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Desplazamiento del equilibrioSelectividad (PAU) · País Vasco 2017 · Julio · Opción B

País Vasco · 2017 · Julio · Opción B
Enunciado
El metanol se obtiene a escala industrial por hidrogenación del monóxido de carbono según la reacción siguiente:CO(g)+2 H2(g)⇌CH3OH(g)ΔH=−125 kJ⋅mol−1\text{CO}(g) + 2\,\text{H}_2(g) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{OH}(g) \qquad \Delta H = -125\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}Razonar si la concentración de metanol aumentará en los siguientes casos:

a) Al aumentar la temperatura. (0,5 puntos)

b) Al adicionar un catalizador. (0,5 puntos)

c) Al aumentar la concentración de hidrógeno. (0,5 puntos)
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Resultado
a) No: el equilibrio se desplaza a la izquierda (sentido endotérmico) y [CH3OH][\text{CH}_3\text{OH}] disminuye.

b) No: el catalizador no desplaza el equilibrio; [CH3OH][\text{CH}_3\text{OH}] no cambia (solo se llega antes al equilibrio).

c) Sí: el equilibrio se desplaza a la derecha para consumir H₂ y [CH3OH][\text{CH}_3\text{OH}] aumenta.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Todo se resuelve con el principio de Le Chatelier: si se altera un sistema en equilibrio, este evoluciona en el sentido que contrarresta la alteración. Hay que fijarse en que la reacción directa es exotérmica (ΔH<0\Delta H < 0), que un catalizador no modifica la posición del equilibrio y que añadir un reactivo hace que se consuma parte de él.
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Desarrollo

a) Aumento de la temperatura

La reacción directa desprende calor (ΔH<0\Delta H < 0), así que la inversa lo absorbe. Al subir la temperatura, el sistema tiende a absorber el calor aportado y se desplaza en el sentido endotérmico, es decir, hacia la izquierda (hacia CO y H₂). Dicho de otra forma: en una reacción exotérmica, la constante de equilibrio disminuye al aumentar la temperatura.

La concentración de metanol disminuye.

b) Adición de un catalizador

Un catalizador abre un camino de reacción con menor energía de activación y acelera por igual la reacción directa y la inversa. Hace que el equilibrio se alcance antes, pero no cambia la constante ni la composición del equilibrio.

La concentración de metanol no cambia.

c) Aumento de la concentración de hidrógeno

Al añadir H2\text{H}_2 (un reactivo), el cociente de reacción Q=[CH3OH][CO][H2]2Q = \dfrac{[\text{CH}_3\text{OH}]}{[\text{CO}][\text{H}_2]^2} se hace menor que KcK_c, y el sistema evoluciona para consumir parte del hidrógeno añadido: se desplaza hacia la derecha.

La concentración de metanol aumenta.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

En estas cuestiones se puntúa el razonamiento: cita el principio de Le Chatelier y di en cada caso hacia dónde se desplaza el equilibrio y por qué, antes de concluir qué pasa con el metanol.

El catalizador es una pregunta trampa clásica: acelera, pero no «produce más». No cambia ni la constante ni las concentraciones del equilibrio.
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