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21/06/2014
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Quim. Angel A. Norabuena Segovia
Equilibrio químico
concepto
N2O4(s) N2O4(g) NO2(g) N2O4(g) 2NO2(g) Reacción directa:
N2O4(g) 2NO2(g)
Reacción inversa:
N2O4(g) 2NO2(g)
V=kd [N2O4]
V=ki [NO2]2
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SITUACIÓN INICIAL
H2(g) + I2(g) HI(g)
(no de equilibrio)
Equilibrio químico
H2I2
SITUACIÓN FINAL
H2(g) + I2(g) 2 HI(g)
EQUILIBRIO QUÍMICO
Equilibrio químico
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• variación de la concentración con el tiempoH2(g) + I2(g) 2 HI(g)
Equilibrio químico
Con
cent
raci
ones
(mol
/l)
Tiempo (s)
[HI]
[I2]
[H2]
Equilibrio químico
• variación de la concentración con el tiempoH2(g) + I2(g) 2 HI(g)
Equilibrio químico
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velocidad reacción directa =velocidad reacción inversa
VRd = VRi las concentraciones de todas las sustancias
(reactivos y productos) se mantienen constantes (mientras no se modifiquen las condiciones) .
carácter dinámico
Equilibrio químico
Constante de Equilibrio
kd [N2O4(g)] = ki [NO2(g)]2
kd [NO2]2
ki [N2O4]= = constante
N2O4(g) 2NO2(g)
Fritz Haber (1868-1934)
Reacción directa:
N2O4(g) 2NO2(g)
Reacción inversa:
N2O4(g) 2NO2(g)
V=kd [N2O4]
V=ki [NO2]2
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Ley de acción de masas
aA + bB cC + dD
[C]c [D]d
[A]a [B]b=Kc
[NO2]2
[N2O4]Kc =Cato Maximilian Guldberg
(1836-1902)
Peter Waage (1833-1900)
(1864)
N2O4(g) 2NO2(g)
SITUACIÓN INICIAL (no de equilibrio)
0,1 mol/L 0,05 mol/L
COCIENTE DE REACCIÓN
N2O4(g) 2NO2(g)
Constante de Equilibrio
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SITUACIÓN FINAL (equilibrio)
¿? mol/L ¿? mol/L
CONSTANTE EQUILIBRIO
Kc = 0,0047 (400ºC)
N2O4(g) 2NO2(g)
Constante de Equilibrio
SITUACIÓN INICIAL (no de equilibrio)
0,1 mol/L 0,05 mol/L
COCIENTE DE REACCIÓN
N2O4(g) 2NO2(g)
Constante de Equilibrio
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SITUACIÓN INICIAL (no de equilibrio)
0,1 mol/L 0,05 mol/L
COCIENTE DE REACCIÓN
N2O4(g) 2NO2(g)
Constante de Equilibrio
Kc = 0,0047 (400ºC)
El sistema se desplaza hacia la izquierda Q > Kc
Significado del valor de Kc
tiempo
KC > 105
conc
entr
ació
n
KC < 10-2
conc
entr
ació
n
tiempo
Constante de Equilibrio
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Constante de equilibrio en términos de presión
Kp = (PC)c (PD)d
(PA)a (PB)b
Donde:
P es la presión parcial de cada sustancia
François Marie Raoult (1830-1901) PA = XA . PºA
aA + bB cC + dD
1.- Escriba la expresión de la constante de equilibrio Kc y Kp de los siguientes procesos:
a) 2 NO(g) + Cl2(g) 2 NOCl(g)b) NO(g) + ½Cl2(g) NOCl(g)c) 2 NOCl(g) 2 NO(g) + Cl2(g) d) N2O4(g) 2NO2(g) e)CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)f) 2 NaHCO3(s) Na2CO3(s) + H2O(g) +
CO2(g)
EJERCICIOSConstante de Equilibrio
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Magnitud de la Constante de equilibrio y sentido de la
reacción química
N2(g) + O2(g) 2NO(g) KC= 1 x 10-30 T= 25ºC
KC<<<<<1 Equilibrio se desplaza a la izquierda, se favorece los reactivos
2NO(g) N2(g) + O2(g) KC= 1 x 1030 T= 25ºC
KC>>>>>1 Equilibrio se desplaza a la derecha, se favorece los productos
Relación entre KC y KP
PV = nRT
Ecuación de los gases idealesRobert Boyle (1627-1691)
Jacques Charles
(1746-1823)
Amadeo Avogadro
(1776-1855)Joseph
Louis Gay-Lussac
(1778-1823)
Kp = Kc(RT)Δn
R = 0,082 L . Atm
K . mol
T = K (temperatura absoluta)
P = atm (presión)
V = L (volumen)
n = mol (moles)
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N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
Relación entre KC y KP
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
Kp = Kc · (R·T)∆n
∆n=npro – n rea = 2 – 4 = -2
Relación entre KC y KP
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2.- El cloro se obtiene mediante el llamadoproceso Deacon, según el equilibrio4 HCl(g) + O2(g) 2 H2O(g) + 2 Cl2(g) Si a la temperatura de 390 ˚C, se mezclan 0,08mol de HCl con 0,1 mol de oxígeno, seobserva la formación de 0,0332 moles decloro a la presión total de 1 atm. Calcula laconstante Kp correspondiente al equilibrio yel volumen del recipiente.
R: Kp=69,4; V=8,88 L
EJERCICIOS
Relación entre KC y KP
Equilibrios heterogéneosCaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
KC =[CaO] [CO2]
[CaCO3]KC = [CO2]
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EJERCICIOS
3.- Una mezcla de 5x10-3 moles de H2 y 1x10-2 molesde I2 se coloca en un recipiente de 5 L a 448ºC y sedeja que alcance el equilibrio. El análisis de la mezclaen equilibrio muestra que la concentración de HI es1,87x10-3M. Calcule KC para la reacción:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
R: Kc = 50,51
4.- A 448ºC la constante de equilibrio, KC, para la reacción:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
es 51. Prediga el sentido en que se desplazará la reacción paraalcanzar el equilibrio a la temperatura indicada si partimos de2x10-2 moles de HI, 1x10-2 moles de H2 y 3x10-2moles de I2 en unrecipiente de 2L.
5.- Un matraz de 1L se llena con 1mol de H2 y 2 moles de I2 a 448ºC. El valor de la constante de equilibrio, KC,para la reacción:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
es de 51 a la temperatura antes mencionada. ¿Cuáles son las concentraciones de H2, I2 y HI en el matraz en equilibrio?
R: [H2] = 0,065 M [I2] = 1,065 M [HI] = 1,870 M
R: Q < Keq.
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Principio de Le Chatelier
Henri-Louis Le Chatelier (1850-1936)
“Si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio detemperatura, presión o concentración de uno de loscomponentes, el sistema desplazará su posición deequilibrio de modo que se contrarrestre el efecto de laperturbación”
1.- Cambio de concentración de reactivos o productos
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
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2.- Cambio de volumen y presión
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Al disminuir volumen aumenta la presión
Al aumentar volumen disminuye la presión
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Equipo para la producción de amoníaco
industrial
Ing. Karl Bosch
3.- Cambio de Temperatura
Endotérmica:
Reactivos + calor productos
Exotérmica:
Reactivos productos + calor
Endotérmica: Un incremento de T hace que K aumente
Exotérmica: Un incremento de T hace que K disminuya
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4.- Uso de catalizadores
“Un catalizador incrementa la rapidez con la que el equilibrio se alcanza, pero no modifica la composición de la mezcla en equilibrio”
Energía de Activación
EJERCICIOSPrincipio de Le Chatelier
N2O4(g) 2NO2(g)
6.- Considere el equilibrio siguiente:
¿En qué sentido se desplazará el equilibrio cuando se haga cada unode los cambios siguientes a un sistema en equilibrio:
a) Agregar N2O4
b) Quitar NO2
c) Aumentar la presión total agregandoN2
d) Aumentar el volumene) Reducir la temperatura
ΔH° = 58,0 kJ/mol
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Aplicaciones
1.- Predicciones en la dirección de la reacción
2.- Calcular concentración de reactivos y productos cuando se ha establecido el equilibrio.
3.- Cociente de la reacción (Q)Q > K Eq. a la izquierdaQ < K Eq. a la derechaQ = K Equilibrio
