Los equilibrios heterogéneos son un tema fascinante en el estudio de la química, especialmente en el contexto de reacciones que involucran tanto fases sólidas como gaseosas. Comprender estos principios es esencial para los estudiantes de química de bachillerato y universidad, ya que sientan las bases para conceptos más avanzados en la química física y la termodinámica. En este artículo, exploraremos ejercicios prácticos sobre equilibrios heterogéneos, proporcionando soluciones detalladas y consejos útiles para abordar este tipo de problemas.
Ejercicios de equilibrios heterogéneos con solución
Los ejercicios de equilibrios heterogéneos implican reacciones donde las sustancias están en diferentes estados de agregación, lo que produce un comportamiento particular en las constantes de equilibrio. A continuación, se presentan varios ejemplos resueltos que ilustran cómo calcular las cantidades de reactivos y productos, así como las constantes de equilibrio pertinentes.
Ejercicio resuelto: Equilibrio heterogéneo 01
Consideremos la siguiente reacción: se coloca una muestra de 7,2 g de NH4HS(s) en un recipiente de 4,0 L, cerrado al vacío y a 23 ºC. La muestra se descompone alcanzando el equilibrio:
NH4HS(s) ⇆ NH3(g) + H2S(g)
La presión total en el sistema es de 0,80 atm. Se plantean las siguientes preguntas:
- ¿Cuál es la cantidad en moles de cada especie en el equilibrio?
- ¿Cómo se obtiene Kc y Kp?
- ¿Qué porcentaje de sólido se descompuso?
Datos a considerar: R = 0,082 atm·L·mol–1·K–1. Masas atómicas: H = 1,0; N = 14,0; S = 32,0.
Ejercicio resuelto: PAU 2025
En este caso, se analiza el papel del monóxido de carbono como reductor en la obtención de metales. En un recipiente cerrado de 10 L, se coloca 4,4 g de dióxido de carbono en contacto con carbono sólido.
La reacción de equilibrio es:
C(s) + CO2(g) ⇆ 2CO(g)
Esto también puede interesarte...Matemáticas avanzadas aplicadas a la economíaSe sabe que Kc para este equilibrio a 850 ºC es de 0,153. Se requieren los siguientes cálculos:
- Determinar la masa de dióxido de carbono en equilibrio.
- Calcular la presión parcial del monóxido de carbono en equilibrio y la presión total.
Ejercicio resuelto: Equilibrio heterogéneo 02
En otro ejemplo, se introduce 14,5 g de yoduro de amonio (NH4I) en un matraz de 5 L, al ser calentado a 650 K, se descompone según:
NH4I(s) ⇄ NH3(g) + HI(g); Kc = 7,6·10–5
Los cálculos a realizar son:
- Determinar el valor de Kp a 650 K y la presión total en el matraz.
- Calcular los moles de NH4I que quedan.
Datos: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1. Masas atómicas: I = 127; N = 14; H = 1.
Equilibrios heterogéneos: ejercicios resueltos
El yoduro de amonio sólido (NH4I) también puede descomponerse en amoniaco gaseoso y yoduro de hidrógeno gaseoso. A 673 K, la constante de equilibrio KP es 0,215, y se introduce 15 g de NH4I en un matraz de 5 litros a esta temperatura.
Los pasos a seguir en este ejercicio son:
- Escribir la reacción ajustada con los estados de agregación.
- Calcular el valor de Kc.
- Determinar la presión total en el matraz al alcanzar el equilibrio.
- Calcular la masa de reactivo sin descomponer.
Ejercicio resuelto: equilibrio heterogéneo de examen de selectividad
Revisemos un ejercicio típico de examen de selectividad. En un matraz de 5 L se introducen 14,5 g de NH4I. Al ser calentado a 650 K, se descompone según:
NH4I(s) ⇄ NH3(g) + HI(g); Kc = 7,6·10-5
Los cálculos que se requieren son:
- Calcular Kp a 650 K y la presión total dentro del matraz.
- Determinar los moles de NH4I que quedan.
Datos: R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1. Masas atómicas: I = 127; N = 14; H = 1.
Es fundamental recordar que en estos ejercicios, uno de los compuestos que reaccionan es un sólido, por lo que no se debe incluir en la constante de equilibrio Kc y Kp. Este detalle es crucial para obtener resultados precisos en los cálculos.
Consejo práctico: Asegúrate de tener siempre en cuenta los estados de agregación de los compuestos involucrados. Esto influye directamente en cómo se plantean las ecuaciones de equilibrio y en la interpretación de los resultados.
Importancia de los equilibrios heterogéneos en la química
Los equilibrios heterogéneos son esenciales en múltiples contextos, desde procesos industriales hasta reacciones biológicas. Algunos ejemplos incluyen:
- Producción de metales: El uso de monóxido de carbono para extraer metales de sus minerales.
- Reacciones de combustión: Que involucran sólidos y gases, como en la formación de hollín.
- Reacciones en la atmósfera: Donde los aerosoles sólidos interactúan con gases.
Estos ejemplos destacan la relevancia de comprender los principios de los equilibrios heterogéneos, ya que permiten predecir el comportamiento de las reacciones en diferentes condiciones y optimizar procesos químicos en diversas industrias.
Conclusiones prácticas sobre los equilibrios heterogéneos
Al abordar problemas sobre equilibrios heterogéneos, es recomendable seguir estos pasos:
Esto también puede interesarte...Matemáticas avanzadas aplicadas a la economía- Definir claramente la reacción y los estados de agregación.
- Utilizar la constante de equilibrio adecuada (Kc o Kp) según corresponda.
- Realizar cálculos con atención a las unidades y conversiones necesarias.
- Verificar siempre los resultados a través de ejercicios similares o recursos en línea.
La práctica constante es clave para dominar el tema de equilibrios heterogéneos y aplicar estos conceptos en situaciones reales de laboratorio y la industria química.
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