PAU Química 2024 · Setembre · Sèrie 3 · Exercici 4

4. El tetraòxid de dinitrogen (N2O4) és un oxidant molt tòxic i corrosiu. Es fa servir com a propeŀlent de coets i també és un poderós reactiu utilitzat en síntesis químiques. Forma part, juntament amb altres òxids de nitrogen, de la poŀlució de les grans ciutats a causa de la combustió en els motors d’explo- sió. El tetraòxid de dinitrogen es transforma en diòxid de nitrogen (NO2) a 373 K segons la reacció següent: N2O4(g) ⇄ 2 NO2(g) a) Un matràs de 2,0 L a 373 K conté una mescla en equilibri formada per 0,20 mol de N2O4 i 0,29 mol de NO2. Calculeu la constant d’equilibri en concentracions (Kc) i la constant d’equilibri en pressions (Kp) a aquesta temperatura. [1,25 punts] b) El N2O4 és un gas incolor i el NO2 és un gas marró i més tòxic. A l’estiu, en ciutats contaminades, i especialment si no hi ha vent, l’ambient té un color més marronós que a l’hivern. En aquests casos, quin compost de nitrogen és el que predomina a l’aire a l’estiu? Com afecta a l’equilibri un augment de la temperatura? Justifiqueu les respostes. Raoneu si la reacció de dissociació del N2O4 és endotèrmica o exotèrmica i expliqueu si els canvis de pressió afecten l’equilibri i, en cas que l’afectin, expliqueu com. Considereu que la temperatura es manté constant. [1,25 punts] Dades: Constant universal dels gasos ideals: R = 0,082 atm L K–1 mol–1.

Càlcul de la Kc Càlcul de les concentracions en l’equilibri (M) de cada compost (V = 2,0 L): Concentració de N2O4 = 0,20 mol / 2,0 L = 0,1 M Concentració de NO2 = 0,29 mol / 2,0 L = 0,145 M [0,20 p.] N2O4(g) ⇆ 2 NO2(g) Concentració inici – – Concentració equilibri 0,1 M 0,145 M La constant d’equilibri (Kc) a 373 K és: [𝑁𝑂]2 (0,145 𝑀)2 0,021 𝐾= = = = 0,210 [0,50 p.] 𝑐 [𝑁2 𝑂4] (0,1 𝑀) 0,1 Càlcul Kp - Relació entre Kc i Kp 𝐾𝑝= 𝐾𝑐 (𝑅𝑇)∆𝑛 [0,20 p.] R: constant universal dels gasos ideals; T: temperatura en K Δn: increment del nombre de mols de gasos en passar de reactius a productes - Càlcul Kp (pressions en atmosferes) 𝑎𝑡𝑚·𝐿 Δn = Σ n productes – Σ n reactius = 2 – 1 = 1 RT = 0,082 𝑥 (373) 𝐾·𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑡𝑚·𝐿 ∆𝑛 𝑥 373 𝐾) = 6,43 𝐾𝑝= 𝐾 𝑐(𝑅𝑇) = 0,210 (0,082 𝐾·𝑚𝑜𝑙  Kp = 6,43 [0,35 p.] N2O4(g) ⇆ 2 NO2(g) incolor marró Quin compost de nitrogen predomina a l’estiu? Si a l’estiu l’ambient té un color més marronós que a l’hivern, vol dir que hi ha més proporció de diòxid de nitrogen (NO2) a l’estiu a les c […]