problemes d'equilibri químic selectivitat

QÜESTIONS:
01.- Les reaccions següents han assolit l’equilibri a una mateixa temperatura:
H2 + I2  2 HI Kp
2 HI  H2 + I2 Kp’
½ H2 + ½ I2  HI Kp’’
HI  ½ H2 + ½ I2 Kp’’’
Calculeu les constants Kp’, Kp’’ i Kp’’’; sabent que Kp= 59,42 S97

02.- Per a una hipotètica reacció, que té com a equació química A (g)  B (g), es plantegen com a possibles gràfiques de la concentració en funció del temps:

Justifiqueu quin gràfica correspondrà a cadascun del casos següents:
a) Kc1; b) Kc1; ) Kc 1 J98

03.- Tenim una mescla formada pels gasos següents: CO, Cl2 i COCl2 a 400ºC i 1 atm de pressió en l’equilibri CO(g) + Cl2(g)  COCl2(g). Raoneu i justifiqueu si les afirmacions següents són correctes o no:
Si s’introdueix en el sistema una petita quantitat de Cl2, mantenint el volum i la temperatura constants, quan el sistema restablesca l’equilibri:
a)El quocient [COCl2]equilibri/[CO]equilibri·[Cl2]equilibri serà major.
b)La massa de CO serà major.
c)La massa de Cl2 serà major.
d)La concentració de COCl2 serà menor. S98

04.- Per a l’equilibri químic representat per la reacció N2O4(g)  2 NO2(g), els valors de Kp a 400 K i 500 K són, respectivament, 47,9 i 1,70·103 atm. Justifiqueu l’efecte que produiran en la concentració de NO2 les modificacions de l’equilibri següents:
a)Un augment de temperatura a pressió constant.
b)Un augment de pressió a temperatura constant.
c)Un augment de volum a temperatura constant. J99

05.- Per a l’equilibri NH4Cl(s)  NH3(g) + HCl (g), el valor de Kp és 1,04·10-2 atm2.
a)Si col·loquem 1 mol de NH4Cl(s) en un recipient de parets rígides, inicialment buit, i el tanquem, quina serà la pressió parcial de l’HCL (g), en atm, en l’equilibri?
b)Si després d’assolir l’equilibri s’hi afegeix una petita quantitat de NH4Cl(s), mantenint el volum i la temperatura constants, què passarà amb les concentracions d’NH3 i d’HCl? S99

06.- Determineu la Kp a 1120 K de l’equilibri químic representat per
C (s) + CO2(g) + 2 Cl2(g)  2 COCl2(g)
A partir de les constants d’equilibri següents, a 1120 K:
C (s) + CO2(g)  2 CO (g) Kp1= 1,3·1014
COCl2(g)  CO (g) + Cl2(g) Kp2= 1,667·1012 S00

07.- La constant d’equilibri del sistema H2 (g) + I2 (g)  2 HI (g) val a 54,27 a 425ºC. Es desitja saber:
a)Quant val la constant per el procés de formació d’un mol de iodur d’hidrogen.
b)Quant val la constant de l’equilibri de descomposició d’un mol de iodur d’hidrogen.
c)Si en un recipient s’introdueixen, en les condicions de treball inicials, 0,3 mol d’hidrogen, 0,27 mol de iode i un mol de iodur d’hidrogen, fins on es desplaçarà l’equilibri? J01

08.- Per a l’equilibri químic representat per la reacció:
CO (g) + 3 H2(g)  H2O (g) + CH4 (g) H= -230 kJ
Justifiqueu raonadament l’efecte que produiria en la concentració de CH4 (g) les modificacions de l’equilibri següents:
a)Un augment de la temperatura a pressió constant.
b)Una disminució del volum del reactor mantenint constant la temperatura.
c)L’addició d’un catalitzador. S01

09.- La reacció d’obtenció industrial de l’amoníac està basada en la reacció:
N2 (g) + 3 H2(g)  2 NH3 (g) Hº= -92 kJ
Raoneu quin efecte tindrà sobre l’equilibri cadascun dels canvis següents:
a)Una disminució del volum del reactor a temperatura constant.
b)Un increment de la temperatura a pressió constant.
c)L’addició d’un catalitzador. J02

10.- Es disposa d’un sistema en equilibri a 25ºC que conté C (s), CO (g) i CO2 (g):
C (s) + CO2(g)  2 CO (g) H= +172,4 kJ·mol-1
Justifiqueu si la quantitat de CO (g) es manté constant, augmenta o disminueix quan:
a)Augmenta la temperatura.
b)Disminueix la pressió.
c)S’introdueix C (s) en el recipient. S02

11.- El diòxid de nitrogen, NO2, de color marró-grogenc, reacciona amb si mateix (mimerització), per a donar tetraòxid de dinitrogen, N2O4, que és un gas incolor. Una mescla en equilibri a 0ºC és quasi incolora, mentre que a 100ºC té un color marró-grogenc. Responeu raonadament les qüestions següents:
a) Escriviu l’equilibri químic corresponent a la reacció de dimerització.
b) La reacció de dimerització, és exotèrmica o endotèrmica?
c) Escriviu l’expressió de la constant d’equilibri Kp, per a la dissociació del dímer, en funció del grau de dissociació i la pressió total. J04

12.- Les equacions següents representen reaccions reversibles en les quals es desitja augmentar la concentració de la substància subratllada en l’equilibri:
i) 2 SO2(g) + O2(g)  2SO3(g) H= -94,05 kJ·mol-1
ii) CO(g) + 2 H2O(g)  CH3OH(g) + O2(g) H= +90,74 kJ·mol-1
iii) 2 NH3  N2(g) + 3H2(g) H= +92,80 kJ·mol-1
Quines condicions serien les adequades per a cada d’aquestes? Justifiqueu la resposta.
a)Augmentant T i P.
b)Disminuint T i augmentant P.
c)Disminuint T i P.
Augmentant T i disminuint P. S04

13.- Raoneu l’efecte que tindrà sobre l’equilibri següent cadascun dels canvis:
4 HCl (g) + O2(g)  2 H2O(g) + 2 Cl2(g) Hº= -115 kJ
a)Augmentar la temperatura.
b)Augmentar la pressió total reduint el volum.
c)Afegir O2(g).
d)Eliminar parcialment HCl (g).
e)Afegir un catalitzador. J05


14.- En certs dispositius es què és necessari eliminar el diòxid de carboni, CO2 (g), produït per la respiració, s’utilitza l peròxid de potassi, K2O2 (s), per a transformar-lo en oxigen, O2 (g), d’acord amb l’equilibri:
K2O2(s) + CO2(g)  K2CO3(s) + 1/2 O2(g) H= -15,2 kJ·mol-1
Indiqueu, raonadament, com afectaria cadascuna de les accions següents la capacitat del sistema per a produir oxigen:
a)Augment de la concentració de CO2. (0,5 punts)
b)Disminució de la temperatura a què es duu a terme la reacció. (0,5 punts)
c)Reducció del volum del reactor fins a assolir la meitat del volum inicial. (0,5 punts)
d)Augment de la quantitat inicial de K2O2(s). (0,5 punts) J07

15.-Per a l’equilibri químic donat per l’equació:
SnO2(s) + 2 H2(g)  Sn(s) + 2H2O(g)
La constant d’equilibri Kp val 2,54 10-7 a 400 K i el seu valor és 8,67 10-5 quan la temperatura de treball és de 500 K. Contesteu raonadament si, per a aconseguir major producció d’estany, seran favorables les condicions següents:
a)Augmentar la temperatura de treball.
b)Augmentar el volum del reactor.
c)Augmentar la quantitat d’hidrogen n el sistema.
d)Afegir un catalitzador a l’equilibri. (0,5 punts cada apartat) J08

PROBLEMES:

01.- En un recipient de 10 litres s’introdueixen 0,61 mol de CO2(g) i 0,39 mol d’H2(g) i s’escalfa a 1250ºC. Després d’assolir l’equilibri, s’analitza la mescla i es troba que hi ha 0,35 mol de CO2(g).
a)Calculeu Kc i Kp per a l’equació CO2(g) + H2(g)  CO(g) + H2Og(g) a 1250ºC.
b)Prediu, justificadament, qué passarà amb les concentracions de totes les espècies, si s’hi afegeix una petita quantitat d’H2(g) a temperatura constant.
c)Després d’assolir l’equilibri plantejat en l’enunciat, s’hi afegeixen 0,22 mol d’H2(g) a temperatura constant. Calculeu els mols existents en el nou equilibri de cadascuna de les espècies. J97

02.- Per a la reacció del N2O4 gasós, segons l’equació: N2O4(g)  2 NO2(g), la Kp val 2,49 a 60ºC, si expressem les pressions en atmosferes.
a)Calculeu el grau de dissociació del N2O4 a 60ºC i una pressió total en l’equilibri d’1 atm.
b)Suposant que disminuirem el volum a temperatura constant, prediu justificadament:
b1) Què passaria amb la quantitat (mol) de NO2?
b2) Què passaria amb la concentració de NO2? S97

03.- A la temperatura de 400ºC el NH3 es troba dissociat en un 40 % en N2 i H2 quan la pressió total del sistema és 710 mmHg. Calculeu:
a)La pressió parcial de cadascun dels gasos en l’equilibri.
b)Sabent que el volum del recipient és 486,5 L, calculeu el nombre de mols de cada espècie en l’equilibri.
c)El valor de Kp a 400ºC per a 2 NH3(g)  N2(g) + 3 H2(g).
Dades Ar(H)=1; Ar(N)=14; R= 0,082 atm·dm3·mol-1·K-1 J98

04.- El fosgen, COCl2, es descompon a elevada temperatura i dóna monòxid de carboni, CO, i clor, Cl2. En una experiència s’injecten 0,631 g de fosgen en un recipient rígid de 472,0 cm3 a 1000 K. Quan s’hi assoleix l’equilibri s’observa que la pressió total és 2,175 atm.
a)Calculeu Kc per a la reacció COCl2(g)  CO(g) + Cl2(g) a 1000 K.
b)Després d’assolir l’equilibri disminuïm el volum a la meitat i mantenim la temperatura constant. Indiqueu qualitativament què passarà amb el nombre de mols i amb la concentració de les espècies existents.
Dades Ar(C)=12; Ar(O)=16; Ar(Cl)=35,5. S98

05.- El compost NH2CO2NH4(s) es descompon en ser escalfat segons la reacció:
NH2CO2NH4(s)  CO2(g) + 2 NH3(g)
En un recipient, en el qual s’ha fet el buit prèviament, s’escalfa una certa quantitat del compost sòlid i es pot comprovar que la pressió total del gas en l’equilibri és 0,843 atm a 400 K.
a)Calculeu Kp i Kc per a l’equilibri representat.
b)Calculeu la quantitat (en mol) del compost sòlid que quedarà sense descompondre si s’introdueix 1 mol en un recipient buit d’1 L i s’escalfa fins a 400 K.
Dades: R= 0,082 atm·dm3·mol-1·K-1 S99

06.- Per la reacció CO2(g) + C(s)  2 CO(g) el valor de la constant Kp a 817ºC és 10. Calculeu:
a)La pressió parcial del CO si en l’equilibri a 817ºC la pressió total és de 4 atm.
b)La fracció molar de CO2 en l’equilibri anterior.
c)La Kc a 817ºC. S99

07.- En un recipient de parets rígides es fa el buit i després s’introdueix N2O4(g) fins arribar a una pressió de 1,00 atm a 100ºC. El N2O4 es dissocia parcialment segons: N2O4(g)  2 NO2(g). A l’arribar a l’equilibri la pressió total és de 1,78 atm a 100ºC.
a)Calculeu la concentració inicial de N2O4 expressada en mol·L-1.
b)Calculeu les concentracions d’equilibri d’ambdós compostos, expressada en mol·L-1. Calculeu també el grau de dissociació del N2O4 a 100ºC.
c)Calculeu Kc i Kp de la reacció de dissociació a 100ºC.
Dades: R= 0,082 atm·dm3·mol-1·K-1 J00

08.- Per a l’equilibri H2 (g) + CO2(g)  H2O(g) + CO (g), la Kc és 4,40 a 2000 K.
a)Calculeu la concentració de cada espècie en l’equilibri si inicialment s’hi ha introduït 1,00 mol de CO2 i 1,00 mol d’H2, en un recipient buit de 4,68 L, a 2000 K.
b)Raoneu què passarà, després d’haver arribat a l’equilibri, si mantenint la temperatura constant es redueix el volum a la meitat. Quines seran ara les concentracions de les espècies existents? I la pressió total?
Dades: R= 0,082 atm·dm3·mol-1·K-1 S00

09.- El pentaclorur de fòsfor es dissocia d’acord amb l’equilibri homogeni en fase gasosa següent: PCl5  PCl3 + Cl2
A una temperatura determinada, s’introdueix en un matràs d’un litre de capacitat un mol de pentaclorur de fòsfor i s’arriba a l’equilibri quan es dissocia el 35 % de la quantitat del pentaclorur inicial. Si la pressió de treball resulta ser de 1,5 atm, es vol saber:
a)La constant d’equilibri en funció de les concentracions molars.
b)Les pressions parcials dels gasos en el moment de l’equilibri.
c)La constant d’equilibri en funció de les pressions parcials. S01

10.- El CO2 reacciona ràpidament amb el H2S, a altes temperatures, d’acord amb:
CO2(g) + H2S (g)  COS (g) + H2O(g)
En un experiment van ser col·locats 4,4 g de CO2 en un recipient de 2,5 L, a 337ºC, i una quantitat suficient d’H2S perquè la pressió total fóra de 10 atm una vegada aconseguit l’equilibri. En la mescla obtinguda després d’haver-se assolit l’equilibri hi havia 0,01 mol d’aigua. Determine:
a)El nombre de mols de cadascuna de les espècies en l’equilibri.
b)El valor de Kc.
c)El valor de Kp
Dades Ar(H)= 1; Ar(C)=12; Ar(O)=16; Ar(S)=32. J02

11.- L’obtenció d’un halogen en el laboratori pot realitzar-se tractant un hidràcid amb un oxidant. Per al cas del clor, la reacció ve donada per l’equilibri:
HCl (g) + O2 (g)  H2O(g) + Cl2 (g)
a)Ajusteu la reacció.
b)Escriviu l’expressió matemàtica de la constant d’equilibri Kc.
c)Si en un recipient de 2,5 L s’introdueixen 0,07 mol de clorur d’hidrogen i la meitat d’aquesta quantitat d’oxigen, s’arriba a l’equilibri quan es formen 0,01 mol de clor i igual quantitat d’aigua. Calculeu el valor de la constant d’equilibri. S02

12.- Per a l’equilibri: CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2 (g), la constant Kp val 10 a la temperatura de 690 K. Si inicialment s’introdueixen en un reactor, de 15 L de volum, 0,3 mol de CO i 0,2 mol d’H2O, calculeu:
a)Les concentracions de cadascuna de les espècies (CO, H2O, CO2 i H2) una vegada el sistema arribe a l’equilibri.
b)La pressió en l’interior del recipient després d’arribar-se a l’equilibri.
c)Si la constant d’equilibri Kp corresponent a aquest mateix equilibri arriba a un valor de 66,2 a 55 K, deduïu si es tracta d’una reacció endotèrmica o exotèrmica.
Dades: R= 0,082 atm·dm3·mol-1·K-1 J03

13.- La formació de SO3 i O2 és una etapa intermèdia en la síntesi industrial de l’àcid sulfúric: S’introdueixen 128 g de SO2(g) i 64 g d’O2(g) en un recipient tancat de 2 L en el qual s’ha fet prèviament el buit. S’escalfa a 830ºC i després d’arribar a l’equilibri s’observa que ha reaccionat el 80 % del SO2 inicial.
a)Calculeu la composició (en mol) de la mescla en equilibri i el valor de Kc.
b)Calculeu la pressió parcial de cada component en la mescla en equilibri i, a partir d’aquestes pressions parcials, calculeu el valor de Kp.
Dades: Ar(O)=16; Ar(S)=32; R= 0,082 atm·dm3·mol-1·K-1 S03

14.- En el procés Deacon el clor (g) s’obté segons l’equilibri següent:
2 HCl (g) + O2(g)  2 H2O(g) + 2 Cl2(g)
S’introdueixen 3,285 g d’HCl(g) i 3,616 g d’O2(g) en un recipient tancat de 10 L en el qual s’ha fet prèviament el buit. S’escalfa la mescla a 390ºC i quan s’ha arribat a l’equilibri en aquesta temperatura s’observa la formació de 2,655 g de Cl2(g).
a)Calculeu el valor de Kc.
b)Calculeu la pressió parcial de cada component en la mescla d’equilibri i, a partir d’aquestes pressions parcials, calculeu el valor de Kp.
Dades: : Ar(H)=1; Ar(Cl)=35,5; Ar(O)=16. J04

15.- La constant d’equilibri Kc és de 0,14 a 550ºC per a la reacció següent:
CO2(g) + H2(g)  CO(g) + H2O(g)
En un recipient de 5,00 L s’introdueixen 11 g de diòxid de carboni, 0,5 g d’hidrogen i s’escalfa a 550ºC. Calculeu:
a)La composició de la mescla de gasos en equilibri.
b)La composició de la mescla quan s’arribe de nou a l’equilibri després d’afegir 11 g més de diòxid de carboni a la mescla anterior.
Dades: Ar(H)=1; Ar(C)=12; Ar(O)=16. S04

16.- En un recipient de 200 mL de capacitat i mantingut a 400ºC s’introdueixen 2,56 g de iodur d’hidrogen i s’assoleix l’equilibri següent:
2 HI(g)  H2(g) + I2(g)
La constant d’equilibri en aquestes condicions val Kp= 0,017. Es desitja saber:
a)El valor de Kc per a aquest equilibri. (0,5 punts)
b)La concentració de cadascun dels components en l’equilibri. (1 punt)
c)La pressió total en l’equilibri. (0,5 punts)
Dades: Ar(H)=1; Ar(I)=126,9; R= 0,082 atm·dm3·mol-1·K-1. J07

17.- El iode reacciona amb l’hidrogen segons l’equació següent:
H2(g) + I2(g)  2 HI(g)
L’anàlisi d’una mescla gasosa de I2(g), H2(g), HI(g), continguda en un recipient d’1L a 227ºC, on s’ha assolit l’equilibri, va donar el resultat següent; 2,21·10-3 mol d’HI; 1,46·10-3 mol d’I2 i 2,09·10-3 mol d’H2.
a)Quina és la pressió de cada un dels gasos en l’equilibri a 227ºC i la pressió total en l’interior del recipient? (0,5 punts)
b)Escriviu l’expressió de la constant d’equilibri, Kp, per a la reacció indicada i calculeu el seu valor numèric. (0,5 punts)
c)Esn el mateix recipient, després de fer el buit, s’introdueixen 10 g d’I2 i 10 g d’HI i es manté a 227ºC. Calculeu la quantitat (grams) de cada un dels components de la mescla quan s’assolisca l’equilibri. (1 punt)
Dades: Ar(H)=1; Ar(I)=126,9; R= 0,082 atm·dm3·mol-1·K-1. S07

18.- La formamida (metanamida), HCONH2, és un compost orgànic de gran importància en l’obtenció de fàrmacs i fertilitzants agrícoles. A altes temperatures, la formamida es dissocia en amoníac, NH3, i monòxid de carboni, CO, d’acord amb l’equilibri:
HCONH2(g)  NH3(g) + CO(g) Kc = 4,84 a 400 K
En un recipient d’emmagatzemament industrial de 200 L (en el qual prèviament s’ha fet el buit) mantingut a una temperatura de 400 K s’afegeix formamida fins que la pressió inicial en el seu interior és d’1,45 atm. Calculeu:
a)Les quantitats de formamida, amoníac i monòxid de carboni que conté el recipient una volta s’assolisca l’equilibri. (0,8 punts)
b)El garu de disociació de la formamida en aquestes condicions (percentatge de reactiu dissociat en l’equilibri). (0,6 punts)
c)Deduïu raonadament si el grau de dissociació de la formamida augmentaria o minvaria si a la mescla de l’apartat anterior s’afegeix NH3. (0,6 punts)
Dada: R = 0,082 atm·dm3·mol-1·K-1. J08