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14.4:

Calculando la Constante de Equilibrio

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Calculating the Equilibrium Constant

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La constante de equilibrio, Kc, se puede determinar sustituyendo los valores correspondientes en la expresión de la constante de equilibrio si se conocen las concentraciones de todos los reactivos y productos en equilibrio. Se deja reaccionar una mezcla gaseosa de dióxido de azufre y oxígeno a 530 grados Celsius de acuerdo con la reacción mostrada. En equilibrio, la mezcla contiene 0, 10 molar de dióxido de azufre, 0, 15 molar de oxígeno y 10, 88 molar de trióxido de azufre.Si se sustituyen los valores en la expresión de equilibrio, la Kc es igual a 7, 9 10⁴. La Kc también se puede calcular siempre que se conozca la concentración inicial de todos los componentes y la concentración de equilibrio dé al menos un compuesto. Las concentraciones de equilibrio desconocidas se pueden calcular utilizando la estequiometría de reacción.Se utiliza una tabla ICE para organizar la información de las concentraciones inicial, de cambio y de equilibrio de la reacción. Cuando una mezcla de reacción que contiene nitrógeno 0, 11 molar e hidrógeno 0, 36 molar se deja alcanzar el equilibrio a 500 grados Celsius, produce amoniaco 0, 020 molar en equilibrio. Para calcular la Kc, es necesario determinar las concentraciones de equilibrio de nitrógeno e hidrógeno.La estequiometría de la reacción muestra que se requiere 1 mol de gas nitrógeno y 3 moles de gas hidrógeno para producir 2 moles de gas amoniaco. El cambio, x, cuando se multiplica por los coeficientes de los reactivos y productos, denota la concentración de los reactivos consumidos y la concentración del producto producido para alcanzar el equilibrio. Puesto que 2x es igual a 0, 020, x es igual a 0, 010.La concentración de equilibrio de nitrógeno e hidrógeno se puede determinar restando el cambio de concentración respectivo de su concentración inicial que es igual a 0, 10 y 0, 33 molar, respectivamente. Si se sustituyen las concentraciones de equilibrio en la expresión de Kc, la Kc es igual a 0, 11. La Kp para reacciones que involucran gases se puede calcular usando una tabla ICE y la expresión de equilibrio escrita con la presiones parciales.

14.4:

Calculando la Constante de Equilibrio

La constante de equilibrio de una reacción se calcula a partir de las concentraciones (o presiones) en equilibrio de sus reactivos y productos. Si se conocen estas concentraciones, el cálculo simplemente implica su sustitución en la expresión Kc.

Por ejemplo, el dióxido de nitrógeno gaseoso forma tetróxido de dinitrógeno de acuerdo con esta ecuación:

Eq1

Cuando se añade 0,10 mol de NO2 a un matraz de 1,0 l a 25 °C, la concentración cambia de modo que, en equilibrio, [NO2] = 0,016 M y [N2O4] = 0,042 M. El valor de la constante de equilibrio de la reacción se puede calcular de la siguiente manera:

Eq2

A continuación se ofrece un ejemplo ligeramente más desafiante, en el que la estequiometría de la reacción se utiliza para obtener concentraciones en equilibrio a partir de la información proporcionada. La estrategia básica de este cálculo es útil para muchos tipos de cálculos en equilibrio y se basa en el uso de términos para las concentraciones de reactivos y productos inicialmente presentes, para cómo cambian a medida que avanza la reacción, y para lo que son cuando el sistema alcanza el equilibrio. El acrónimo ICE se utiliza comúnmente para referirse a este enfoque matemático, y los términos de concentración se reúnen generalmente en un formato tabular llamado tabla ICE.

Cálculo de una constante de equilibrio

Las moléculas de yodo reaccionan de forma reversible con los iones de yoduro para producir iones de triyoduro.

Eq3

Si una solución con las concentraciones de I2 y I ambas iguales a 1,000 × 10−3 M antes de la reacción da una concentración de equilibrio de I2 de 6,61 × 10−4 M, ¿cuál es la constante de equilibrio para la reacción?

Para calcular las constantes de equilibrio, se necesitan concentraciones en equilibrio para todos los reactivos y productos:

Eq4

Se proporcionan las concentraciones iniciales de los reactivos y la concentración en equilibrio del producto. Esta información puede utilizarse para obtener valores para las concentraciones en equilibrio de los reactivos, presentando toda la información en una tabla ICE.

   I2 (aq)         I (aq)   I3 (aq)    
Concentración inicial (M) 1,000 × 10−3 1,000 × 10−3 0
Cambio (M) −x −x +x
Concentración en equilibrio (M)  1,000 × 10−3 − x      1,000 × 10−3 − x    x

En equilibrio, la concentración de I2 es de 6,61 &#215: 10−4 M, por lo que

Eq5

La tabla ICE puede actualizarse ahora con valores numéricos para todas sus concentraciones:

I2 (aq)   I (aq) I3(aq)
Concentración inicial (M)  1,000 × 10−3    1,000 × 10𕪒3    0
Cambio (M)  −3,39 × 10−4    −3,39 × 10−4     +3,39 × 10-4  
Concentración en equilibrio (M)  6,61 × 10−4    6,61 × 10−4     3,39 × 10−4  

Por último, las concentraciones en equilibrio pueden sustituirse por la expresión Kc y resolverse:

Eq6

Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 13.4 Cálculos de Equilibrio.