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]

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

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

$K_c = [\mathrm{NH_3}]\,[\mathrm{HBr}]$

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 $\mathrm{NH_4Br(s)}$ aumenta. Que el sólido no aparezca en la constante no significa que su cantidad no cambie: significa que su concentración no cambia.

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

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:

$Q_c = \frac{[\mathrm{NH_3}]}{2}\cdot\frac{[\mathrm{HBr}]}{2} = \frac{K_c}{4} < K_c$

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 $\mathrm{NH_3}$ y $\mathrm{HBr}$ vuelven a ser las de antes.

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

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:

$\mathrm{NH_4Br(s)} + \text{calor} \rightleftharpoons \mathrm{NH_3(g)} + \mathrm{HBr(g)}$

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

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