Ejercicio resuelto de Principio de Chatelier · Química · 2024

El bromuro de amonio es un sólido cristalino que se descompone en un proceso endotérmico según el siguiente equilibrio:

${\text{NH}}_4\text{Br(s)}\rightleftharpoons {\text{NH}}_3\text{(g)}+\text{HBr(g)}$

En un reactor en el que se ha alcanzado el equilibrio anterior:

a) Explique si la cantidad de ${\text{NH}}_4\text{Br(s)}$ aumenta, disminuye o no se modifica al introducir ${\text{NH}}_3\text{(g)}$ en el reactor. [0,5 puntos]

b) Justifique qué ocurre si duplicamos el volumen del reactor a temperatura constante. [0,5 puntos]

c) Razone si el valor de la constante de equilibrio a 400 °C será mayor, menor o igual que a 25 °C. [0,5 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{cantidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{NH₄Br(s)}}\mathbf{\text{aumenta,}}\mathbf{\text{disminuye}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{modifica}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{introducir}}\mathbf{\text{NH₃(g)}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{reactor.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El sólido no entra en la constante de equilibrio, que solo depende de los dos gases:

$K_c=[\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3][\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}]$

Al añadir amoníaco, el cociente de reacción se hace mayor que $K_c$ y el sistema reacciona en el sentido en que lo consume, es decir, hacia la izquierda.

La cantidad de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{B}\mathrm{r}(\mathrm{s})$ aumenta. Que el sólido no aparezca en la constante no significa que su cantidad no cambie: significa que su concentración no cambia.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ocurre}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{duplicamos}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{reactor}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{constante.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Al duplicar el volumen las dos concentraciones se reducen a la mitad de golpe, así que el cociente de reacción cae a la cuarta parte:

$Q_c=\frac{[\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3]}{2}\cdot \frac{[\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}]}{2}=\frac{K_c}{4}<K_c$

El sistema se desplaza hacia la derecha para recuperarlo, o sea, se descompone más sólido. Se puede decir igual contando moles de gas: a la izquierda no hay ninguno y a la derecha hay dos, y al expandir el sistema va hacia donde hay más gas.

Se descompone más bromuro de amonio, hasta que las concentraciones de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ y $\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}$ vuelven a ser las de antes.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{valor}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{constante}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{equilibrio}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{400}}\mathbf{\text{°C}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mayor,}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{igual}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{25}}\mathbf{\text{°C.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Este es el único de los tres cambios que toca la constante, porque la temperatura es la única variable de la que $K_c$ depende.

El proceso es endotérmico, así que el calor se puede escribir como un reactivo:

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{B}\mathrm{r}(\mathrm{s})+\text{calor}\rightleftharpoons \mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})+\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}(\mathrm{g})$

Al calentar, el equilibrio se desplaza hacia los productos, de modo que en el nuevo equilibrio hay más gases y la constante es mayor.

$K_c(400{}^{\circ }\mathrm{C})>K_c(25{}^{\circ }\mathrm{C})$