Ejercicios de equilibrio químico

El balance químico es una de las materias que más cae en Enem y exámenes de ingreso.

Los aspectos de reacciones reversibles se abordan en las preguntas y los candidatos son evaluados tanto por cálculos como por los conceptos que involucran este tema.

Con eso en mente, hicimos esta lista de preguntas con diferentes enfoques del equilibrio químico.

Aproveche los comentarios de resolución para prepararse para los exámenes y consulte las instrucciones paso a paso sobre cómo resolver las preguntas.

Conceptos generales de equilibrio químico

1. (Uema) En la ecuación , después de alcanzar el equilibrio químico, podemos concluir la constante de equilibrio , sobre lo cual es correcto afirmar que:

a) cuanto mayor sea el valor de Kc, menor será el rendimiento de la reacción directa.
b) K_C independientemente de la temperatura.
c) si las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales, entonces Kc = 0.
d) K_C depende de las molaridades iniciales de los reactivos.
e) cuanto mayor es el valor de Kc, mayor es la concentración de los productos.

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Respuesta correcta: e) cuanto mayor es el valor de Kc, mayor es la concentración de los productos.

La reacción directa está representada por el número 1, donde:

La reacción inversa está representada por

El valor de K_C se calcula por la relación entre las concentraciones de productos y reactivos.

El numerador (que contiene los productos) es directamente proporcional a la constante de equilibrio. Por tanto, cuanto mayor sea el valor de K_C, cuanto mayor es el rendimiento de la reacción directa, cuanto más producto se forma y, en consecuencia, mayor es la concentración de productos.

El valor de K_C varía con la temperatura, porque cuando cambiamos su valor, la reacción endotérmica (absorción de calor) o exotérmica (liberación de calor) puede ser favorecido y, con esto, se puede consumir o crear más reactivo o producto, cambiando así la constante de equilibrio que depende de la concentración de reactivos.

Kc depende de las cantidades molares de los componentes cuando se establece el equilibrio y cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales.

2. (UFRN) El equilibrio químico se caracteriza por ser dinámico a nivel microscópico. Para obtener información cuantitativa sobre la extensión del equilibrio químico, se utiliza la cantidad constante de equilibrio. Considere la siguiente tira:

Aplicada al equilibrio químico, la idea de equilibrio del personaje:

a) Es correcto porque, en equilibrio químico, la mitad de las cantidades son siempre productos y la otra mitad son reactivos.
b) No es correcto, ya que, en equilibrio químico, las concentraciones de productos y las de reactivos pueden ser diferentes, pero son constantes.
c) Es correcto porque, en equilibrio químico, las concentraciones de reactivos y productos son siempre las mismas, siempre que el equilibrio no sea perturbado por un efecto externo.
d) No es correcto, ya que, en equilibrio químico, las concentraciones de los productos son siempre superiores a las de los reactivos, siempre que el equilibrio no se vea afectado por un factor externo.
e) Es correcto porque, en equilibrio químico, las concentraciones de reactivos y productos no siempre son las mismas.

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Respuesta correcta: b) No es correcta, ya que, en equilibrio químico, las concentraciones de productos y las de reactivos pueden ser diferentes, pero son constantes.

En equilibrio, las cantidades de productos y reactivos se pueden calcular con base en la constante de saldo, y no necesariamente debe ser la mitad de la cantidad de productos y la otra mitad reactivos.

Las concentraciones de equilibrio no son siempre las mismas, pueden ser diferentes, pero constantes si no se producen perturbaciones en el equilibrio.

Las concentraciones de equilibrio deben depender de qué reacción se favorezca, ya sea directa o inversa. Podemos saber esto por el valor de K_C: si K_C 1, se favorece la reacción directa. ya si K_C 1 se favorece la reacción inversa.

Tablas de equilibrio químico

3. (UFPE) A principios del siglo XX, la expectativa de la Primera Guerra Mundial generó una gran necesidad de compuestos nitrogenados. Haber fue pionero en la producción de amoníaco a partir de nitrógeno en el aire. Si se coloca amoníaco en un recipiente cerrado, se descompone de acuerdo con la siguiente ecuación química desequilibrada: NH_3(gramo) → N_{2 (g)} + H_{2 (g)}. Las variaciones en las concentraciones a lo largo del tiempo se ilustran en la siguiente figura:

A partir del análisis de la figura anterior, podemos afirmar que las curvas A, B y C representan la variación temporal de las concentraciones de los siguientes componentes de reacción, respectivamente:
a) H₂, No₂ y NH₃
b) NH₃, H₂ y no₂
c) NH₃, No₂ y H₂
d) No₂, H₂ y NH₃
e) H₂, NH₃ y no₂

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Respuesta correcta: d) N₂, H₂ y NH₃.

1er paso: equilibrar la ecuación química.

2 NUEVA HAMPSHIRE_3(gramo) → N_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)}

Con la reacción equilibrada, nos dimos cuenta de que se necesitan 2 moles de amoníaco para descomponerse en nitrógeno e hidrógeno. Además, la cantidad de hidrógeno producido en la reacción es tres veces mayor que la de amoníaco.

2do paso: interpretar los datos del gráfico.

Si el amoníaco se descompone, entonces en el gráfico su concentración es máxima y disminuye, como se ve en la curva C.

Los productos, a medida que se forman, al comienzo de la reacción, las concentraciones son cero y aumentan a medida que el reactivo se convierte en un producto.

Dado que la cantidad de hidrógeno producido es tres veces mayor que la de nitrógeno, entonces la curva de este gas es la más grande, como se indica en B.

El otro producto que se forma es el nitrógeno, como se ve en la curva A.

4. (Cesgranrio) El sistema representado por la ecuación estaba en equilibrio. El estado de equilibrio se alteró abruptamente por la adición de la sustancia G. El sistema reacciona para restablecer el equilibrio. ¿Cuál de los siguientes gráficos representa mejor los cambios que ocurrieron durante el proceso descrito?

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Respuesta correcta: d).

Como el sistema estaba en equilibrio al principio, las cantidades de sustancias G y H permanecieron constantes.

La perturbación se produjo cuando la concentración de G aumentó y el sistema reaccionó transformando este reactivo en más producto H, desplazando el equilibrio hacia la derecha, es decir, favoreciendo la reacción directo.

Observamos que la curva de reactivo G disminuye a medida que se consume y la curva de producto H aumenta a medida que se forma.

Cuando se establece un nuevo equilibrio, las cantidades vuelven a ser constantes.

Constante de equilibrio: relación entre concentración y presión

5. (UFRN) Sabiendo que K_PAG = K_C (RT)^norte, podemos decir que K_PAG = K_C, por:

acero_2(gramo) + H_{2 (g)} ↔ CO_(gramo) + H₂O_(gramo)
b) H_{2 (g)} + ½ el_{2 (g)} ↔ H₂O₍₁₎
c) No_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)} ↔ 2 NH_3(gramo)
d) NO_(gramo) + ½ O2_(gramo) ↔ NO_2(gramo)
e) 4 FeS_(s) + 7 O_{2 (g)} ↔ 2 Fe₂O_{3 (s)} + 4 ASÍ_2(gramo)

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Respuesta correcta: a) CO_2(gramo) + H_{2 (g)} ↔ CO_(gramo) + H₂O_(gramo)

Hacia K_PAG ser igual a K_C la variación en el número de moles debe ser igual a cero, ya que cualquier número elevado a cero da como resultado 1:

K_PAG = K_C (RT)⁰
K_PAG = K_C x 1
K_PAG = K_C

El cambio en el número de moles se calcula mediante:

∆n = Número de moles de productos - Número de moles de reactivos

En este cálculo, solo participan los coeficientes de sustancias en estado gaseoso.

Aplicando a cada ecuación alternativa, tenemos:

acero2(gramo) + H2 (g) ↔ CO(gramo) + H2O(gramo)	∆n = [(1 + 1) - (1 + 1)] = 2 - 2 = 0
b) H2 (g) + ½ el2 (g) ↔ H2O(1)	∆n = [0 - (1 + 1/2)] = 0 - 3/2 = - 3/2
c) No2 (g) + 3 H2 (g) ↔ 2 NH3 (g)	∆n = [2 - (1 + 3)] = 2 - 4 = - 2
d) NO(gramo) + ½ el2 (g) ↔ NO2 (g)	∆n = [1 - (1 + 1/2)] = 1 - 3/2 = - 1/2
e) 4 FeS(s) + 7 O2 (g) ↔ 2 Fe2O3 (s) + 4 ASÍ2 (g)	∆n = [(0 + 4) - (0 + 7)] = 4 - 7 = - 3

Con estos resultados, podemos observar que la alternativa cuyo valor corresponde al resultado requerido es la de la primera ecuación.

6. (Adaptado a UEL) Para la reacción representada por las constantes de equilibrio K_C y K_PAG se expresan mediante las ecuaciones: (Dado: p = presión parcial)

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Alternativa correcta:

La constante de equilibrio se calcula mediante:

Los compuestos sólidos, por sus concentraciones constantes, no participan en el cálculo de K_C, por lo tanto, la constante de equilibrio para la ecuación dada es:

Para la constante de equilibrio, en términos de presión, solo los gases participan en el cálculo, por lo que:

Cálculo de la constante de equilibrio

7. (Enem / 2015) Varios ácidos se utilizan en industrias que eliminan sus efluentes en cuerpos de agua, como ríos y lagos, lo que puede afectar el equilibrio ambiental. Para neutralizar la acidez, se puede agregar sal de carbonato de calcio al efluente, en cantidades adecuadas, ya que produce bicarbonato, que neutraliza el agua. Se presentan las ecuaciones involucradas en el proceso:

Con base en los valores de las constantes de equilibrio de las reacciones II, III y IV a 25 ° C, ¿cuál es el valor numérico de la constante de equilibrio de la reacción I?

a) 4,5 x 10^-26
b) 5,0 x 10^-5
c) 0,8 x 10^-9
d) 0,2 x 10⁵
e) 2,2 x 10²⁶

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Respuesta correcta: b) 5.0 x 10^-5

1er paso: utilice la ley de Hess para realizar los ajustes necesarios.

Dada una ecuación química:

La constante se calcula mediante:

Pero si invertimos la ecuación, obtenemos como resultado:

Y la constante se convierte en la inversa:

Para llegar a la ecuación 1, dada en la pregunta, necesitamos invertir la ecuación II, como en el ejemplo anterior.

2do paso: manipular las ecuaciones II, III y IV para llegar al resultado de la ecuación I.

3er paso: calcular la constante de equilibrio de la ecuación I.

Calculando K_I se realiza multiplicando los valores constantes.

Como en el cálculo tenemos iguales potencias de bases, repetimos la base y sumamos los exponentes.

Como ahora tenemos una división con iguales potencias de bases, repetimos la base y restamos los exponentes.

8. (UnB) El pentacloruro de fósforo es un reactivo muy importante en la química orgánica. Se prepara en fase gaseosa mediante la reacción:
Un matraz de 3,00 L de capacidad contiene en equilibrio, a 200 ° C: 0,120 mol de PCl_5(gramo), 0,600 mol de PCl_3(gramo) y 0.0120 mol de CL_2(gramo). ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio a esta temperatura?

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Respuesta correcta: 50 (mol / L)^-1

1er paso: Reúna la expresión de la constante de equilibrio para la reacción.

2do paso: calcular las concentraciones en mol / L de cada componente en equilibrio.

Fórmula de concentración molar:

PCl3	Cl2	PCl5

3er paso: reemplace las concentraciones en la expresión constante y calcule el valor de K_C.

Aplicaciones para el equilibrio de equilibrio

9. (Enem / 2016) Después de su completo desgaste, los neumáticos pueden quemarse para generar energía. Entre los gases generados en la combustión completa del caucho vulcanizado, algunos son contaminantes y provocan lluvia ácida. Para evitar que se escapen a la atmósfera, estos gases se pueden burbujear en una solución acuosa que contenga una sustancia adecuada. Tenga en cuenta la información de la sustancia que figura en la tabla.

Entre las sustancias enumeradas en la tabla, la que puede eliminar de manera más eficiente los gases contaminantes es (a)

a) Fenol.
b) Piridina.
c) Metilamina.
d) Fosfato de hidrógeno de potasio.
e) Hidrógeno sulfato de potasio.

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Respuesta correcta: d) Hidrógeno fosfato de potasio.

El co₂, óxidos de azufre (SO₂ es sólo₃) y óxidos de nitrógeno (NO y NO₂) son los principales gases contaminantes.

Cuando reaccionan con el agua presente en la atmósfera, hay una formación de ácido que provocan un aumento de la acidez de la lluvia, por eso se le llama lluvia ácida.

Las constantes de equilibrio dadas en la tabla se calculan por la relación entre las concentraciones de productos y reactivos de la siguiente manera:

Tenga en cuenta que la constante de equilibrio es proporcional a la concentración de productos: cuanto mayor es la cantidad de productos, mayor es el valor de K_C.

Tenga en cuenta los valores del primer y último compuesto en la tabla para K_C:

piridina
Hidrogenosulfato de potasio

Comparando los dos números, vemos que cuanto menor es la potencia negativa, mayor es el valor de la constante.

Para eliminar los contaminantes de manera más eficiente, OH^- reaccionar con iones H⁺ presente en ácidos a través de un reacción de neutralización.

Entre las sustancias presentadas, las que producen los hidroxilos necesarios para neutralizar compuestos ácidos son: piridina, metilamina e hidrogenofosfato de potasio.

Para saber qué compuesto es el más eficiente, observamos las constantes de equilibrio: cuanto mayor es el valor constante, mayor es la concentración de OH^-.

Así, la solución acuosa que contiene una sustancia adecuada para este propósito es el hidrogenofosfato de potasio, ya que es más básica y neutraliza los ácidos de manera más eficiente.

Para obtener más información, lea estos textos.:

• equilibrio iónico
• Reacción de neutralización

10. (Enem / 2009) Los jabones son sales de ácidos carboxílicos de cadena larga que se utilizan para facilitar, durante los procesos de lavado, la eliminación de sustancias de baja solubilidad en agua, por ejemplo, aceites y grasas. La siguiente figura representa la estructura de una molécula de jabón.

En solución, los aniones de jabón pueden hidrolizar el agua y formar así el correspondiente ácido carboxílico. Por ejemplo, para el estearato de sodio, se establece el siguiente equilibrio:

Dado que el ácido carboxílico formado es poco soluble en agua y menos eficaz para eliminar grasas, el pH del medio debe controlarse de tal manera que se evite que el equilibrio anterior se desplace hacia la derecha.

Con base en la información del texto, es correcto concluir que los jabones funcionan de una manera:

a) Más eficiente a pH básico.
b) Más eficiente a pH ácido.
c) Más eficiente a pH neutro.
d) Eficiente en cualquier rango de pH.
e) Más eficiente a pH ácido o neutro.

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Respuesta: a) Más eficiente a pH básico.

En el balance que se muestra, vemos que el estearato de sodio al reaccionar con el agua forma un ácido carboxílico e hidroxilo.

El propósito de controlar el pH no es permitir la formación de ácido carboxílico, y esto se hace cambiando el equilibrio cambiando la concentración de OH^-.

cuanto más OH^- en solución, hay una perturbación en el lado de los productos y el sistema químico reacciona consumiendo la sustancia que tuvo su concentración aumentada, en este caso el hidroxilo.

En consecuencia, se producirá la transformación de productos en reactivos.

Por lo tanto, los jabones funcionan de manera más eficiente a pH básico, ya que el exceso de hidroxilo desplaza el equilibrio hacia la izquierda.

Si el pH fuera ácido, habría una mayor concentración de H⁺ que afectaría el equilibrio al consumir OH^- y el equilibrio actuaría produciendo más hidroxilo, desplazando el equilibrio hacia la izquierda y produciendo más ácido carboxílico, que no es de interés en el proceso presentado.

Cambio de equilibrio químico

11. (Enem / 2011) Los refrescos se han convertido cada vez más en el objetivo de las políticas de salud pública. Los productos de cola contienen ácido fosfórico, una sustancia que es perjudicial para la fijación del calcio, el mineral que es el componente principal de la matriz de los dientes. La caries es un proceso dinámico de desequilibrio en el proceso de desmineralización dental, pérdida de minerales por acidez. Se sabe que el componente principal del esmalte dental es una sal llamada hidroxiapatita. El refresco, debido a la presencia de sacarosa, disminuye el pH del biofilm (placa bacteriana), provocando la desmineralización del esmalte dental. Los mecanismos de defensa salival tardan entre 20 y 30 minutos en normalizar el nivel de pH, remineralizando el diente. La siguiente ecuación química representa este proceso:

_{GROISMAN, S. Se evalúa el impacto de la soda en los dientes sin retirarla de la dieta. Disponible: http://www.isaude.net. Acceso: 1 de mayo de 2010 (adaptado).}

Considerando que una persona consume refrescos a diario, puede ocurrir un proceso de desmineralización dental, debido al aumento de concentración de

a) OH^–, que reacciona con los iones de Ca²⁺, cambiando el equilibrio hacia la derecha.
b) H⁺, que reacciona con los hidroxilos OH^–, cambiando el equilibrio hacia la derecha.
c) OH^–, que reacciona con los iones de Ca²⁺, cambiando el equilibrio hacia la izquierda.
d) H⁺, que reacciona con los hidroxilos OH^–, cambiando el equilibrio hacia la izquierda.
e) Ca²⁺, que reacciona con los hidroxilos OH^–, cambiando el equilibrio hacia la izquierda.

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Respuesta correcta: b) H⁺, que reacciona con los hidroxilos OH^–, cambiando el equilibrio hacia la derecha.

Cuando el pH baja es porque ha aumentado la acidez, es decir, la concentración de iones H⁺, como dice el comunicado, existe la presencia de ácido fosfórico.

Estos iones reaccionan con OH^- haciendo que esta sustancia se consuma y, en consecuencia, que se desplace el equilibrio hacia la derecha, ya que el sistema actúa produciendo más de estos iones eliminados.

El cambio de equilibrio entre los reactivos y los productos se produjo debido a la disminución de la concentración de OH^-.

Si los iones de Ca²⁺ y oh^- si la concentración hubiera aumentado, el equilibrio se desplazaría hacia la izquierda, ya que el sistema reaccionaría consumiéndolos y formando más hidroxiapatita.

12. (Enem / 2010) En ocasiones, al abrir un refresco, se nota que una parte del producto se escapa rápidamente por el extremo del recipiente. La explicación de este hecho está relacionada con la alteración del equilibrio químico existente entre algunos de los ingredientes del producto según la ecuación:

Cambiar el balance anterior, relacionado con la fuga de refrigerante en las condiciones descritas, da como resultado:

a) Liberación de CO₂ por el medio ambiente.
b) Elevación de la temperatura del recipiente.
c) Elevación de la presión interna del contenedor.
d) Elevación de la concentración de CO₂ en el líquido.
e) Formación de una cantidad significativa de H₂O.

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Respuesta correcta: a) Liberación de CO₂ por el medio ambiente.

Dentro de la botella, el dióxido de carbono se disolvió en el líquido debido a la alta presión.

Cuando se abre la botella, la presión dentro del recipiente (que era mayor) es igual a la presión en el ambiente y, con eso, hay un escape de dióxido de carbono.

El cambio de equilibrio entre reactivos y productos se produjo debido a la disminución de la presión: cuando la presión disminuye, el equilibrio se desplaza al volumen más grande (número de moles).

La reacción se desplazó hacia la izquierda y el CO₂ que se disolvió en el líquido se liberó, goteando cuando se abrió la botella.