Ejercicio resuelto de Constante de equilibrio Kp · Química · 2026

En una planta química se genera monóxido de nitrógeno (NO) como subproducto no deseado. Para neutralizarlo, se utiliza un reactor de post-combustión, donde se hace reaccionar el NO con hidrógeno para obtener nitrógeno molecular. El proceso alcanza el equilibrio según la ecuación:

$2\,\text{NO}_{(g)} + 2\,\text{H}_{2(g)} \rightleftharpoons \text{N}_{2(g)} + 2\,\text{H}_2\text{O}_{(g)}$

Un equipo de inspección ambiental realiza una prueba de control en un reactor de 2 litros de capacidad. Se introducen inicialmente 0,4 moles de NO, 0,6 moles de $\text{H}_2$ y 0,2 moles de vapor de agua. Tras alcanzar el equilibrio a una determinada temperatura, se analiza la mezcla y se encuentra que quedan 0,24 moles de NO.

a) Calcule las concentraciones (en mol/L) de todas las especies presentes en el equilibrio. [1 punto]

b) Determine el valor de la constante de equilibrio. [0,75 puntos]

c) Si el objetivo de la planta es eliminar la mayor cantidad posible de NO, ¿qué recomendaría? ¿Trabajar a presiones altas o presiones bajas? Justifique la respuesta en base al principio de Le Chatelier. [0,75 puntos]

$\textbf{a) Calcule las concentraciones (en mol/L) de todas las especies presentes en el equilibrio. [1 punto]}$

Montamos la tabla de moles con el avance de la reacción. Los coeficientes indican que por cada 2 moles de NO que reaccionan se consumen 2 de $\text{H}_2$ y se forman 1 de $\text{N}_2$ y 2 de $\text{H}_2\text{O}$.

$\text{Moles}$	$\text{NO}$	$\text{H}_2$	$\text{N}_2$	$\text{H}_2\text{O}$ Iniciales	0,4	0,6	0	0,2 Cambio	$-2x$	$-2x$	$+x$	$+2x$ Equilibrio	$0{,}4-2x$	$0{,}6-2x$	$x$	$0{,}2+2x$

El dato del análisis es que quedan 0,24 moles de NO, y de ahí sale el avance.

$0{,}4-2x=0{,}24 \Rightarrow x=0{,}08\ \text{mol}$

$n(\text{H}_2)=0{,}44 \quad n(\text{N}_2)=0{,}08 \quad n(\text{H}_2\text{O})=0{,}36\ \text{mol}$

Dividiendo entre el volumen del reactor, 2 litros:

$[\text{NO}]=0{,}12 \quad [\text{H}_2]=0{,}22 \quad [\text{N}_2]=0{,}04 \quad [\text{H}_2\text{O}]=0{,}18\ \text{mol}\,\text{L}^{-1}$

$\textbf{b) Determine el valor de la constante de equilibrio. [0,75 puntos]}$

Escribimos la constante en función de las concentraciones, con cada una elevada a su coeficiente estequiométrico.

$K_c=\dfrac{[\text{N}_2]\,[\text{H}_2\text{O}]^2}{[\text{NO}]^2\,[\text{H}_2]^2}$

$K_c=\dfrac{0{,}04\cdot 0{,}18^2}{0{,}12^2\cdot 0{,}22^2}=\dfrac{1{,}296\cdot 10^{-3}}{6{,}970\cdot 10^{-4}}$

$K_c=1{,}86$

La constante de equilibrio vale 1,86 a esa temperatura. Es una constante adimensional cercana a la unidad, lo que indica que en el equilibrio conviven cantidades apreciables de reactivos y productos.

$\textbf{c) Si el objetivo de la planta es eliminar la mayor cantidad posible de NO, ¿qué recomendaría? ¿Trabajar a presiones altas o presiones bajas? Justifique la respuesta en base al principio de Le Chatelier. [0,75 puntos]}$

Contamos los moles de gas a cada lado de la ecuación, que es lo que decide el efecto de la presión.

$2+2=4\ \text{moles de gas}\quad\longrightarrow\quad 1+2=3\ \text{moles de gas}$

Según el principio de Le Chatelier, si se aumenta la presión el sistema evoluciona en el sentido en el que disminuye el número de moles gaseosos, para contrarrestar la perturbación. Aquí ese sentido es el de formación de productos.

Se recomienda trabajar a presiones altas: el equilibrio se desplaza hacia la derecha y se elimina más NO.