Química de 2º: problemas de equilibrio químico (Kc, Kp y α)

El equilibrio químico es uno de los temas con más peso de la Química de 2º de Bachillerato y en la PAU de Química se examina casi siempre con un problema: se introducen unas cantidades en un recipiente, se alcanza el equilibrio y hay que calcular la constante, las concentraciones finales, el grado de disociación o las presiones parciales. Este material complementa el estudio cualitativo del principio de Le Châtelier con el cálculo, que es donde más puntos se pierden en el examen.

El cuestionario tiene doce preguntas. Usarás el cociente de reacción para decidir si un sistema está en equilibrio y hacia dónde evoluciona. Resolverás problemas con la tabla de cantidades iniciales, que reaccionan y en equilibrio: los moles de HI que se forman a partir de hidrógeno y yodo, el grado de disociación del PCl₅ (resolviendo la ecuación de segundo grado, porque la aproximación habitual no sirve cuando la disociación es grande), los moles de CO₂ formados con exceso de vapor de agua y los moles que quedan de un reactivo según la estequiometría. Calcularás $K_p$ a partir del grado de disociación y la presión total, pasarás de $K_c$ a $K_p$ y al revés (también en un equilibrio heterogéneo, donde los sólidos no cuentan) y obtendrás las constantes de la reacción inversa y de la reacción multiplicada por un coeficiente. Dos problemas aplican el principio de Le Châtelier de forma cuantitativa: qué ocurre al añadir un reactivo y cómo aumenta la disociación del N₂O₄ al reducir la presión.

Las tarjetas de memoria recogen la relación entre $K_p$ y $K_c$, el significado del cociente de reacción, las constantes de la reacción inversa y multiplicada, el grado de disociación, la presión parcial, las unidades de $K_c$, el valor de $R$ y la condición de equilibrio.

El trabajo escrito propone ocho tareas para resolver a mano: problemas completos con tabla de equilibrio (descomposición del SO₃, disociación del PCl₅ con la presión total, disociación del HI), la deducción de la relación entre $K_p$ y $K_c$, la expresión de $K_p$ en función del grado de disociación, el uso del cociente de reacción, el efecto de la temperatura sobre la constante y la explicación de por qué los sólidos y los líquidos puros no aparecen en la constante.

Los datos (cantidades, volumen, temperatura, $R=\mathrm{0,082}$ atm·L/(mol·K)) se dan en cada enunciado, con coma decimal y fórmulas químicas en notación estándar. Es un material para entrenar después de estudiar la teoría del equilibrio.

• Plantear la tabla de cantidades iniciales, que reaccionan y en equilibrio, y calcular Kc y concentraciones de equilibrio.
• Calcular el grado de disociación, resolviendo la ecuación de segundo grado cuando sea necesario.
• Calcular presiones parciales y Kp, y relacionar Kp con Kc mediante (RT)^Δn, también en equilibrios heterogéneos.
• Usar el cociente de reacción para predecir el sentido de evolución de un sistema.
• Aplicar el principio de Le Châtelier de forma cuantitativa a cambios de concentración y de presión.

Material de práctica elaborado por Zestly a partir de los saberes básicos del bloque B.3 (Equilibrio químico: ley de acción de masas, relación entre Kc y Kp, cociente de reacción y principio de Le Châtelier) de Química de 2º de Bachillerato, Real Decreto 243/2022.