Problema 8 · Química PAU Aragón Ordinaria 2022

Tema: Equilibrio químico: Kc, Kp y principio de Le Châtelier · Del examen Ordinaria (2022)

Enunciado

8. (2 puntos) El CO2\mathrm{CO_2} y el H2\mathrm{H_2} reaccionan a altas temperaturas según el siguiente equilibrio:

CO2 (g)+H2 (g)⇄CO (g)+H2O (g)\mathrm{CO_2\,(g) + H_2\,(g) \rightleftarrows CO\,(g) + H_2O\,(g)}

En un reactor de 25 L25\text{ L} se introducen 3 moles3\text{ moles} de CO2\mathrm{CO_2}, 3 moles3\text{ moles} de H2\mathrm{H_2}, 5 moles5\text{ moles} de CO\mathrm{CO} y 2 moles2\text{ moles} de agua, todo se calienta hasta 1000 K1000\text{ K}. La KcK_c a esa temperatura tiene un valor de 1,31{,}3.

a)

Justifique por qué esa mezcla no está en equilibrio y razone cómo evolucionará la reacción para alcanzarlo. (1 punto)

b)

Calcule las presiones parciales de cada compuesto en el equilibrio sabiendo que la suma de moles de CO\mathrm{CO} y H2O\mathrm{H_2O} en el mismo es de 7,247{,}24. (1 punto)

Datos: R=0,082 atm⋅L⋅mol−1⋅K−1R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}.

Enunciado: Problema 8 · Química PAU Aragón Ordinaria 2022

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) Valor calculado del cociente de reacción QcQ_c

Solución: 1{,}11

a) Justifique por qué esa mezcla no está en equilibrio y razone cómo evolucionará la reacción para alcanzarlo.

Solución: Como Qc≠KcQ_c \neq K_c, la mezcla no está en equilibrio. Al ser Qc<KcQ_c < K_c, para alcanzar el equilibrio el valor de QcQ_c debe aumentar para igualarse a KcK_c. Para ello, las concentraciones de CO\mathrm{CO} y H2O\mathrm{H_2O} deben aumentar y las de CO2\mathrm{CO_2} y H2\mathrm{H_2} disminuir, por este motivo, el equilibrio se desplazará hacia la derecha (productos).

b) Presión parcial de CO2\mathrm{CO_2} en el equilibrio, PCO2P_{\mathrm{CO_2}}

Solución: 9{,}45 atm

b) Presión parcial de H2\mathrm{H_2} en el equilibrio, PH2P_{\mathrm{H_2}}

Solución: 9{,}45 atm

b) Presión parcial de CO\mathrm{CO} en el equilibrio, PCOP_{\mathrm{CO}}

Solución: 16{,}79 atm

b) Presión parcial de H2O\mathrm{H_2O} en el equilibrio, PH2OP_{\mathrm{H_2O}}

Solución: 6{,}95 atm

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