Question

La constante de equilibrio (Kp) para la reacción de carbono sólido con
dióxido de carbono produciendo monóxido de carbono a 700 °C, tiene
un valor de 0,80:

A. Escriba la reacción que tiene lugar y las semirreacciones
correspondientes.

B. Calcule las presiones parciales del equilibrio si inicialmente se
tiene 2 mol de CO2, en un recipiente de 10 L y a una
temperatura de 800 °C, además de carbono sólido.

C. Calcule las presiones parciales del equilibrio si inicialmente se
tiene 2 moles de CO2, en las mismas condiciones que el apartado
anterior, pero en un recipiente cuyo volumen es la mitad.

D. Si se conoce que la reacción es endotérmica, ¿Hacia dónde se
desplazará el sistema si la temperatura aumenta hasta 1600 °C?

E. Suponiendo que se separa el monóxido de carbono formado en
la reacción anterior y se prepara una disolución añadiendo 1 L de
agua a dicho óxido; ¿cuál es la concentración final en unidades
de normalidad que se obtendría?

Answer 1

La reacción que tiene lugar al obtener una constante de equilibrio Kp de 0.80 de carbono sólido con dióxido de carbono, resultando en monóxido de carbono a 700°C es la siguiente:

C(s)  + CO₂(g) ⇒ 2CO(g)

Las semirreacciones:

C(s) ⇒ C + 2e-

O₂ ⇒ 2O

Con ayuda de la Ley de los Gases Ideales es posible calcular las presiones parciales del equilibrio:

P = $\frac{n*R*T}{V}$

Donde en el inciso B se tienen los siguientes valores:

V = 10 L / 1000 = 0.01 m³

T = 800 ºC + 273 = 1,073 K

R = 8.314 (KJ/ K mol K )

n = 2 mol / 1000 = 0.002 Kmol

P CO₂ = ( 0.002 Kmol * 8.314 (KJ/ K mol K ) * 1073 K ) / 0.01 m³

P CO₂ = 1,784.18 kPa

La presión del monóxido de carbono se calcula aplicando el factor Kp:

P CO = P CO₂ * Kp

P CO = 1,784.18 kPa * 0.80

P CO = 1,427.34 kPa

Ahora, en el inciso C se tienen los siguientes valores:

V = 5 L / 1000 = 0.005 m³

T = 800 ºC + 273 = 1,073 K

R = 8.314 (KJ/ K mol K )

n = 2 mol / 1000 = 0.002 Kmol

P CO₂ = ( 0.002 Kmol * 8.314 (KJ/ K mol K ) * 1073 K ) / 0.005 m³

P CO₂ = 3,568.36 kPa

La presión del monóxido de carbono se calcula aplicando el factor Kp:

P CO = P CO₂ * Kp

P CO = 3,568.36 kPa * 0.80

P CO = 2,854.69 kPa

Si la reacción es endotérmica, el sistema se desplazará hacia la derecha, hacia el producto CO, si la temperatura aumenta, pues con ello se incrementa también la constante de equilibrio según el Principio de Le Chatelier.

Si se separa el monóxido de carbono formado en la reacción y se le añade 1 L de agua, la concentración final en unidades de normalidad sería:

N = $\frac{n}{V}$

La masa molar del CO = 28 g/mol

V = 1 L

N = $\frac{28 mol}{1 L}$

N = 28 n.