EQUILIBRIO QUMICOEs un estado que un sistema puede alcanzar, a determinada temperatura y bajo ciertas concentraciones de las sustancias presentes.Caractersticas del Estado de Equilibrio Qumico: Se alcanza cuando la velocidad de la reaccin directa se iguala a la velocidad de la reaccin inversa. Por cadamolculainicial quesedescompone, hayotramolculaquese produce. Las concentraciones de todas las sustancias se hacen constantes. Es un proceso o una reaccin reversible. A la temperatura del equilibrio, este se puede alcanzar a partir de reaccionantes solamente, de productos solamente, ode una mezcla de ambos. Molecularmente es un equilibrio dinmico. Le corresponde una Constante de Equilibrio Qumico, cuyo valor depende de la temperatura. Si tenemos la siguiente reaccin: aA + bBcC + dD Las velocidades de las reacciones directa e inversa, son: vd = kd [A]a[B]b vi = ki[C]c[D]d al alcanzar el equilibrio qumico, se igualan: ki[A]a[B]b = kd[C]c[D]d se obtiene la CTE. DE EQUILIBRIO EN FUNCIN DE LAS CONCENTRACIONES, c dda biC D kKkA B ]] ]] ]] ]]Argumento Termodinmico:Cuando se alcanza el equilibrio la variacin de energa libre es cero. A determinadas condiciones, para un sistema, la variacin de energa libre es, G = G + R T ln Q ; al alcanzar el equilibrio qumico, G=0 ; y ,Q= K, luego:Para reacciones que involucran gases: La actividad de un gas es la Presin aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) 1 G RTlnKc d c dC D C Da b a bA B A Ba a p pK Kpa a p p Asesora Universitaria TETRIX Kp, es la CONSTANTE DE EQUILIBRIO EN FUNCIN DE PRESIONES PARCIALES DE GASESParareaccionesqueinvolucransolucionesacuosas: Laactividadesla concentracin molaraA(ac) + bB(ac) cC(ac) + dD(ac)Kc, es la CONSTANTE DE EQUILIBRIO EN FUNCION DE LAS CONCENTRACIONES MOLARES Si K>>1: enel equilibrio, los productos sonms abundantes quelos reactivos. Si K0; es ms no espontneo)e. De acuerdo con la reaccin global,2 22 22 21 mol Cl 1 mol H97, 4g Cl 1,372mol H71g Cl 1 mol Cl| ` | ` . , . ,f. Por cada hora se produce 5,297 g de 2Cl.Siendo la reaccin de formacin del H Cl O,2(g) 2 (l) (ac) (ac) (ac)Cl H O H Cl O H Cl+ + + +222 21 mol Cl 1 mol HClO5,297g Cl 0,0746 mol HClO71g Cl 1 mol Cl| ` | ` . , . ,En un volumen de 5 L:34Asesora Universitaria TETRIXMolaridad STOSOLn 0,0746molM 0,015 MV 5 L 4. a. Reaccin de ionizacin del cido hipocloroso, H Cl O1 1( a c ) 2 ( l ) ( a c ) Z ( a c )H C l O H O C l O H O ++ + C I D O 1 C I D O 2 B A S E 2 B A S E 1P A R 1P A R 2H+b. Inicial : HClO C ] ]Reacciona :x1 12 3HClO H O ClO H O ++ +Inicial C ---- ----Se ioniza x ---- ----Se produce---- x xEn equilibrioC x x xComo, pH = 4,42 53 3pH log H O H O 3,8 10 x+ + ]] ]] dado que x es muy pequeo,C x C , 15 538 2AClO H O(3, 8 10 ) (3, 8 10 )K 3,7 10 C 3, 9 10 MHClO C + ]] ]] ] ]Y la proporcin entre H Cl O y 1ClO, es:a 1HClOx 1molKClO x 1mol ] ] c. Siendo kJH 14, 96mol K ;3kJR 8,314 10mol K ParaT = 15 C; ak ? 1T 25 C ;8aK 3,7 10 2 2 11 1 2K T T HlnK R T T| ` | ` . , . ,8 aa 8 3K 14, 96 288 298ln K 3,0 103,7 10 8,314 10 288 298 | ` | ` . , . ,d.3aClO H OkHClO + ] ] ] ] ] ]Siendo, 50HClO 3,9 10 M ] ]35Asesora Universitaria TETRIX8 53 25x x3 10 x 3, 42 10 H O3, 9 10pH log(3, 42 10 ) pH 4, 47 + ] ] e. Se recomienda trabajar a 15 C, con 8ak 3 10 , donde se obtiene, 3H O+ ] ] menor.5. a. Primero, hallamos el pH de la solucin de 2H NOH; 0,2 M2 2 3H NOH H O H NOH OH+ + +Inicial 0,2 M ---- ----Se ioniza X ---- ----Se produce---- x xEn equilibrio0,2 x 0,2 x x38 4b2H NOH OHx xK 1,1 10 x 1,05 10 0HH NOH 0,2+ ]] ]] ] ] ] ]4 41xpOH log(1,05 10 ) 3, 98 pH 10,02 ; y , 5,25 100,2 Cuando a 250 mL de esta solucin (2n M V 0,2 0,25 0,05 molH NOH ), se aade 350 mL de sol de 13H NOH+, 0,2 M, 13n M V 0,2 0,35 0,07 molH NOH+ ocurrir el efecto del IN COMN:2 2 3H NOH H O H NOH OH+ + +por el principio deLe Chatelier, el equilibrio va aal IZQUIERDA, se consumeOH, la basicidad disminuye, el pH disminuye.b. Como se obtiene una mezcla de:Una base dbil: 2H NOH0,2 M ; yUna de sus sales: 3H NOHCl0,2 M( 13H NOH+ 0,2 M)SetratadeunasolucinBUFFEROAMORTIGUADORA, cuyaprincipal caracterstica es la impedir la variacin del pH.c. Enladisolucinbuffer, secumplelareaccindeionizacindelabase dbil, 1 12 2 3H NOH H O H NOH OH+ + +i. Al adicionar una solucin de KOH; es decir una solucin de 1OH, ser el cido del amortiguador quien lo hace reaccionar,1 13 2 2H NOH OH H NOH H O+ + +ii. Al adicionar una solucin de HCl; es decir una solucin de H+, ser la base del amortiguador quien lo hace reaccionar, 12 3H NOH H H NOH+ ++ .36Asesora Universitaria TETRIXEn ambos casos el pH no variard. i. El nmero de moles de 2H NOH, es: n M V 0,2 0,05 0,01mol ; y el nmero de moles de HCl es:n M V 0,2 0,02 0,004 mol la reaccin qumica, es: 2 3H NOH HCl H NOH Cl+ + el reactivo limitante ser HCl con 0,004 mol, luego para la sal:331mol H NOHCl0,004 mol HCl 0,004 mol H NOHCl1mol HCl| ` . ,ii. Esta sal previene de una base dbil y un cido fuerteH N O H2H N O H C l3H C l ( c i d o f u e r t e )( b a s e d b i l )Si severificaHIDRLISIS. Sehidrolizael cidoconjugado13H NOH+, respecto a la base dbil.6. a. Considera, la informacin sobre las principales fuentes de energa, proporcionada:Pas, en menor escala.Ventaja Fuentes Efectos sobre el medio ambienteBrasil. energa hidrulica. gas natural. energa hidrulica no contamina. quemas gas natural contamina menos.Pas, en mayor escala.Desventaja FuentesEfectos sobre el medio ambienteVenezuela. Petrleo y gas natural. Derivados del petrleo. quemar petrleo emite gases contaminantes.2 4CO y CH contribuyen a EFECTO INVERNADERO..b. i. Contribuyen al EFECTO INVERNADERO.2 4CO y CHii. Contribuyen a la lluvia cida:NOy 2SOc. Algunas actividades para disminuir los problemas de contaminacin:2. Implementar programas efectivos de educacin y capacitacin, en: - Ahorro de energa- Reciclar materiales37Asesora Universitaria TETRIX3. Decisin poltica para darle el poder necesario al Ministerio del Medio Ambiente4. Cambio de la MATRIZ energtica:- Disminuir el uso de PETRLEO y derivados.- Aumentar el uso de GAS NATURAL y ETANOL- Desarrollar el uso de energa ELICA y ENERGIA SOLAR.38Asesora Universitaria TETRIXProblema 1Uno de los productos de la empresa MultinacionalS.A. son los silicones, pues este grupo de compuestos artificiales tienen un gran nmero de aplicaciones, por ejemplo son componentes de varios tipos de ceras y barnices domsticos, como aislantes para material elctrico; en anillos de cierre y ajuste, en casos en que las gomas ordinarias se deterioraran rpidamente; en lubricaciones especiales para mquinas que trabajan a temperaturas extremas (70 C a 250 C); como repelentes de agua, y muchos otros usos. Una de las aplicaciones del clorometano, CH3Cl, es precisamente la fabricacin de los silicones, por ello, en el laboratoriodeinvestigacinsehaseguidolacinticadelareaccinde preparacin del CH3Cl: CH3OH + H+ + Cl CH3Cl + H2O midiendo la concentracin del in hidronio, H+, en funcin del tiempo. De dicho estudio a temperatura ambiente, se observa que la velocidad no depende de las concentraciones de los otros reactivos, y se obtuvieron los siguientes grficos:39EXAMEN FINAL QUIMICA 2 (2007 II)Asesora Universitaria TETRIX1. (2,0pts) De la informacin obtenida, determine, justificando debidamente:a. (0,5 p) la velocidad instantnea en el minuto 360.b. (0,5 p) la velocidad promedio entre los minutos 200 y 500.c. (0,5 p) la constante de velocidad, especificando sus unidades.d. (0,5 p)el orden de la reaccin, escribiendo su respectiva ley de velocidad.Conocedora de que los gases que emanan de sus instalaciones son txicos, enloslaboratoriosdelaempresaMultinacional S.A. handesarrolladoun mtodoparautilizarel xidontrico,NO(g), yhacerloreaccionardeforma controladaconoxgeno, paraproducirel dixidodenitrgeno,NO2(g). El NO2(g) reacciona con agua para formar cido ntrico y xido ntrico, el cual regresa a la cmara de reaccin y el proceso vuelve a producirse. De esta manera obtienen cido ntrico, evitando la contaminacin del medio ambiente. La reaccin de produccin de cido ntrico mediante este proceso sigueunacinticadesegundoordenrespectoalNO2(g)ydeordencero respectoalH2O(l)Enunensayorealizadoa180Cenel laboratorio, se verifica que al cabo 50 minutos la concentracin inicial delNO2(g)ha disminuido en un 75 %, siendo la concentracin inicial de 2,0 x 103M. 2. (2,0 pts) Responda lo siguiente: a. (0,5 p) Escriba la expresin de la ley de velocidad para la reaccin.b. (0,5 p)Determine mediante clculos el valor de la constante de velocidad, indicando las unidades de la misma.c. (0,5p) Sera correcto estimar tambin un tiempo de 50 minutos, para la disminucin del 75%, si el ensayo se efectuara a la misma temperatura pero con una concentracin inicial 10 veces mayor? Justifique su respuesta.d. (0,5 p) Encuentre el tiempo de vida media para esa reaccin.Problema 2La empresa sabe que al emitir gases txicos, tal como xido ntrico, NO(g), a la atmsfera, podransersancionados. Estegaspuedereaccionar conoxigeno, O2(g)oconozono, O3(g)yenamboscasosseproduceNO2, ungasdecolor amarillento, importante constituyente del smog fotoqumico, venenoso y de olor asfixiante. La reaccin con oxigeno que produce el monxido es:(g) 2(g) 2(g)2NO O 2NO + Se realizaron una serie de experimentos para determinar la ley de velocidad de la reaccin obteniendo los siguientes resultados a 25 C:EXPERIMENTO[ ]NO ] ] 2OVELOCIDAD INICIAL (M/s)10,00240,001241,15 1020,00480,001244,55 1030,00240,002442,23 103. (2,0 pts) Determine: 40Asesora Universitaria TETRIXa. (0,5 p) Los rdenes parciales y el orden total de la reaccin.b. (0,5 p) El valor de la constante de velocidad a 25 C con sus respectivas unidades y la ley de velocidad.c. (0,5 p) Establezca las relaciones de velocidad de aparicin del producto y desaparicin de los reactivos.d. (0,5 p) Si la velocidad de la reaccin est dada por d[O2]/dt, cul ser la velocidad de aparicin de NO2, si en un momento dado [NO] = 0,0030 M y[O2] = 0,0015 M? Problema 3El laboratorio investigacin de la empresa, ha elaborado un nuevo catalizador denominado TXT para la obtencin de amoniaco, NH3, que segn los estudios experimentalesmuchomsactivoyselectivoqueel catalizador comercial y puede trabajar a temperatura y presiones ms bajas de las normalesParaelaborar lafichatcnicaconlacual seacompaarlas muestras de catalizador se requiere completar lo siguiente:4. (2,0 pts) La reaccin qumica: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)H = - 92,6 kJ El mecanismo de reaccin se lleva a cabo en varias etapas, segn se indica: I.2 (g)N 2N H 0III.+ +(g) 2(g) 2(g) (g)NH H NH H >H 0IV.+ (g) (g) 2(g)H H H