Problema resuelto de Química: Desplazamiento del equilibrioSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2021 · Julio

a) Sentido de la reacción

Al principio no hay $\text{CH}_4$ ni $\text{H}_2\text{O}$, así que el cociente de reacción$$Q_c = \frac{[\text{CO}]\,[\text{H}_2]^3}{[\text{CH}_4]\,[\text{H}_2\text{O}]}$$es infinitamente grande, $Q_c > K_c$: el sistema evoluciona hacia la izquierda, formando metano y agua.

Moles de gas. Si reaccionan $x$ mol de CO, se consumen $3x$ de $\text{H}_2$ y se forman $x$ de $\text{CH}_4$ y $x$ de $\text{H}_2\text{O}$:$$n_T = (1 - x) + (1 - 3x) + x + x = 2 - 2x < 2$$Por cada 4 mol de gas que desaparecen se forman solo 2. Como $p = \dfrac{n_T R T}{V}$ con $V$ y $T$ constantes, menos moles significa menos presión: la presión en el equilibrio será menor que la inicial.

b) Efecto de la temperatura

La reacción directa es endotérmica ($\Delta H = +206\ \text{kJ}$). Si se aumenta la temperatura, el sistema se desplaza en el sentido en que absorbe calor, es decir, hacia la derecha: se forma más $\text{H}_2$ (la constante de equilibrio crece). Hay que aumentar la temperatura.

c) Efecto del volumen

Para que disminuya el CO el equilibrio debe desplazarse hacia la izquierda, que es el lado con menos moles de gas (2 frente a 4). Eso se consigue aumentando la presión, es decir, disminuyendo el volumen: el sistema contrarresta el aumento de presión desplazándose hacia donde hay menos moles gaseosos.

d) Adición de CO

Al inyectar CO a volumen y temperatura constantes, aumenta su concentración y $Q_c > K_c$: el sistema consume parte del CO añadido desplazándose hacia la izquierda. En ese sentido se forman a la vez $\text{CH}_4$ y $\text{H}_2\text{O}$ (y se consume $\text{H}_2$). Por tanto, la cantidad de $\text{CH}_4$ aumenta, pero la de $\text{H}_2\text{O}$ también aumenta: la afirmación es falsa.