 C y se establece el siguiente equilibrio: A(g) + J8(g)'2C(g) Sabiendoquecuandosealcanzaelequilibrioelnumerodemolesde8es igual al de C. Calcule: a) Las concentraciones de cada componente en el equilibrio.b) El valor de las constantes de equilibrio KC y KP a esa temperatura.0ato. P= 0'082 atmLK1mol1. Solucin c)Escrbmoslcecucconqumccc]ustcdcendccmoslosmolesnccles,su vcrcconhcstcclccnzcrelequlbro(determncdcporloscoe]centes estequomtrcos)ylosmolesenelequlbropcrcccdcuncdelcsespeces qumccs que ntervenen.ComoccdcmoldeAreccconcconJmolesde8pcrc]ormcr2molesdeC,s suponemosquereccconcn"x"molesdeA,lohcrcncon"Jx"molesde8pcrc ]ormcr "2x" moles de C: A(y)+J8(y)'2C(y) moles nccles210 vcrccon x Jx+2x moles equlbro2 x1 Jx2x El enunccdo ndcc que, en el equlbro, los moles de 8 son yucles c los de C, por tcnto:moles 8 moles C ;`11 Jx 2x x 0 25= = = = Susttumos pcrc hcllcr lcs concentrccones de ccdc componente en el equlbro:

[ ] [ ] mol ` mol`M LLeq eq2x 20 2C 8 0 0410 10= = = =Iniciacin a la Qumica209 [ ]( ) ( ) `mol mol`M10 LLeq2 0 2 2 xA 0 1810 = = =b) Escrbmos lc expreson de lc constcnte de equlbro Kc y susttumos: [ ][ ] [ ]( )( ) ( )= = = `M``M `M2 2eq 2C J Jeq eqC 0 04K 1410A 8 0 18 0 04 Cclculcmos Kp c pcrtr de Kc tenendo en cuentc que n = 2 1 J = 2: ( ) ( ) = = = ` ` `2 n 2P CK K PT 1410 0 08257J 0 06J Problema 8 Problema 8 Problema 8 Problema 8 Se introduce una mezcla de 050 moles de H2 Y 050 moles de 2 en un recipiente de 1 litro y se calienta a la temperatura de 4J0 C. Calcule: a)LasconcentracionesdeH2,2yHenelequilibrio,sabiendoque,aesa temperatura, la constante de equilibrio Kc es 54,J para la reaccion: H2(g) + 2 (g)' 2H(g) b) El valor de la constante Kp a la misma temperatura. 0ato. P= 0,082 atmLK1mol1. Solucin c)Escrbmoslcecucconqumccc]ustcdcendccmoslosmolesnccles,su vcrccon hcstc clccnzcr el equlbro y los moles en el equlbro: H2(y)+l2(y)'2Hl(y) moles nccles0`500`500 vcrccon x x+2x moles equlbro0`50 x0`50 x2x Susttumos en lc expreson de lc constcnte de equlbro: [ ][ ] [ ] ( ) ( )( )( ) = = = = mol L`` mol ` mol` LL222eqC 22 2 eq eq2xH2x1K 54 J0 50 x 0 50 x H 0 50 x1 1 Equilibrio qumico210 de donde: ``moles`2x54 J x 0 J90 50 x = = Lcs concentrccones en el equlbro son: [ ] [ ]( ` ` ) mol`M L2 2 eq eq0 50 0 J9H 0 111= = =[ ]eq`molHl = = `M L20 J90 781 b)ElvclordeKpsecclculccpcrtrdelcexpresonquelorelcconcconKc, tenendo en cuentc quen = 2 1 1= 0: ( )= = = ` ( ` ) `n 0P CK K PT 54 J 0 08270J 54 J Cucndoenuncreccconnoseproduceuncvcrcconenlosmoles(molculcs) totcles de lcs especes en ]cse ycseosc, Kp y Kc son yucles. Problema 9 En una vasija que tiene una capacidad de J litros se hace el vacio y se introducen 0,5gramosdeH2yJ0gramosde2.Seelevalatemperaturaa500C, establecindose el siguiente equilibrio: 2 (g) + H2(g)' 2 H(g) para el que Kc vale 50. Calcule:a) Voles de H que se han formado.b) Voles de 2 presentes en el equilibrio. 0atos. Vasas atomicas: H=1;= 127. Solucin c) Hcllcmos los moles nccles de H2 y de l2: 22H 2 22mol Hn=` y H `mol H y H10 5 0 252 =22l 2 22 mol lny l `mol l y l1J0 0 12254= = Iniciacin a la Qumica211 Exprescmos los moles en el equlbro de ccdc espece qumcc, en ]uncon de los moles nccles y de su vcrccon hcstc clccnzcr el equlbro: H2(y)+l2(y)'2Hl(y) moles nccles0`250`120 vcrccon x x+2x moles equlbro0`25 x0`12 x2x Susttumoslcsconcentrcconesmolcresenlcexpresondelcconstcntede equlbro y resolvemos lc ecuccon de 2 yrcdocorrespondente: [ ][ ] [ ]( )( ) ( )( )( ) ( )= = = = /` / ` / ` `22 2eqC2 2 eq eqH2x 7 2xK 50H 0 25 x 7 0 12 x 7 0 25 x 0 12 x Lcs solucones de lc ecuccon son x1=0`11 yx2=0`2. Lcseyundcsoluconnotenesentdo,puesnopuedenreccconcrmcsmolesde los que hcy ncclmente. Susttumos: moles Hl ]ormcdos = 2x = 20`11 = 0`22 mol Hl b) moles de l2 equlbro = 0`12 x = 0`12 0`11 = 0`01 mol l2 Problema 10 Problema 10 Problema 10 Problema 10 En un recipiente de 10 L se hacen reaccionar, a 450C, 0'75 molesde H2 y 0'75 moles de 2, segun la ecuacion: H2(g) + 2(g)'2 H(g) Sabiendo que a esa temperatura Kc = 50, calcule en el equilibrio: a) El numero de moles de H2, 2 y de H. b) La presion total en el recipiente y el valor de Kp. 0ato. P = 0'082 atmLK1mol1. Solucin c) lndccmoslosmolesenelequlbroen]uncondelosmolesncclesysu vcrccon hcstc el equlbro:

Equilibrio qumico212 H2(y)+l2(y)'2Hl(y) moles nccles0`Z50`Z50 vcrccon x x+2x moles equlbro0`Z5 x0`Z5 x2x Susttumos en lc expreson de lc constcnte de equlbro: [ ][ ] [ ] ( ) ( )( )( ) = = = = mol L`mol `mol` LL222eqC 22 2 eq eq2xH2x10K 500 75 x 0 75 x H 0 75 x10 10 de donde: = =x x `mol` x250 0 580 75 Los moles en el equlbro son: moles H2 =