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Química General · Chemical equilibrium

Tablas ICE y principio de Le Châtelier

Una lección resuelta gratis y 40 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.

¿Atascado con tablas ICE y principio de Le Châtelier? Escanea el problema.

Toma una foto de la reacción de tu tarea o de tu libro y dibuja su mecanismo con cada flecha revisada. 1 escaneo gratis ya, sin registrarte; 1 más con una cuenta gratuita.

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Lo que aprenderás

  • Build an ICE table with changes in the ratio of the coefficients and use it to find K from equilibrium data.
  • Find equilibrium concentrations from initial amounts and K, using the small-x approximation with a 5 % check or the exact quadratic.
  • Predict how an equilibrium responds to added or removed species, volume and pressure changes, inert gases, temperature and catalysts.
  • Calculate the new equilibrium composition after a disturbance by comparing Q with K and solving a second ICE table.

Lección gratis

El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.

Leer la lección gratis (6 partes)

Cómo montar una tabla ICE

Una tabla ICE tiene tres filas debajo de la ecuación ajustada: cantidades iniciales, el cambio necesario para alcanzar el equilibrio y las cantidades en el equilibrio (inicial + cambio). Usa mol/L para Kc y atm para Kp, nunca moles sin más, salvo que haya los mismos moles de gas en ambos lados. La fila de cambio siempre sigue a los coeficientes: para N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ es −x, −3x, +2x. Cuando se mide una cantidad en el equilibrio, esta fija x y todas las demás entradas. Ejemplo: N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) parte de [N₂O₄] = 0,0500 M sin NO₂, y en el equilibrio [NO₂] = 0,0400 M. Entonces 2x = 0,0400, x = 0,0200, [N₂O₄] = 0,0500 − 0,0200 = 0,0300 M y Kc = (0,0400)²/0,0300 = 0,0533. K tiene el mismo valor sea cual sea la mezcla inicial, siempre que la temperatura sea fija. Los sólidos y líquidos puros se omiten en K, así que para NH₄HS(s) ⇌ NH₃(g) + H₂S(g), Kp = P(NH₃)·P(H₂S).

Despejar x: aproximación de x pequeña o ecuación cuadrática

Con K y las cantidades iniciales conocidas, escribe K en función de x y resuelve. Si K es pequeña comparada con la concentración inicial, x es pequeña y puedes sustituir (c − x) por c. Comprueba siempre: la aproximación se acepta cuando x es menor que el 5 % de c. Ejemplo: COCl₂(g) ⇌ CO(g) + Cl₂(g), Kc = 2,2 × 10⁻¹⁰ a 100 °C, [COCl₂]₀ = 0,100 M. x²/0,100 = 2,2 × 10⁻¹⁰ da x = √(2,2 × 10⁻¹¹) = 4,7 × 10⁻⁶ M, muy por debajo del 5 % de 0,100 M. Para PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g) con Kc = 0,0400 y [PCl₅]₀ = 0,200 M, el atajo da x = √0,00800 = 0,0894 M, el 45 % de 0,200 M, así que falla. Resuelve en su lugar x² + 0,0400x − 0,00800 = 0: x = [−0,0400 + √(0,00160 + 0,0320)]/2 = 0,0717 M. Conserva solo la raíz que no dé concentraciones negativas. Cuando ambos lados son cuadrados perfectos (cantidades iniciales iguales con A + B ⇌ 2 C), toma primero la raíz cuadrada.

Le Châtelier: concentración, volumen, presión y gases inertes

Un equilibrio perturbado reacciona en la dirección que revierte en parte el cambio; Q te dice hacia dónde. Añadir un reactivo o eliminar un producto hace que Q < K, así que la reacción neta avanza hacia adelante; añadir un producto hace que Q > K. Los sólidos y líquidos puros no aparecen en Q, así que añadir más de ellos no cambia nada. Reducir a la mitad el volumen de una mezcla gaseosa duplica todas las presiones parciales y desplaza el equilibrio hacia el lado con menos moles de gas; si ambos lados tienen el mismo número de moles de gas, Q no cambia y no hay desplazamiento. Un gas inerte añadido a volumen constante deja inalterada cada presión parcial, así que no hay desplazamiento; añadido a presión total constante expande la mezcla, y el equilibrio se desplaza hacia el lado con más moles de gas (de nuevo, no hay desplazamiento si ambos lados tienen el mismo número). Diluir un equilibrio en disolución lo desplaza hacia el lado con más partículas disueltas: para Fe³⁺ + SCN⁻ ⇌ FeSCN²⁺, duplicar el volumen hace que Q = 2K, así que parte del FeSCN²⁺ rojo se disocia. El desplazamiento solo compensa en parte el cambio: después de añadir O₂ a 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃, la [O₂] en el nuevo equilibrio sigue siendo mayor que antes.

Temperatura y catalizadores

La temperatura es el único cambio que altera K. Trata el calor como un producto en una reacción exotérmica y como un reactivo en una endotérmica. Para 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ (ΔH° = −198 kJ), calentar disminuye K y desplaza la mezcla hacia SO₂ y O₂. El equilibrio del cobalto(II) [Co(H₂O)₆]²⁺ (rosa) + 4 Cl⁻ ⇌ [CoCl₄]²⁻ (azul) + 6 H₂O se vuelve azul al calentarlo, así que su reacción directa es endotérmica. Un catalizador disminuye la energía de activación de las reacciones directa e inversa en la misma cantidad. Acelera ambas, así que se alcanza el equilibrio antes, pero K y la composición de equilibrio no cambian.

Restablecimiento del equilibrio tras una perturbación

Para hallar el nuevo equilibrio, empieza una segunda tabla ICE desde la mezcla justo después del cambio, usa Q para elegir la dirección y resuelve con la misma K (o con la nueva K si cambió la temperatura). Ejemplo: butano ⇌ isobutano, Kc = 2,50, está en equilibrio con [butano] = 0,100 M y [isobutano] = 0,250 M. Se añade isobutano hasta elevarlo a 0,400 M. Ahora Q = 0,400/0,100 = 4,00 > K, así que la reacción va hacia atrás en una cantidad x: (0,400 − x)/(0,100 + x) = 2,50, 0,400 − x = 0,250 + 2,50x, x = 0,0429 M. El nuevo equilibrio tiene [isobutano] = 0,357 M y [butano] = 0,143 M; la relación vuelve a ser 2,50. En un equilibrio heterogéneo como CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g), Kp = P(CO₂), así que tras un cambio de volumen a temperatura constante la presión de CO₂ vuelve al mismo valor mientras reacciona parte del sólido, siempre que ambos sólidos sigan presentes.

Lo que conviene recordar

Escribe la ecuación ajustada, completa la tabla ICE con cambios en la proporción de los coeficientes y usa concentraciones o presiones parciales en K. Prueba la aproximación de x pequeña solo cuando K sea pequeña comparada con las concentraciones iniciales, y comprueba que x esté por debajo del 5 %; si no, resuelve la ecuación cuadrática y conserva la raíz física. Ante una perturbación, compara Q con K: el sistema se desplaza para llevar Q de nuevo a K y solo compensa en parte el cambio. Solo la temperatura cambia K, y un catalizador cambia la rapidez con que se alcanza el equilibrio, no dónde se encuentra.

Problemas de práctica (40)

Practicar es gratis con una cuenta.

Predice el producto 7

Principio de Le Châtelier

  • Adición de argón a presión constantePredice el efecto de añadir un gas inerte a presión total constante sobre un equilibrio con distinto número de moles de gas.
  • Compresión de una reacción con igual número de moles de gasPredice el efecto de la compresión sobre un equilibrio con el mismo número de moles de gas en ambos lados.
  • Calentar un equilibrio exotérmicoPredice cómo el calentamiento modifica K y la composición de un equilibrio exotérmico en fase gaseosa.
  • Adición de CO₂ sobre caliza calientePredice la presión final del gas cuando se perturba un equilibrio heterogéneo con un solo gas.
  • Después de agregar oxígenoPredice cómo se compara cada concentración en el nuevo equilibrio con la original después de agregar uno de los reactivos.
  • Adición de tiocianato al equilibrio del hierro(III)Predecir el desplazamiento y el cambio de color cuando se añade un ion reactivo a un equilibrio en disolución acuosa.
  • Dilución del equilibrio de tiocianato de hierro(III)Predecir el desplazamiento que provoca diluir un equilibrio en disolución a partir del cambio en Q.

Clasificar 4

Le Châtelier's principle

  • Which equilibrium favours products when compressed?Classify equilibria by the direction a volume decrease shifts them, counting only gaseous species.

K a partir de datos de equilibrio

  • La fila de cambio para la síntesis de amoníacoEscribe la fila de cambio de una tabla ICE en la proporción de los coeficientes de la ecuación balanceada.

Principio de Le Châtelier

  • ¿Qué cambio altera K?Clasificar las perturbaciones según si modifican el valor de la constante de equilibrio.

Resolución de tablas ICE

  • ¿Cuándo se puede despreciar x?Clasificar las condiciones iniciales según si la aproximación de x pequeña pasará la comprobación del 5 %.

Comparar 1

  • Ordenar según la fracción disociadaCompara cómo depende la fracción de un reactivo que se disocia de su concentración inicial a K constante.

Calcular 19

K a partir de datos de equilibrio

  • Kp a partir de una presión total sobre un sólidoCalcula Kp para un sólido que se descompone en dos gases a partir de la presión total de equilibrio.
  • K para la síntesis de metanol a partir de una mediciónUsa una concentración de equilibrio medida y las razones de coeficientes de una tabla ICE para calcular Kc.
  • Kc de la formación de trióxido de azufreCalcula Kc a partir de concentraciones de equilibrio medidas, elevando cada una al exponente de su coeficiente.
  • Kp con carbono sólido presenteCalcula Kp de un equilibrio heterogéneo gas–sólido a partir de presiones parciales, dejando fuera el sólido.
  • K a partir del porcentaje de disociaciónConvierte un porcentaje de disociación en concentraciones de equilibrio para una reacción con coeficientes distintos y calcula Kc.
  • Kp a partir de un aumento de la presión totalUsa el aumento de la presión total de un gas que se disocia para plantear una tabla ICE en presiones parciales y calcular Kp.

Restablecimiento del equilibrio tras una perturbación

  • Adición de butano a un equilibrio de isomerizaciónCalcula la nueva concentración de equilibrio después de añadir un reactivo a un equilibrio uno a uno.
  • Más etanol en un equilibrio de esterificaciónCalcula la nueva cantidad de éster en el equilibrio después de agregar alcohol en exceso a un equilibrio de esterificación.
  • Compresión de CO₂ sobre calizaCalcula cuánto gas se consume cuando se comprime un equilibrio heterogéneo con un solo gas y su presión vuelve a Kp.
  • Cloro agregado al equilibrio del PCl₅Resuelve una segunda tabla ICE después de agregar un producto para hallar la nueva concentración de equilibrio del otro producto.
  • Duplicar el volumen del equilibrio del PCl₅Calcula las nuevas concentraciones de equilibrio después de que un aumento de volumen desplaza un equilibrio gaseoso hacia el lado con más moles de gas.
  • Q justo después de inyectar oxígenoCalcula el cociente de reacción inmediatamente después de una perturbación y úsalo para decidir la dirección del restablecimiento del equilibrio.

Resolución de tablas ICE

  • Isomerización del but-2-enoResuelve un equilibrio de isomerización uno a uno para la concentración del producto con una ecuación ICE lineal.
  • Una K pequeña con una raíz cúbica por resolverUsa la aproximación de x pequeña cuando la expresión de equilibrio da una ecuación cúbica en x, y comprueba el resultado.
  • Óxido nítrico a partir del aire a alta temperaturaAplica la aproximación de x pequeña a una reacción con dos reactivos y un producto duplicado, y luego compruébala.
  • Monóxido de carbono a partir del fosgenoUsa la aproximación de x pequeña para una K muy pequeña a fin de hallar una concentración de equilibrio en trazas, en µmol/L.
  • Cuando falla el atajo: cloruro de sulfuriloResolver exactamente un equilibrio de disociación con la fórmula cuadrática cuando K es demasiado grande para la aproximación de x pequeña.
  • Disociación con un producto ya presenteResolver exactamente una tabla ICE cuando uno de los productos está presente desde el inicio.
  • Elección de la raíz físicaResolver una tabla ICE con dos reactivos mediante la fórmula cuadrática y descartar la raíz que da una concentración negativa.

Encuentra el error 2

Resolución de tablas ICE

  • Encuentra el error en una tabla ICE del yodoDiagnostica una solución con x pequeña cuyo resultado no pasa la comprobación del 5 %.

K a partir de datos de equilibrio

  • Encuentra el error en un cálculo de KcDiagnostica un cálculo de Kc que usa moles en lugar de concentraciones cuando cambia el número de moles de gas.

Interpreta la evidencia 3

Principio de Le Châtelier

  • Deducir ΔH a partir de un cambio de colorInterpreta un cambio de color reversible con la temperatura para deducir el signo de ΔH en un equilibrio de iones complejos.

Restablecimiento del equilibrio tras una perturbación

  • Lee la perturbación a partir de un gráfico de concentraciónInterpreta un registro de concentración–tiempo para identificar la perturbación aplicada a un equilibrio gaseoso.

K a partir de datos de equilibrio

  • ¿Qué permanece igual en todos los matraces?Interpreta datos de equilibrio de varias mezclas iniciales para identificar la cantidad que permanece constante a una temperatura dada.

Trabaja hacia atrás 1

  • Volver a la concentración inicialCalcula hacia atrás, a partir de K y de una concentración en el equilibrio, la concentración inicial de un reactivo.

Planea una síntesis 1

  • Aumentar el rendimiento de acetato de etiloElige un cambio que aumente la conversión en el equilibrio de un reactivo limitante aplicando el principio de Le Châtelier.

Explica por qué 2

Principio de Le Châtelier

  • Por qué un catalizador no altera el equilibrioExplica por qué un catalizador cambia la velocidad con que se alcanza el equilibrio, pero no la composición de equilibrio.
  • Qué sucede después de inyectar H₂Explica la respuesta a un reactivo agregado como una secuencia ordenada que enlaza concentración, Q, reacción neta y el equilibrio restablecido.

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