Ejercicio resuelto de Principio de Chatelier · Química · 2024

Considerada una mezcla en equilibrio de tres gases de acuerdo con la siguiente ecuación química, $2\,\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{SO}_3(g)$ y teniendo en cuenta que $\Delta H < 0$, explique cómo afectará cada uno de los siguientes cambios a la composición de la mezcla:

i) Duplicamos el volumen del recipiente de reacción. [0,50 puntos]

ii) Añadimos un catalizador. [0,50 puntos]

iii) Aumentamos la temperatura. [0,50 puntos]

iv) Aumentamos la concentración de dióxido de azufre. [0,50 puntos]

$\textbf{i) Duplicamos el volumen del recipiente de reacción. [0,50 puntos]}$

Duplicar el volumen reduce a la mitad la presión total. El sistema responde, según el principio de Le Chatelier, desplazándose hacia el lado que ocupa $\textbf{más}$ moles de gas, que es el modo de recuperar parte de la presión perdida:

$2\,\mathrm{SO_2(g)} + \mathrm{O_2(g)} \rightleftharpoons 2\,\mathrm{SO_3(g)} \qquad 3\ \text{mol} \longleftrightarrow 2\ \text{mol}$

El equilibrio se desplaza hacia la izquierda: aumentan el dióxido de azufre y el oxígeno y disminuye el trióxido.

$\textbf{ii) Añadimos un catalizador. [0,50 puntos]}$

No cambia nada en la composición. El catalizador rebaja por igual la energía de activación de la reacción directa y de la inversa, de modo que acelera las dos en la misma proporción:

$K = \frac{k_{\text{directa}}}{k_{\text{inversa}}}$

La constante de equilibrio y las concentraciones finales son las mismas; lo único que se consigue es alcanzarlas en menos tiempo.

$\textbf{iii) Aumentamos la temperatura. [0,50 puntos]}$

Al calentar, el equilibrio se desplaza en el sentido en que se absorbe calor. Como la reacción directa es exotérmica ($\Delta H < 0$), ese sentido es el inverso: el equilibrio se desplaza $\textbf{hacia la izquierda}$.

Disminuye el trióxido de azufre y aumentan el dióxido y el oxígeno. Es el único de los cuatro cambios que modifica el valor de la constante, que aquí se hace menor.

$\textbf{iv) Aumentamos la concentración de dióxido de azufre. [0,50 puntos]}$

Al añadir uno de los reactivos, el cociente de reacción queda por debajo de la constante y el sistema evoluciona consumiéndolo, es decir, $\textbf{hacia la derecha}$.

Se formará más trióxido de azufre y se consumirá oxígeno. Es justamente lo que se hace en el proceso industrial de contacto para aumentar el rendimiento en $\mathrm{SO_3}$.