Equilibrio químico

El hidróxido de magnesio, $\ce{Mg(OH)2}$, un compuesto que se utiliza para aliviar el ardor de estómago, es poco soluble en agua:

A $400^\circ \text{C}$, el cloruro de amonio, $\ce{NH4Cl(s)}$, se descompone en cloruro de hidrógeno, $\ce{HCl(g)}$, y amoníaco, $\ce{NH3(g)}$, de acuerdo con la siguiente ecuación química:

En un matraz donde se ha hecho el vacío, se deposita un exceso de $\ce{NH4Cl}$ y se calienta hasta alcanzar los $400^\circ \text{C}$.

Dato: $R = 0,082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1}$.

El óxido de nitrógeno(II), $\ce{NO(g)}$, es un gas implicado en numerosos procesos biológicos. Se puede obtener por reacción entre el dinitrógeno y el dioxígeno, de acuerdo con la ecuación química siguiente:

En un recipiente, cuyo volumen es de 10 litros, se introducen 0,25 mol de $\ce{O2}$, 0,25 mol de $\ce{N2}$ y 0,06 mol de $\ce{NO}$. Una vez cerrado, se calienta hasta 2300 K y se espera hasta alcanzar el equilibrio.

Dato: $R = 0,082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1}$.

Para el equilibrio heterogéneo: $\ce{NH4HS(s) <=> NH3(g) + H2S(g)}$ ($ΔH = 103 \text{ kJ}$), deduzca si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. a) Si se introduce inicialmente en el reactor $\ce{NH4HS}$, el equilibrio no se alcanza si la cantidad de reactivo introducida no supera un valor mínimo. b) Con las tres especies en equilibrio, la adición de más $\ce{NH4HS}$ aumenta la producción de $\ce{NH3}$ y $\ce{H2S}$. c) Con las tres especies en equilibrio, al aumentar la temperatura del reactor, la masa de $\ce{NH4HS}$ aumenta. d) Con las tres especies en equilibrio, si se reduce el volumen a la mitad, aumenta la cantidad de $\ce{H2S}$ formada.

Para la reacción en equilibrio $\ce{2 NOCl(g) <=> 2 NO(g) + Cl2(g)}$, $K_p$ tiene un valor de $0,0168$ a $240 ^\circ\text{C}$. En un recipiente de $2 \text{ litros}$, mantenido a la temperatura de $240 ^\circ\text{C}$, se introduce una cantidad indeterminada de $\ce{NOCl}$. Cuando se establece el equilibrio, la presión parcial de $\ce{NOCl}$ es de $0,16 \text{ atm}$.

Dato: $R = 0,082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1}$.

El amoníaco, $\ce{NH3}$, se obtiene industrialmente partir de dihidrógeno, $\ce{H2}$, y dinitrógeno, $\ce{N2}$, de acuerdo con el equilibrio:

Discuta razonadamente cómo afectará cada uno de los cambios introducidos a la cantidad de $\ce{NH3}$ presente en el reactor una vez se restablezca el equilibrio: a) Adicionar $\ce{H2}$ al sistema en equilibrio, manteniendo constantes la temperatura y el volumen. b) Reducir el volumen del reactor a la mitad, manteniendo constante la temperatura. c) Añadir al reactor un número de moles de $\ce{H2}$, $\ce{N2}$ y $\ce{NH3}$ tal que se dupliquen las concentraciones que había en el equilibrio, manteniendo constantes la temperatura y el volumen. d) Aumentar la temperatura del reactor.

El dióxido de carbono, $\ce{CO2}$, reacciona con carbono, $\ce{C}$, para dar monóxido de carbono, $\ce{CO}$, de acuerdo con el equilibrio:

En un reactor de 50 L de volumen, mantenido a 700 $^\circ\text{C}$, en el que se ha hecho previamente el vacío, se introduce $\ce{CO2}$ hasta que la presión en su interior alcanza 0,52 atm y, posteriormente, se añade un exceso de carbono. Una vez alcanzado el equilibrio la presión en el interior del reactor es de 0,95 atm.

Datos: Masas atómicas relativas: $\text{C} = 12$; $\text{O} = 16$. $R = 0,082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1}$.

Para el siguiente sistema en equilibrio en fase gaseosa: $2 \ce{NOCl(g) <=> 2 NO(g) + Cl2(g)}$, responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

En la fabricación del ácido sulfúrico, una de las etapas consiste en transformar el $\ce{SO2}$ en $\ce{SO3}$ en virtud de la siguiente ecuación química:

Un reactor de $150 \text{ litros}$ contiene aire ($20\% \text{ vol. } \ce{O2}$ y $80\% \text{ vol. } \ce{N2}$) a una presión total de $2 \text{ atm}$ y temperatura de $125 ^\circ\text{C}$. En dicho reactor se introducen $2 \text{ moles de } \ce{SO2}$. La reacción, a esta temperatura, tiene un rendimiento del $75\%$.

Datos: Masas atómicas relativas: $O = 16,0; S = 32,1$. $R = 0,082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1}$.

Un reactor de $10 \text{ litros}$ a $1000 ^\circ\text{C}$ contiene una mezcla en equilibrio formada por $6,3 \text{ mol de } \ce{CO2}, 2,1 \text{ mol de } \ce{H2}, 8,4 \text{ mol de } \ce{CO}$ y un número indeterminado de moles de $\ce{H2O}$. La presión total del reactor es $209 \text{ atm}$.

Dato: $R = 0,082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1}$.

En un reactor de $1 \text{ litro}$ de capacidad, se introducen $0.1 \text{ mol}$ de $\ce{PCl5}$ y se calienta a $250 ^\circ\text{C}$. A esa temperatura se produce la disociación del $\ce{PCl5}$, según la ecuación química:

Una vez alcanzado el equilibrio, el porcentaje de disociación del $\ce{PCl5}$ es del $48 \%$. Calcule:

Dato: $R = 0.082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1}$.