QuímicaFácilCuestión · 1 pts

Desplazamiento del equilibrio

Castilla-La Mancha · 2017 · Septiembre · Opción B
Enunciado
En el equilibrio PCl5(g)⇌PCl3(g)+Cl2(g)\text{PCl}_5(g) \rightleftharpoons \text{PCl}_3(g) + \text{Cl}_2(g) [ΔH∘=92,5 kJ/mol][\Delta H^\circ = 92{,}5\ \text{kJ/mol}] predice razonadamente el cambio que se producirá cuando

a) se eleva la temperatura;

b) se añade más gas cloro a la mezcla de reacción;

c) se extrae PCl3\text{PCl}_3 de la mezcla de reacción;

d) se incrementa la presión total del sistema.
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Resultado
  • a) Hacia la derecha (endotérmico); KK aumenta.
  • b) Hacia la izquierda.
  • c) Hacia la derecha.
  • d) Hacia la izquierda (menos moles de gas).
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Aplicamos el principio de Le Chatelier: si se perturba un sistema en equilibrio, este evoluciona en el sentido que contrarresta la perturbación. Necesitamos dos datos de la reacción:
  • ΔH∘=+92,5 kJ/mol>0\Delta H^\circ = +92{,}5\ \text{kJ/mol} > 0: la descomposición del PCl5\text{PCl}_5 (sentido directo) es endotérmica.
  • Moles de gas: 11 a la izquierda y 1+1=21 + 1 = 2 a la derecha.
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Desarrollo

a) Se eleva la temperatura. El sistema tiende a absorber el calor aportado, es decir, a favorecer el sentido endotérmico, que es el directo. El equilibrio se desplaza hacia la derecha: se descompone más PCl5\text{PCl}_5 y se forman más PCl3\text{PCl}_3 y Cl2\text{Cl}_2. Es el único cambio que modifica la constante: KcK_c (y KpK_p) aumenta al subir la temperatura en una reacción endotérmica.

b) Se añade cloro. Aumenta [Cl2][\text{Cl}_2] y el cociente de reacción Qc=[PCl3][Cl2][PCl5]Q_c = \dfrac{[\text{PCl}_3][\text{Cl}_2]}{[\text{PCl}_5]} se hace mayor que KcK_c. Para consumir parte del cloro añadido, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, formando más PCl5\text{PCl}_5.

c) Se extrae PCl3\text{PCl}_3. Disminuye [PCl3][\text{PCl}_3], Qc<KcQ_c < K_c, y el sistema repone parte de lo retirado: el equilibrio se desplaza hacia la derecha (se descompone más PCl5\text{PCl}_5).

d) Se incrementa la presión total (reduciendo el volumen). El sistema contrarresta el aumento de presión disminuyendo el número de moles de gas: se desplaza hacia el lado con menos moles gaseosos, que es el de la izquierda (11 mol frente a 22). El equilibrio se desplaza hacia la izquierda, hacia la formación de PCl5\text{PCl}_5. Con Δn=1\Delta n = 1: Qc=nPCl3 nCl2nPCl5⋅1VQ_c = \dfrac{n_{\text{PCl}_3}\,n_{\text{Cl}_2}}{n_{\text{PCl}_5}}\cdot\dfrac{1}{V}, que crece al reducir VV y supera a KcK_c.

(Si la presión total aumentara añadiendo un gas inerte a volumen constante, las concentraciones no cambiarían y el equilibrio no se desplazaría.)
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Consejo

El signo de ΔH\Delta H que da el enunciado es el del sentido directo tal como está escrito: positivo → la reacción hacia la derecha es endotérmica, y subir TT la favorece.

Recuerda que solo la temperatura cambia el valor de KK; añadir, retirar o comprimir cambian QQ, y el sistema se mueve hasta que QQ vuelve a valer KK.
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