QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Desplazamiento del equilibrioSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2017 · Julio · Opción A

Comunitat Valenciana · 2017 · Julio · Opción A
Enunciado
En la 2.ª etapa del proceso Ostwald, para la síntesis de ácido nítrico, tiene lugar la reacción de NO con O2\text{O}_2 para formar NO2\text{NO}_2 según el siguiente equilibrio:2 NO(g)+O2(g)⇌2 NO2(g)ΔH∘=−113,6 kJ2\,\text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NO}_2(g) \qquad \Delta H^\circ = -113{,}6\ \text{kJ}Explique razonadamente el efecto que cada uno de los siguientes cambios tendría sobre la concentración de NO2\text{NO}_2 en el equilibrio:

a) Adicionar O2\text{O}_2 a la mezcla gaseosa en equilibrio, manteniendo constante el volumen. (0,5 puntos)

b) Aumentar la temperatura del recipiente, manteniendo constante la presión. (0,5 puntos)

c) Disminuir el volumen del recipiente, manteniendo constante la temperatura. (0,5 puntos)

d) Adicionar un catalizador a la mezcla en equilibrio. (0,5 puntos)
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Resultado
a) El equilibrio se desplaza hacia la derecha: [NO2][\text{NO}_2] aumenta.

b) Como la reacción es exotérmica, se desplaza hacia la izquierda: [NO2][\text{NO}_2] disminuye.

c) Se desplaza hacia la derecha (menos moles de gas): [NO2][\text{NO}_2] aumenta.

d) No se desplaza: [NO2][\text{NO}_2] no cambia; solo se llega antes al equilibrio.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Es una aplicación directa del principio de Le Chatelier: si se perturba un sistema en equilibrio, este evoluciona en el sentido que contrarresta la perturbación. Conviene tener a mano tres datos de la reacción:
  • Es exotérmica en el sentido directo (ΔH∘<0\Delta H^\circ < 0).
  • En los reactivos hay 2+1=32 + 1 = 3 mol de gas y en los productos, 2: el sentido directo reduce el número de moles gaseosos.
  • La constante es Kc=[NO2]2[NO]2 [O2]K_c = \dfrac{[\text{NO}_2]^2}{[\text{NO}]^2\,[\text{O}_2]}, y solo cambia con la temperatura.
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Desarrollo

a) Añadir O₂ a volumen constante

Al añadir oxígeno aumenta [O2][\text{O}_2] y el cociente de reacción Q=[NO2]2[NO]2[O2]Q = \dfrac{[\text{NO}_2]^2}{[\text{NO}]^2[\text{O}_2]} se hace menor que KcK_c. Para volver a igualarlo, el sistema consume parte del O2\text{O}_2 añadido (y de NO) y forma más NO2\text{NO}_2: el equilibrio se desplaza hacia la derecha y la concentración de NO2\text{NO}_2 aumenta.

b) Aumentar la temperatura a presión constante

Un aumento de temperatura se contrarresta absorbiendo calor, es decir, favoreciendo el sentido endotérmico, que aquí es el inverso. El equilibrio se desplaza hacia la izquierda (la constante KcK_c disminuye) y la concentración de NO2\text{NO}_2 disminuye. Además, a presión constante el gas se dilata al calentarlo, lo que también rebaja todas las concentraciones.

c) Disminuir el volumen a temperatura constante

Al reducir el volumen aumenta la presión total. El sistema la contrarresta desplazándose hacia donde hay menos moles de gas: hacia la derecha (de 3 a 2 mol). Se forma más NO2\text{NO}_2, y como además el mismo gas ocupa menos volumen, la concentración de NO2\text{NO}_2 aumenta.

Con la constante se ve igual: si el volumen se divide por un factor f>1f > 1, todas las concentraciones se multiplican por ff y Q=Kc/f<KcQ = K_c/f < K_c, así que la reacción avanza hacia los productos.

d) Añadir un catalizador

Un catalizador rebaja la energía de activación de la reacción directa y de la inversa por igual: acelera las dos y el equilibrio se alcanza antes, pero no cambia KcK_c ni la composición del equilibrio. La concentración de NO2\text{NO}_2 no varía.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Cada apartado se razona con una idea distinta: concentración, signo de ΔH\Delta H, moles de gas y catalizador. Nómbrala siempre («la reacción directa es exotérmica…», «en los productos hay menos moles gaseosos…»): un «aumenta» sin justificar no pasa del 30 % del apartado.

Recuerda que solo la temperatura cambia el valor de KK. En a) y c) cambia QQ, no KK, y en d) no cambia nada.
Paso 1 de 3
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