QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Desplazamiento del equilibrio

Andalucía · 2021 · Junio
Enunciado
Bloque B · B2. Dada la reacción a 25 ∘25\ ^\circC y 11 atm de presiónN2(g)+O2(g)⇌2 NO(g)ΔH=180,2 kJ\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NO}(g) \qquad \Delta H = 180{,}2 \text{ kJ}razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) La constante de equilibrio KpK_p se duplica si se duplica la presión.

b) El sentido de la reacción se favorece hacia la izquierda si se aumenta la temperatura.

c) El valor de la constante de equilibrio para este proceso depende del catalizador utilizado.
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Resultado
  a) FALSA  −  Kp solo depende de T; ademaˊs, Δn=0  \boxed{\;\textbf{a) FALSA} \;-\; K_p \text{ solo depende de } T; \text{ además, } \Delta n = 0\;}  b) FALSA  −  ΔH>0⇒al subir T se desplaza a la derecha  \boxed{\;\textbf{b) FALSA} \;-\; \Delta H > 0 \Rightarrow \text{al subir } T \text{ se desplaza a la } \textbf{derecha}\;}  c) FALSA  −  el catalizador cambia la velocidad, nunca el equilibrio  \boxed{\;\textbf{c) FALSA} \;-\; \text{el catalizador cambia la velocidad, nunca el equilibrio}\;}
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Estrategia

Las tres afirmaciones son falsas, y dos de ellas por la misma razón fundamental:
La constante de equilibrio KK solo depende de la temperatura.
Ni la presión, ni el volumen, ni la adición de sustancias, ni la presencia de un catalizador la modifican. Lo que sí pueden hacer esas variables es desplazar el equilibrio, es decir, cambiar las concentraciones sin cambiar su cociente.

Y para b), el dato clave: ΔH=+180,2\Delta H = +180{,}2 kJ, es decir, reacción endotérmica.
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Desarrollo

a) FALSA.

KpK_p es una constante termodinámica ligada a la variación de energía libre estándar:ΔG∘=−R T ln⁡Kp\Delta G^\circ = -R\,T\,\ln K_pComo ΔG∘\Delta G^\circ solo depende de la temperatura (los estados estándar están fijados), KpK_p también. Duplicar la presión no la altera en absoluto.

Además, en este caso particular la presión ni siquiera desplaza el equilibrio, porque el número de moles gaseosos no cambia:Δn=2−(1+1)=0\Delta n = 2 - (1+1) = \mathbf{0}Al no haber diferencia de moles, comprimir el sistema aumenta todas las presiones parciales en el mismo factor y el cociente QpQ_p permanece igual a KpK_p. El equilibrio ni se mueve.

b) FALSA. Al aumentar la temperatura se favorece la reacción hacia la derecha.

Con ΔH>0\Delta H > 0, la reacción directa es endotérmica y el calor actúa como un reactivo:N2+O2+calor⇌2 NO\text{N}_2 + \text{O}_2 + \text{calor} \rightleftharpoons 2\,\text{NO}Por el principio de Le Châtelier, al aportar calor el sistema se opone consumiéndolo: se desplaza hacia los productos, y además el valor de KpK_p aumenta (ecuación de van't Hoff).

Este hecho tiene una consecuencia muy real: el NO\text{NO} apenas se forma a temperatura ambiente (Kp≈10−31K_p \approx 10^{-31} a 25 ∘25\ ^\circC), pero sí en los motores de combustión y en los rayos, donde se superan los 2 000 ∘2\,000\ ^\circC. De ahí que los óxidos de nitrógeno sean un contaminante característico del tráfico rodado.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) FALSA.

Un catalizador proporciona un camino de reacción alternativo con menor energía de activación, y lo hace por igual en las dos direcciones:Ea↓  ⟹  kdirecta↑  y  kinversa↑  en la misma proporcioˊnE_a \downarrow \;\Longrightarrow\; k_{\text{directa}} \uparrow \;\text{y}\; k_{\text{inversa}} \uparrow \;\text{en la misma proporción}K=kdirectakinversano cambiaK = \frac{k_{\text{directa}}}{k_{\text{inversa}}} \qquad \text{no cambia}Lo único que consigue un catalizador es que el equilibrio se alcance antes, no que se alcance en otro punto. Tampoco altera ΔH\Delta H ni ΔG∘\Delta G^\circ, que son propiedades de estado.
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Consejo

Memoriza la frase que resuelve la mitad de las cuestiones de equilibrio:

> La constante solo cambia con la temperatura.

Todo lo demás —presión, volumen, concentraciones, catalizadores— puede desplazar el equilibrio, pero deja KK intacta. Y distingue con cuidado los dos verbos:
  • Desplazar el equilibrio →\to cambian las concentraciones, QQ vuelve a igualar a KK.
  • Cambiar la constante →\to solo la temperatura.
En a) hay además un segundo motivo, específico de esta reacción: con Δn=0\Delta n = 0, la presión ni siquiera desplaza nada. Mencionarlo suma.
Paso 1 de 3
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