Examen escrito sobre equilibrio químico con énfasis en Le Chatelier

Nombre del estudiante: _________________________

Fecha: _________________________

Asignatura: Química

Puntaje total: 40 puntos

I. Selección múltiple (6 ítems, 4 opciones cada uno) — 12 puntos (2 puntos c/u)

1. Cuando en un sistema en equilibrio se aumenta la concentración de un reactivo, el principio de Le Chatelier indica que:
   • a) El equilibrio se desplazará hacia los productos para compensar el cambio.
   • b) El equilibrio se desplazará hacia los reactivos para compensar el cambio.
   • c) El equilibrio no se altera porque es estable.
   • d) La presión del sistema disminuye.
2. En la reacción N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) + calor, si aumentamos la presión ¿qué sucede según Le Chatelier?
   • a) El equilibrio se desplaza hacia la formación de amoníaco (NH₃).
   • b) El equilibrio se desplaza hacia los reactivos (N₂ y H₂).
   • c) No hay cambio en el equilibrio.
   • d) Se produce un aumento en el volumen del sistema.
3. Si en una reacción exotérmica en equilibrio se eleva la temperatura, el equilibrio se desplazará:
   • a) Hacia los productos.
   • b) Hacia los reactivos.
   • c) No cambia.
   • d) No puede determinarse.
4. La constante de equilibrio Kc para la reacción 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) a una temperatura dada es 4.0. Si en un experimento se encuentran concentraciones que producen Qc = 1.5, el sistema está:
   • a) En equilibrio.
   • b) Desplazándose hacia los productos.
   • c) Desplazándose hacia los reactivos.
   • d) No se puede saber sin más datos.
5. ¿Cuál será el efecto de añadir un catalizador en un sistema en equilibrio químico?
   • a) Desplazar el equilibrio hacia los productos.
   • b) Desplazar el equilibrio hacia los reactivos.
   • c) Acelerar el tiempo para alcanzar el equilibrio sin cambiar su posición.
   • d) Aumentar la constante de equilibrio Kc.
6. En la reacción H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g), si se duplica la concentración de H₂, el cociente de reacción Qc:
   • a) Aumentará inicialmente.
   • b) Disminuirá inicialmente.
   • c) Permanecerá igual.
   • d) Se igualará a Kc inmediatamente.

II. Verdadero/Falso con justificación (4 ítems) — 8 puntos (2 puntos c/u)

1. El principio de Le Chatelier solo se aplica a sistemas en fase líquida.
   Respuesta: _______ Justifique: ___________________________________________________________
2. Un aumento en la temperatura siempre favorece la reacción endotérmica.
   Respuesta: _______ Justifique: ___________________________________________________________
3. Si el valor de la constante de equilibrio Kc es mucho mayor que 1, el sistema favorece la formación de productos.
   Respuesta: _______ Justifique: ___________________________________________________________
4. Un aumento en la presión siempre desplaza el equilibrio hacia el lado con mayor número de moles gaseosos.
   Respuesta: _______ Justifique: ___________________________________________________________

III. Preguntas de respuesta corta (3 preguntas) — 9 puntos (3 puntos c/u)

1. Explique con sus propias palabras qué indica el principio de Le Chatelier y cómo se aplica cuando se cambia la concentración en un sistema en equilibrio.
2. Determine la constante de equilibrio Kc para la reacción:
   CO(g) + 2H₂(g) ⇌ CH₃OH(g)
   Dados: [CO] = 0.5 M, [H₂] = 1.0 M, [CH₃OH] = 0.25 M al equilibrio.
3. En un equilibrio para la reacción N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g), se observa que al aumentar la temperatura, la concentración de NH₃ disminuye. ¿Qué tipo de reacción (endotérmica o exotérmica) es? Justifique.

IV. Pregunta de desarrollo / ensayo (1 pregunta) — 11 puntos

Un sistema químico en equilibrio está representado por la reacción:

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) + calor

Las concentraciones iniciales y de equilibrio son:

1. Calcule la constante de equilibrio Kc para esta reacción a la temperatura dada.
2. Si se aumenta la presión del sistema, explique y justifique qué ocurrirá con el equilibrio según el principio de Le Chatelier.
3. Si la temperatura se aumenta, indique qué pasará con la concentración de SO₃ y explique por qué.

Clave de respuestas y criterios de calificación

Clave de respuestas

1. Selección múltiple
   1. a
   2. a
   3. b
   4. c
   5. c
   6. a
2. Verdadero/Falso con justificación
   1. Falso. Porque el principio de Le Chatelier se aplica a todos los sistemas en equilibrio, incluyendo gases y soluciones.
   2. Verdadero. Porque un aumento de temperatura favorece la reacción endotérmica para absorber el exceso de calor.
   3. Verdadero. Kc >> 1 indica que la formación de productos es favorecida en equilibrio.
   4. Falso. Un aumento de presión favorece el lado con menor número de moles gaseosos.
3. Respuesta corta
   1. El principio indica que si un sistema en equilibrio es perturbado en concentración, presión o temperatura, el equilibrio se desplazará en la dirección que contrarreste el cambio.
   2. Kc = [CH₃OH] / ([CO][H₂]²) = 0.25 / (0.5 × 1.0²) = 0.5
   3. Es exotérmica, porque al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza hacia los reactivos, disminuyendo NH₃.
4. Desarrollo/ensayo
   1. Kc = [SO₃]² / ([SO₂]² × [O₂]) = (0.30)² / ((0.50)² × 0.25) = 0.09 / (0.25 × 0.25) = 0.09 / 0.0625 = 1.44
   2. Aumentar la presión desplazará el equilibrio hacia los productos porque hay menos moles gaseosos (3 moles reactivos frente a 2 moles productos), según Le Chatelier.
   3. Al aumentar la temperatura (reacción exotérmica), el equilibrio se desplazará hacia los reactivos, disminuyendo la concentración de SO₃.

Criterios de calificación para preguntas abiertas

• Respuesta corta: 1 punto por concepto correcto y explicado; 0.5 puntos por concepto incompleto o parcialmente correcto.
• Desarrollo (cálculo): 3 puntos divididos en: planteamiento correcto de la fórmula (1p), sustitución correcta (1p), resultado correcto con unidades y redondeo adecuado (1p).
• Explicaciones cualitativas: 3 puntos divididos en: identificación correcta del efecto (1p), justificación con el principio de Le Chatelier (1p), uso correcto de conceptos de endotermicidad o exotermicidad según el caso (1p).