21/06/2014 1 Quim. Angel A. Norabuena Segovia
[email protected] 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 21/06/2014 2 SITUACIÓN INICIAL H2(g) + I2(g) HI(g) (no de equilibrio) Equilibrio químico H2 I2 SITUACIÓN FINAL H2(g) + I2(g) 2 HI(g) EQUILIBRIO QUÍMICO Equilibrio químico 21/06/2014 3 • variación de la concentración con el tiempo H2(g) + I2(g) 2 HI(g) Equilibrio químico C on ce nt ra ci on es (m ol /l) Tiempo (s) [HI] [I2] [H2] Equilibrio químico • variación de la concentración con el tiempo H2(g) + I2(g) 2 HI(g) Equilibrio químico 21/06/2014 4 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 21/06/2014 5 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 21/06/2014 6 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 21/06/2014 7 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 co nc en tra ci ón KC < 10-2 co nc en tra ci ón tiempo Constante de Equilibrio 21/06/2014 8 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) EJERCICIOS Constante de Equilibrio 21/06/2014 9 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 KC1 Equilibrio se desplaza a la derecha, se favorece los productos Relación entre KC y KP PV = nRT Ecuación de los gases ideales Robert 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) 21/06/2014 10 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 21/06/2014 11 2.- El cloro se obtiene mediante el llamado proceso Deacon, según el equilibrio 4 HCl(g) + O2(g) 2 H2O(g) + 2 Cl2(g) Si a la temperatura de 390 ˚C, se mezclan 0,08 mol de HCl con 0,1 mol de oxígeno, se observa la formación de 0,0332 moles de cloro a la presión total de 1 atm. Calcula la constante Kp correspondiente al equilibrio y el volumen del recipiente. R: Kp=69,4; V=8,88 L EJERCICIOS Relación entre KC y KP Equilibrios heterogéneos CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) KC = [CaO] [CO2] [CaCO3] KC = [CO2] 21/06/2014 12 EJERCICIOS 3.- Una mezcla de 5x10-3 moles de H2 y 1x10-2 moles de I2 se coloca en un recipiente de 5 L a 448ºC y se deja que alcance el equilibrio. El análisis de la mezcla en equilibrio muestra que la concentración de HI es 1,87x10-3M. 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 para alcanzar el equilibrio a la temperatura indicada si partimos de 2x10-2 moles de HI, 1x10-2 moles de H2 y 3x10-2moles de I2 en un recipiente 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. 21/06/2014 13 Principio de Le Chatelier Henri-Louis Le Chatelier (1850-1936) “Si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatura, presión o concentración de uno de los componentes, el sistema desplazará su posición de equilibrio de modo que se contrarrestre el efecto de la perturbación” 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) 21/06/2014 14 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 21/06/2014 15 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 EJERCICIOS Principio de Le Chatelier N2O4(g) 2NO2(g) 6.- Considere el equilibrio siguiente: ¿En qué sentido se desplazará el equilibrio cuando se haga cada uno de los cambios siguientes a un sistema en equilibrio: a) Agregar N2O4 b) Quitar NO2 c) Aumentar la presión total agregandoN2 d) Aumentar el volumen e) Reducir la temperatura ΔH° = 58,0 kJ/mol 21/06/2014 16 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 izquierda Q < K Eq. a la derecha Q = K Equilibrio