En esta colección de ejercicios resueltos, abordaremos la conversión entre las constantes de equilibrio Kp y Kc, fundamentales en el estudio de reacciones químicas en fase gaseosa. Estos ejercicios están diseñados para estudiantes de 2º de Bachillerato que buscan profundizar en el concepto de equilibrio químico y su aplicación en situaciones complejas.
Ejercicios resueltos
Ejercicio 1
Enunciado: Calcula Kp para la reacción de disociación del tetróxido de dinitrógeno (N2O4) en dióxido de nitrógeno (NO2) a 25°C, dado que Kc = 0,005 mol/L.
Datos:
- Reacción: N2O4(g) ⇌ 2NO2(g)
- Kc = 0,005 mol/L
- T = 25°C = 298 K
- R = 0,0821 atm·L/mol·K
Resolución paso a paso:
- Calculamos Δn: Δn = moles de productos - moles de reactivos = 2 - 1 = 1.
- Aplicamos la fórmula de conversión: Kp = Kc(RT)^Δn.
- Sustituimos los valores: Kp = 0,005 (0,0821 × 298)^1.
- Calculamos: Kp = 0,005 × 24,4758 = 0.122379.
Solución: Kp = 0,122 atm
Ejercicio 2
Enunciado: Para la síntesis de amoniaco, N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g), calcula Kc si Kp = 0,05 atm^(-2) a 400 K.
Datos:
- Kp = 0,05 atm^(-2)
- T = 400 K
- R = 0,0821 atm·L/mol·K
Resolución paso a paso:
- Calculamos Δn: Δn = 2 - (1 + 3) = -2.
- Aplicamos la fórmula de conversión: Kc = Kp / (RT)^Δn.
- Sustituimos los valores: Kc = 0,05 / (0,0821 × 400)^-2.
- Calculamos: Kc = 0,05 / (32,84)^-2 = 0,05 × 1078,0656 = 53.9033.
Solución: Kc = 53,9 mol^2/L^2
Ejercicio 3
Enunciado: La reacción de formación de trióxido de azufre, 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g), tiene un Kc de 0,13 mol/L a 500 K. Calcula Kp.
Datos:
- Kc = 0,13 mol/L
- T = 500 K
- R = 0,0821 atm·L/mol·K
Resolución paso a paso:
- Calculamos Δn: Δn = 2 - (2 + 1) = -1.
- Aplicamos la fórmula de conversión: Kp = Kc(RT)^Δn.
- Sustituimos los valores: Kp = 0,13 (0,0821 × 500)^-1.
- Calculamos: Kp = 0,13 / 41,05 = 0.003166.
Solución: Kp = 0,00317 atm
Ejercicio 4
Enunciado: Para la reacción de disociación del cloruro de hidrógeno, 2HCl(g) ⇌ H2(g) + Cl2(g), calcula Kc si Kp = 0,026 atm a 600 K.
Datos:
- Kp = 0,026 atm
- T = 600 K
- R = 0,0821 atm·L/mol·K
Resolución paso a paso:
- Calculamos Δn: Δn = (1 + 1) - 2 = 0.
- Aplicamos la fórmula de conversión: Kc = Kp / (RT)^Δn.
- Como Δn = 0, Kc = Kp.
Solución: Kc = 0,026 mol/L
Ejercicio 5
Enunciado: La reacción de formación de fosgeno, CO(g) + Cl2(g) ⇌ COCl2(g), tiene un Kc de 0,1 mol/L a 350 K. Calcula Kp.
Datos:
- Kc = 0,1 mol/L
- T = 350 K
- R = 0,0821 atm·L/mol·K
Resolución paso a paso:
- Calculamos Δn: Δn = 1 - (1 + 1) = -1.
- Aplicamos la fórmula de conversión: Kp = Kc(RT)^Δn.
- Sustituimos los valores: Kp = 0,1 (0,0821 × 350)^-1.
- Calculamos: Kp = 0,1 / 28,735 = 0.00348.
Solución: Kp = 0,00348 atm
Ejercicio 6
Enunciado: Para la reacción de descomposición del amoníaco, 2NH3(g) ⇌ N2(g) + 3H2(g), calcula Kp si Kc = 0,04 mol^2/L^2 a 700 K.
Datos:
- Kc = 0,04 mol^2/L^2
- T = 700 K
- R = 0,0821 atm·L/mol·K
Resolución paso a paso:
- Calculamos Δn: Δn = (1 + 3) - 2 = 2.
- Aplicamos la fórmula de conversión: Kp = Kc(RT)^Δn.
- Sustituimos los valores: Kp = 0,04 (0,0821 × 700)^2.
- Calculamos: Kp = 0,04 × 3312,49 = 132.4996.
Solución: Kp = 132,5 atm^2
Ejercicio 7
Enunciado: La reacción de formación de agua, 2H2(g) + O2(g) ⇌ 2H2O(g), tiene un Kc de 55,3 mol^2/L^2 a 500 K. Calcula Kp.
Datos:
- Kc = 55,3 mol^2/L^2
- T = 500 K
- R = 0,0821 atm·L/mol·K
Resolución paso a paso:
- Calculamos Δn: Δn = 2 - (2 + 1) = -1.
- Aplicamos la fórmula de conversión: Kp = Kc(RT)^Δn.
- Sustituimos los valores: Kp = 55,3 (0,0821 × 500)^-1.
- Calculamos: Kp = 55,3 / 41,05 = 1.347.
Solución: Kp = 1,35 atm
Ejercicio 8
Enunciado: Para la reacción de disociación del yoduro de hidrógeno, 2HI(g) ⇌ H2(g) + I2(g), calcula Kc si Kp = 0,02 atm a 450 K.
Datos:
- Kp = 0,02 atm
- T = 450 K
- R = 0,0821 atm·L/mol·K
Resolución paso a paso:
- Calculamos Δn: Δn = (1 + 1) - 2 = 0.
- Aplicamos la fórmula de conversión: Kc = Kp / (RT)^Δn.
- Como Δn = 0, Kc = Kp.
Solución: Kc = 0,02 mol/L
Errores frecuentes
- Confundir Δn: Asegúrate de calcular correctamente Δn como la diferencia entre los moles de gas de productos y reactivos.
- Unidades incorrectas: Verifica que las unidades de R y T sean consistentes con las de Kp y Kc.
- Errores de cálculo: Usa una calculadora para evitar errores aritméticos al elevar a potencias o multiplicar.