Problemas de práctica de equilibrio químico con respuestas
Parte 1: Introducción al equilibrio químico y la cinética¿Qué tan rápido se convierten los reactivos en una reacción química en productos? En lugar de que los reactivos se conviertan en productos, ¿la reacción procede alguna vez en la dirección opuesta, convirtiendo los productos en reactivos? En esta guía nos centraremos en el equilibrio químico y la cinética. El equilibrio y la cinética rigen la velocidad y la dirección de muchos procesos biológicos. Como resultado, muchos de los temas presentados aquí van de la mano con otros temas del MCAT. Por ejemplo, probablemente notará que nuestra discusión sobre la teoría de los estados de transición va de la mano con nuestro artículo de bioquímica sobre las enzimas. A lo largo de esta guía, habrá varios términos importantes resaltados en negrita. Estos términos también aparecerán juntos al final de la guía. También hemos incluido varias preguntas de práctica al estilo de la AAMC, para que puedas poner a prueba y aplicar tus conocimientos. Comencemos.
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Cómo resolver problemas de equilibrio en química
En una reacción química, el equilibrio químico es el estado en el que tanto los reactivos como los productos están presentes en concentraciones que no tienen ninguna tendencia a cambiar con el tiempo, de modo que no hay ningún cambio observable en las propiedades del sistema[1] Este estado resulta cuando la reacción hacia delante procede a la misma velocidad que la reacción hacia atrás. Las velocidades de reacción de las reacciones hacia delante y hacia atrás generalmente no son cero, pero son iguales. Por tanto, no hay cambios netos en las concentraciones de los reactivos y los productos. Este estado se conoce como equilibrio dinámico[2][3].
El concepto de equilibrio químico se desarrolló en 1803, después de que Berthollet descubriera que algunas reacciones químicas son reversibles[4] Para que cualquier mezcla de reacción exista en equilibrio, las velocidades de las reacciones hacia delante y hacia atrás (inversas) deben ser iguales. En la siguiente ecuación química, las flechas apuntan en ambos sentidos para indicar el equilibrio[5] A y B son especies químicas reaccionantes, S y T son especies de productos, y α, β, σ y τ son los coeficientes estequiométricos de los respectivos reactivos y productos:
Equilibrio químico numérico clase 11
Hay dos tipos fundamentales de problemas de equilibrio: (1) aquellos en los que se nos dan las concentraciones de los reactivos y los productos en el equilibrio (o, más a menudo, información que nos permite calcular estas concentraciones), y se nos pide que calculemos la constante de equilibrio para la reacción; y (2) aquellos en los que se nos da la constante de equilibrio y las concentraciones iniciales de los reactivos, y se nos pide que calculemos la concentración de una o más sustancias en el equilibrio. En esta sección describimos métodos para resolver ambos tipos de problemas.
En el ejercicio del ejemplo 6 de la sección 15.2 vimos que la constante de equilibrio para la descomposición de CaCO3(s) en CaO(s) y CO2(g) es K = [CO2]. A 800°C, la concentración de CO2 en equilibrio con el CaCO3 y el CaO sólidos es de 2.5 × 10-3 M. Por lo tanto, K a 800°C es 2.5 × 10-3. (Recuerde que las constantes de equilibrio no tienen unidades).
Un ejemplo más complejo de este tipo de problema es la conversión del n-butano, un aditivo utilizado para aumentar la volatilidad de la gasolina, en isobutano (2-metilpropano). Esta reacción puede escribirse como sigue:
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Estos son ejercicios de tarea para acompañar el Textmap creado para “Chemistry: The Central Science” de Brown et al. Se pueden encontrar bancos de preguntas de Química General complementarios para otros Textmaps y se puede acceder a ellos aquí. Además de estas preguntas disponibles públicamente, el acceso al banco de problemas privados para su uso en exámenes y tareas está disponible sólo para el profesorado de forma individual; por favor, contacte con Delmar Larsen para obtener una cuenta con permiso de acceso.
1. Cuando se describe una reacción como “habiendo alcanzado el equilibrio”, esto significa que la velocidad de reacción directa es ahora igual a la velocidad de reacción inversa. En cuanto a las cantidades o concentraciones de los reactivos y los productos, no hay ningún cambio debido a que la velocidad de reacción hacia adelante es igual a la velocidad de reacción hacia atrás.
2. No es correcto decir que la reacción se ha “detenido” cuando ha alcanzado el equilibrio porque no se trata necesariamente de un proceso estático en el que se pueda suponer que las velocidades de reacción se anulan mutuamente hasta ser iguales a cero o estar “detenidas”, sino de un proceso dinámico en el que los reactantes se convierten en productos a la misma velocidad en que los productos se convierten en reactantes. Por ejemplo, una gaseosa tiene dióxido de carbono disuelto en el líquido y dióxido de carbono entre el líquido y la tapa que se intercambian constantemente. El sistema está en equilibrio y la reacción que tiene lugar es \(CO_{2}\,(g)+2\,H_{2}O\,(l)\rightleftharpoons H_{2}CO_3\,(aq)\).
