FICHA R2.3-P02

Expresión de Kc y efecto de la temperatura sobre el equilibrio

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R2 — Cantidad, velocidad y alcance › 2.3 El alcance del cambio químico (equilibrio)

TipoSecundaria Dificultad Puntos5 pts (a.i·1 + a.ii·1 + a.iii·1 + b·1 + c·1) Tiempo máx.11 min Media7 min Origen preguntaExamen oficial Verificación soluciónMarkscheme oficial De fuente real

Prerrequisitos

La expresión de Kc solo incluye especies gaseosas o en disolución, cada una elevada a su coeficiente estequiométrico
Principio de Le Chatelier: un cambio de temperatura desplaza el equilibrio en la dirección que absorbe (endotérmica) o libera (exotérmica) ese cambio
En una reacción exotérmica, aumentar la temperatura desplaza el equilibrio hacia los reactivos, disminuyendo Kc

a) Existe un equilibrio entre el PCl3 y el PCl5: PCl3(g)+Cl2(g)⇌PCl5(g). Entalpías de formación: PCl3(g)=-306,4 kJ/mol; PCl5(g)=-398,9 kJ/mol. b) El ácido metanoico se puede producir por hidrogenación del dióxido de carbono: CO2(g)+H2(g)⇌HCOOH(g).

a.i Calcule la variación de entalpía estándar (ΔH) para la reacción directa, en kJ/mol. [1]

a.ii Indique la expresión de la constante de equilibrio, Kc, para esta reacción. [1]

a.iii Indique, dando una razón, el efecto de un aumento de temperatura sobre la posición de este equilibrio. [1]

b Indique la expresión de la constante de equilibrio para la hidrogenación del CO2. [1]

c Deduzca como se vería afectado el valor de Kc por un aumento de temperatura en el equilibrio de hidrogenación del CO2, sabiendo que la reacción directa es endotérmica. [1]

Pistas progresivas

1General - esta ficha combina dos equilibrios distintos para practicar expresiones de Kc y el efecto de la temperatura en ambos sentidos (reacción exotérmica y endotérmica).
2Apartado a.i) - ΔH = ΔHf(productos) - ΔHf(reactivos) = ΔHf(PCl5) - ΔHf(PCl3).
3Apartado a.ii) - Kc = [producto]/([reactivo1][reactivo2]), con cada especie elevada a su coeficiente (todos son 1 en esta ecuación).
4Apartado a.iii) - con ΔH negativo (reacción exotérmica), un aumento de temperatura desplaza el equilibrio HACIA LOS REACTIVOS (para absorber el exceso de calor añadido).
5Apartados b) y c) - la expresión de Kc sigue el mismo patrón que en (a.ii); para el efecto de la temperatura, como esta reacción es ENDOTÉRMICA (al contrario que la de a), el razonamiento de Le Chatelier va en sentido opuesto: un aumento de temperatura favorece la reacción directa, aumentando Kc.

Teoría básica

La expresión de Kc incluye solo especies gaseosas o disueltas, cada una elevada a su coeficiente estequiométrico.
Principio de Le Chatelier: un cambio de temperatura desplaza el equilibrio en la dirección que absorbe ese cambio (hacia la reacción endotérmica si sube la temperatura).
En una reacción exotérmica, subir la temperatura desplaza el equilibrio hacia los reactivos (Kc disminuye); en una endotérmica, lo desplaza hacia los productos (Kc aumenta).

Refuerzo

Libro — Chemistry 2023 Oxford - Reactividad 2.3, Le Chatelier y temperatura.

Cuadernillo — Examen: EXAMENES AÑOS ANTERIORES/2021/NOVIEMBRE/Chemistry_paper_2__SL_Spanish.pdf preg. 3(c), y 2023/NOVIEMBRE 2023/Chemistry_paper_2__SL_Spanish.pdf preg. 2(b),(d); mark schemes en las mismas carpetas.

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Apartado a.i) — ΔH = -398,9 - (-306,4) = -92,5 kJ/mol.

Apartado a.ii) — Kc = [PCl5]/([PCl3][Cl2]).

Apartado a.iii) — Se desplaza hacia la izquierda/hacia los reactivos, porque la reacción directa es exotérmica (ΔH negativo).

Apartado b) — Kc = [HCOOH]/([CO2][H2]).

Apartado c) — Kc aumenta, porque la reacción directa es endotérmica y el equilibrio se desplaza hacia la derecha/los productos al aumentar la temperatura.