Ejercicio resuelto de Equilibrio químico · Química · 2026

PREGUNTA 3. REACCIONES QUÍMICAS / QUÍMICA ORGÁNICA (2,5 puntos)

Responda uno de estos dos apartados 3.1. o 3.2:

3.1. En un reactor de 30 L se introducen 160 g de ${\text{CO}}_2$ y cierta cantidad que se desconoce de ${\text{H}}_2\text{S}$. Cuando se alcanza la temperatura de 500 °C, se establece el siguiente equilibrio, siendo en ese instante la presión total del sistema de 12 atm y formándose 120 g de COS: ${\text{CO}}_{2(g)}+{\text{H}}_2{\text{S}}_{(g)}\rightleftarrows {\text{COS}}_{(g)}+{\text{H}}_2{\text{O}}_{(g)}$.

3.1.1. Calcule los gramos de ${\text{H}}_2\text{S}$ que se introdujeron al inicio. (1 punto)

3.1.2. Determine el valor de $K_c$ y de $K_p$. (1 punto)

3.1.3. Razone la veracidad de la siguiente afirmación: “La adición de un catalizador en el equilibrio anterior favorecerá el incremento de la cantidad de COS gaseoso formado” (0,5 puntos)

3.2. Responda los tres subapartados siguientes:

3.2.1. La velocidad de la reacción en fase gas $A+B\to C$ es $\mathrm{0,052}\mathrm{M}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}$ cuando la concentración inicial de $[A{]}_{\text{ini}}=\mathrm{0,48}\mathrm{M}$. Sabiendo que la reacción es de orden 1 respecto al reactivo A y de orden cero respecto al reactivo B, calcule el valor de la constante de velocidad e indique cómo se modificaría la velocidad de reacción si duplicamos el volumen del recipiente. (1 punto)

3.2.2. Dadas las siguientes parejas de compuestos, escriba las fórmulas semidesarrolladas para cada compuesto e indique el tipo de isomería que presentan entre sí las especies de cada pareja: (1 punto)

a) butanal y 2-metilpropanal

b) 1-etoxipropano y pentan-1-ol

3.2.3. Complete la reacción propuesta formulando y nombrando el producto obtenido A, e indique de qué tipo es la reacción: (0,5 puntos)

$({\text{CH}}_3{)}_2\text{C}={\text{CH}}_2+{\text{Cl}}_2⟶A$

${\mathbf{\text{3.1.1.}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{gramos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{H}}}_2\mathbf{\text{S}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{introdujeron}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{inicio.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La clave está en la estequiometría de la reacción:

$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}(\mathrm{g})\rightleftharpoons \mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{S}(\mathrm{g})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})$

Hay dos moles de gas a cada lado, así que $\mathrm{\Delta }n=0$: el número total de moles gaseosos $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{cambia}}$ al avanzar la reacción. El total en el equilibrio es entonces el mismo que había al principio, y se puede obtener de la presión con la ecuación de los gases ideales.

Con $T=500+273=773$ K:

$n_{\text{total}}={\displaystyle \frac{PV}{RT}}={\displaystyle \frac{12\cdot 30}{\mathrm{0,082}\cdot 773}}={\displaystyle \frac{360}{\mathrm{63,39}}}=\mathrm{5,679}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Los moles iniciales de dióxido de carbono, con $M(\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2)=\mathrm{44,0}$ g/mol:

$n_0(\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2)={\displaystyle \frac{160}{\mathrm{44,0}}}=\mathrm{3,636}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Como al inicio solo había $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$, el resto del total es el sulfuro de hidrógeno:

$n_0({\mathrm{H}}_2\mathrm{S})=\mathrm{5,679}-\mathrm{3,636}=\mathrm{2,043}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Y con $M({\mathrm{H}}_2\mathrm{S})=\mathrm{34,1}$ g/mol:

$m({\mathrm{H}}_2\mathrm{S})=\mathrm{2,043}\cdot \mathrm{34,1}=\mathrm{69,7}\mathrm{g}$

Se introdujeron unos 69,7 g de sulfuro de hidrógeno.



El avance de la reacción lo da el COS formado, con $M(\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{S})=\mathrm{60,1}$ g/mol:

$x=n(\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{S})={\displaystyle \frac{120}{\mathrm{60,1}}}=\mathrm{1,997}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Por cada mol de COS se forma uno de agua y desaparece uno de cada reactivo:

$$	$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$	${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$	$\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{S}$	${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ Inicial (mol)	3,636	2,043	0	0 Cambio (mol)	−1,997	−1,997	+1,997	+1,997 Equilibrio (mol)	1,639	0,046	1,997	1,997

Como el número de moles de gas no varía, el volumen se simplifica en la expresión de $K_c$ y se puede trabajar directamente con los moles:

$K_c={\displaystyle \frac{[\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{S}][{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}]}{[\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2][{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}]}}={\displaystyle \frac{n(\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{S})n({\mathrm{H}}_2\mathrm{O})}{n(\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2)n({\mathrm{H}}_2\mathrm{S})}}$

$K_c={\displaystyle \frac{\mathrm{1,997}\cdot \mathrm{1,997}}{\mathrm{1,639}\cdot \mathrm{0,046}}}={\displaystyle \frac{\mathrm{3,988}}{\mathrm{0,0754}}}=\mathrm{52,9}$

Aquí hay que ser cuidadoso con los decimales: los moles de ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ que quedan salen de restar dos números parecidos (2,043 y 1,997), de modo que redondear antes de tiempo altera el resultado por completo.

Para la constante en presiones se usa la relación entre ambas:

$K_p=K_c(RT{)}^{\mathrm{\Delta }n}\text{con}\mathrm{\Delta }n=(1+1)-(1+1)=0$

$K_p=K_c\cdot (RT{)}^0=K_c=\mathrm{52,9}$

Ambas constantes coinciden, y además son adimensionales, precisamente porque la reacción transcurre sin variación del número de moles gaseosos.

$\mathbf{\text{3.1.3.}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{veracidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{afirmaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n:}}\mathbf{\text{“La}}\mathbf{\text{adici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{catalizador}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{equilibrio}}\mathbf{\text{anterior}}\mathbf{\text{favorecer}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{incremento}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{cantidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{COS}}\mathbf{\text{gaseoso}}\mathbf{\text{formado”.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La afirmación es $\mathbf{\text{falsa}}$.

Un catalizador actúa proporcionando un mecanismo alternativo de menor energía de activación, con lo que aumenta la velocidad de la reacción. Pero rebaja $\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{igual}}$ la barrera del proceso directo y la del inverso, de modo que multiplica las dos velocidades por el mismo factor.

En consecuencia, el cociente entre las constantes cinéticas directa e inversa —que es justamente $K_c$— no cambia, y tampoco lo hace la composición del equilibrio:

$K_c={\displaystyle \frac{k_{\text{directa}}}{k_{\text{inversa}}}}$

Un catalizador solo puede afectar al valor de $K_c$ si cambia la temperatura, cosa que no hace. Lo único que consigue es que el equilibrio se alcance antes, con la misma cantidad de COS que se habría obtenido sin él.



Con los órdenes que da el enunciado, la ley de velocidad es:

$v=k[A{]}^1[B{]}^0=k[A]$

El reactivo B no aparece: su concentración no influye en la velocidad. Despejando la constante:

$k={\displaystyle \frac{v}{[A]}}={\displaystyle \frac{\mathrm{0,052}}{\mathrm{0,48}}}=\mathrm{0,108}{\mathrm{s}}^{-1}$

Las unidades son las que corresponden a una reacción de orden total 1, y salen de exigir que $k[A]$ tenga unidades de velocidad.

Al duplicar el volumen del recipiente sin cambiar la cantidad de sustancia, todas las concentraciones se reducen a la mitad:

$[A{]}^{\mathrm{\prime }}={\displaystyle \frac{[A]}{2}}={\displaystyle \frac{\mathrm{0,48}}{2}}=\mathrm{0,24}\mathrm{M}$

La constante de velocidad no depende del volumen, solo de la temperatura, así que:

$v^{\mathrm{\prime }}=k[A{]}^{\mathrm{\prime }}=\mathrm{0,108}\cdot \mathrm{0,24}=\mathrm{0,026}\mathrm{M}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}$

La velocidad se reduce $\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mitad}}$. Al ser de orden uno, el factor de la velocidad es el mismo que el de la concentración; si la reacción fuera de orden dos respecto de A, se reduciría a la cuarta parte.

$\mathbf{\text{3.2.2.}}\mathbf{\text{Dadas}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{parejas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{compuestos,}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmulas}}\mathbf{\text{semidesarrolladas}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{presentan}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{pareja.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{butanal}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{2-metilpropanal}}$

$\text{butanal:}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

$\text{2-metilpropanal:}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3)-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$

Los dos responden a la fórmula molecular ${\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_8\mathrm{O}$ y los dos son aldehídos, con el mismo grupo funcional $-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}$ en un extremo. Lo único que cambia es el esqueleto carbonado: lineal en el primero y ramificado en el segundo. Se trata, por tanto, de $\mathbf{\text{isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cadena}}$ (o de esqueleto), una isomería estructural.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{1-etoxipropano}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{pentan-1-ol}}$

$\text{1-etoxipropano:}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{O}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

$\text{pentan-1-ol:}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$

Ambos tienen fórmula molecular ${\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_{12}\mathrm{O}$, pero uno es un éter y el otro un alcohol: el grupo funcional es distinto. Es $\mathbf{\text{isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$.

Es la diferencia de grupo funcional la que explica que sus propiedades sean muy distintas: el pentan-1-ol forma enlaces de hidrógeno y hierve muy por encima del éter, que no puede formarlos consigo mismo.

$\mathbf{\text{3.2.3.}}\mathbf{\text{Complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{propuesta}}\mathbf{\text{formulando}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{nombrando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{producto}}\mathbf{\text{obtenido}}\mathbf{\text{A,}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El reactivo es un alqueno, el 2-metilpropeno, y el cloro molecular ataca al doble enlace. Cada átomo de cloro se une a uno de los carbonos que lo formaban, que pasan a ser carbonos saturados:

$(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3{)}_2\mathrm{C}=\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2+\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2\to (\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3{)}_2\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}\mathrm{l}$

El producto A es el $\mathbf{\text{1,2-dicloro-2-metilpropano}}$.

Se trata de una reacción de $\mathbf{\text{adici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$ electrófila, concretamente una halogenación. No hay que preguntarse aquí por la regla de Markovnikov, porque los dos átomos que se adicionan son iguales y solo puede salir un producto.