Ejercicios: Equilibrio dinámico, K y Q

Para la síntesis del amoniaco según la ecuación $\mathrm{N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)}$, el valor de la constante de equilibrio $K_{c,1}$ a $673\text{ K}$ es igual a $0.50$.

1. a) Determiná el valor de la constante de equilibrio $K_{c,2}$ a esa misma temperatura para la reacción inversa: $2\,\mathrm{NH_3(g) \rightleftharpoons N_2(g) + 3\,H_2(g)}$.
2. b) Calculá el valor de la constante $K_{c,3}$ a $673\text{ K}$ correspondiente a la descomposición de un mol de amoniaco: $\mathrm{NH_3(g) \rightleftharpoons \frac{1}{2}\,N_2(g) + \frac{3}{2}\,H_2(g)}$. Para los cálculos, utilizá el modelo ideal y los valores didácticos proporcionados.

En un matraz cerrado de $2.00\text{ L}$ de capacidad, a una temperatura fija de $700\text{ K}$, se introduce una mezcla gaseosa compuesta por $0.40\text{ mol}$ de $\mathrm{H_2(g)}$, $0.20\text{ mol}$ de $\mathrm{I_2(g)}$ y $0.80\text{ mol}$ de $\mathrm{HI(g)}$. La constante de equilibrio a dicha temperatura para el proceso $\mathrm{H_2(g) + I_2(g) \rightleftharpoons 2\,HI(g)}$ es $K_c = 54.0$.

1. a) Calculá el cociente de reacción inicial $Q_c$.
2. b) Deducí justificadamente si el sistema se encuentra en equilibrio y, en caso negativo, en qué sentido evolucionará de forma espontánea para alcanzarlo. Para los cálculos, utilizá el modelo ideal y los valores didácticos proporcionados.

Se estudia cinéticamente en fase gaseosa la reacción elemental reversible $\mathrm{A(g) \rightleftharpoons B(g)}$ en un recipiente isotermo cerrado de volumen constante a $300\text{ K}$, partiendo únicamente del reactivo $\mathrm{A}$ a una concentración inicial de $1.00\text{ mol}\times\text{L}^{-1}$. En el gráfico adjunto se monitoriza la evolución temporal de la velocidad de la reacción directa ($v_d$) y de la reacción inversa ($v_i$).

Observa la siguiente figura representativa:

1. a) Explica a partir del gráfico por qué el estado final alcanzado tras un tiempo suficientemente largo, dentro de la precisión experimental corresponde a un equilibrio dinámico y no a un cese estático de la reactividad.
2. b) Si la constante de velocidad directa es $k_d = 0.030\text{ s}^{-1}$ y en el equilibrio la velocidad común representada es $v_{\mathrm{eq}} = 0.012\text{ mol}\times\text{L}^{-1}\times\text{s}^{-1}$, calcula la concentración de equilibrio de $\mathrm{A}$, la concentración de equilibrio de $\mathrm{B}$ y el valor de la constante de equilibrio $K_c$. Para los cálculos, utiliza el modelo ideal y los valores didácticos proporcionados.

En un matraz de $5.00\text{ L}$ previamente evacuado se mezclan $1.50\text{ mol}$ de monóxido de carbono, $\mathrm{CO(g)}$, y $1.50\text{ mol}$ de vapor de agua, $\mathrm{H_2O(g)}$, a una temperatura constante de $900\text{ K}$, transcurriendo la reacción:

$\mathrm{CO(g) + H_2O(g) \rightleftharpoons CO_2(g) + H_2(g)}$, cuya constante es $K_c = 4.00$.

1. a) Construí una tabla con las cantidades de sustancia iniciales, la variación experimentada y las cantidades en el equilibrio expresadas en moles.
2. b) Determiná la concentración molar de cada una de las especies en el equilibrio y calculá la fracción molar de dióxido de carbono en la fase gaseosa. Para los cálculos, utilizá el modelo ideal y los valores didácticos proporcionados.

Podés hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

En un reactor rígido de $4.00\text{ L}$ a $720\text{ K}$ se introducen $1.20\text{ mol}$ de monóxido de carbono, $\mathrm{CO(g)}$, y $3.60\text{ mol}$ de vapor de agua, $\mathrm{H_2O(g)}$. A dicha temperatura tiene lugar la reacción de desplazamiento del gas de agua:

$\mathrm{CO(g) + H_2O(g) \rightleftharpoons CO_2(g) + H_2(g)}$, con $K_c = 1.60$.

1. a) Planteá la ecuación cuadrática correspondiente al avance de la reacción $x$ en el equilibrio y justificá rigurosamente el descarte de la raíz que carece de significado físico.
2. b) Calculá la composición molar de cada gas en el equilibrio y el rendimiento porcentual del proceso respecto al reactivo limitante. Para los cálculos, utilizá el modelo ideal y los valores didácticos proporcionados.