Ejercicio resuelto de Principio de Chatelier · Química · 2021

Dado el equilibrio ${\text{N}}_2{\text{F}}_4\text{(g)}\rightleftharpoons 2{\text{NF}}_2\text{(g)}$ con $\mathrm{\Delta }{H}^o=\mathrm{38,5}\text{ kJ}$, razone los cambios que se producirían si:

a) La mezcla de reacción se calienta. [0,5 puntos]

b) El gas ${\text{NF}}_2$ se elimina de la mezcla de reacción a temperatura y volumen constante. [0,5 puntos]

c) Se añade helio gaseoso a la mezcla de reacción a temperatura y volumen constante. [0,5 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{mezcla}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{calienta.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La entalpía es positiva, así que la reacción directa es endotérmica y el calor se puede escribir como un reactivo más:

${\mathrm{N}}_2{\mathrm{F}}_4(\mathrm{g})+\text{calor}\rightleftharpoons 2\mathrm{N}{\mathrm{F}}_2(\mathrm{g})$

Al calentar, el principio de Le Chatelier dice que el sistema se desplaza en el sentido en que absorbe ese calor, es decir, hacia la derecha: se disocia más ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{F}}_4$ y aumenta la cantidad de $\mathrm{N}{\mathrm{F}}_2$.

Es además el único de los tres cambios que modifica el valor de la constante, que se hace mayor.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{gas}}\mathbf{\text{NF₂}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{elimina}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mezcla}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{constante.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Al retirar un producto, el cociente de reacción se hace menor que la constante:

$Q_c=\frac{[\mathrm{N}{\mathrm{F}}_2{]}^2}{[{\mathrm{N}}_2{\mathrm{F}}_4]}<K_c$

El sistema reacciona hacia la derecha para reponerlo, de modo que se disocia más ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{F}}_4$. La constante no cambia; lo que cambia es la composición.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Se}}\mathbf{\text{a}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{ade}}\mathbf{\text{helio}}\mathbf{\text{gaseoso}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mezcla}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{volumen}}\mathbf{\text{constante.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Aquí no ocurre nada. El helio es un gas inerte y no participa en la reacción, así que lo único que hace es sumarse a la presión total.

A volumen constante, las concentraciones de ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{F}}_4$ y $\mathrm{N}{\mathrm{F}}_2$ no varían, ni tampoco sus presiones parciales:

$Q_c=K_c\text{ sigue cumpli}\acute{\text{e}}\text{ndose}$

El equilibrio no se desplaza. Conviene notar que si el gas inerte se añadiera a presión constante, obligando al recipiente a expandirse, sí habría desplazamiento, porque entonces las concentraciones bajarían.