Problema resuelto de Química: Desplazamiento del equilibrioSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2017 · Junio · Opción B

a) Adición de CO₂

Al añadir un reactivo, el denominador de $Q$ crece y $Q < K_c$. El sistema contrarresta el aumento consumiendo $\text{CO}_2$: el equilibrio se desplaza hacia la derecha, y con el $\text{CO}_2$ se gasta también $\text{H}_2$. La concentración de $\text{H}_2$ disminuye.

b) Aumento de la temperatura

Al subir la temperatura, el sistema absorbe calor desplazándose en el sentido endotérmico. Como $\Delta H^\circ > 0$, el sentido directo es el endotérmico: $K_c$ aumenta y el equilibrio se desplaza hacia la derecha. La concentración de $\text{H}_2$ disminuye.

c) Disminución del volumen

Al reducir el volumen aumenta la presión, y el sistema tendería a ir hacia donde hay menos moles de gas. Pero aquí hay 2 moles de gas en cada lado ($\Delta n_{\text{gas}} = 0$): el volumen se cancela en $Q$,$$Q = \frac{\frac{n_{\text{H}_2\text{O}}}{V}\cdot\frac{n_{\text{CO}}}{V}}{\frac{n_{\text{H}_2}}{V}\cdot\frac{n_{\text{CO}_2}}{V}} = \frac{n_{\text{H}_2\text{O}}\,n_{\text{CO}}}{n_{\text{H}_2}\,n_{\text{CO}_2}}$$así que $Q$ sigue valiendo $K_c$ y el equilibrio no se desplaza: los moles de $\text{H}_2$ no cambian.

Sin embargo, la concentración de $\text{H}_2$ sí cambia: los mismos moles ocupan menos volumen, así que $[\text{H}_2] = n/V$ aumenta, en la misma proporción en que disminuye el volumen (si el volumen se reduce a la mitad, la concentración se duplica).

d) Duplicar [CO₂] y [H₂O]

Se duplica un reactivo y un producto a la vez. El cociente de reacción justo después del cambio es$$Q = \frac{2[\text{H}_2\text{O}]\cdot[\text{CO}]}{[\text{H}_2]\cdot 2[\text{CO}_2]} = \frac{[\text{H}_2\text{O}][\text{CO}]}{[\text{H}_2][\text{CO}_2]} = K_c$$Los dos factores 2 se cancelan: el sistema sigue en equilibrio y no se desplaza. La concentración de $\text{H}_2$ no cambia.