Fundamentos Químicos de la Ingeniería · tema 08
Equilibrio químico
Qué es una constante de equilibrio y qué no. Le Chatelier caso por caso, la cuadrática que hay que resolver, y por qué un catalizador no desplaza nada.
este tema trae un simuladorUn equilibrio químico no es que la reacción se pare: es que va igual de rápido en los dos sentidos, así que las cantidades dejan de cambiar aunque las moléculas sigan reaccionando. Esa distinción, que suena a matiz, es la que explica por qué añadir un reactivo cambia algo.
En los dos exámenes del segundo cuatrimestre transcritos hay un ejercicio de este tema en cada uno, y los dos tienen la misma forma: calcular una constante, perturbar el sistema y ver dónde queda, y razonar cinco cambios de Le Chatelier.
La constante, y lo que no es
con los coeficientes de la ecuación como exponentes, y en el equilibrio. Tres reglas que se usan sin pensar y hay que tener claras:
- Solo entran gases y disueltos. Los sólidos puros y los líquidos puros no aparecen: su concentración no cambia.
- depende solo de la temperatura. No de las cantidades iniciales, no del volumen, no de la presión.
- Si la reacción se invierte, la constante es su inversa; si se multiplica por dos, la constante se eleva al cuadrado.
Y la relación con la de presiones:
Cuando las dos coinciden — es el caso del gas de agua, , donde hay dos moles de gas a cada lado.
El cociente de reacción, que es la misma cuenta fuera del equilibrio
se escribe exactamente igual que , pero con las concentraciones que haya en ese momento en vez de las del equilibrio. Sirve para lo único que suele preguntarse antes de calcular nada: hacia dónde va a moverse la reacción.
La pregunta que responde: ¿hacia dónde va a moverse esto? No hace falta resolver ningún equilibrio para saberlo — basta calcular Q con lo que hay ahora y compararlo con K. Y la dirección es la intuitiva una vez vista: si falta producto, la reacción va a fabricarlo; si sobra, se deshace de él. Conviene hacer esta comparación antes de montar la tabla, porque dice el signo de la incógnita y evita quedarse con la raíz negativa.
Creer que añadir reactivo cambia la constante
No la cambia. Lo que cambia son las concentraciones, que se reajustan precisamente para que el cociente vuelva a valer lo mismo.
Es la confusión que más despista, porque el sistema «responde» y parece que algo se ha movido. Lo que se ha movido son las cantidades; la constante solo se mueve con la temperatura.
La comprobación que lo deja claro: en el ejercicio del fosgeno se añaden 0,02 mol de cloro y las tres concentraciones cambian, pero al recalcular el cociente sale otra vez, hasta la cuarta cifra.
Le Chatelier, caso por caso
El sistema responde oponiéndose a la perturbación. Los cinco casos que caen, y qué hace cada uno:
| perturbación | el equilibrio se desplaza | por qué |
|---|---|---|
| añadir un reactivo | hacia los productos | para consumir lo añadido |
| retirar un producto | hacia los productos | para reponerlo |
| subir la presión | hacia el lado con menos moles de gas | así ocupa menos |
| subir la temperatura | hacia donde la reacción absorbe calor | el calor actúa como reactivo |
| añadir un catalizador | no se desplaza | acelera los dos sentidos por igual |
Los dos importantes son los dos del medio, porque hay que mirar la ecuación para responder.
La presión solo hace algo si el número de moles de gas cambia. En se pasa de 1 a 2, así que comprimir empuja hacia el fosgeno; en el gas de agua, con dos a cada lado, comprimir no hace nada.
La temperatura es la única que cambia , y su dirección depende del signo de . El truco de escribirla como una sustancia más funciona siempre:
y entonces subir la temperatura es «añadir calor», con la misma regla que añadir cualquier reactivo.
Pensar que un catalizador desplaza el equilibrio
Cae en los dos exámenes transcritos, y siempre entre las opciones que hay que descartar.
Un catalizador baja la barrera de energía en los dos sentidos por igual, así que multiplica las dos velocidades por el mismo factor. El equilibrio llega antes, y es exactamente el mismo.
Y la razón de fondo, que es la que conviene escribir: la constante depende de , que es una diferencia entre el principio y el final. Un catalizador cambia el camino, no los extremos.
Cuando hay que resolver la cuadrática
El apartado que más cuesta es siempre el mismo: se perturba el sistema y se pide dónde queda el nuevo equilibrio. El método es una tabla y una ecuación de segundo grado.
- Escribe las concentraciones justo después de la perturbación, antes de que reaccione nada.
- Decide hacia dónde se desplaza y llama a lo que reacciona.
- Escribe las tres concentraciones finales en función de .
- Sustituye en —la de siempre, que no ha cambiado— y resuelve.
Con el fosgeno, tras añadir cloro el sistema va hacia la izquierda:
y de las dos raíces solo una tiene sentido: la que no deja una concentración negativa.
Quedarse con la raíz que no puede ser
Una cuadrática da dos soluciones y casi siempre una es imposible. Aquí la otra raíz vale 0,0624, que restada a los 0,0225 mol de CO deja una concentración negativa.
No se descarta «porque es la grande»: se descarta comprobándola. La regla es sustituir las dos y quedarse con la que deja las tres concentraciones positivas — y, si quedan dudas, la que devuelve el de partida.
Van’t Hoff: la constante a otra temperatura
Sirve en las dos direcciones, y en el examen se usa en la que menos se espera: te dan dos constantes a dos temperaturas y piden la entalpía de la reacción. Con el fosgeno salen 80,5 kJ/mol, positiva — descomponer cuesta energía, como era de esperar.
Y de paso confirma el sentido de Le Chatelier: si , subir la temperatura aumenta y desplaza hacia los productos.
Cómo saber que has terminado
- Escribir un con sus exponentes y sin meter los sólidos.
- Decir, sin calcular, si y coinciden mirando .
- Razonar los cinco casos de Le Chatelier, y en particular saber por qué un catalizador no hace nada y cuándo la presión no hace nada.
- Montar la tabla de un nuevo equilibrio y resolver la cuadrática, descartando la raíz imposible por comprobación y no por tamaño.
- Y sacar una entalpía de dos constantes con van’t Hoff.
Practica lo que acabas de leer
Un Kc que sale el doble por no dividir entre el volumen
Ejemplo introductorio, para entrar de cero. Cada paso equivocado recibe su diagnóstico, no un «incorrecto».
Hacer el ejercicio →Un Kc que sale el doble por no dividir entre el volumen
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
En un recipiente de 2 litros, a 25 °C, se alcanza el equilibrio
y se miden 0,10 mol de N2O4 y 0,20 mol de NO2.
Calcular .
Dato: .
La constante de equilibrio Kc.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El enunciado da moles y el volumen del recipiente. ¿Qué entra en la expresión de ?
Esas dan otra constante más, , que no se usa en esta asignatura. va con concentraciones molares.
Eso es. La c de es de concentración, y por eso el volumen tiene que estar en el enunciado: si no hiciera falta, no lo darían.
Sería cierto si los exponentes fueran iguales arriba y abajo, pero aquí no lo son: el NO2 va al cuadrado. El volumen no se cancela y el resultado sale el doble.
Esas dan , que es otra constante — relacionada con esta, pero distinta. La pregunta pide .
- 02
La constante
COMP2¿Cuánto vale ?
la constante, adimensional, con tres cifras decimales — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has usado moles en vez de concentraciones. Como el NO2 va al cuadrado y el N2O4 no, el volumen no se cancela: queda un factor que aquí vale un medio.
Lo has puesto del revés, reactivo entre producto. En los productos van arriba.
Divide los moles entre los 2 litros y después aplica la expresión, con el 2 de la ecuación como exponente del NO2.
Desarrollo
- 03
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Solo se cancelaría si arriba y abajo hubiera el mismo número de factores, y aquí no: el NO2 está al cuadrado y el N2O4 no.
Queda un suelto, que con hace que el resultado salga el doble del correcto. La forma de no equivocarse nunca es no plantearse la pregunta: pasar siempre a concentración antes de sustituir.
El razonamiento, en orden
La expresión es , con el coeficiente 2 como exponente.
Los moles se pasan a concentración dividiendo entre los 2 L.
Sale .
Como hay dos moles de gas a la derecha y uno a la izquierda, y a 25 °C.
La c de es de concentración. Si el enunciado da un volumen, es porque hace falta.
Resolución completa
La idea. Media docena de ejercicios de este tema se pierden en la primera línea por sustituir moles donde van concentraciones.
Cuándo se cancela el volumen y cuándo no. Se cancela si el número total de factores es el mismo arriba y abajo, es decir si — como en el gas de agua, , dos y dos. Aquí es 2 contra 1 y no se cancela.
Y esa misma condición es la que decide si y coinciden:
Con el paréntesis se eleva a cero, vale 1, y las dos constantes son la misma. Es la comprobación que se hace de un vistazo antes de calcular nada.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
La tabla de equilibrio, en el caso que sale con una raíz
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Para la reacción
la constante vale a la temperatura de trabajo.
Se parte de 1,00 mol de H2 y 1,00 mol de I2 en 1 litro, sin nada de HI. Calcular la concentración de HI en el equilibrio.
La concentración de yoduro de hidrógeno en el equilibrio.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Se parte solo de reactivos. ¿Cómo se plantea el equilibrio?
La constante relaciona las concentraciones en el equilibrio, no las iniciales. Sin la tabla no hay forma de conectar unas con otras.
Esa aproximación vale cuando es muy grande o muy pequeña, del orden de o más. Con 50 queda un 22 % sin reaccionar: despreciarlo es un error del 22 %.
Con la reacción va bastante hacia la derecha, pero no del todo. Suponer que se completa da , y el equilibrio real deja 1,56.
Eso es la tabla de equilibrio, y es el método de todos los ejercicios de este tema. Lo único que cambia de uno a otro es hacia dónde se desplaza y qué coeficientes multiplican a .
- 02
El HI del equilibrio
COMP2¿Cuánto vale en el equilibrio?
la concentración en mol/L, con tres cifras decimales — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Eso es si la reacción fuera completa. Con queda un 22 % de reactivos sin reaccionar: el equilibrio no es el final.
Ese es el valor de , no el del HI. Por cada que reacciona de cada reactivo se forman dos de HI.
Con y , la expresión queda un cuadrado perfecto arriba y abajo: se puede sacar la raíz cuadrada de los dos lados y evitar la fórmula general.
Desarrollo
- 03
Justificar el argumento
COMP4Ordena el método. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Los coeficientes también valen en la tabla. Por cada mol de H2 y cada mol de I2 que reaccionan se forman dos de HI, así que la columna del producto lleva y no .
Es el descuido más frecuente del tema y se detecta solo: sustituyendo en vez de , el que sale es 12,5 en vez de 50, o sea la cuarta parte.
El razonamiento, en orden
Se parte de 1,00 M de cada reactivo y nada de HI, y se llama a lo que reacciona de cada uno.
En el equilibrio, y , con el 2 del coeficiente.
Sustituyendo, , que es un cuadrado perfecto a los dos lados.
Sacando la raíz, , y de ahí .
El HI son M, y comprobando sale 50,0.
Tabla, coeficientes en su sitio, y comprobar al final sustituyendo. Si el no vuelve a salir, la tabla está mal.
Resolución completa
La idea. Todos los ejercicios de equilibrio se resuelven igual: una tabla con lo inicial, lo que cambia y lo final, y sustituir en .
| H₂ | I₂ | HI | |
|---|---|---|---|
| inicial | 1,00 | 1,00 | 0 |
| cambio | |||
| equilibrio |
Y aquí hay un atajo que conviene reconocer: los dos lados son cuadrados perfectos, así que se puede sacar la raíz cuadrada en vez de desarrollar una ecuación de segundo grado.
Funciona porque los dos reactivos parten iguales y sus coeficientes son iguales. Cuando no es así —como en el fosgeno de la extraordinaria de 2024-2025, donde se añade cloro a una mezcla que ya está en equilibrio— hay que desarrollar y usar la fórmula general.
La comprobación, que vale siempre y cuesta diez segundos:
Si al sustituir no sale la constante de partida, la tabla está mal — casi siempre por haberse dejado un coeficiente.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
La esterificación, y por qué aquí el volumen no aparece
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Al mezclar 1 mol de etanol con 1 mol de ácido acético se encuentra que una vez alcanzado el equilibrio hay 2/3 moles de agua y 2/3 moles de ester. Calcular: a) Kc, b) Si se parte de 3 moles de alcohol y 1 mol de ácido ¿Cuántos moles de ester y de ácido hay en el equilibrio?
La constante de equilibrio y los moles de éster y de ácido al partir de otra mezcla.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El enunciado no dice en qué volumen ocurre la reacción. ¿Es un olvido?
Un dato supuesto acaba publicado como si fuera medido, y eso es lo peor que puede pasarle a una resolución. Además aquí no hace falta: mira los coeficientes antes de dar nada por perdido, porque el volumen se va solo.
El volumen importa siempre que , haya gases o no: cambiar el volumen cambia las concentraciones. Lo que ocurre aquí es que .
Exacto. se escribe con concentraciones, y cada una lleva un ; con dos moles arriba y dos abajo los cuatro se cancelan. Por eso este equilibrio se puede resolver directamente con moles.
Sí intervienen: se define con concentraciones sea cual sea la fase. Lo que pasa aquí es otra cosa, y es aritmética: se cancelan.
- 02
La constante de equilibrio
COMP2Con 2/3 de mol de éster y de agua en el equilibrio, ¿cuánto vale ?
un número entero — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Tienes la constante del revés. Arriba van los productos —éster y agua— y abajo los reactivos que quedan sin reaccionar.
Parece que has puesto las concentraciones iniciales, o que has dividido entre . Lo que va abajo es lo que queda de cada reactivo, que es .
Eso es a secas, sin dividir. Falta el denominador con lo que queda de ácido y de alcohol.
Si se han formado de cada producto, de cada reactivo quedan .
Desarrollo
- 03
El éster al partir de tres moles de alcohol
COMP2Partiendo de 3 mol de alcohol y 1 mol de ácido, ¿cuántos moles de éster hay en el equilibrio?
un número, con dos decimales — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es el resultado del primer apartado. Al cambiar las cantidades de partida cambia el punto de equilibrio, aunque siga valiendo 4.
Sería así si la reacción fuera completa: el ácido es el limitante y se acabaría entero. Pero es un equilibrio y siempre queda algo sin reaccionar — poco, un 10 %, pero queda.
Has tomado el alcohol como limitante. Hay 3 mol de alcohol pero solo 1 de ácido, y la reacción va mol a mol.
Monta la tabla con moles formados y resuelve .
Desarrollo
La otra raíz, , se descarta: no puede formarse más éster que el ácido disponible. Y el ácido que queda es mol.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el argumento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Un equilibrio no responde en proporción. Triplicar el alcohol subió el éster de 0,67 a 0,90 mol, un 35 %, no un 200 %: el ácido sigue siendo el limitante y no puede dar más de 1 mol hiciera lo que hiciera el alcohol. Es Le Chatelier funcionando, pero con rendimientos decrecientes.
El razonamiento, en orden
Con 1 mol de cada reactivo y 2/3 de cada producto en el equilibrio, de cada reactivo queda 1/3.
Como hay dos moles a cada lado de la ecuación, el volumen se cancela y Kc se puede escribir con moles: Kc = (2/3)² / (1/3)² = 4.
Al partir de 3 mol de alcohol y 1 de ácido, Kc sigue valiendo 4 porque solo depende de la temperatura.
Resolviendo 3x² − 16x + 12 = 0 sale x = 0,90 mol de éster, y quedan 0,10 mol de ácido.
Resolución completa
a · La constante. Lo primero es darse cuenta de que el volumen no hace falta. lleva concentraciones, y cada concentración es ; con dos moles arriba y dos abajo, los cuatro se cancelan y se puede trabajar con moles directamente. Eso solo pasa cuando , y conviene comprobarlo antes de usarlo.
Si se han formado de mol de éster, se han consumido de cada reactivo y queda de cada uno:
b · Otra mezcla de partida, la misma constante. solo depende de la temperatura, así que sigue valiendo 4. Con moles de éster formados:
| ácido | alcohol | éster | agua | |
|---|---|---|---|---|
| inicio | 1 | 3 | 0 | 0 |
| equilibrio |
Se descarta la segunda raíz, y no por gusto: solo hay 1 mol de ácido, así que no pueden formarse 4,43 mol de éster. Toda cuadrática de equilibrio da dos raíces y siempre hay que decir por qué se tira una.
Lo que enseña. Triplicar el alcohol ha subido el éster de 0,67 a 0,90 mol. Es Le Chatelier —más reactivo empuja hacia los productos— pero no en proporción: el ácido sigue siendo el limitante y pone el techo en 1 mol. Es el argumento industrial de por qué se trabaja con exceso de uno de los dos, y por qué llega un punto en que dejar de compensar.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
El amoniaco, y el exponente que decide si Kp sube o baja
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Para determinar la constante, a 700 ºC, de la reacción:
se han mezclado 0,652 g de hidrógeno y 12,292 g de nitrógeno en un recipiente de 1 L. Se ha calculado que el sistema en el equilibrio contenía un total de 0,657 moles. Calcular las constantes de equilibrio Kc y Kp de dicha reacción, a la temperatura dada.
Las constantes Kc y Kp a 700 ºC.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El único dato del equilibrio es el número total de moles. ¿Cómo se saca de ahí cuánto ha reaccionado?
Ese es el truco del problema. , así que cada mol de avance hace desaparecer dos moles del recuento total. La diferencia entre el total inicial y el final, dividida entre dos, da el avance.
En un equilibrio no se agota nada. Y además el total final, 0,657, es mayor que cero por mucho: si el hidrógeno se hubiera agotado el total sería otro.
Sí se puede, y es justo lo que evalúa el problema. El total de moles cambia solo porque la reacción avanza, así que su variación mide el avance.
No hay ninguna razón para que estén repartidos por igual: las cantidades iniciales son distintas y los coeficientes también. El total es una suma, no un promedio.
- 02
La constante en concentraciones
COMP2Con las masas molares en números redondos —2 para el H₂ y 28 para el N₂— y el recipiente de 1 L, ¿cuánto vale ?
un número, con dos decimales — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Tienes la constante invertida: es el de la descomposición del amoniaco, no el de su formación. Los productos van arriba.
Eso es el total de moles del equilibrio, que es un dato de partida y no el resultado.
Parece que has olvidado elevar el hidrógeno al cubo. El exponente de cada especie en es su coeficiente estequiométrico, y el del H₂ es 3.
El total baja de a , o sea ; divide entre 2 para el avance y monta la tabla.
Desarrollo
Moles iniciales: de H₂ y de N₂, en total .
Como , el avance es .
N₂ H₂ NH₃ inicio 0,439 0,326 0 equilibrio 0,385 0,164 0,108 Y como el volumen es 1 L, los moles son concentraciones:
- 03
La constante en presiones
COMP2Pasando a presiones con y K, ¿cuánto vale ?
un número en notación científica, como 1,08e-3 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es . Como , las dos constantes no coinciden — y aquí se diferencian en cuatro órdenes de magnitud.
Has usado . Cuenta bien: dos moles de gas a la derecha y cuatro a la izquierda, así que .
Tienes el signo del exponente al revés, has usado . Al haber menos moles de gas en los productos, tiene que salir menor que , no mayor.
, con contando solo los gases.
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el argumento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El motivo es el exponente, no el tamaño de los números —a 973 K las presiones son de hecho mayores que las concentraciones—. sale menor porque es negativo, así que divide en vez de multiplicar. Con positivo saldría al revés, y con las dos serían iguales.
El razonamiento, en orden
Los moles iniciales son 0,326 de H₂ y 0,439 de N₂, en total 0,765.
La reacción consume cuatro moles de gas y produce dos, así que Δn = −2 y el total baja el doble del avance.
De 0,765 − 0,657 = 0,108 sale un avance de 0,054, y con él la tabla del equilibrio.
Con el recipiente de 1 L los moles son concentraciones, y Kc = 0,108² / (0,385 × 0,164³) = 6,87.
Kp = Kc (RT)^Δn = 6,87 × 79,88⁻² = 1,08 × 10⁻³.
Resolución completa
El dato que parece insuficiente y no lo es. Lo único que se sabe del equilibrio es el número total de moles, 0,657. Sirve porque la reacción cambia ese total: consume cuatro moles de gas y produce dos, así que y cada mol de avance hace desaparecer dos del recuento.
Los iniciales, con las masas molares redondeadas que usa la colección:
Total inicial , y por tanto
| N₂ | H₂ | NH₃ | |
|---|---|---|---|
| inicio | 0,439 | 0,326 | 0 |
| cambio | |||
| equilibrio | 0,385 | 0,164 | 0,108 |
Kc. El recipiente es de 1 L, así que los moles son las concentraciones. Es una comodidad del enunciado, no una regla general:
Kp. Con K:
Dos avisos que valen para todo el tema.
El primero es el signo del exponente. Con negativo, divide, y como eso hunde la constante cuatro órdenes de magnitud. Antes de dar el número conviene preguntarse hacia dónde tiene que ir: menos moles de gas en los productos, menor.
El segundo es de masas molares. Aquí se han usado 2 y 28 porque son las que reproducen la respuesta publicada, . Con los valores de tabla —2,016 y 28,014— sale , un 8 % menos. No es un error de nadie: es que en un problema donde se resta , una diferencia pequeña entre dos números grandes se amplifica. Cuando un resultado se obtiene restando dos cantidades parecidas, conviene decir con qué datos se ha calculado.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
La caliza, y los sólidos que no aparecen en la constante
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
A 1000 K la Kp para la descomposición del CaCO3 (s) en CaO (s) y CO2 (g) es de 4 x 10⁻⁵ atm. Se coloca un poco de CaCO3 (s) en un recipiente de 5 L a 1000 K. Una vez establecido el equilibrio ¿Cuántos gramos de CaO (s) se han formado?
La masa de óxido de calcio formada en el equilibrio.
- 01
Reconocer el camino
COMP1La reacción tiene dos sólidos y un gas. ¿Cómo se escribe ?
El CaO es sólido y no ejerce presión parcial. Solo los gases aparecen en , y aquí el único es el CO₂.
Los dos sólidos no van en la expresión. Y fíjate en la consecuencia práctica de que sí fueran: la constante dependería de cuánta caliza has echado, y una constante no puede depender de eso.
Y esa es justo la razón por la que los sólidos no entran: el enunciado dice «un poco» a propósito. Mientras quede algo de caliza, la presión de equilibrio del CO₂ es la misma.
Eso es. Un sólido puro tiene actividad constante —su «concentración» no cambia por mucho que haya más o menos—, así que no aparece. Por eso de este equilibrio es simplemente la presión del dióxido de carbono.
- 02
Los moles de gas
COMP2Con atm en 5 L a 1000 K, ¿cuántos moles de CO₂ hay?
un número en notación científica, como 1,08e-3 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has usado 1 L en vez de 5. El volumen del recipiente entra multiplicando en .
Parece que has usado 273 K en vez de 1000. La temperatura del enunciado es la del equilibrio, no la de condiciones normales.
, con y K.
Desarrollo
- 03
Los gramos de óxido
COMP2¿Cuántos gramos de CaO se han formado? Masa molar del CaO, 56,08 g/mol.
un número en notación científica, como 1,37e-4, en gramos — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esos son los moles, no los gramos. Falta multiplicar por la masa molar.
Has multiplicado por 100, que es la masa molar del CaCO₃, no la del CaO. La pregunta es por el óxido formado.
Por cada mol de CO₂ se forma un mol de CaO. Multiplica por 56,08.
Desarrollo
La estequiometría es uno a uno, así que hay tantos moles de CaO como de CO₂:
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el argumento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
No. La presión de equilibrio del CO₂ la fija y nada más, y con el mismo volumen y la misma temperatura salen los mismos moles de gas — y por tanto los mismos de óxido. Añadir sólido no desplaza un equilibrio heterogéneo; es la otra cara de que los sólidos no entren en la constante. Lo que sí lo cambiaría es cambiar el volumen.
El razonamiento, en orden
Los sólidos puros no aparecen en la constante, así que Kp = P(CO₂) = 4 × 10⁻⁵ atm.
Con esa presión, 5 L y 1000 K, los moles de CO₂ son n = PV/RT = 2,44 × 10⁻⁶.
La estequiometría es uno a uno, así que se han formado los mismos moles de CaO.
Y en gramos, 2,44 × 10⁻⁶ × 56,08 = 1,37 × 10⁻⁴ g: una cantidad minúscula.
Resolución completa
La regla que hace corto el problema. En un equilibrio heterogéneo los sólidos puros y los líquidos puros no aparecen en la constante. La razón es que su actividad no cambia: un trozo de caliza tiene la misma densidad tanto si hay un gramo como un kilo. Así que aquí
y la presión del CO₂ está fijada por la temperatura, sin más.
El resto es gases ideales.
Y como la descomposición produce un mol de CaO por cada mol de CO₂:
Lo que hay que ver, y no es el número. Son 0,137 miligramos: una cantidad que no se pesa en una balanza de clase. Y sin embargo el proceso industrial de calcinar caliza para hacer cal funciona a escala de toneladas. La diferencia está en que en la industria el CO₂ se retira continuamente: al quitar el producto, el equilibrio nunca se alcanza y la reacción sigue avanzando.
Ese es el uso real de Le Chatelier en este tema, y explica por qué el «poco CaCO₃» del enunciado no es un descuido: da igual cuánto pongas, porque en un recipiente cerrado el gas se para en la misma presión siempre.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.