QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Desplazamiento del equilibrio

Andalucía · 2023 · Julio
Enunciado
Bloque B · B2. Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) En una reacción entre gases del tipo A(g)+2 B(g)⇌2 C(g)\text{A}(g) + 2\,\text{B}(g) \rightleftharpoons 2\,\text{C}(g), los valores de KcK_c y KpK_p son iguales.

b) Para una reacción endotérmica en equilibrio, se produce un incremento de la cantidad de productos al aumentar la temperatura.

c) Cuando una mezcla de reacción alcanza el equilibrio, la formación de productos se detiene.
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Resultado
  a) FALSA  −  Δn=−1⇒Kp=Kc/(RT)≠Kc  \boxed{\;\textbf{a) FALSA} \;-\; \Delta n = -1 \Rightarrow K_p = K_c/(RT) \neq K_c\;}  b) VERDADERA  −  ΔH>0⇒el calor es reactivo⇒se desplaza a productos  \boxed{\;\textbf{b) VERDADERA} \;-\; \Delta H > 0 \Rightarrow \text{el calor es reactivo} \Rightarrow \text{se desplaza a productos}\;}  c) FALSA  −  el equilibrio es dinaˊmico: vdirecta=vinversa≠0  \boxed{\;\textbf{c) FALSA} \;-\; \text{el equilibrio es dinámico: } v_{\text{directa}} = v_{\text{inversa}} \neq 0\;}
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Estrategia

Tres herramientas distintas, una por apartado:
  • a) La relación Kp=Kc (RT)ΔnK_p = K_c\,(RT)^{\Delta n}. Las dos constantes coinciden solo si Δn=0\Delta n = 0, es decir, si hay el mismo número de moles gaseosos a un lado y a otro.
  • b) El principio de Le Châtelier aplicado a la temperatura: en una endotérmica, el calor se comporta como un reactivo.
  • c) La naturaleza dinámica del equilibrio, que es el concepto que más se malinterpreta del tema.
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Desarrollo

a) FALSA.

Contamos los moles gaseosos a cada lado:Δn=nproductos(g)−nreactivos(g)=2−(1+2)=−1\Delta n = n_{\text{productos}}^{(g)} - n_{\text{reactivos}}^{(g)} = 2 - (1 + 2) = \mathbf{-1}Como Δn≠0\Delta n \neq 0:Kp=Kc (RT)Δn=KcRT  ≠  KcK_p = K_c\,(RT)^{\Delta n} = \frac{K_c}{RT} \;\neq\; K_cLas dos constantes solo serían iguales si Δn=0\Delta n = 0, como en H2(g)+I2(g)⇌2 HI(g)\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{HI}(g). Además, ni siquiera tienen las mismas unidades: aquí KpK_p va en atm−1\text{atm}^{-1} y KcK_c en mol−1⋅L\text{mol}^{-1}\cdot\text{L}.

b) VERDADERA.

En una reacción endotérmica, ΔH>0\Delta H > 0, y el calor puede escribirse como un reactivo más:reactivos+calor⇌productos\text{reactivos} + \text{calor} \rightleftharpoons \text{productos}Al aumentar la temperatura estamos "añadiendo" ese reactivo, y por el principio de Le Châtelier el sistema se opone consumiéndolo: el equilibrio se desplaza hacia la derecha y aumenta la cantidad de productos.

La misma conclusión se obtiene de la ecuación de van't Hoff, que muestra que KK crece con TT cuando ΔH>0\Delta H > 0:ln⁡K2K1=−ΔHR(1T2−1T1)\ln\frac{K_2}{K_1} = -\frac{\Delta H}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)La temperatura es, de hecho, la única variable que modifica el valor de KK; la presión, el volumen o la adición de sustancias desplazan el equilibrio, pero no cambian la constante.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) FALSA.

El equilibrio químico es dinámico, no estático. Al alcanzarlo, las reacciones directa e inversa siguen produciéndose, pero a la misma velocidad:vdirecta=vinversa  ≠  0v_{\text{directa}} = v_{\text{inversa}} \;\neq\; 0Lo que permanece constante son las concentraciones, no la actividad molecular. Se sigue formando producto exactamente al mismo ritmo al que se descompone, y por eso macroscópicamente parece que "no pasa nada".

La prueba experimental clásica son los marcadores isotópicos: si en el equilibrio H2+I2⇌2 HI\text{H}_2 + \text{I}_2 \rightleftharpoons 2\,\text{HI} se introduce yodo radiactivo, al cabo de un tiempo aparece marcado también el HI\text{HI}, aunque las concentraciones no hayan cambiado.
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Consejo

El apartado a) se resuelve en cinco segundos si te acostumbras a calcular Δn\Delta n antes de nada. Y recuerda que solo cuentan los gases: en la descomposición de la caliza, CaCO3(s)⇌CaO(s)+CO2(g)\text{CaCO}_3(s) \rightleftharpoons \text{CaO}(s) + \text{CO}_2(g), se tiene Δn=1−0=1\Delta n = 1 - 0 = 1, aunque haya sólidos a los dos lados.

Sobre c), quédate con la frase que resume el concepto: "el equilibrio no es el final de la reacción, es el punto en que las dos reacciones se compensan". Decir que "la reacción se para" es un error de concepto básico, del tipo que según los criterios de corrección anula el apartado entero.
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