QuímicaMedioCuestión · 2 pts

Desplazamiento del equilibrio

Andalucía · 2026 · Reserva 4 · Opción B
Enunciado
(2 puntos: 0,5 puntos cada apartado)

Dado el siguiente sistema en equilibrio:3 Fe(s)+4 H2O(g)⇌Fe3O4(s)+4 H2(g)ΔH=−150 kJ3\,\text{Fe}(s) + 4\,\text{H}_2\text{O}(g) \rightleftharpoons \text{Fe}_3\text{O}_4(s) + 4\,\text{H}_2(g) \qquad \Delta H = -150\ \text{kJ}Razone si las siguientes acciones conducirán a una mayor producción de H2(g)\text{H}_2(g):

a) Aumentar la temperatura del sistema.

b) Duplicar el volumen del recipiente que contiene la mezcla.

c) Introducir más vapor de agua en el recipiente.

d) Añadir un catalizador.
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Resultado
  a) No: exoteˊrmica, se desplaza a la izquierdab) No: Δngas=0  \boxed{\;\textbf{a) No: exotérmica, se desplaza a la izquierda} \qquad \textbf{b) No: } \Delta n_{\text{gas}} = 0\;}  c) Sıˊ: se desplaza a la derechad) No: solo se alcanza antes el equilibrio  \boxed{\;\textbf{c) Sí: se desplaza a la derecha} \qquad \textbf{d) No: solo se alcanza antes el equilibrio}\;}
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Estrategia

Antes de aplicar Le Chatelier, anota las tres claves de este equilibrio:
  1. Es heterogéneo: el Fe\text{Fe} y el Fe3O4\text{Fe}_3\text{O}_4 son sólidos y no aparecen en la constante:
Kc=[H2]4[H2O]4K_c = \frac{[\text{H}_2]^4}{[\text{H}_2\text{O}]^4}
  1. ΔH=−150 kJ<0\Delta H = -150\ \text{kJ} < 0: la reacción directa es exotérmica, así que el calor se puede escribir como un producto más.
  2. Moles de gas: 4 de H2O\text{H}_2\text{O} a la izquierda y 4 de H2\text{H}_2 a la derecha. Como Δngas=0\Delta n_{\text{gas}} = 0, los cambios de presión o de volumen no desplazan el equilibrio.
Con esto, solo una de las cuatro acciones aumenta la cantidad de hidrógeno.
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Desarrollo

a) No: disminuye la producción de H2\text{H}_2.

Al ser exotérmica, podemos escribir:3 Fe(s)+4 H2O(g)⇌Fe3O4(s)+4 H2(g)+calor3\,\text{Fe}(s) + 4\,\text{H}_2\text{O}(g) \rightleftharpoons \text{Fe}_3\text{O}_4(s) + 4\,\text{H}_2(g) + \text{calor}Si se aumenta la temperatura, el sistema trata de absorber el calor aportado y evoluciona en el sentido endotérmico, es decir, hacia la izquierda. Se consume H2\text{H}_2 y se forma H2O\text{H}_2\text{O}: la producción de hidrógeno disminuye. Además, en una reacción exotérmica KcK_c disminuye al subir la temperatura.

b) No: la cantidad de H2\text{H}_2 no cambia.

Duplicar el volumen a temperatura constante equivale a reducir la presión a la mitad. El sistema tendería a desplazarse hacia el lado con más moles de gas, pero aquí hay los mismos a ambos lados:4 mol de gas⏟H2O=4 mol de gas⏟H2\underbrace{4\ \text{mol de gas}}_{\text{H}_2\text{O}} \quad = \quad \underbrace{4\ \text{mol de gas}}_{\text{H}_2}Lo mismo se ve en la constante: si se duplica VV, las dos concentraciones se reducen a la mitad y el cociente no cambia,Q=(nH2/2V)4(nH2O/2V)4=nH24nH2O4=KcQ = \frac{(n_{\text{H}_2}/2V)^4}{(n_{\text{H}_2\text{O}}/2V)^4} = \frac{n_{\text{H}_2}^4}{n_{\text{H}_2\text{O}}^4} = K_cde modo que el sistema sigue en equilibrio y no se desplaza. Los moles de H2\text{H}_2 no varían (su concentración baja a la mitad, pero solo porque el volumen es el doble).

c) Sí: aumenta la producción de H2\text{H}_2.

Al introducir más vapor de agua aumenta [H2O][\text{H}_2\text{O}] y el cociente de reacción se hace menor que la constante:Q=[H2]4[H2O]4<KcQ = \frac{[\text{H}_2]^4}{[\text{H}_2\text{O}]^4} < K_cSegún Le Chatelier, el sistema contrarresta el aumento consumiendo parte del agua añadida, es decir, se desplaza hacia la derecha, reaccionando con más hierro y formando más H2\text{H}_2.

d) No: el catalizador no desplaza el equilibrio.

Un catalizador disminuye por igual la energía de activación de la reacción directa y de la inversa, de modo que acelera las dos en la misma proporción. El equilibrio se alcanza antes, pero las cantidades en equilibrio y el valor de KcK_c no cambian: no se obtiene más hidrógeno.
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Consejo

En b) no cuentes los sólidos: el Fe\text{Fe} y el Fe3O4\text{Fe}_3\text{O}_4 no influyen en el efecto de la presión. Si sumas todos los coeficientes (77 frente a 55) concluirás, mal, que el equilibrio se desplaza. Solo cuentan los moles de gas: 4 y 4.

En a) mira el signo de ΔH\Delta H antes de nada. Con ΔH<0\Delta H < 0, calentar perjudica a los productos; escribir el calor dentro de la ecuación evita equivocarse.

En d) la respuesta es "no se desplaza". Decir que el catalizador "aumenta el rendimiento" es un error de concepto que anula el apartado.
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