Problemas de práctica de equilibrio con respuestas
La mayoría de las reacciones químicas no llegan a completarse. A menudo, alcanzan un punto de equilibrio o estabilización. A veces las reacciones son reversibles, lo que significa que pueden ocurrir tanto en el sentido de avance como en el de retroceso. Un ejemplo de reacción reversible es la síntesis de amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno.
Equilibrio significa que los procesos opuestos están en equilibrio. Las reacciones reversibles se equilibran entre sí porque tienen lugar a igual velocidad. Esto se llama equilibrio químico. Ten en cuenta que el equilibrio es un estado de acción; el movimiento es constante. Esto nos lleva a la ley del equilibrio químico, que establece que a una temperatura determinada, un sistema químico puede alcanzar un estado en el que una determinada relación de concentraciones de reactivos y productos tiene un valor constante.
El equilibrio homogéneo se produce cuando todos los reactivos y productos se encuentran en la misma fase o estado de equilibrio. El equilibrio heterogéneo es cuando los reactivos y los productos están presentes en más de una fase o estado.
El principio de Le Chatelier se desarrolló como una forma de controlar el equilibrio para que las reacciones químicas fueran más productivas. El principio de Le Chatelier establece que si se aplica una tensión a un sistema (reacción), el sistema se desplaza en esa dirección. Un estrés es cualquier tipo de cambio en un sistema en equilibrio que lo altera. Factores de estrés que afectan al equilibrio químico: concentración, temperatura y volumen.
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ResumenEl propósito de este estudio es desarrollar una prueba de opción múltiple de dos niveles para detectar la comprensión conceptual de los estudiantes de décimo grado de secundaria relacionada con el equilibrio químico. En el desarrollo de la prueba se utilizaron los pasos descritos por Treagust (1988). La prueba se preparó con el propósito de detectar la comprensión conceptual de los estudiantes en temas como aproximación al equilibrio, estado de equilibrio, cambios en las condiciones de equilibrio, adición de gas inerte y catalizador. La prueba se administró a 102 estudiantes de décimo grado. El coeficiente de validez interna del alfa de Cronbach fue de 0,903. Los índices de dificultad oscilaron entre 0,20 y 0,93, y los de discriminación entre 0,19 y 0,89. Se analizó cada ítem para determinar la comprensión de los estudiantes e identificar concepciones alternativas sobre el concepto de equilibrio químico. Los resultados de la prueba sugirieron que los estudiantes no adquirieron una comprensión satisfactoria de los conceptos de equilibrio químico y se identificaron 25 concepciones alternativas comunes de los estudiantes a través del análisis de los ítems de la prueba.
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Explicación: Según el principio de Le Chatelier, cualquier cambio de concentración o presión en un sistema en equilibrio hará que el sistema se reajuste a un nuevo equilibrio. La adición de un reactivo hará que la reacción se desplace hacia la derecha, aumentando la concentración de equilibrio de los productos. Así, la adición de un reactivo A aumentaría la concentración de equilibrio del producto C.
La eliminación de la especie A o la adición de la especie E hará que la reacción se desplace hacia la izquierda, reduciendo la cantidad de la especie C. Como la reacción es exotérmica, el calor puede considerarse un producto. Por lo tanto, el aumento de la temperatura también desplazará la reacción hacia la izquierda.
Explicación: La adición de un gas inerte no desplazará el equilibrio hacia los productos, pero tampoco lo hará hacia los reactantes. No tiene ningún efecto porque la presión parcial de cada especie, , , y , seguirá siendo constante. Como las presiones parciales son constantes, sabemos por la ley de los gases ideales que la concentración de cada especie permanece constante. Por ejemplo, para ,
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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 \(CO_{2}\,(g)+2\,H_{2}O\,(l)\rightleftharpoons H_{2}CO_3\,(aq)\).
