QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Desplazamiento del equilibrio

Andalucía · 2024 · Julio
Enunciado
Bloque B · B2. El bromuro de amonio es un sólido cristalino que se descompone en un proceso endotérmico según el siguiente equilibrio:NH4Br(s)⇌NH3(g)+HBr(g)\text{NH}_4\text{Br}(s) \rightleftharpoons \text{NH}_3(g) + \text{HBr}(g)En un reactor en el que se ha alcanzado el equilibrio anterior:

a) Explique si la cantidad de NH4Br(s)\text{NH}_4\text{Br}(s) aumenta, disminuye o no se modifica al introducir NH3(g)\text{NH}_3(g) en el reactor.

b) Justifique qué ocurre si duplicamos el volumen del reactor a temperatura constante.

c) Razone si el valor de la constante de equilibrio a 400 ∘C400\ ^\circ\text{C} será mayor, menor o igual que a 25 ∘C25\ ^\circ\text{C}.
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Resultado
  a) Aumenta (el equilibrio se desplaza hacia el soˊlido)  \boxed{\;\textbf{a) Aumenta (el equilibrio se desplaza hacia el sólido)}\;}  b) Disminuye: se descompone maˊs soˊlido; las presiones parciales vuelven a su valor  \boxed{\;\textbf{b) Disminuye: se descompone más sólido; las presiones parciales vuelven a su valor}\;}  c) Mayor a 400 ∘C (proceso endoteˊrmico)  \boxed{\;\textbf{c) Mayor a } 400\ ^\circ\text{C (proceso endotérmico)}\;}
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Estrategia

Es un equilibrio heterogéneo: el sólido no aparece en la constante, que se reduce aKP=PNH3⋅PHBrK_P = P_{\text{NH}_3}\cdot P_{\text{HBr}}Esa expresión tan simple es la que resuelve los tres apartados. Añade a eso los dos datos del enunciado: el proceso es endotérmico (ΔH>0\Delta H > 0) y aumenta el número de moles de gas (de 0 a 2).

Cuidado con a): la pregunta no es hacia dónde se desplaza el equilibrio, sino qué pasa con la cantidad de sólido.
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Desarrollo

a) La cantidad de NH4Br(s)\text{NH}_4\text{Br}(s) aumenta.

Al introducir NH3\text{NH}_3, su presión parcial sube y el cociente de reacción supera a la constante:Q=PNH3⋅PHBr  ↑  >KPQ = P_{\text{NH}_3}\cdot P_{\text{HBr}} \;\uparrow\; > K_PEl sistema responde desplazándose hacia la izquierda, consumiendo el amoniaco añadido junto con parte del HBr\text{HBr} para volver a formar sólido. Por tanto, la cantidad de NH4Br(s)\text{NH}_4\text{Br}(s) aumenta, hasta que el producto de las dos presiones parciales recupere el valor de KPK_P.

(Fíjate en la consecuencia curiosa: en el nuevo equilibrio hay más NH3\text{NH}_3 y menos HBr\text{HBr} que antes, pero su producto vale exactamente lo mismo.)

b) Se descompone más sólido, hasta recuperar las mismas presiones parciales.

Al duplicar el volumen, las presiones parciales de los dos gases se reducen instantáneamente a la mitad, así queQ=PNH32⋅PHBr2=KP4  <  KPQ = \frac{P_{\text{NH}_3}}{2}\cdot\frac{P_{\text{HBr}}}{2} = \frac{K_P}{4} \;<\; K_PEl sistema se desplaza hacia la derecha: se descompone más NH4Br\text{NH}_4\text{Br} (su cantidad disminuye) y se generan más moles de gas.

Y aquí está lo interesante: como la temperatura no cambia, KPK_P tampoco, así que el sistema evoluciona hasta que las presiones parciales vuelven a ser exactamente las de antes. Lo que ha cambiado es la cantidad de gas (más moles en más volumen), no su presión.

c) KK será mayor a 400 ∘C400\ ^\circ\text{C}.

La descomposición es endotérmica, así que el calor actúa como reactivo:NH4Br(s)+calor⇌NH3(g)+HBr(g)\text{NH}_4\text{Br}(s) + \text{calor} \rightleftharpoons \text{NH}_3(g) + \text{HBr}(g)Aumentar la temperatura desplaza el equilibrio en el sentido que absorbe ese calor, es decir, hacia los productos. Y a diferencia de los apartados anteriores, la temperatura es la única variable que modifica el valor de la constante:KP(400 ∘C)  >  KP(25 ∘C)K_P(400\ ^\circ\text{C}) \;>\; K_P(25\ ^\circ\text{C})
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Consejo

Lee bien qué te preguntan en a): no es el sentido del desplazamiento, sino la cantidad de sólido. El equilibrio va hacia la izquierda, luego el sólido aumenta. Contestar "se desplaza a la izquierda" sin traducirlo deja el apartado incompleto.

El apartado b) es el más fino de los tres: conviene distinguir entre cantidad (moles, que aumentan) y presión parcial (que vuelve a su valor original, porque KPK_P no ha cambiado). Esa distinción es exactamente lo que se evalúa.

Y no olvides el rasgo del equilibrio heterogéneo: el sólido no entra en KPK_P. Mientras quede algo de NH4Br\text{NH}_4\text{Br}, su cantidad no influye en las presiones de equilibrio.
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