(BLOQUE 2) 25. (ESTA PREGUNTA Y LAS DOS SIGUIENTES ESTÁN RELACIONADAS). Se sintetizan 184 g del gas N2O4 y se introducen en un recipiente cilíndrico tapado con un émbolo. Este gas ocupa inicialmente un volumen de 0,050 m3 a una temperatura de 50 oC. Con el tiempo, parte del N2O4 se va descomponiendo en NO2 según la reacción: N2O4 ⟶ 2 NO2, de modo que acaba llegándose a un equilibrio en el que coexisten los dos gases. ¿Qué presión ejerce el gas N2O4 antes de empezar a descomponerse? (Los pesos atómicos del N y el O son, respectivamente, 14 y 16. Considerar que los gases tienen comportamiento ideal).
(A). Aproximadamente 0,89 atm
(B). Aproximadamente 1,06 atm
(C). 2 atm
(D). Ninguna de las otras respuestas es correcta.
Solución: B. Como se puede considerar comportamiento ideal, se puede aplicar la ecuación de estado de los gases ideales (pV = nRT) al gas N2O4, que es el único que inicialmente ejerce presión en el recipiente. Su peso molecular es 92, lo que significa que 184 g equivalen a 2 moles. Sustituyendo los datos conocidos: p · 50 L = 2 · 0,082 atm L mol–1 K–1 · 323 K ⇒ p = 1,06 atm.
26. (ESTA PREGUNTA, LA ANTERIOR Y LA SIGUIENTE ESTÁN RELACIONADAS). Se deja que la reacción de disociación del N2O4 transcurra hasta llegar al equilibrio manteniéndose la misma temperatura y presión iniciales. Cuando se llega al equilibrio, se comprueba que un 41 % de las moléculas de N2O4 se han disociado en NO2. ¿Qué volumen ocupan ahora los gases, aproximadamente?
(A). 70,5 L
(B). 20,5 L
(C). 29,5 L
(D). El mismo que antes, pues p, T y el número total de moles no cambia, ya que el NO2 se genera a costa del N2O4.
Solución: A. La reacción es: N2O4 ⟶ 2 NO2. Como habíamos partido de 184 g = 2 moles de N2O4, al llegar al equilibrio se habrá disociado el 41 % de las moléculas de N2O4, es decir, 0,82 moles, quedando sin disociar 2 – 0,82 = 1,18 moles. Por la estequiometría de la reacción, los 0,82 moles de N2O4 disociados producirán el doble de moles de NO2 (1,64). Por consiguiente, al llegar al equilibrio se tendrán en total 1,18 + 1,64 = 2,82 moles en el recipiente. Si ambos gases se comportan idealmente, el volumen que ocupará la mezcla será: V = [2,82 mol · 0,082 atm L mol–1 K–1 · 323 K] / 1,06 atm ≅ 70,5 L.
27. (ESTA PREGUNTA Y LAS DOS ANTERIORES ESTÁN RELACIONADAS). ¿Cuál será la presión parcial de cada gas en el equilibrio?
(A). N2O4; 0,44 atm; NO2: 0,62 atm (aproximadamente).
(B). N2O4; 0,35 atm; NO2: 0,71 atm (aprox.).
(C). N2O4; 0,71 atm; NO2: 0,35 atm (aprox.).
(D). Ambos ejercerán la misma presión (1,06 atm).
Solución: A. Según se ha calculado antes, en el equilibrio habrá 1,18 moles de N2O4 y 1,64 moles de NO2, que sumarán 2,82 moles. Las fracciones molares, por lo tanto, serán, respectivamente: 1,18 / 2,82 = 0,418 y 1,64 / 2,82 = 0,582. Las presiones parciales se calculan multiplicando las fracciones molares por la presión total, 1,06 atm. El resultado de los correspondientes productos es: 0,44 y 0,62 atm.
