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B2Q U05.3.2 Caracterización con presiones (Ejercicio 8) - Contenido educativo

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Subido el 12 de agosto de 2021 por Raúl C.

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Hola a todos, soy Raúl Corraliza, profesor de química de segundo de bachillerato en el IES 00:00:15
arquitecto Pedro Gumiel de Alcalá de Henares y os doy la bienvenida a esta serie de videoclases 00:00:22
de la unidad 5 dedicada al estudio del equilibrio químico. En la videoclase de hoy discutiremos el 00:00:27
ejercicio propuesto 8. En esta videoclase, enmarcada dentro del estudio de la relación 00:00:38
entre las constantes de equilibrio Kc y Kp, vamos a echarle un vistazo al ejercicio propuesto 00:00:50
número 8. En él se nos dice que en un recipiente de un volumen de 5 litros se introducen 3,2 00:00:56
gramos de COCl2 a 300 K. Dentro de este recipiente se establece el equilibrio del COCl2 en estado 00:01:03
gaseoso que se disocia para formar monóxido de carbono gaseoso y dicloro gaseoso. Pues 00:01:12
en las condiciones que nos han dado, 5 litros de volumen, 3,2 gramos de COCl2 a 300 Kelvin, 00:01:19
cuando se alcanza el equilibrio, la presión final resulta ser de 180 mmHg. En estas condiciones, 00:01:26
lo primero que se nos pide es que calculemos las presiones parciales de las tres especies, 00:01:34
el COCl2, el monóxido de carbono y el dicloro, en el equilibrio. Bueno, el único dato que tenemos 00:01:39
en este momento, aparte de las condiciones en las cuales se encuentra el sistema, es que con un 00:01:46
volumen inicial de 5 litros se introducen 3,2 gramos de COCl2 y nada de monóxido de carbono, 00:01:52
nada de dicloro. Así que lo primero que podemos hacer, aparte de calcular la masa molar del COCl2 00:02:00
a partir de los datos que se supone que nos han dado, estos son las masas atómicas del carbono, 00:02:07
del oxígeno y del cloro en gramos partido por mol, pues lo primero que podemos hacer 00:02:12
es calcular la cantidad inicial de COCl2, que se calcula dividiendo la masa entre la 00:02:18
masa molar, así que resulta que en este recipiente de 5 litros se ha introducido una cantidad 00:02:24
de COCl2 igual a 0,0323 moles. Lo que podemos hacer a continuación es escribir la tabla 00:02:31
del equilibrio, para lo cual escribimos, como siempre en la primera línea, la ecuación 00:02:40
que nos han dado, está ajustada. Escribimos en la primera fila la cantidad inicial disponible 00:02:45
de cada una de las especies. Únicamente tenemos al inicio 0,0323 moles de COCl2, nada de CO, 00:02:51
nada de Cl2. Y vamos a suponer que a lo largo de la reacción, cuando se alcanza el equilibrio, 00:02:59
han reaccionado X moles de COCl2. 00:03:06
A la vista de la estequiometría de la reacción, puesto que todos los coeficientes estequiométricos son iguales, 00:03:10
si ha reaccionado X moles de COCl2, pues también reaccionan X moles de CO y X moles de Cl2. 00:03:16
Puesto que inicialmente no hay en el sistema más que reactivo y no hay productos, 00:03:24
lo único que puede ocurrir es que el reactivo se consuma, 00:03:30
De tal forma que en el equilibrio tendremos 0,0323 moles menos X de COCl2. 00:03:33
Y asimismo lo único que puede ocurrir es que se produzcan los productos, que estos se formen. 00:03:42
Así pues, partiendo de 0, pues lo que tendremos serán X moles en el equilibrio tanto de CO como de Cl2. 00:03:46
En este momento lo que podemos pensar es que podemos hacer uso de la ley de acción de masas. 00:03:57
tenemos las cantidades en el equilibrio, conocemos el volumen 5 litros del recipiente, pues bien con 00:04:02
la ley de acción de masas podríamos determinar este valor de x en el equilibrio y a partir de 00:04:08
aquí pues calcular todo lo que se nos pide. El único problema es que no conocemos cuál es el 00:04:13
valor de la constante de equilibrio, ni Kc ni Kp. Así pues, si quisiéramos utilizar la ley de acción 00:04:20
de masas, describiendo el equilibrio en términos de concentraciones o bien la ecuación equivalente 00:04:26
describiendo el equilibrio en términos de presiones parciales, tenemos dos incógnitas. 00:04:32
Tenemos por un lado la cantidad que reacciona, de reactivo o de productos, da igual puesto 00:04:36
que es la misma, y por otro lado la constante del equilibrio. Así pues, la idea no es mala 00:04:41
pero la estrategia no nos va a llevar a ningún sitio, nos faltan demasiadas incógnitas. 00:04:47
En concreto, nos faltan las constantes de equilibrio, que se nos pide por cierto en 00:04:51
el apartado B. Los únicos datos que todavía no hemos utilizado son lo primero la temperatura 00:04:54
de 300 Kelvin y por otro lado la presión final que resulta ser de 180 milímetros de 00:05:03
mercurio. De alguna manera tenemos que intentar relacionar lo que tenemos aquí en la tabla 00:05:08
del equilibrio, lo que corresponde al equilibrio, estas cantidades, con esta presión final 00:05:14
y con esta temperatura. Para ello lo que podemos hacer es pensar en primera instancia en que algo 00:05:19
que nos relaciona presión, volumen, temperatura, cantidad de sustancia, es la ley de los gases 00:05:26
ideales. Y entonces lo que podemos hacer es pensar que con la ley de los gases ideales conocemos la 00:05:34
presión en el equilibrio, los 180 milímetros de mercurio, conocemos el volumen, son 5 litros, 00:05:40
la constante de los gases es ideal, se nos va a dar siempre, y tenemos la temperatura en el equilibrio, que son 300 Kelvin, 00:05:47
bueno, pues con los datos que tenemos y que todavía no habíamos usado, podríamos calcular la cantidad total de sustancia en el equilibrio. 00:05:53
Lo único que tenemos que hacer es tener cuidado de que la temperatura esté en Kelvin, lo estaba. 00:06:02
Si nos hubiera dado la temperatura en grados centígrados, tendríamos que sumar 273,15. 00:06:07
y sí hemos de tener cuidado en que la presión no nos ha sido dada en atmósferas, sino en milímetros de mercurio 00:06:11
y tenemos que tener en cuenta el factor de conversión, que no nos van a dar nunca y que nosotros debemos conocer, 00:06:18
de que 760 milímetros de mercurio equivalen a una atmósfera. 00:06:24
Pues bien, teniendo eso en cuenta, pasando la presión de milímetros de mercurio a atmósferas y sustituyendo, 00:06:29
lo que podemos calcular es la cantidad total de sustancia en el equilibrio, que resulta ser 0,0481 mol. 00:06:35
Esa cantidad total de sustancia se corresponde con, voy atrás, 00:06:44
esta cantidad total de sustancia en equilibrio la que se calcularía sumando las cantidades de cada una de las tres especies químicas dentro del reactor. 00:06:49
Así pues, esos 0,0481 moles equivalen a la suma de 0,0 323 menos x más x más x. 00:06:58
podemos ver que si tenemos en cuenta eso 00:07:12
0,0323 menos x más x más x igual a 00:07:17
este 0,0481 mol 00:07:21
lo que tenemos es una ecuación para x, es una ecuación de primer grado bien sencilla 00:07:24
y lo que obtenemos como resultado es x igual a 00:07:29
0,0158 mol 00:07:33
así pues no directamente con la ley de acción de masas sino en realidad 00:07:35
con la ley de los gases ideales, conocida la presión total en el equilibrio, la temperatura, 00:07:41
el volumen, etcétera, podemos calcular la cantidad total de sustancia en el equilibrio y con ella 00:07:46
y los resultados que tenemos aquí en esta última fila en la tabla del equilibrio, podemos calcular 00:07:51
la cantidad de sustancia que ha reaccionado. Así pues, visto que x es igual a 0,0158 moles, 00:07:58
como vemos aquí, lo que podemos hacer es ir a la tabla del equilibrio y calcular las cantidades que 00:08:06
quedan de cada una de las especies químicas en el equilibrio, sin más que calcular para esta 00:08:13
sustancia 0,0 323 menos x y para los productos los valores de x y obtenemos para el COCl2 en 00:08:17
el equilibrio una cantidad de 0,0 165 mol y tanto para el monóxido de carbono como para el dicloro 00:08:25
en el equilibrio una cantidad igual a 0,058 mol. Lo que nos piden no son las cantidades de cada 00:08:32
sustancia en el equilibrio, sino las presiones parciales que cada una de estas sustancias 00:08:39
ejercen. Para lo cual lo que podemos hacer es, por ejemplo, calcular las presiones parciales 00:08:43
multiplicando las fracciones molares correspondientes por la presión total en el equilibrio. ¿Cómo 00:08:50
calculamos las fracciones molares? Pues dividiendo las cantidades en el equilibrio, estas que hemos 00:08:57
calculado aquí arriba, perdón, aquí y aquí, entre la cantidad total que se calcularía sumando el 0,0 00:09:03
165 mol de COCl2 más 0,0 158 mol de monóxido de carbono y la misma cantidad 0,0 158 mol de 00:09:09
y cloro. Así pues, esta suma es 0,0481 mol. Lo que podemos hacer es calcular las presiones 00:09:18
parciales multiplicando, pues como he dicho, las fracciones molares, cantidad de cada sustancia 00:09:26
entre la total, por la presión en el equilibrio. En este caso he decidido no expresar estas 00:09:31
presiones parciales en milímetros de mercurio. Podríamos haberlo hecho multiplicando la 00:09:38
fracción molar por 180 milímetros de mercurio, obtendríamos todas las presiones parciales en 00:09:43
milímetros de mercurio. No es una mala respuesta, puesto que si no se nos dice nada, podemos expresar 00:09:49
los resultados en las unidades del problema. Me han dado la presión en milímetros de mercurio, 00:09:57
podría darlas en milímetros de mercurio. Yo he preferido dar las presiones en unidades tampoco 00:10:01
del sistema internacional, pero sí en las unidades de la constante R. 00:10:09
Nosotros lo que tenemos R es en atmósferas, por litro partido por Kelvin y por mol. 00:10:14
Así que he preferido dar las presiones parciales en atmósferas. 00:10:18
Así que he multiplicado la fracción molar por el resultado de la presión en el equilibrio 00:10:23
en atmósferas, 9 milímetros de mercurio. 00:10:29
He aplicado el factor de conversión de 180 entre 760, 00:10:32
igual que hice antes, por cierto, en la ley de los gases ideales. 00:10:36
Y así obtengo en el equilibrio para el COCl2 una presión parcial de 0,088 atm, para el monóxido de carbono 0,078 y para el dicloro de 0,078 atm. 00:10:39
En una segunda parte se nos pide que calculemos las constantes de equilibrio tanto Kp como Kc. 00:10:55
Bueno, pues lo primero que vamos a hacer es calcular Kp, puesto que acabamos de calcular las presiones parciales de cada una de las especies químicas presentes en el reactor en el equilibrio, 00:11:01
directamente podemos utilizar la expresión equivalente a la ley de acción de masas, la ecuación del equilibrio, 00:11:12
de tal forma que el cociente de reacción expresado en términos de presiones parciales, o sea, el producto de las presiones parciales de los productos elevados a sus coeficientes estequiométricos, 00:11:18
dividido entre la presión del único reactivo presente elevado a su coeficiente estequiométrico 00:11:29
en el equilibrio debe ser igual a la constante de equilibrio K sub p. 00:11:34
Sustituimos los resultados que hemos obtenido anteriormente 00:11:40
y tenemos las presiones parciales en atmósferas 0,078, 0,078 y 0,081 00:11:42
y obtenemos el valor 0,075. 00:11:50
Antes de continuar, fijaos en un detalle. 00:11:54
Cuando estuvimos discutiendo el apartado A, dije que cuando se nos pide directamente calcular la presión parcial de cada sustancia en el equilibrio, bien puedo dar los resultados en milímetros en mercurio, adhiriéndome a que son las unidades del ejercicio, o bien puedo darlo en las unidades atmósfera, puesto que son las unidades de R y son las unidades en las que habitualmente nosotros damos las presiones. 00:11:56
Pues bien, aunque yo hubiera calculado aquí las presiones y las hubiera dejado en milímetros de mercurio y fuera correcto para el apartado A, os recuerdo que si nosotros vamos a adherirnos a la idea de que las constantes de equilibrio no llevan unidades, necesariamente debemos sustituir estas presiones parciales en atmósferas, no en milímetros de mercurio, puesto que la idea consiste en que estamos sustituyendo aquí las presiones normalizadas, divididas entre la presión de una atmósfera. 00:12:21
Así pues, consecuentemente, necesitamos poner aquí las presiones en atmósferas, no en milímetros de mercurio. Esa está la razón, entre otras, por las cuales siempre que se nos pidan las presiones, yo las voy a calcular en atmósferas, por si acaso, para evitarme problemas y en este tipo de operaciones no cometer el fallo de poner unas unidades en lugar de las que debería en la presión. 00:12:49
Bueno, pues una vez que he calculado K sub P igual a 0,075 sin unidades, lo siguiente que voy a hacer es calcular K sub C mediante la expresión con la cual deduje la fórmula para K sub P. 00:13:11
K sub C es igual a K sub P por RT elevado a menos delta de N. 00:13:24
K sub P es 0,075, lo acabo de calcular, R, la temperatura es 300 Kelvin, elevado a menos, 00:13:29
Y aquí entre paréntesis lo que tengo es la diferencia de molecularidad entre productos y reactivos. 00:13:36
Os recuerdo una vez más, porque es importante, que este delta de N no se refiere a las cantidades reales de sustancia en el equilibrio. 00:13:44
No debería sumar estas cantidades de productos y restarle esta cantidad de reactivos, sino que se refiere a la molecularidad, a los coeficientes estequiométricos. 00:13:53
Y entonces lo que debo hacer es irme a la ecuación química ajustada y delta dn sería la suma de los coeficientes estequiométricos de productos, 1 más 1, igual a 2, menos la suma de los coeficientes estequiométricos de los reactivos. 00:14:05
Aquí no tengo nada más que un 1. Así pues, en la fórmula lo que tengo es el menos que viene en ella y entre paréntesis 1 más 1, la suma de los coeficientes de los productos, menos 1, el único coeficiente estequiométrico en los reactivos. 00:14:18
Una vez que tengo esto, opero y el resultado que obtengo para Kc es 3,05 por 10 a la menos 3. 00:14:35
Quiero aprovechar para haceros notar que, pese a tratarse de un ejercicio de equilibrio, si os dais cuenta, en ningún momento hemos usado tal cual la ley de acción de masas ni su equivalente a compresiones parciales. 00:14:44
Lo único que hemos necesitado, aparte de escribir la estequiometría de qué es lo que ocurre cuando yo tengo una cierta cantidad, una parte reacciona, qué es lo que tengo cuando ha transcurrido la reacción, 00:14:58
lo que ocurre es que cuando la reacción se detiene, en realidad no se detiene, cuando las velocidades de la reacción directa y la reacción inversa son iguales, alcanzo unas ciertas cantidades en el equilibrio. 00:15:10
Si os dais cuenta, no he utilizado la ley de acción de masas. 00:15:21
Aparte de la estequiometría, tan solo he utilizado la ley de los gases ideales. 00:15:24
Y es que en muchas ocasiones lo que voy a hacer es encontrarme con un ejercicio donde tengo un cierto equilibrio químico. 00:15:28
No tengo que alcanzar un equilibrio, sino que me describen un cierto estado de equilibrio. 00:15:35
Aquí me han dicho que a partir de este estado inicial, cuando alcanzo el estado de equilibrio, 00:15:39
La presión final es de 180 milímetros de mercurio con este mismo volumen, con esta misma temperatura. Bueno, pues no tengo que utilizar la ley de acción de masas, sino que directamente con la estequiometría y con la ley de los gases ideales ya puedo calcular todo aquello que se me pide. 00:15:44
Así pues, no porque me estén planteando una situación de equilibrio, no porque me estén hablando de en el equilibrio tengo tal cosa o tengo tal otra, necesariamente debo utilizar la ley de acción de masas, ni siquiera tengo por qué necesariamente escribir la tabla del equilibrio así, de esta manera tan formal. 00:16:02
Podría haber descrito qué es lo que estaba ocurriendo. 00:16:20
El único sitio en el cual he utilizado la ley de acción de masas o su equivalente con presiones parciales ha sido cuando al final del todo me han pedido que calcule las constantes de equilibrio. 00:16:23
Aquí sí, es donde tengo oculta, aquí y sobre todo aquí, la ley de acción de masas. 00:16:33
Así pues, insisto, no porque me planteen una situación de equilibrio, no porque me hablen de presiones y me pregunten por las presiones, 00:16:38
tengo que empeñarme en utilizar la ley de acción de masas en su versión con presiones parciales. 00:16:47
Como habremos visto en las clases, como habréis visto en los cuestionarios, 00:16:52
hay ocasiones en que a pesar de que me hablen de presiones, 00:16:56
yo puedo utilizar perfectamente la validación de masas expresando el equilibrio en términos de concentraciones. 00:16:59
Eso por un lado. 00:17:04
Y por otro lado, no porque me hablen de equilibrio, siempre voy a tener que hacer uso de la validación de masas. 00:17:06
Si os dais cuenta, aquí tan solo porque me han pedido expresamente las constantes de equilibrio, 00:17:11
los valores de las constantes. 00:17:16
Si el ejercicio hubiera acabado aquí, en el apartado A, ni siquiera habría tenido que haber hecho referencia a la ley de acción de masas. Así pues, insisto, no os empeñéis en utilizar porque es un equilibrio la ley de acción de masas. Hay ocasiones en que sólo con la estequiometría y, en el caso de gases, con la ley de los gases ideales, se puede resolver el ejercicio. 00:17:17
En el aula virtual de la asignatura tenéis disponibles otros recursos, ejercicios y cuestionarios. 00:17:40
Asimismo, tenéis más información en las fuentes bibliográficas y en la web. 00:17:49
No dudéis en traer vuestras dudas e inquietudes a clase o al foro de dudas de la unidad en el aula virtual. 00:17:53
Un saludo y hasta pronto. 00:18:00
Idioma/s:
es
Autor/es:
Raúl Corraliza Nieto
Subido por:
Raúl C.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada
Visualizaciones:
31
Fecha:
12 de agosto de 2021 - 18:56
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ARQUITECTO PEDRO GUMIEL
Duración:
18′ 28″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1024x576 píxeles
Tamaño:
31.51 MBytes

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