QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Desplazamiento del equilibrio

Comunidad de Madrid · 2019 · Julio · Opción B
Enunciado
El dióxido de nitrógeno se obtiene mediante la reacción exotérmica:
2 NO(g)+O2(g)⇌2 NO2(g)2\,\text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NO}_2(g). En un reactor se introducen los
reactivos a una determinada presión y temperatura. Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes
afirmaciones:

a) (0,5 puntos) La cantidad de NO2\text{NO}_2 formado es menor al disminuir la temperatura.

b) (0,5 puntos) La oxidación está favorecida a presiones altas.

c) (0,5 puntos) Debido a la estequiometría de la reacción, la presión en el reactor aumenta a medida que se forma NO2\text{NO}_2.

d) (0,5 puntos) Un método para obtener mayor cantidad de dióxido de nitrógeno es aumentar la presión parcial de oxígeno.
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Resultado
  • a) Falsa: al bajar TT se favorece el sentido exotérmico y se forma más NO2\text{NO}_2.
  • b) Verdadera: a presión alta se desplaza hacia menos moles de gas (2 frente a 3).
  • c) Falsa: disminuyen los moles de gas, luego la presión baja.
  • d) Verdadera: más O2\text{O}_2 desplaza el equilibrio hacia el NO2\text{NO}_2.
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 equilibrio, el sistema evoluciona
en el sentido que contrarresta la perturbación. Hay que tener a mano dos datos de la reacción:
  • Es exotérmica (ΔH<0\Delta H < 0): en sentido directo desprende calor.
  • Pasa de 3 moles de gas (2 NO + 1 O2\text{O}_2) a 2 moles de gas (2 NO2\text{NO}_2):
Δngas=−1\Delta n_{\text{gas}} = -1.

El apartado c) no es de Le Chatelier, sino de la ecuación de los gases: a volumen y temperatura
constantes, la presión es proporcional a los moles de gas.
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Desarrollo

a) Falsa.

Al disminuir la temperatura, el sistema responde desplazándose en el sentido que desprende calor,
que es el exotérmico: el directo. Se forma más NO2\text{NO}_2, no menos.

Dicho con la constante: en una reacción exotérmica, KK aumenta al bajar la temperatura (ecuación de
van't Hoff), así que en el nuevo equilibrio hay más productos.

b) Verdadera.

Al aumentar la presión (por ejemplo, reduciendo el volumen), el equilibrio se desplaza hacia donde hay
menos moles de gas para contrarrestarla. A la derecha hay 2 moles de gas frente a 3 a la izquierda,
luego las presiones altas desplazan el equilibrio hacia la formación de NO2\text{NO}_2: la oxidación del
NO está favorecida.

Con el cociente de reacción: si el volumen se reduce a la mitad, todas las concentraciones se duplican yQ=(2[NO2])2(2[NO])2 (2[O2])=Kc2<KcQ = \frac{(2[\text{NO}_2])^2}{(2[\text{NO}])^2\,(2[\text{O}_2])} = \frac{K_c}{2} < K_cluego la reacción avanza hacia los productos.

c) Falsa.

En el reactor (volumen y temperatura fijos), la presión es proporcional al número total de moles de
gas, P=nT RT/VP = n_T\,RT/V. Por cada 2 mol de NO2\text{NO}_2 que se forman desaparecen 3 mol de reactivos
gaseosos: el número de moles de gas disminuye y, con él, la presión. La presión en el reactor
disminuye a medida que se forma NO2\text{NO}_2.

d) Verdadera.

Aumentar la presión parcial de oxígeno equivale a aumentar su concentración. El sistema contrarresta
el exceso de O2\text{O}_2 consumiéndolo, es decir, desplazándose hacia la derecha: se forma más
NO2\text{NO}_2. En términos de QQ: al crecer PO2P_{\text{O}_2} en el denominador, QpQ_p se hace menor que
KpK_p y la reacción avanza en sentido directo.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
(La simulación usa valores ilustrativos de KcK_c y ΔH\Delta H, que el problema no da: sirve para ver
hacia dónde se desplaza el equilibrio al cambiar la temperatura, el volumen o la cantidad de oxígeno.)
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Consejo

Antes de contestar, escribe dos datos encima de la reacción: el signo de ΔH\Delta H y los moles de gas de cada lado. Con ellos salen todos los apartados.

No mezcles Le Chatelier con el apartado c): ahí no se perturba ningún equilibrio, se pregunta qué le pasa a la presión mientras la reacción avanza, y eso lo dice PV=nRTPV = nRT.
Paso 1 de 3
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