Principio de Le Chatelier: ejercicios resueltos

El principio de Le Chatelier es una herramienta fundamental en química para predecir cómo un sistema en equilibrio responde a cambios en las condiciones. Estos ejercicios están diseñados para ayudar a los estudiantes de 2º de Bachillerato a entender y aplicar este principio en situaciones prácticas, como cambios en concentración, presión, volumen y temperatura.

Ejercicios resueltos

Ejercicio 1

Enunciado: Considera el equilibrio: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g). ¿Qué ocurre si se aumenta la presión total del sistema?

Datos:

• Reacción: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Resolución paso a paso:

1. Según el principio de Le Chatelier, un aumento de presión desplazará el equilibrio hacia el lado con menos moles de gas.
2. En este caso, el lado derecho (productos) tiene 2 moles de NH₃, mientras que el lado izquierdo (reactivos) tiene 4 moles de gases (1 N₂ + 3 H₂).
3. Por lo tanto, el equilibrio se desplazará hacia la derecha, favoreciendo la formación de amoníaco.

Solución: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciendo la formación de NH₃.

Ejercicio 2

Enunciado: Para la reacción: 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g), ¿qué sucede si se aumenta la concentración de SO₂?

Datos:

• Reacción: 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)

Resolución paso a paso:

1. Un aumento en la concentración de un reactivo, según Le Chatelier, desplazará el equilibrio hacia los productos para contrarrestar el cambio.
2. Al aumentar SO₂, el sistema intentará consumir el exceso desplazándose hacia la derecha.

Solución: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciendo la formación de SO₃.

Ejercicio 3

Enunciado: En el equilibrio CO(g) + 2H₂(g) ⇌ CH₃OH(g), ¿qué efecto tiene aumentar la temperatura?

Datos:

• Reacción: CO(g) + 2H₂(g) ⇌ CH₃OH(g)
• Reacción exotérmica

Resolución paso a paso:

1. Las reacciones exotérmicas liberan calor, por lo que aumentar la temperatura desplazará el equilibrio hacia los reactivos.
2. El sistema intentará absorber el exceso de calor desplazándose hacia la izquierda.

Solución: El equilibrio se desplaza hacia la izquierda, favoreciendo la formación de CO y H₂.

Ejercicio 4

Enunciado: Considera el equilibrio: 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g). ¿Qué ocurre si se disminuye el volumen del recipiente?

Datos:

• Reacción: 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)

Resolución paso a paso:

1. Disminuir el volumen aumenta la presión, y el sistema se desplazará hacia el lado con menos moles de gas.
2. El lado derecho tiene 1 mol de N₂O₄, mientras que el lado izquierdo tiene 2 moles de NO₂.
3. Por lo tanto, el equilibrio se desplazará hacia la derecha.

Solución: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciendo la formación de N₂O₄.

Ejercicio 5

Enunciado: Para la reacción: H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g), ¿qué efecto tiene añadir un catalizador?

Datos:

• Reacción: H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)

Resolución paso a paso:

1. Un catalizador no afecta la posición del equilibrio, solo aumenta la velocidad a la que se alcanza.
2. Por lo tanto, no hay desplazamiento del equilibrio.

Solución: No hay desplazamiento del equilibrio.

Ejercicio 6

Enunciado: En el equilibrio: C(s) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + H₂(g), ¿qué ocurre si se retira CO del sistema?

Datos:

• Reacción: C(s) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + H₂(g)

Resolución paso a paso:

1. Retirar un producto desplazará el equilibrio hacia la derecha para producir más de ese producto.
2. El sistema intentará compensar la pérdida de CO.

Solución: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciendo la formación de CO y H₂.

Ejercicio 7

Enunciado: Para el equilibrio: 2H₂(g) + O₂(g) ⇌ 2H₂O(g), ¿qué sucede si se disminuye la presión?

Datos:

• Reacción: 2H₂(g) + O₂(g) ⇌ 2H₂O(g)

Resolución paso a paso:

1. Disminuir la presión favorece el lado con más moles de gas.
2. El lado izquierdo tiene 3 moles de gas, mientras que el lado derecho tiene 2 moles de H₂O.
3. Por lo tanto, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda.

Solución: El equilibrio se desplaza hacia la izquierda, favoreciendo la formación de H₂ y O₂.

Ejercicio 8

Enunciado: Considera el equilibrio: N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g). ¿Qué ocurre si se aumenta la temperatura?

Datos:

• Reacción: N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g)
• Reacción endotérmica

Resolución paso a paso:

1. Las reacciones endotérmicas absorben calor, por lo que aumentar la temperatura desplazará el equilibrio hacia los productos.
2. El sistema intentará absorber el calor desplazándose hacia la derecha.

Solución: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciendo la formación de NO.

Ejercicio 9

Enunciado: Para la reacción: 2CO(g) + O₂(g) ⇌ 2CO₂(g), ¿qué efecto tiene aumentar la concentración de O₂?

Datos:

• Reacción: 2CO(g) + O₂(g) ⇌ 2CO₂(g)

Resolución paso a paso:

1. Aumentar la concentración de un reactivo desplazará el equilibrio hacia los productos para consumir el exceso.
2. El sistema se desplazará hacia la derecha.

Solución: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciendo la formación de CO₂.

Ejercicio 10

Enunciado: En el equilibrio: H₂(g) + Cl₂(g) ⇌ 2HCl(g), ¿qué ocurre si se disminuye la temperatura?

Datos:

• Reacción: H₂(g) + Cl₂(g) ⇌ 2HCl(g)
• Reacción exotérmica

Resolución paso a paso:

1. Disminuir la temperatura en una reacción exotérmica desplazará el equilibrio hacia los productos.
2. El sistema intentará liberar más calor desplazándose hacia la derecha.

Solución: El equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciendo la formación de HCl.

Errores frecuentes

1. Confundir el efecto de un catalizador: Un catalizador no cambia la posición del equilibrio, solo la velocidad de la reacción.
2. No considerar el número de moles de gas: Al cambiar la presión o el volumen, es crucial contar los moles de gas en cada lado de la ecuación.
3. Olvidar la naturaleza endotérmica o exotérmica: La dirección del desplazamiento con cambios de temperatura depende de si la reacción es endotérmica o exotérmica.