Otras carreras Problema Equilibrio Químico

[juan lopez]

5.-a)Determinar la composición en equilibrio ( en moles) para la reacción HCl(g) + NH3(g)\to NH4Cl(s)
Cuando en un recipiente de 10 L a 25⁰ C se mezclan HCl(g) Y NH3(g) con presiones parciales de 4.0 bar y 3.0 bar, respectivamente.
b)Determinar la presión final en el recipiente.

Datos:

ΔfGºHCl(g)=-95.30 kJ/mol;
ΔfGºNH3(g)=-16.45kJ/mol;
ΔfGºNH4Cl(g)=-202.87kJ/mol;

Solución:a)0.42;0;1.25 moles b)1.02 atm


Empecé a hacer este ejercicio y calculé la Kp a partir de la Energía Libre de Gibbs, y me da del
orden de 10^15, de lo cual supongo que el equilibrio está MUY desplazado hacía la derecha.

A partir de las presiones parciales iniciales, calculé los moles iniciales de HCL y NH3 que cumplen una relación de 3/4, pero ahi me quedé bloqueado, porque los datos que me dan no tienen lógica, por lo menos para mi.

Agradezco cualquier posible orientación.

Un saludo.

[oscarmuinhos]

Re: Problema Equilibrio Químico

Hola Juan
¿Que es lo que no tienen lógica? Los datos del problema o las soluciones que obtienes tú?

Empieza hallando la composición inicial en moles de cada especie (haciendo 1 bar = 1 atm): $n_0(HCl(g)) =1,637$ mol; $n_0(NH_3(g))=1,228 mol$; $n_0(NH_4CL(s)) =0$

Moles que reaccionan: x mol;

Moles de cada especie no equilibrio:$n_e(HCl(g)) =1,637-x$; $n_e(NH_3(g))=1,228-x$. Los moles de NH_4Cl(s) no hacen falta porque, al ser sólido, no contribuye a la presión y no interviene en la constante de equilibrio

Moles totales en el equilibrio: $n_T= 1,637-x +1,227 -x = 2,865-2x$

Presión parcial de cada componente en el equilibrio

$\dst P_{HCl}= \frac{1,637-x}{n_T}.P_T = \frac{1,637-x}{n_T}.n_T.\frac{RT}{V}= (1,637-x).\frac{RT}{V}$

$\dst P_{NH_3}= \frac{1,228-x}{n_T}.P_T = \frac{1,228-x}{n_T}.n_T.\frac{RT}{V}= (1,228-x).\frac{RT}{V}$

Llevas esto a la expresión de la constante de equilibrio $\dst K_p$ y resuelves la ecuación y entiendo que tiene que dar una solución lógica.

Saludos

[juan lopez]

Re: Problema Equilibrio Químico

Hola Oscar:
Lo mismo que tu hice yo salvo queno aproxime bar a atmosferas, y los moles iniciales me dan un poco mas grandes. Los problemas que me encuentro son:
- la constante de equilibrio me da del orden de 10^15 lo cual me da a entener que el equilibrio esta muy desplazado hacia la derecha.
-al resolver la ecuacion y obtener x ,esta da 1,25 mol ,que es una cantidad mayor que los moles iniciales de amoniaco,por lo que los moles finales de este dan negativo.
- la presion final con estos moles o con los de la respuesta da 3,96 atm, y no la solucion.
GRACIAS, y si tienes tiempo hechale un vistazo ,porque, no parece un problema complicado, pero, o me equivoque en los calculoso las soluciones no son correctas

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Un saludo

[oscarmuinhos]

Re: Problema Equilibrio Químico

Hola Oscar:
Lo mismo que tu hice yo salvo que no aproxime bar a atmosferas, y los moles iniciales me dan un poco mas grandes. Los problemas que me encuentro son:
- la constante de equilibrio me da del orden de $10^15$ lo cual me da a entener que el equilibrio esta muy desplazado hacia la derecha.
-al resolver la ecuacion y obtener x ,esta da 1,25 mol ,que es una cantidad mayor que los moles iniciales de amoniaco,por lo que los moles finales de este dan negativo.
- la presion final con estos moles o con los de la respuesta da 3,96 atm, y no la solución.
Un saludo

Hola Juan

Tiene que haber un error en el cálculo que haces.
Porque...
Efectivamente esa constante K_p también a mi me da del orden de $10^{15}$. ($K_p= 9,55.10^{15}$)
Con esta constante tan elevada que, como bien tú dices, implica que el equilibrio está muy desplazado hacia la derecha, se puede sin introducir error apreciable alguno suponer que, a efectos prácticos, el equilibrio está TOTALMENTE desplazado hacia la derecha con lo que solo tendríamos que tener en cuenta cual es el reactivo limitante que (dado que la reacción es mol a mol) tendrá que ser el reactivo en menor concentración.

Recalculando los moles iniciales de cada gas: (con 1 atm = 1,01325 bar): $n_0(HCl_{(g)})= 1,6155$ moles; [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] moles

Moles finales de cada gas: $n(HCl_{(g)})= 1,6155-1,2116=0,4039$ moles y [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] moles

Y, calculando ahora la presión con estos moles de gas, P = 0,987 atm

Si no se utiliza esta aproximación del equilibrio totalmente desplazado hacia la derecha, el resultado no puede ser nada diferente.
(Lo que habrá que tener cuidado es con el "desbordamiento" de la calculadora con esta cantidad tan grande que, al resolver la ecuación, se transforma en una cantidad del orden de $10^17$)

[arivasm]

Re: Problema Equilibrio Químico

Teniendo en cuenta que se trata de la reacción entre un ácido fuerte y una base también relativamente fuerte es perfectamente lógico que sea un ejemplo de proceso prácticamente irreversible.

[oscarmuinhos]

Re: Problema Equilibrio Químico

Hola Juan.
Lo que dice arisvam viene a decir que, efectivamente, debes estar haciendo algún cálculo mal al resolver la ecuación de ese equilibrio.
Saludos

[juan lopez]

Re: Problema Equilibrio Químico

Hola :
Resolviendo la ecuacion de la Kp obtienes una x =1,25mol y es una cantidad superior a los moles iniciales de amoniaco
Suponiendo un proceso irreversible obtienes unos moles de sal de 1,2116mol inferiores al resultado que son de 1,25 mol
Volvere a resolver la Kp suponiendo esta normal es decir ,dividiendo cada componente gas entre una baria , para ver si asi los resultados se ajustan mejor ,y ya os contare.
Un saludo y muchas gracias .

[arivasm]

Re: Problema Equilibrio Químico

La única forma de que tenga sentido como ejercicio de equilibrio es que la temperatura sea mucho más alta que 25ºC. Desde luego, como dije antes, a 25 ºC el ejercicio es un simple cálculo estequiométrico de un proceso irreversible: como la reacción es mol a mol y el producto es un sólido, el amoníaco se consume completamente y sólo queda como gas el exceso de HCl que será de 4 bar - 3 bar = 1 bar = 0,99 atm. Eso sí, si se usan atmósferas técnicas, la respuesta es 1,02 at

- - - Actualizado - - -

Si uno se empeña en usar la constante de equilibrio la salida sería del siguiente modo: como en este caso $\dst K_p=\frac{1}{p_{HCl}p_{NH_3}}$ se cumple que en el equilibrio $\dst p_{HCl}p_{NH_3}=\frac{1}{K_p}=Q$, donde he llamado $Q=\notcien{1,047}{-16}\ \rm{bar}^2$.

En el equilibrio las presiones parciales serán $p_{NH_3}=3-x=y$ y $p_{HCl}=4-x=1+y$. Por lo tanto, la ecuación a resolver es $y(1+y)=Q$, es decir, $y^2+y-Q=0$. Teniendo en cuenta que $Q$ es muy pequeño y que la presión residual de amoníaco debe ser $y>0$, tenemos que $\dst y = \frac{-1+ \sqrt{1+4Q}}{2}\approx Q$, donde se ha usado que si $z\to 0$ entonces $\sqrt{1+z}\approx 1+\frac{z}{2}$. En resumen, en el equilibrio, $p_{HN_3}=y=Q=\notcien{1,047}{-16}\ \rm{bar}$ y $p_{HCl}=1+y=1+Q\approx 1\ \rm{bar}$.

Conclusión, la presión resultante será 1 bar. Con lo que lo único que hemos hecho es matar una mosca de un cañonazo.

Me da la sensación de que la intención del ejercicio es "cuando tengas que hacer cálculos de equilibrio no te pongas orejeras y piensa: si la constante de equilibrio indica claramente que el equilibrio está desplazado, entonces recurre a tus conocimientos de primero de bachillerato"

[juan lopez]

Re: Problema Equilibrio Químico

Hola arivasm:
Estoy totalmente de acuerdo con que el problema es un proceso irreversible y que hay que resolverlo como una estequiometria con reactivo limitante. Calcular los moles de la mezcla final a partir de Kp ,es hacer un calculo farragoso, que me lleva a los mismos valores .

Gracias por la ayuda ti y a Oscar
PD.Mis años de 1º de bachiller (3ªde BUP) ya quedaron muy atrás (25 años mas o menos)