a)
A constante Kc do equilibrio:
|
N2O4(g) |
|
2 NO2(g) |
b) Se se reduce o volume do recipiente á metade, sen variar a
presión, cal será a composición da mestura no novo equilibrio?
Resolución:
a)
O apartado resólvese normalmente e se obteñen os
seguintes resultados:
As cantidades no
equilibrio son:
n(N2O4)
= 2,8·10–3 mol
n(NO2) =
4,2·10–3 mol
Polo tanto a constante Kc resulta ser:
Kc = 0.0252
b)
Este apartado, a priori, ten maior dificultade de
resolución xa que sería moita casualidade que puidésemos diminuír o volume sen
aumentar a presión ou sen retirar moles do equilibrio anterior ou sen modificar
a temperatura.
Vexamos como se pretendía que fose resolto o problema:
«Formulamos de novo o equilibrio a partir das cantidades acadadas no
equilibrio anterior e tendo en conta que o valor da constante é o mesmo:

Resolvendo esta ecuación de segundo grao, a única solución válida é x = 4,9·10–4
mol. As novas cantidades no equilibrio son:
n(N2O4) = 2,8·10–3
+ x = 2,8·10–3 + 4,9 · 10–4 = 3,3·10–3 mol
n(NO2) = 4,2·10–3 −
2x = 4,2·10–3 − 2 · 4,9·10–4 = 3,2·10–3
mol»
Comentario
O problema é que para conseguir estes valores,
necesariamente teríamos que ter aumentado a presión xa que no primeiro apartado
a presión total é de:
P ·V = n R T
![]()
e para
o segundo apartado, tal e como se propón a resolución:
![]()
Polo
tanto, en que quedamos? A presión varía ou non?
É
evidente que chegamos a unha contradición.
Como
poderíamos telo feito sen modificar nin a presión nin a temperatura? (a
temperatura non pode mudar xa que a Kc é considerada
constante na resolución proposta)
Por
exemplo, admitindo que retiramos parte da materia contida no recipiente, entón:
A
constante Kp vai permanecer constante, calculamos o
seu valor a partir dos datos do apartado a):
Kp = Kc(R·T)Δn
Kp = 0.0252 (0.082·313) = 0.647
Por
outra parte, a suma das presións parciais ten que ser igual á presión total
(que segundo o enunciado do problema non se modifica). Polo tanto, temos un
sistema de ecuacións:

Cando
resolvemos este sistema obtemos para as presións parciais os seguintes valores:
PNO2
= 0.429 atm
PN2O4
= 0.290 atm
O que
dá unha composición molar no equilibrio de:
n (NO2)
= 2.09·10-3 mol
n (N2O4)
= 1.41·10-3 mol
E a
masa total nesta nova situación:
m =
0.225 g
Que é xusto a metade da masa que
tiñamos no inicio. En fin, temos que retirar materia do equilibrio inicial.
A outra posíbel solución
Unha
maneira de abordar o problema sen ter que retirar substancia é considerar que
podemos modificar a temperatura, pero isto vai facer que se modifique tamén a kp (e esta cuestión fica fóra do que se pretende que faga
un alumno na Selectividade)
Comezaremos
por ver cal é a lei que rexe a dependencia de kp coa
temperatura absoluta, para iso facemos:
e ![]()
destas
dúas ecuacións podemos deducir que:
(I)
Por
outra parte:
(II)
E do
principio de conservación da materia:
(III)
E
tamén:
(IV)
E a ecuación dos gases ideais:
(V)
Tendo en conta que kp1
, T1 , PT e o volume pretendido (V = 0.125 l) son
coñecidos, temos cinco ecuacións (i, II, III, IV e V) con cinco incógnitas: nT, T2,
,
kp2
Resolvendo
este sistema o resultado é:
|
|
|
A nova kc será: |
|
|
Polo
tanto a composición no equilibrio vai ser:
n (NO2)
= 3.55·10-3 mol
n (N2O4)
= 3.12·10-3 mol
Na
táboa de abaixo, móstranse os resultados a diferentes temperaturas.
|
Temperatura K |
Constante |
Moles NO2 |
Moles N2O4 |
FracMolar NO2 |
FracMolar N2O4 |
Moles Totais |
Volume(l) |
Masa total (g) |
|
T |
kp |
nNO2 |
nN2O4 |
XNO2 |
XN2O4 |
ntotal |
V |
mT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
1,1933E-06 |
6,3029E-06 |
0,00488815 |
0,001287764 |
0,998712236 |
0,00489446 |
0,00558473 |
0,45 |
|
20 |
0,00109238 |
0,00019067 |
0,00479597 |
0,038235203 |
0,961764797 |
0,00498664 |
0,01137982 |
0,45 |
|
30 |
0,01060676 |
0,00059314 |
0,00459473 |
0,114332233 |
0,885667767 |
0,00518788 |
0,01775859 |
0,45 |
|
40 |
0,03305119 |
0,00104298 |
0,00436981 |
0,192688578 |
0,807311422 |
0,0054128 |
0,02470468 |
0,45 |
|
50 |
0,06536566 |
0,00145868 |
0,00416197 |
0,259521297 |
0,740478703 |
0,00562064 |
0,03206665 |
0,45 |
|
60 |
0,10298913 |
0,00181936 |
0,00398162 |
0,313629487 |
0,686370513 |
0,00580098 |
0,03971463 |
0,45 |
|
70 |
0,14250207 |
0,00212604 |
0,00382829 |
0,357057749 |
0,642942251 |
0,00595432 |
0,04755849 |
0,45 |
|
80 |
0,18179986 |
0,00238587 |
0,00369837 |
0,392139518 |
0,607860482 |
0,00608424 |
0,05553847 |
0,45 |
|
90 |
0,21971561 |
0,00260677 |
0,00358792 |
0,420807743 |
0,579192257 |
0,00619469 |
0,06361504 |
0,45 |
|
100 |
0,25566709 |
0,00279577 |
0,00349342 |
0,444536237 |
0,555463763 |
0,00628919 |
0,07176165 |
0,45 |
|
110 |
0,28941602 |
0,00295867 |
0,00341197 |
0,464423309 |
0,535576691 |
0,00637064 |
0,07996013 |
0,45 |
|
120 |
0,32091919 |
0,00310015 |
0,00334123 |
0,481286371 |
0,518713629 |
0,00644138 |
0,08819778 |
0,45 |
|
130 |
0,3502396 |
0,00322392 |
0,00327935 |
0,495738326 |
0,504261674 |
0,00650326 |
0,09646556 |
0,45 |
|
140 |
0,37749447 |
0,00333295 |
0,00322483 |
0,508243813 |
0,491756187 |
0,00655778 |
0,10475687 |
0,45 |
|
150 |
0,40282513 |
0,00342963 |
0,00317649 |
0,519159407 |
0,480840593 |
0,00660612 |
0,11306684 |
0,45 |
|
160 |
0,42637994 |
0,00351586 |
0,00313337 |
0,528762147 |
0,471237853 |
0,00664924 |
0,12139182 |
0,45 |
|
164,32 |
0,43604315 |
0,00355029 |
0,00311616 |
0,532560795 |
0,467439205 |
0,00666645 |
0,12499212 |
0,45 |
|
170 |
0,44830484 |
0,00359321 |
0,0030947 |
0,537269875 |
0,462730125 |
0,00668791 |
0,12972899 |
0,45 |
|
180 |
0,46873832 |
0,00366294 |
0,00305983 |
0,544855837 |
0,455144163 |
0,00672278 |
0,13807619 |
0,45 |
|
190 |
0,48780911 |
0,0037261 |
0,00302825 |
0,551659286 |
0,448340714 |
0,00675436 |
0,14643172 |
0,45 |
|
200 |
0,50563533 |
0,00378356 |
0,00299953 |
0,55779327 |
0,44220673 |
0,00678308 |
0,15479424 |
0,45 |
|
210 |
0,5223245 |
0,00383603 |
0,00297329 |
0,56335041 |
0,43664959 |
0,00680932 |
0,16316265 |
0,45 |
|
220 |
0,537974 |
0,00388414 |
0,00294923 |
0,568407245 |
0,431592755 |
0,00683337 |
0,17153609 |
0,45 |
|
230 |
0,55267181 |
0,00392839 |
0,00292711 |
0,573027528 |
0,426972472 |
0,0068555 |
0,17991383 |
0,45 |
|
240 |
0,5664973 |
0,00396922 |
0,00290669 |
0,577264754 |
0,422735246 |
0,00687592 |
0,18829529 |
0,45 |
|
250 |
0,579522 |
0,00400702 |
0,0028878 |
0,58116412 |
0,41883588 |
0,00689481 |
0,19667998 |
0,45 |
|
260 |
0,59181044 |
0,00404209 |
0,00287026 |
0,584764058 |
0,415235942 |
0,00691235 |
0,20506749 |
0,45 |
|
270 |
0,60342084 |
0,00407473 |
0,00285394 |
0,588097439 |
0,411902561 |
0,00692867 |
0,21345747 |
0,45 |
|
280 |
0,61440578 |
0,00410518 |
0,00283872 |
0,591192538 |
0,408807462 |
0,00694389 |
0,22184963 |
0,45 |
|
290 |
0,62481283 |
0,00413364 |
0,00282448 |
0,594073801 |
0,405926199 |
0,00695812 |
0,23024372 |
0,45 |
|
300 |
0,63468506 |
0,0041603 |
0,00281115 |
0,596762468 |
0,403237532 |
0,00697146 |
0,23863952 |
0,45 |
|
310 |
0,64406154 |
0,00418533 |
0,00279864 |
0,599277076 |
0,400722924 |
0,00698397 |
0,24703687 |
0,45 |
|
313 |
0,6467832 |
0,0042 |
0,0028 |
0,6 |
0,4 |
0,00698758 |
0,24955634 |
0,45 |
|
320 |
0,65297775 |
0,00420888 |
0,00278687 |
0,601633875 |
0,398366125 |
0,00699574 |
0,25543558 |
0,45 |
|
330 |
0,661466 |
0,00423106 |
0,00277578 |
0,603847168 |
0,396152832 |
0,00700683 |
0,26383554 |
0,45 |
|
340 |
0,6695557 |
0,00425199 |
0,00276531 |
0,605929588 |
0,394070412 |
0,0070173 |
0,27223661 |
0,45 |
|
350 |
0,67727374 |
0,00427178 |
0,00275542 |
0,60789234 |
0,39210766 |
0,00702719 |
0,28063868 |
0,45 |
|
360 |
0,68464467 |
0,00429051 |
0,00274605 |
0,60974539 |
0,39025461 |
0,00703656 |
0,28904168 |
0,45 |
|
370 |
0,69169099 |
0,00430827 |
0,00273717 |
0,611497634 |
0,388502366 |
0,00704544 |
0,29744551 |
0,45 |
|
380 |
0,69843333 |
0,00432513 |
0,00272874 |
0,613157037 |
0,386842963 |
0,00705387 |
0,3058501 |
0,45 |
|
390 |
0,70489065 |
0,00434116 |
0,00272073 |
0,61473075 |
0,38526925 |
0,00706188 |
0,31425538 |
0,45 |
|
400 |
0,7110804 |
0,00435641 |
0,0027131 |
0,616225212 |
0,383774788 |
0,00706951 |
0,32266131 |
0,45 |