QuímicaMedioCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Desplazamiento del equilibrioSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2020 · Septiembre

Enunciado

El amoniaco gas,

\text{NH}_3\text{(g)}

, reacciona con aire para formar dióxido de nitrógeno,

\text{NO}_2

, a alta temperatura de acuerdo a la reacción:

4\,\text{NH}_3\text{(g)} + 7\,\text{O}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 4\,\text{NO}_2\text{(g)} + 6\,\text{H}_2\text{O(g)} \qquad \Delta H = -1170\ \text{kJ}

Discuta razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

a) Un aumento de la temperatura favorecerá la formación de

\text{NO}_2

en el equilibrio. (0,5 puntos)

b) La disminución del volumen del reactor, manteniendo constante la temperatura, favorecerá que se forme mayor cantidad de productos en el equilibrio. (0,5 puntos)

c) La adición de

\text{NH}_3

, manteniendo constantes el volumen del recipiente y la temperatura, favorecerá que se forme mayor cantidad de

\text{NO}_2

una vez se alcance el equilibrio. (0,5 puntos)

d) El uso de un catalizador hará que se obtenga una mayor cantidad de productos en el equilibrio. (0,5 puntos)

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Resultado

a) Falsa: la reacción es exotérmica y al calentar se desplaza hacia los reactivos.

b) Verdadera: al comprimir se desplaza hacia el lado con menos moles de gas, el de los productos (10 frente a 11).

c) Verdadera: añadir un reactivo desplaza el equilibrio hacia los productos.

d) Falsa: el catalizador acelera por igual las reacciones directa e inversa y no modifica el equilibrio.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Las cuatro afirmaciones se resuelven con el principio de Le Chatelier: si se altera un equilibrio, el sistema evoluciona en el sentido que contrarresta la perturbación. Antes de empezar conviene tener a mano dos datos de la reacción:

Es exotérmica ( $\Delta H < 0$ ): hacia la derecha desprende calor.
Moles de gas: a la izquierda $4 + 7 = 11$ y a la derecha $4 + 6 = 10$ . Todas las especies son gases, así que $\Delta n_{\text{gas}} = 10 - 11 = -1$ : hacia la derecha disminuye el número de moles de gas.

El catalizador es el caso aparte: cambia la velocidad, no la posición del equilibrio.

Desarrollo

a) Aumento de la temperatura: FALSA

Al calentar, el sistema contrarresta el aporte de calor desplazándose en el sentido endotérmico. Como la reacción directa es exotérmica, el endotérmico es el inverso: el equilibrio se desplaza hacia la izquierda y se forma menos

\text{NO}_2

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

b) Disminución del volumen: VERDADERA

Al reducir el volumen a temperatura constante, aumenta la presión. El sistema la contrarresta desplazándose hacia donde hay menos moles de gas: 10 a la derecha frente a 11 a la izquierda. El equilibrio se desplaza hacia los productos y se forma más cantidad de ellos.

c) Adición de NH₃: VERDADERA

Al añadir un reactivo a volumen y temperatura constantes, su concentración aumenta y el cociente de reacción se hace menor que la constante (

Q < K

). El sistema consume parte del

\text{NH}_3

añadido desplazándose hacia la derecha, y al alcanzar de nuevo el equilibrio hay más

\text{NO}_2

que antes.

d) Uso de un catalizador: FALSA

Un catalizador disminuye la energía de activación de la reacción directa y de la inversa en la misma medida, así que acelera las dos por igual. Se llega antes al equilibrio, pero la constante (que solo depende de la temperatura) y las cantidades en el equilibrio no cambian: no se obtienen más productos.

Consejo

Cuenta los moles de gas a cada lado antes de razonar sobre la presión o el volumen, y fíjate en los estados: aquí el agua es gas y cuenta. Si se te olvida, en b) te sale la respuesta contraria.

Cada afirmación vale lo mismo, pero un «verdadera» o «falsa» sin explicar no pasa del 30 % del apartado según los criterios. Di siempre la regla (Le Chatelier, signo de $\Delta H$ , moles de gas) y cómo se aplica aquí.