Ejercicio resuelto de Principio de Chatelier · Química · 2025

Seleccione, de forma razonada, aquella reacción o reacciones en las que se cumpla lo que se indica en cada apartado:

i) $\mathrm{H}_{2}\,(g) + \mathrm{Cl}_{2}\,(g) \rightleftharpoons 2\,\mathrm{HCl}\,(g)$, con $\Delta H^{o} < 0$

ii) $2\,\mathrm{NaHCO}_{3}\,(s) \rightleftharpoons \mathrm{Na}_{2}\mathrm{CO}_{3}\,(s) + \mathrm{CO}_{2}\,(g) + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\,(g)$, con $\Delta H^{o} > 0$

iii) $\mathrm{SO}_{2}\,(g) + \mathrm{CaO}\,(s) \rightleftharpoons \mathrm{CaSO}_{3}\,(s)$, con $\Delta H^{o} < 0$

iv) $\mathrm{C}\,(s) + \mathrm{O}_{2}\,(g) \rightleftharpoons \mathrm{CO}_{2}\,(g)$, con $\Delta H^{o} < 0$

v) $\mathrm{PCl}_{5}\,(g) \rightleftharpoons \mathrm{PCl}_{3}\,(g) + \mathrm{Cl}_{2}\,(g)$, con $\Delta H^{o} > 0$

a) La posición de equilibrio no se verá afectada al duplicar el volumen del recipiente. [0,4 puntos]

b) Se cumple que $K_{p} = K_{c}/(RT)$. [0,4 puntos]

c) El rendimiento será el mismo al añadir más cantidad de todos los reactivos. [0,4 puntos]

d) El rendimiento se reducirá al disminuir la temperatura. [0,4 puntos]

e) El rendimiento aumentará al añadir un catalizador. [0,4 puntos]

$\textbf{a) La posición de equilibrio no se verá afectada al duplicar el volumen del recipiente. [0,4 puntos]}$

Duplicar el volumen a temperatura constante equivale a disminuir la presión. Según el principio de Le Chatelier, el sistema responde desplazándose hacia el lado que tiene mayor número de moles gaseosos, para contrarrestar esa caída de presión.

Por tanto, el equilibrio no se moverá cuando el número de moles de gas sea el mismo a un lado y a otro, o cuando no haya gases en juego:

$\Delta n_{\text{gas}} = 0$

En la reacción i), $2 - (1 + 1) = 0$; en la iv), $1 - 1 = 0$, porque el carbono es sólido y no cuenta. Las reacciones que cumplen la condición son la $\textbf{i)}$ y la $\textbf{iv)}$.

$\textbf{b) Se cumple que Kp = Kc/(RT). [0,4 puntos]}$

La relación general entre ambas constantes es

$K_p = K_c\,(R\,T)^{\Delta n}$

y la expresión del enunciado equivale a tomar el exponente $\Delta n = -1$:

$K_p = K_c\,(R\,T)^{-1} = \frac{K_c}{R\,T}$

Hay que buscar, pues, la reacción en la que el número de moles gaseosos disminuya exactamente en uno. Es la $\textbf{iii)}$: hay 1 mol gaseoso entre los reactivos, el $\mathrm{SO_2}$, y ninguno entre los productos, ya que tanto el CaO como el $\mathrm{CaSO_3}$ son sólidos.

$\textbf{c) El rendimiento será el mismo al añadir más cantidad de todos los reactivos. [0,4 puntos]}$

Normalmente añadir reactivo desplaza el equilibrio hacia los productos y mejora el rendimiento. Para que no ocurra nada, los reactivos que se añaden no pueden figurar en la constante de equilibrio, y eso solo les pasa a los sólidos puros, cuya actividad es constante: por mucho que se añada, su concentración efectiva no cambia.

La única reacción en la que $\textbf{todos}$ los reactivos son sólidos es la $\textbf{ii)}$, con el $\mathrm{NaHCO_3}$ como único reactivo.

$\textbf{d) El rendimiento se reducirá al disminuir la temperatura. [0,4 puntos]}$

Al enfriar, el sistema se desplaza en el sentido en que libera calor, es decir, hacia el lado exotérmico. Para que el rendimiento empeore, ese desplazamiento tiene que ir hacia los reactivos, y eso sucede cuando la reacción directa es endotérmica:

$\Delta H^o > 0$

Las reacciones que cumplen esa condición son la $\textbf{ii)}$ y la $\textbf{v)}$.

$\textbf{e) El rendimiento aumentará al añadir un catalizador. [0,4 puntos]}$

$\textbf{Ninguna}$.

Un catalizador rebaja por igual la energía de activación de la reacción directa y de la inversa, de modo que acelera ambas en la misma medida. No aparece en la expresión de la constante de equilibrio ni la modifica: lo único que cambia es el tiempo que tarda el sistema en alcanzar el equilibrio, no cuál es ese equilibrio.