QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Desplazamiento del equilibrioSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2018 · Julio · Opción A

Enunciado

El trióxido de azufre,

\text{SO}_3

, se obtiene al reaccionar el dióxido de azufre,

\text{SO}_2

, con dioxígeno,

\text{O}_2

, de acuerdo al equilibrio:

\text{SO}_2(g) + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2(g) \rightleftharpoons \text{SO}_3(g) \qquad \Delta H = -98{,}1\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

Una vez la mezcla gaseosa alcance el equilibrio, justifique el efecto que tendrá:

a) El aumento de la temperatura a presión constante sobre la cantidad de

\text{SO}_3(g)

presente tras restablecerse el equilibrio. (0,5 puntos)

b) La adición de

\text{SO}_2(g)

sobre la cantidad de

\text{O}_2(g)

presente tras alcanzarse nuevamente el equilibrio. (0,5 puntos)

c) La disminución del volumen del reactor (manteniendo constante su temperatura) sobre la cantidad de

\text{SO}_2(g)

presente tras alcanzarse nuevamente el equilibrio. (0,5 puntos)

d) La adición de pentóxido de vanadio (

\text{V}_2\text{O}_5

) como catalizador de la reacción sobre la concentración de reactivos. (0,5 puntos)

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) El equilibrio se desplaza hacia la izquierda (sentido endotérmico): disminuye la cantidad de

\text{SO}_3

.

b) Se desplaza hacia la derecha para consumir el

\text{SO}_2

añadido: disminuye la cantidad de

\text{O}_2

.

c) Se desplaza hacia la derecha (menos moles de gas): disminuye la cantidad de

\text{SO}_2

.

d) Ningún efecto: el catalizador solo hace que el equilibrio se alcance antes.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Es una cuestión de Le Chatelier: cuando se perturba un sistema en equilibrio, este evoluciona en el sentido que contrarresta la perturbación. Antes de empezar conviene apuntar dos datos de la reacción:

Es exotérmica hacia la derecha ( $\Delta H < 0$ ): la formación de $\text{SO}_3$ desprende calor.
Hay menos moles de gas a la derecha: $1 + \tfrac12 = 1{,}5$ mol de reactivos frente a 1 mol de producto.

Con eso se responden la temperatura y el volumen. La adición de un reactivo se contrarresta consumiéndolo, y el catalizador no desplaza nada.

Desarrollo

a) Aumento de la temperatura

Hacia dónde se desplaza. Al calentar, el sistema tiende a absorber ese calor, es decir, a favorecer el sentido endotérmico, que es el inverso (

\Delta H_{\text{inversa}} = +98{,}1\ \text{kJ}

). Dicho de otro modo, en una reacción exotérmica la constante de equilibrio disminuye al subir la temperatura.

Efecto. El equilibrio se desplaza hacia la izquierda: se descompone parte del

\text{SO}_3

y la cantidad de $\text{SO}_3$ disminuye.

b) Adición de SO₂

Hacia dónde se desplaza. Al añadir un reactivo, el cociente de reacción se hace menor que

K

y el sistema lo contrarresta consumiendo parte del

\text{SO}_2

añadido: se desplaza hacia la derecha.

Efecto. Al reaccionar hacia la derecha también se consume oxígeno, así que la cantidad de $\text{O}_2$ disminuye (y aumenta la de

\text{SO}_3

).

c) Disminución del volumen a temperatura constante

Hacia dónde se desplaza. Al reducir el volumen aumenta la presión total. El sistema la contrarresta desplazándose hacia donde hay menos moles de gas, la derecha (1 mol frente a 1,5 mol).

Se ve también con

K_c

K_c = \frac{[\text{SO}_3]}{[\text{SO}_2]\,[\text{O}_2]^{1/2}} = \frac{n_{\text{SO}_3}}{n_{\text{SO}_2}\,n_{\text{O}_2}^{1/2}}\cdot V^{1/2}

V

disminuye y

K_c

no cambia (la temperatura es la misma), el cociente de moles tiene que aumentar: se forma

\text{SO}_3

.

Efecto. La cantidad de $\text{SO}_2$ disminuye.

d) Adición de V₂O₅ como catalizador

Un catalizador abre un camino de 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.

Efecto. La concentración de los reactivos no cambia.

Consejo

Lee bien qué sustancia pregunta cada apartado: en b) se añade $\text{SO}_2$ pero se pregunta por el $\text{O}_2$ , y en c) se pregunta por un reactivo, no por el producto. Termina cada apartado con una frase que conteste exactamente lo que se pide («la cantidad de $\text{O}_2$ disminuye»).

En d) la respuesta es «nada», pero hay que justificarla: el catalizador acelera por igual las dos reacciones y no modifica $K$ .