Ejercicio - Alteraciones en el equilibrio
Ejercicio de Equilibrio químico
\( \textbf{Ejercicio.} \) \( \text{Tenemos el siguiente equilibrio:} \) \[ \text{H}_2\text{O(g)} + \text{C(s)} \rightleftharpoons \text{CO(g)} + \text{H}_2\text{(g)} \] Se sabe que la constante de equilibrio \( K_c \) a \( 900\,^\circ\text{C} \) es \( 0{,}003 \), mientras que \( K_c \) a \( 1200\,^\circ\text{C} \) es \( 0{,}2 \). Responde de forma razonada las siguientes cuestiones:
a) ¿Cuál de las dos temperaturas es más adecuada para favorecer la producción de \( \text{CO} \)?
b) ¿Cómo afectaría un aumento de presión a la reacción?
c) Si se elimina el hidrógeno a medida que se va formando, ¿hacia dónde se desplaza el equilibrio?
d) ¿La reacción es exotérmica o endotérmica?
Solución de los Apartados
a) ¿Cuál de las dos temperaturas es más adecuada para favorecer la producción de \( \text{CO} \)?
Solución: La constante de equilibrio es: \[ K_c = \frac{[\text{CO}] \cdot [\text{H}_2]}{[\text{H}_2\text{O}]} \] Se indica que: \[ K_c(900^\circ\text{C}) = 0{,}003 \quad \text{y} \quad K_c(1200^\circ\text{C}) = 0{,}2 \] Un valor mayor de \( K_c \) implica que, en equilibrio, hay mayor concentración de productos (en este caso, \( \text{CO} \) y \( \text{H}_2 \)). \[ \Rightarrow \text{A } 1200^\circ\text{C} \text{ hay más formación de CO} \] \( \textbf{Conclusión:} \) Para favorecer la producción de \( \text{CO} \), conviene trabajar a \( 1200^\circ\text{C} \).
b) ¿Cómo afectaría un aumento de presión a la reacción?
Solución: Según el principio de Le Châtelier, un aumento de la presión total desplaza el equilibrio hacia el lado con menor número de moles gaseosos. Analizamos la ecuación: \[ \text{H}_2\text{O(g)} + \text{C(s)} \rightleftharpoons \text{CO(g)} + \text{H}_2\text{(g)} \] - Reactivos gaseosos: \( 1 \) mol (\( \text{H}_2\text{O(g)} \)) - Productos gaseosos: \( 2 \) moles (\( \text{CO(g)} + \text{H}_2\text{(g)} \)) \[ \Rightarrow \text{Un aumento de presión desplaza el equilibrio hacia la izquierda} \] \( \textbf{Conclusión:} \) La producción de \( \text{CO} \) disminuirá al aumentar la presión.
c) Si se elimina el hidrógeno a medida que se va formando, ¿hacia dónde se desplaza el equilibrio?
Solución: La ecuación del equilibrio es: \[ \text{H}_2\text{O(g)} + \text{C(s)} \rightleftharpoons \text{CO(g)} + \text{H}_2\text{(g)} \] Si se elimina \( \text{H}_2 \) al formarse, se produce una disminución en su concentración. Según el principio de Le Châtelier, el equilibrio se desplazará para contrarrestar esa disminución, es decir: \[ \Rightarrow \text{El equilibrio se desplazará hacia la derecha} \] De esta manera, se formará más \( \text{H}_2 \) para compensar su eliminación. \( \textbf{Conclusión:} \) El equilibrio se desplaza hacia los productos.
d) ¿La reacción es exotérmica o endotérmica?
Solución: Se indica que: \[ K_c(900^\circ\text{C}) = 0{,}003 \quad \text{y} \quad K_c(1200^\circ\text{C}) = 0{,}2 \] Un aumento de la temperatura produce un aumento del valor de \( K_c \), lo que implica que el equilibrio se desplaza hacia los productos. Según el principio de Le Châtelier, si el equilibrio se desplaza hacia los productos al aumentar la temperatura, la reacción es: \[ \textbf{Endotérmica} \] \[ \text{Reactivos} + \text{energía} \rightleftharpoons \text{Productos} \] \( \textbf{Conclusión:} \) La reacción es endotérmica.