QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Desplazamiento del equilibrio

Andalucía · 2018 · Reserva 4 · Opción A

Enunciado

Opción A · Cuestión 3. Explique cómo afecta al siguiente equilibrio:

3\,\text{Fe}(s) + 4\,\text{H}_2\text{O}(g) \rightleftharpoons \text{Fe}_3\text{O}_4(s) + 4\,\text{H}_2(g)

a) Un aumento del volumen del recipiente donde se lleva a cabo la reacción.

b) Un aumento de la concentración de

\text{H}_2

.

c) Un aumento de la cantidad de

\text{Fe}

presente en la reacción.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) No afecta: } \Delta n = 0\;}

\boxed{\;\textbf{b) Se desplaza hacia la izquierda (reactivos)}\;}

\boxed{\;\textbf{c) No afecta: el sólido puro no interviene}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Anota los dos datos que gobiernan las tres respuestas:

Es un equilibrio heterogéneo: el hierro y la magnetita son sólidos y no aparecen en la constante.

K_C = \frac{[\text{H}_2]^4}{[\text{H}_2\text{O}]^4}

Moles de gas: $4$ a la izquierda y $4$ a la derecha, luego

\Delta n = 4 - 4 = 0

Ese

\Delta n

nulo es la clave del apartado a): un cambio de presión o volumen no desplaza un equilibrio en el que el número de moles gaseosos no varía.

Desarrollo

a) Un aumento de volumen no afecta al equilibrio.

Al expandir el recipiente disminuyen por igual las concentraciones de los dos gases. Como en la expresión de

K_C

aparecen con el mismo exponente en el numerador y en el denominador, el cociente no cambia:

Q = \frac{[\text{H}_2]^4}{[\text{H}_2\text{O}]^4} \qquad\text{(el volumen se cancela)}

Dicho con Le Châtelier: al haber el mismo número de moles de gas a ambos lados (

\Delta n = 0

), el sistema no tiene hacia dónde desplazarse para contrarrestar el cambio de presión. Las cantidades de todas las especies siguen siendo las mismas.

b) Un aumento de $[\text{H}_2]$ desplaza el equilibrio hacia la izquierda.

El hidrógeno es un producto. Al aumentar su concentración, el cociente de reacción supera a la constante:

Q = \frac{[\text{H}_2]^4}{[\text{H}_2\text{O}]^4} > K_C

El sistema responde consumiendo productos para que

Q

vuelva a igualar a

K_C

, es decir, se desplaza hacia los reactivos: se regenera hierro metálico y vapor de agua a costa de la magnetita y el hidrógeno.

c) Un aumento de la cantidad de $\text{Fe}$ no afecta al equilibrio.

El hierro es un sólido puro: su actividad es constante y no interviene en la expresión de

K_C

. Añadir más no modifica las concentraciones de los gases, así que el equilibrio no se desplaza.

Lo único que cambia es la superficie de contacto, que puede hacer que el equilibrio se alcance antes (efecto cinético), pero no altera su posición final ni las cantidades de gas presentes.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

Antes de leer los apartados, cuenta los moles gaseosos de cada lado. Aquí salen $4$ y $4$ : con $\Delta n = 0$ , ningún cambio de presión o volumen desplaza el equilibrio, y el apartado a) queda resuelto de antemano.

Recuerda excluir los dos sólidos del recuento y de la constante. Si se contaran, $\Delta n$ saldría distinto y las tres respuestas se torcerían.

Y en c), distingue el efecto termodinámico del cinético: más superficie de hierro acelera el proceso, pero no cambia la composición final. Ese matiz es exactamente lo que se valora.