QuímicaMedioProblema · 3 pts

Constante de equilibrio y grado de disociación

Castilla-La Mancha · 2022 · Julio
Enunciado
Se coloca cierta cantidad de SO3\text{SO}_3 en un matraz de 0,80 L0{,}80\ \text{L}. A cierta temperatura se establece el equilibrio de disociación:2 SO3(g)⇌2 SO2(g)+O2(g)2\,\text{SO}_3(g) \rightleftharpoons 2\,\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g)Se comprueba que en el equilibrio hay 2 moles de O2\text{O}_2. Si KCK_C es 0,22 M0{,}22\ \text{M} a la temperatura de la experiencia,

a) (1,5 puntos) Calcule las concentraciones de las sustancias presentes en el equilibrio.

b) (1,5 puntos) Calcule el grado de disociación del SO3\text{SO}_3.
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Resultado
[O2]=2,5 M;[SO2]=5,0 M;[SO3]=16,9 M\boxed{[\text{O}_2] = 2{,}5\ \text{M};\quad [\text{SO}_2] = 5{,}0\ \text{M};\quad [\text{SO}_3] = 16{,}9\ \text{M}}α=0,229  (22,9 %)\boxed{\alpha = 0{,}229 \;(22{,}9\ \%)}
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Estrategia

Al principio solo hay SO3\text{SO}_3; parte de él se disocia y aparecen SO2\text{SO}_2 y O2\text{O}_2 en la proporción que marcan los coeficientes. Como sabemos cuánto O2\text{O}_2 hay en el equilibrio, la estequiometría nos da el SO2\text{SO}_2 (el doble). Lo único que no conocemos es cuánto SO3\text{SO}_3 queda: lo sacamos de la expresión de KCK_C.

Para el grado de disociación necesitamos los moles iniciales de SO3\text{SO}_3, que son los que quedan más los que se han disociado.
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Desarrollo

a) Llamamos n0n_0 a los moles iniciales de SO3\text{SO}_3 y xx a los moles de O2\text{O}_2 formados:
2 SO32\,\text{SO}_32 SO22\,\text{SO}_2O2\text{O}_2
Inicio (mol)n0n_00000
Cambio (mol)−2x-2x+2x+2x+x+x
Equilibrio (mol)n0−2xn_0 - 2x2x2xxx
Como en el equilibrio hay 2 mol de O2\text{O}_2, x=2 molx = 2\ \text{mol}, y por tanto hay 2x=4 mol2x = 4\ \text{mol} de SO2\text{SO}_2. Sus concentraciones, en 0,80 L0{,}80\ \text{L}:[O2]=2 mol0,80 L=2,5 mol L−1[SO2]=4 mol0,80 L=5,0 mol L−1[\text{O}_2] = \frac{2\ \text{mol}}{0{,}80\ \text{L}} = 2{,}5\ \text{mol}\,\text{L}^{-1} \qquad [\text{SO}_2] = \frac{4\ \text{mol}}{0{,}80\ \text{L}} = 5{,}0\ \text{mol}\,\text{L}^{-1}La constante de equilibrio:KC=[SO2]2 [O2][SO3]2  ⇒  [SO3]=[SO2]2 [O2]KC=5,02⋅2,50,22=62,50,22=284,1K_C = \frac{[\text{SO}_2]^2\,[\text{O}_2]}{[\text{SO}_3]^2} \;\Rightarrow\; [\text{SO}_3] = \sqrt{\frac{[\text{SO}_2]^2\,[\text{O}_2]}{K_C}} = \sqrt{\frac{5{,}0^2 \cdot 2{,}5}{0{,}22}} = \sqrt{\frac{62{,}5}{0{,}22}} = \sqrt{284{,}1}[SO3]=16,9 mol L−1[\text{SO}_3] = 16{,}9\ \text{mol}\,\text{L}^{-1}Un KCK_C pequeño indica que el equilibrio está desplazado hacia el SO3\text{SO}_3: la mayor parte sigue sin disociar, como se confirma en b).

b) Moles de SO3\text{SO}_3 en el equilibrio y moles iniciales:n(SO3)eq=16,855 mol L−1⋅0,80 L=13,48 moln(\text{SO}_3)_{\text{eq}} = 16{,}855\ \text{mol}\,\text{L}^{-1} \cdot 0{,}80\ \text{L} = 13{,}48\ \text{mol}n0=n(SO3)eq+2x=13,48+4=17,48 moln_0 = n(\text{SO}_3)_{\text{eq}} + 2x = 13{,}48 + 4 = 17{,}48\ \text{mol}El grado de disociación es la fracción de los moles iniciales que se ha disociado:α=2xn0=417,48=0,229    (22,9 %)\alpha = \frac{2x}{n_0} = \frac{4}{17{,}48} = 0{,}229 \;\;(22{,}9\ \%)
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Consejo

No olvides que por cada mol de O2\text{O}_2 que se forma se disocian dos de SO3\text{SO}_3: el error típico es restar xx en vez de 2x2x y obtener mal los moles iniciales y el grado de disociación.

Y en la expresión de KCK_C van concentraciones, no moles: aquí Δn≠0\Delta n \neq 0, así que usar moles da un resultado distinto. Divide entre los 0,80 L0{,}80\ \text{L} antes de sustituir.
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