QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Desplazamiento del equilibrioSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2019 · Junio · Opción B

Enunciado

En los tubos de escape de los automóviles, se utiliza un catalizador de platino para acelerar la oxidación del monóxido de carbono, una sustancia tóxica, según la ecuación química:

2\,\text{CO}(g) + \text{O}_2(g) \overset{\text{Pt (cat)}}{\rightleftharpoons} 2\,\text{CO}_2(g) \qquad \Delta H < 0

Considere un reactor que contiene una mezcla en equilibrio de CO (g),

\text{O}_2

(g) y

\text{CO}_2

(g). Indique, razonadamente, si la cantidad de CO aumentará, disminuirá o no se modificará cuando:

a) Se elimina el catalizador de platino. (0,5 puntos)

b) Se aumenta la temperatura manteniendo constante la presión. (0,5 puntos)

c) Se aumenta la presión, disminuyendo el volumen del reactor, a temperatura constante. (0,5 puntos)

d) Se añade

\text{O}_2

(g), manteniendo constantes el volumen y la temperatura. (0,5 puntos)

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Resultado

a) No se modifica: el catalizador no desplaza el equilibrio.

b) Aumenta: el equilibrio se desplaza en el sentido endotérmico, hacia la izquierda.

c) Disminuye: el equilibrio se desplaza hacia donde hay menos moles de gas, la derecha.

d) Disminuye: el equilibrio se desplaza hacia la derecha para consumir el

\text{O}_2

añadido.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todas las preguntas se responden con el principio de Le Chatelier: si se altera un sistema en equilibrio, este evoluciona en el sentido que contrarresta la alteración. Para aplicarlo hay que tener a la vista dos datos de la reacción:

Es exotérmica en el sentido directo ( $\Delta H < 0$ ): el sentido inverso absorbe calor.
Pasa de 3 moles de gas (2 de CO y 1 de $\text{O}_2$ ) a 2 moles de gas ( $\text{CO}_2$ ): el sentido directo reduce el número de moléculas gaseosas.

El catalizador es un caso aparte: no es una perturbación del equilibrio.

Desarrollo

a) Se elimina el catalizador: la cantidad de CO no cambia

Un catalizador rebaja por igual la energía de activación de la reacción directa y de la inversa: acelera las dos en la misma proporción y hace que el equilibrio se alcance antes, pero no cambia la constante de equilibrio ni su posición. Si se retira, el sistema sigue en el mismo equilibrio y la cantidad de CO no se modifica.

b) Se aumenta la temperatura: la cantidad de CO aumenta

Al calentar, el sistema evoluciona en el sentido que absorbe calor, el endotérmico, que aquí es el inverso (el directo es exotérmico). Dicho de otra forma,

K

disminuye al aumentar

T

en una reacción exotérmica. El equilibrio se desplaza hacia la izquierda: se descompone

\text{CO}_2

y aumenta la cantidad de CO.

c) Se aumenta la presión reduciendo el volumen: la cantidad de CO disminuye

Al reducir el volumen aumenta la presión, y el sistema la contrarresta desplazándose hacia donde hay menos moles de gas: hacia la derecha (

3 \to 2

). Con las presiones parciales se ve igual:

K_p = \dfrac{p_{\text{CO}_2}^2}{p_{\text{CO}}^2\,p_{\text{O}_2}}

tiene una presión más en el denominador, así que al comprimir el cociente de reacción se hace menor que

K_p

y la reacción avanza hacia los productos. La cantidad de CO disminuye.

d) Se añade $\text{O}_2$ a volumen y temperatura constantes: la cantidad de CO disminuye

Al añadir un reactivo, el sistema tiende a consumirlo: el equilibrio se desplaza hacia la derecha (el cociente

Q_c = \dfrac{[\text{CO}_2]^2}{[\text{CO}]^2[\text{O}_2]}

baja por debajo de

K_c

). Se consume parte del

\text{O}_2

añadido junto con CO, y la cantidad de CO disminuye.

Consejo

Empieza siempre por escribir los dos datos que deciden todo: el signo de $\Delta H$ y los moles de gas a cada lado. Con ellos cada apartado es una frase.

El apartado del catalizador es una pregunta trampa clásica: el platino del tubo de escape no «elimina más CO» en el equilibrio, solo hace que se llegue antes a él. Y no digas solo «se desplaza a la derecha»: lo que se pregunta es la cantidad de CO, así que termina con «aumenta» o «disminuye».