Qué es un equilibrio químico (2 de BGU) (Realizar dos ejercicos de equilibrio parecidos a los ejemplo solo cambiando de datos )

¿Qué es un equilibrio químico?

Es una reacción que nunca llega a completarse, pues se produce simultáneamente en ambos sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, éstos forman de nuevo reactivos). Es decir, se trata de un equilibrio dinámico.

Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que intervienen (reactivos o productos) se estabiliza, es decir, se gastan a la misma velocidad que se forman, se llega al EQUILIBRIO QUÍMICO.

ley de acción de masas. Constante de equilibrio (K_c)

Para una reacción cualquiera  (a A + b B + .... Á c C + d D + ...)  se define la constante de equilibrio (K_C) de la siguiente manera:

siendo las concentraciones medidas en el equilibrio (no confundir con las concentraciones iniciales de reactivos y productos).

Se denomina constante de equilibrio, porque se observa que dicho valor es constante (dentro un mismo equilibrio) si se parte de cualquier concentración inicial de reactivo o producto.

En la reacción anterior: H₂(g)+ I₂(g) Á 2 HI (g)

El valor de K_C, dada su expresión, depende  de cómo se ajuste la reacción. Es decir, si la reacción anterior la hubiéramos ajustado como: ½ H₂(g) + ½ I₂(g) Á HI (g), la constante valdría la raíz cuadrada de la anterior.

La constante K_C cambia con la temperatura.

¡ATENCIÓN!: Sólo se incluyen las especies gaseosas y/o en disolución. Las especies en estado sólido o líquido tienen concentración constante, y por tanto, se integran en la constante de equilibrio.

Ejemplo:

Tengamos el equilibrio: 2 SO₂(g) + O₂(g) Á 2 SO₃(g). Se hacen cinco experimentos en los que se introducen diferentes concentraciones iniciales de ambos reactivos (SO₂ y O₂). Se produce la reacción y una vez alcanzado el equilibrio se miden las concentraciones tanto de reactivos como de productos observándose los siguientes datos:

	Concentr. iniciales (mol/l)			Concentr. equilibrio (mol/l)
	[SO2]	[O2]	[SO3]	[SO2]	[O2]	[SO3]	Kc
Exp 1	0,200	0,200	—	0,030	0,115	0,170	279,2
Exp 2	0,150	0,400	—	0,014	0,332	0,135	280,1
Exp 3	—	—	0,200	0,053	0,026	0,143	280,0
Exp 4	—	—	0,700	0,132	0,066	0,568	280,5
Exp 5	0,150	0,400	0,250	0,037	0,343	0,363	280,6

K_c se obtiene aplicando la expresión:

y como se ve es prácticamente constante.

Ejercicio A:

Escribir las expresiones de K_C para los siguientes equilibrios químicos: a) N₂O₄(g) Á 2 NO₂(g); b) 2 NO(g) + Cl₂(g) Á 2 NOCl(g); c) CaCO₃(s) Á CaO(s) + CO₂(g); d) 2 NaHCO₃(s) Á Na₂CO₃(s) + H₂O(g) + CO₂(g). Ö

Significado del valor de K_c

Ejemplo:

En un recipiente de 10 litros se introduce una mezcla de 4 moles de N₂(g) y 12 moles de H₂(g); a) escribir la reacción de equilibrio; b) si establecido éste se observa que hay 0,92 moles de NH₃(g), determinar las concentraciones de N₂ e H₂ en el equilibrio y la constante K_c.

a) Equilibrio:                N₂(g)          +          3 H₂(g)         Á       2 NH₃(g)

b) Moles inic.:               4                               12                               0
    Moles equil.     4 – 0,46 = 3,54     12 – 1,38 = 10,62                0,92
    conc. eq(mol/l)        0,354                         1,062                         0,092

Ejercicio B:

En un recipiente de 250 ml se introducen 3 g de PCl₅, estableciéndose el equilibrio:  PCl₅(g)  Á PCl₃ (g) + Cl₂(g). Sabiendo que la K_C a la temperatura del experimento es 0,48, determinar la composición molar del equilibrio_. Ö

Constante de equilibrio (K_p). Relación con K_C.

En las reacciones en que intervengan gases es mas sencillo medir presiones parciales que concentraciones. Así en una reacción tipo: a A + b B Á c C + d D, se observa la constancia de  K_p viene definida por:

En la reacción: 2 SO₂(g) + O₂(g) Á 2 SO₃(g)

De la ecuación general de los gases: se obtiene:

Vemos, pues, que K_P puede depender de la temperatura siempre que haya un cambio en el nº de moles de gases

donde Dn = incremento en nº de moles de gases (n_productos – n_reactivos)

Ejemplo:

Calcular la constante K_p a 1000 K en la reacción de formación del amoniaco vista anteriormente. (K_C = 1,996 ·10^–2 M^–2)

N₂(g)  +  3 H₂(g) Á 2 NH₃(g)

Dn = n_productos – n_reactivos = 2 – (1 + 3) = –2

K_P = K_c x (RT)^Dn =1,996 x 10^‑2 mol^‑2·l² (0,082 atmxl x·mol^‑1xK^‑1 x1000 K)^‑2

Ejercicio C (Selectividad. Madrid Junio 1997):

La constante de equilibrio de la reacción: N₂O₄ Á 2 NO₂  vale 0,671 a 45ºC. Calcule la presión total en el equilibrio en un recipiente que se ha llenado con N₂O₄ a 10 atmósferas y a dicha temperatura. Datos: R = 0,082 atm·l·mol^-1·K^-1. Ö