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 $\Delta H^{o} = 38{,}5\ \text{kJ}$, 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]

$\textbf{a) La mezcla de reacción se calienta. [0,5 puntos]}$

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

$\mathrm{N_2F_4(g)} + \text{calor} \rightleftharpoons 2\,\mathrm{NF_2(g)}$

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 $\mathrm{N_2F_4}$ y aumenta la cantidad de $\mathrm{NF_2}$.

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

$\textbf{b) El gas NF₂ se elimina de la mezcla de reacción a temperatura y volumen constante. [0,5 puntos]}$

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

$Q_c = \frac{[\mathrm{NF_2}]^2}{[\mathrm{N_2F_4}]} < K_c$

El sistema reacciona hacia la derecha para reponerlo, de modo que se disocia más $\mathrm{N_2F_4}$. La constante no cambia; lo que cambia es la composición.

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

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 $\mathrm{N_2F_4}$ y $\mathrm{NF_2}$ no varían, ni tampoco sus presiones parciales:

$Q_c = K_c \text{ sigue cumpliéndose}$

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.