Equilibri químic: exercicis de selectivitat de Química (Comunitat Valenciana)

Opció 2.A El diòxid de nitrogen, $\mathrm{NO_2}$, és un gas tòxic de color rogenc que es troba en equilibri amb el tetraòxid de dinitrogen, $\mathrm{N_2O_4}$, que és incolor. $\mathrm{2\,NO_2(g) \rightleftharpoons N_2O_4(g)}$ $K_c = 217$, a 25 °C

Opció 2.B El sulfat de calci, $\mathrm{CaSO_4}$, és una substància poc soluble en aigua amb un valor de $K_{ps} = 9{,}1\cdot 10^{-6}$.

En un recipient de 2 litres s'introdueixen 3 mols de $\mathrm{COBr_2}$, 1 mol de CO i 3 mols de $\mathrm{Br_2}$ i es calfa a 73 °C, establint-se el equilibri següent: $\mathrm{COBr_2(g) \rightleftharpoons CO(g) + Br_2(g)}$ $K_p$(73 °C) = 2,55 $\Delta H < 0$ Contesteu una de les qüestions següents (b1 o b2).

En un recipient de 2 litres s'introdueixen 3 mols de $\mathrm{COBr_2}$, 1 mol de CO i 3 mols de $\mathrm{Br_2}$ i es calfa a 73 °C, establint-se el equilibri següent: $\mathrm{COBr_2(g) \rightleftharpoons CO(g) + Br_2(g)}$ $K_p$(73 °C) = 2,55 $\Delta H < 0$ Contesteu una de les qüestions següents (b1 o b2).

L'hidrogen verd, obtingut a partir de fonts d'energia sostenibles, s'està convertint en l'aposta més avançada de la indústria energètica com a combustible del futur. Una de les propostes per a facilitar el seu emmagatzematge, transport i posterior utilització és la seua transformació en amoníac. L'amoníac s'obté segons l'equilibri: $\mathrm{N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)}$ Dades: variació d'entalpia de formació estàndard, $\Delta H^\circ_f$ ($\mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$): $\mathrm{NH_3(g)}$: −46,1.

Per a la fabricació de compostos com l'amoníac, es necessita hidrogen molecular com a reactiu. Hi ha diferents maneres d'obtindre aquest hidrogen. El procés de reformació d'hidrocarburs produeix l'anomenat hidrogen marró, mentre que l'electròlisi de l'aigua produeix l'anomenat hidrogen verd. En una de les etapes de la reformació d'hidrocarburs té lloc aquesta reacció: $\mathrm{H_2O(g) + CO(g) \rightleftharpoons H_2(g) + CO_2(g)}$ $K_c$ (1000 °C) = 0,667 En un recipient de 20 litres, s'introdueixen 10 mols de $\mathrm{H_2O}$ i 10 mols de CO, es calfa a 1000 °C i s'arriba a l'equilibri. Calcule:

Opció 2.B L'hidròxid de magnesi, $\mathrm{Mg(OH)_2}$, un compost que s'utilitza per a alleujar la cremor d'estómac, és poc soluble en aigua: $\mathrm{Mg(OH)_2(s) \rightleftharpoons Mg^{2+}(aq) + 2\,OH^-(aq)}$ $K_{ps} = 1{,}8\cdot 10^{-11}$

A 400 °C, el clorur d'amoni, $\mathrm{NH_4Cl(s)}$, es descompon en clorur d'hidrogen, $\mathrm{HCl(g)}$, i amoníac, $\mathrm{NH_3(g)}$, d'acord amb la següent equació química: $\mathrm{NH_4Cl(s) \rightleftharpoons HCl(g) + NH_3(g)}$, $K_p = 16{,}4$ a 400 °C. En un matràs on s'ha fet el buit, es deposita un excés de $\mathrm{NH_4Cl}$ i es calfa fins a aconseguir els 400 °C. Dada: $R = 0{,}082$ atm·L·K$^{-1}$·mol$^{-1}$.

L'òxid de nitrogen(II), $\mathrm{NO(g)}$, és un gas implicat en nombrosos processos biològics. Es pot obtindre per reacció entre el dinitrogen i el dioxigen, d'acord amb la equació química següent: $\mathrm{N_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2\,NO(g)}$, $K_c = 1{,}7\cdot 10^{-3}$ a 2300 K. En un recipient, el volum del qual és de 10 litres, s'introduïxen 0,25 mol de $\mathrm{O_2}$, 0,25 mol de $\mathrm{N_2}$ i 0,06 mol de NO. Una vegada tancat, es calfa fins a 2300 K i s'espera fins a aconseguir l'equilibri. Dada: $R = 0{,}082$ atm·L·mol$^{-1}$·K$^{-1}$.

Equilibri químic. Per a la reacció en equilibri $\mathrm{2\,NOCl(g) \rightleftharpoons 2\,NO(g) + Cl_2(g)}$, $K_P$ té un valor de 0,0168 a 240 °C. En un recipient de 2 litres, mantingut a la temperatura de 240 °C, s'hi introdueix una quantitat indeterminada de NOCl. Quan s'estableix l'equilibri, la pressió parcial de NOCl és de 0,16 atm. Dada: $R = 0{,}082$ atm·L·mol$^{-1}$·K$^{-1}$.

Qüestió 3. Desplaçament de l'equilibri químic. Per a l'equilibri heterogeni: $\mathrm{NH_4HS(s) \rightleftharpoons NH_3(g) + H_2S(g)}$ ($\Delta H = 103$ kJ), deduïu si les afirmacions següents són vertaderes o falses. (0,5 punts cada apartat)

Equilibri químic. El diòxid de carboni, $\mathrm{CO_2}$, reacciona amb carboni, C, per a donar monòxid de carboni, CO, d'acord amb l'equilibri següent: $\mathrm{C(s) + CO_2(g) \rightleftharpoons 2\,CO(g)}$ En un reactor de 50 L de volum, mantingut a 700 °C, en el qual s'ha fet prèviament el buit, s'hi introdueix $\mathrm{CO_2}$ fins que la pressió a l'interior assoleix 0,52 atm i, posteriorment, s'hi afig un excés de carboni. Una vegada aconseguit l'equilibri, la pressió a l'interior del reactor és de 0,95 atm. Dades: masses atòmiques relatives: C = 12; O = 16. $R = 0{,}082$ atm·L·K$^{-1}$·mol$^{-1}$.

Qüestió 3. Desplaçament de l'equilibri químic. L'amoníac, $\mathrm{NH_3}$, s'obté industrialment a partir de dihidrogen, $\mathrm{H_2}$, i dinitrogen, $\mathrm{N_2}$, d'acord amb l'equilibri següent: $\mathrm{N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)}$, $\Delta H = -92{,}6$ kJ Discutiu raonadament com cadascun dels canvis introduïts afectarà la quantitat de $\mathrm{NH_3}$ present en el reactor una vegada que s'hi restablisca l'equilibri: (0,5 punts cada apartat)

Equilibri químic. Un reactor de 10 litres a 1000 °C conté una mescla en equilibri formada per 6,3 mol de $\mathrm{CO_2}$, 2,1 mol d'$\mathrm{H_2}$, 8,4 mol de CO i un nombre indeterminat de mols d'$\mathrm{H_2O}$. La pressió total del reactor és 209 atm. Dada: $R = 0{,}082$ atm·L·mol$^{-1}$·K$^{-1}$.

Qüestió 3. Desplaçament de l'equilibri químic. Per al següent sistema en equilibri en fase gasosa: $\mathrm{2\,NOCl(g) \rightleftarrows 2\,NO(g) + Cl_2(g)}$, responeu raonadament les qüestions següents: (0,5 punts cada apartat)

Equilibri químic. En un reactor d'1 litre de capacitat, s'hi introdueixen 0,1 mol de $\mathrm{PCl_5}$ i es calfa a 250 °C. A aquesta temperatura es produeix la dissociació del $\mathrm{PCl_5}$, segons l'equació química: $\mathrm{PCl_5(g) \rightleftarrows PCl_3(g) + Cl_2(g)}$ Una vegada aconseguit l'equilibri, el percentatge de dissociació del $\mathrm{PCl_5}$ és del 48 %. Dada: $R = 0{,}082$ atm·L·K$^{-1}$·mol$^{-1}$.

Equilibri químic. El diòxid de carboni, $\mathrm{CO_2}$, reacciona ràpidament amb el sulfur d'hidrogen, $\mathrm{H_2S}$, segons l'equació química: $\mathrm{CO_2(g) + H_2S(g) \rightleftharpoons COS(g) + H_2O(g)}$ En un reactor de 2,5 litres de capacitat, en el qual prèviament s'ha fet el buit i la temperatura del qual es manté constant a 337 °C, es van col·locar 0,1 mol de $\mathrm{CO_2}$ i la quantitat suficient de $\mathrm{H_2S}$ perquè la pressió total en l'equilibri fora de 10 atm. En la mescla final en l'equilibri hi havia 0,01 mol de $\mathrm{H_2O}$. Dada: $R = 0{,}082$ atm·L·mol$^{-1}$·K$^{-1}$.

Qüestió 3. Desplaçament de l'equilibri químic. Donat l'equilibri: $\mathrm{2\,NH_3(g) \leftrightarrows N_2(g) + 3\,H_2(g)}$ $\Delta H = 185$ kJ Justifiqueu si són vertaderes o falses les següents afirmacions: (0,5 punts cada apartat)

Equilibri químic. En un matràs de 10 L s'introdueix una mescla de 2 mol de dinitrogen, $\mathrm{N_2}$, i 1 mol de dioxigen, $\mathrm{O_2}$, i es calfen fins a 2300 K, i s'estableix l'equilibri: $\mathrm{N_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2\,NO(g)}$ Si en aquestes condicions ha reaccionat el 3 % del nitrogen inicial, calculeu: Dada: $R = 0{,}082$ atm·L·mol$^{-1}$·K$^{-1}$.

Qüestió 3. Desplaçament de l'equilibri químic. En un reactor químic té lloc, a 800 °C, la següent reacció química: $\mathrm{CH_4(g) + H_2O(g) \rightleftharpoons CO(g) + 3\,H_2(g)}$ $\Delta H = 206$ kJ Responeu raonadament a les següents qüestions: (0,5 punts cada apartat)