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Unidad 7: Equilibrio

Química AP · Unidad 7: Equilibrio

7.3 Cociente de reacción y constante de equilibrio

En esta lección

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Pregunta esencial

¿Cómo puede un solo número describir una mezcla de reacción?

Un matraz puede contener varias sustancias a la vez. Esta lección muestra cómo reducir todas esas concentraciones a un solo número que nos dice mucho sobre la reacción.

El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección de abajo.

El cociente de reacción, Q

Q = productos / reactivos

  • Cociente es la palabra de matemáticas para el resultado de una división, así que Q es una razón.
  • Q compara la cantidad de productos con la cantidad de reactivos.
  • Puedes calcular Q en cualquier momento: al inicio, a la mitad o en el equilibrio.
  • Casi puros productos significan una Q grande. Casi puros reactivos significan una Q pequeña.

Escritura de Qc

Para aA + bB ⇌ cC + dD, Qc es igual a [C] elevado a la c por [D] elevado a la d, dividido entre [A] elevado a la a por [B] elevado a la b.
  • Los corchetes [ ] significan concentración en molaridad (M). La c de Qc viene de concentración.
  • Los productos van arriba y los reactivos abajo.
  • Los coeficientes se convierten en exponentes.
  • Este patrón se llama ley de acción de masas.

Q contra K

Valor de Q contra tiempo. Q sube y se estabiliza en una línea roja punteada con la etiqueta K.
  • Q describe la mezcla en cualquier momento.
  • K, la constante de equilibrio, es el valor de Q en el equilibrio.
  • Mientras la reacción avanza, Q cambia y se acerca a K. En el equilibrio, Q = K.
  • Para una reacción dada, K es constante a una temperatura dada. Solo la temperatura cambia K.

Exclusión de sólidos y líquidos puros

  • Incluye solo las sustancias (g) y (aq).
  • Deja fuera las sustancias (s) y (l). La concentración de un sólido o un líquido puro no depende de cuánto tengas, así que nunca cambia.

CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g)    Kc = [CO2]

Ojo con el agua: como líquido (por ejemplo, el disolvente de una solución), déjala fuera. Como vapor de agua, H2O(g), inclúyela.

Kp para gases

Kp es igual a la presión parcial de C elevada a la c por la presión parcial de D elevada a la d, dividida entre la presión parcial de A elevada a la a por la presión parcial de B elevada a la b. Pie de imagen: revisa si la pregunta pide Kc o Kp.
  • Para los gases, puedes usar presiones parciales (casi siempre en atm) en lugar de concentraciones. Esta es Kp (o Qp antes del equilibrio).
  • Es el mismo patrón que Kc: productos arriba, coeficientes como exponentes y sin sólidos ni líquidos.
  • En el examen de AP no tendrás que convertir entre Kc y Kp, pero sí debes fijarte cuál usa la pregunta.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Escritura de Kc

Escribe la expresión de Kc para N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g).

Mostrar la solución
  1. Revisa los estados: las tres sustancias son gases, así que las tres van en la expresión.
  2. Productos sobre reactivos: Kc = [NH3] / [N2][H2]
  3. Agrega los exponentes: el NH3 tiene coeficiente 2, así que va al cuadrado. El H2 tiene coeficiente 3, así que va al cubo. El N2 tiene coeficiente 1, así que no lleva exponente.
  4. Respuesta: Kc = [NH3]2 / [N2][H2]3

Ejemplo 2: Sólidos en la ecuación

Escribe la expresión de Kc para 2NaHCO3(s) ⇌ Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g).

Mostrar la solución
  1. Revisa los estados: el NaHCO3(s) y el Na2CO3(s) son sólidos, así que déjalos fuera.
  2. Conserva los gases: el H2O(g) es vapor de agua, no líquido, así que se queda. El CO2(g) también se queda.
  3. Productos sobre reactivos: las dos sustancias que quedan son productos. No quedan reactivos, así que el denominador es 1.
  4. Respuesta: Kc = [H2O][CO2] El 2 que está frente al NaHCO3 no importa, porque ese sólido no aparece en la expresión.

Ejemplo 3: Escritura de Kp

Escribe la expresión de Kp para 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g).

Mostrar la solución
  1. Kp significa presiones parciales: usa P en lugar de corchetes.
  2. Productos sobre reactivos: Kp = PSO3 / (PSO2)(PO2)
  3. Agrega los exponentes: el SO3 y el SO2 tienen coeficiente 2, así que cada uno va al cuadrado. El O2 tiene coeficiente 1.
  4. Respuesta: Kp = (PSO3)2 / (PSO2)2(PO2)

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Práctica

La hoja de práctica llegará pronto.

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Diapositivas de la lección

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Ideas clave

  • Q compara los productos con los reactivos en cualquier momento.
  • En el equilibrio, Q = K.
  • Los coeficientes se convierten en exponentes.
  • Deja fuera los sólidos y los líquidos puros.

De vuelta a la pregunta esencial: Q toma todas las concentraciones y las combina en una sola razón, que nos dice qué tanto ha avanzado la reacción hacia los productos. A continuación, el Tema 7.4 Cálculo de la constante de equilibrio, donde sustituimos datos reales de laboratorio en estas expresiones.

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Alineación con AP

Esta lección cubre el Tema 7.3, Cociente de reacción y constante de equilibrio, de la Unidad 7 (Equilibrio) de la Descripción del curso y del examen (CED, por sus siglas en inglés) de AP Chemistry del College Board. Objetivo de aprendizaje:

  • 7.3.A: Representar el cociente de reacción Qc o Qp de una reacción reversible, y las expresiones de equilibrio correspondientes Kc = Qc o Kp = Qp.

Conocimiento esencial: 7.3.A.1, 7.3.A.2

Habilidad sugerida: 3.A Representación de datos y fenómenos. Representar fenómenos químicos con técnicas de graficación adecuadas, incluyendo la escala y las unidades correctas.

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