En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con AP
Llévatelo
- Diapositivas de la lección (en inglés) (PDF)
- Hoja de práctica (próximamente)
Pregunta esencial
¿Cómo podemos predecir qué hay en el matraz en el equilibrio?
Hasta ahora usamos las cantidades en el equilibrio para encontrar K. Esta lección va en sentido contrario: partimos de K y de las cantidades iniciales, y calculamos cómo queda la mezcla cuando se estabiliza.
El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección de abajo.
Dirección de la reacción
Calcula Q con las concentraciones iniciales y compárala con K.
| Comparación | Qué significa | Dirección |
|---|---|---|
| Q < K | hay muy pocos productos | directa (a la derecha) |
| Q > K | hay demasiados productos | inversa (a la izquierda) |
| Q = K | ya está en equilibrio | sin cambio neto |
Idea clave: Q siempre se mueve hacia K.
Tablas ICE
Una tabla ICE te ayuda a llevar las cuentas. I = inicial, C = cambio, E = equilibrio. Cada valor es una molaridad.
Ejemplo para A ⇌ 2B, con 1.00 M de A al inicio y nada de B:
| A | 2B | |
|---|---|---|
| I | 1.00 | 0 |
| C | −x | +2x |
| E | 1.00 − x | 2x |
- No hay B al inicio, así que Q = 0 y la reacción debe ir en dirección directa.
- B aumenta 2x porque su coeficiente es 2.
- La fila E es la fila I más la fila C.
La fila de cambio sigue los coeficientes
- La fila de cambio usa la misma razón molar que la estequiometría.
- En dirección directa: los reactivos llevan − y los productos llevan +.
- En dirección inversa: cambia todos los signos.
El atajo de la x pequeña
- Si K es muy pequeña (más o menos K < 10−3), la reacción avanza muy poco en dirección directa, así que x es diminuta.
- Restar un número diminuto casi no cambia el valor inicial: 0.50 − x ≈ 0.50.
- Siempre revisa: (x ÷ concentración inicial) × 100 debe ser menor que 5%.
- Los problemas de AP suelen estar armados para que este atajo, o un cuadrado perfecto, resuelva el problema.
Pasos para los problemas de equilibrio
- Escribe la expresión de K.
- Si empiezas con reactivos y productos, compara Q y K para encontrar la dirección.
- Llena la tabla ICE.
- Sustituye la fila E en la expresión de K.
- Resuelve para x y luego sustituye x de nuevo para encontrar cada concentración en el equilibrio.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Un cuadrado perfecto
Se colocan 0.200 mol de H2 y 0.200 mol de I2 en un matraz de 1.00 L. Para H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g), Kc = 49.0. Encuentra todas las concentraciones en el equilibrio.
Mostrar la solución
| H2 | I2 | 2HI | |
|---|---|---|---|
| I | 0.200 | 0.200 | 0 |
| C | −x | −x | +2x |
| E | 0.200 − x | 0.200 − x | 2x |
- Escribe la expresión: Kc = [HI]2 / [H2][I2] = 49.0
- Valores iniciales: 0.200 mol / 1.00 L = 0.200 M para H2 y para I2. No hay HI, así que la reacción va en dirección directa.
- Filas de cambio y de equilibrio: H2 y I2 bajan x cada uno, y HI sube 2x (mira la tabla).
- Sustituye: 49.0 = (2x)2 / (0.200 − x)2
- Saca la raíz cuadrada en ambos lados: 7.00 = 2x / (0.200 − x)
- Resuelve: 1.40 − 7.00x = 2x, así que 1.40 = 9.00x y x = 0.1556
- Sustituye x de nuevo: [H2] = [I2] = 0.200 − 0.1556 = 0.0444 M, y [HI] = 2(0.1556) = 0.311 M
- Respuesta: [H2] = [I2] = 0.044 M, [HI] = 0.311 M Revisión: (0.311)2 / (0.0444)2 ≈ 49. Funciona.
Ejemplo 2: Predicción de la dirección
Para N2O4(g) ⇌ 2NO2(g), Kc = 4.6 × 10−3. Un matraz contiene 0.200 M de N2O4 y 0.0500 M de NO2. ¿Hacia dónde se desplazará la reacción para llegar al equilibrio?
Mostrar la solución
- Escribe la expresión de Q: hay reactivo y producto, así que calcula Q. Qc = [NO2]2 / [N2O4]
- Sustituye: Qc = (0.0500)2 / (0.200) = 0.00250 / 0.200
- Calcula: Qc = 0.0125 = 1.25 × 10−2
- Compara: Q = 1.25 × 10−2 > K = 4.6 × 10−3
- Respuesta: Q > K, así que la reacción se desplaza en dirección inversa (a la izquierda). [NO2] disminuye y [N2O4] aumenta. Para bajar Q hasta K, el numerador debe disminuir y el denominador debe aumentar.
Ejemplo 3: Uso del atajo de la x pequeña
Para N2(g) + O2(g) ⇌ 2NO(g) a una temperatura alta, Kc = 1.0 × 10−5. Si empiezas con 0.80 M de N2 y 0.20 M de O2, encuentra [NO] en el equilibrio.
Mostrar la solución
| N2 | O2 | 2NO | |
|---|---|---|---|
| I | 0.80 | 0.20 | 0 |
| C | −x | −x | +2x |
| E | 0.80 − x | 0.20 − x | 2x |
- Escribe la expresión: Kc = [NO]2 / [N2][O2] = 1.0 × 10−5
- Llena la tabla: no hay NO al inicio, así que la reacción va en dirección directa (mira la tabla).
- Sustituye: 1.0 × 10−5 = (2x)2 / (0.80 − x)(0.20 − x). No es un cuadrado perfecto, pero K es diminuta.
- Usa el atajo: 0.80 − x ≈ 0.80 y 0.20 − x ≈ 0.20, así que 1.0 × 10−5 ≈ 4x2 / (0.80)(0.20)
- Despeja: 4x2 = (1.0 × 10−5)(0.16) = 1.6 × 10−6, así que x2 = 4.0 × 10−7
- Resuelve: x = √(4.0 × 10−7) = 6.3 × 10−4
- Revisa el atajo: (6.3 × 10−4 / 0.20) × 100 = 0.32%, muy por debajo de 5%.
- Respuesta: [NO] = 2x = 1.3 × 10−3 M No te detengas en x. La pregunta pide el NO, que es 2x.
Práctica
La hoja de práctica llegará pronto.
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Compara Q con K para encontrar la dirección.
- Usa una tabla ICE: inicial, cambio, equilibrio.
- La fila de cambio sigue los coeficientes.
- Después de resolver para x, sustitúyela de nuevo.
De vuelta a la pregunta esencial: predecimos la mezcla en el equilibrio con K, las cantidades iniciales y una tabla ICE. A continuación, el Tema 7.8, Representaciones del equilibrio, donde vemos el equilibrio en dibujos de partículas.
Alineación con AP
Esta lección cubre el Tema 7.7, Cálculo de concentraciones en el 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:
- 7.7.A: Identificar las concentraciones o las presiones parciales de las especies químicas en el equilibrio a partir de las condiciones iniciales y la constante de equilibrio.
Conocimiento esencial: 7.7.A.1, 7.7.A.2
Habilidad sugerida: 3.A Representación de datos y fenómenos. Representar fenómenos químicos con técnicas gráficas adecuadas, con la escala y las unidades correctas.