cuestiones y problemas de cinética química v1

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aCUESTIONES Y PROBLEMAS DE CINÉTICA

QUÍMICA - QUÍMICA 12ºVíctor M. Jiménez J. Dpto. 1 09/01/201

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Cuestiones

1. a) Define velocidad de una ecuación química; b) Señala, justificando la respuesta, cuál/es de las siguientes propuestas relativas a la velocidad de reacción son correctas. I) Puede expresarse en mol–1·s–1. II) Puede expresarse en mol·l–1·s–1. III) Cuando adiciona un catalizador, la velocidad se modifica. IV) Su valor numérico es constante durante todo el tiempo que dura la reacción. V) Su valor numérico depende de la temperatura a la que se realiza la reacción.

2. Contesta a las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es el concepto de velocidad de reacción? b) ¿En qué unidades se expresa? c) ¿Qué factores influyen en la velocidad de una reacción? d) ¿Por qué un catalizador aumenta la velocidad de una reacción?

3. Considera el proceso a A + b B ® productos. Indica cómo influye la presencia de un catalizador en : a) el calor de reacción; b) la energía de activación de la reacción; c) la cantidad de producto obtenida; d) la velocidad de la reacción.Escribe la ecuación de velocidad de las siguientes reacciones: a) NO(g) + O3(g) ® NO2(g) + O2(g) si sabemos que la reacción es de primer orden con respecto a cada reactivo; b) 2 CO(g) + O2(g) ® 2 CO2(g) si sabemos que es de primer orden con respecto al O2 y de segundo orden con respecto al CO.

4. Realiza el esquema de reacción para un mecanismo de dos pasos concatenados tal que el primer paso es exotérmico y rápido, y el segundo endotérmico y lento.

5. Realiza un esquema de una reacción en dos etapas: A ® B ® C, de las cuáles, la primera es rápida y endotérmica y la segunda lenta y exotérmica. Indica en el esquema las energías de activación y entalpías de cada proceso y dónde aparecen los intermedios de reacción y los estados de transición (=complejos activados).

6. Realiza el esquema de reacción correspondiente a una reacción exotérmica catalizada y no catalizada.

7. La energía de activación correspondiente a la reacción A + B ® C + D, es de 28.5 kJ/mol, mientras que para la reacción inversa el valor de dicha energía es de 37.3 kJ/mol.

a) ¿Qué reacción es más rápida, la directa o la inversa?b) La reacción directa, ¿es exotérmica o endotérmica? Calcula su entalpía.c) Dibuja un diagrama entálpico de ambos procesos.

8. La reacción de sustitución del cloro por un grupo ciano en el cloruro de metilo ocurre en un solo paso:

CH3Cl + CN- ® CH3CN + Cl-

Establece razonadamente la ecuación de velocidad de esta reacción y propón una estructura para el complejo activado de la misma. (5)

9. La deshidratación del tert-butanol sucede mediante un mecanismo en dos etapas:tBu-OH ® tBu+ + OH-

tBu+ ® tBu + H+





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Si los datos indican que la velocidad de reacción es independiente de la concentración de OH-, determina razonadamente la ecuación de velocidad y el paso lento del mecanismo anterior. Nota: el símbolo tBu corresponde al radical tert-butilo.

10. Se ha determinado experimentalmente la ecuación de velocidad para la reacción2 N2O5(g) ® 4 NO2(g) + O2(g)

y ha resultado ser v=k[N2O5]. ¿Cuál de los siguientes mecanismos es compatible con ella? A continuación, señale la etapa más lenta.

a) En dos pasos:N2O5(g) ® NO2(g) + NO3(g) N2O5(g) + NO3(g) ® 3 NO2(g) + O2(g)

b) En tres pasos:N2O5(g) + N2O5(g) ® 2 NO2(g) + 2 NO3(g)NO2(g) + NO3(g) ® NO(g) + O2(g) + NO2(g)NO(g) + NO3(g) ® 2 NO2(g)

Problemas

1. Determina gráficamente la constante de velocidad de la reacción de orden 2 a que corresponden los siguientes datos obtenidos a 350 ºC:

[A] (M) 0.15 0.098 0.077 0.051 0.036 0.024 0.016t (min) 0 25 45 90 150 250 400

Si el factor preexponencial es 7.56·1012 M-1·min-1, ¿cuánto vale la energía de activación?

2. Calcula la constante de velocidad de la reacción de primer orden a la que corresponden los siguientes datos:

t (min) 5 15 60 120 240[A] (M) 9.78·10-4 9.21·10-4 8.32·10-4 6.26·10-4 4.28·10-4

3. Averigua el orden de la reacción de descomposición del ciclobutano en etileno a 438 ºC a partir de los siguientes datos, y propón la ecuación de velocidad para el mismo:

[C4H8] (M) 0.001 0.005 0.015 0.055 0.070vinicial (M/s) 2.56·10-7 1.23·10-6 3.61·10-6 1.24·10-5 1.77·10-5

4. Se ha estudiado a 826 ºC la velocidad de la reacción2 NO + 2 H2 ® N2 + 2 H2O

Algunos datos son:

Prueba p(H2)0/kPa p(NO)0/kPa v0/kPa·s-1

1 53.3 40.0 0.1372 53.5 20.3 0.0333 38.5 53.3 0.2134 19.6 53.3 0.105





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Determina los órdenes de reacción y la constante de velocidad a esa temperatura.

5. A partir de los siguientes datos para la reacción entre A y B, hállese el orden de la reacción respecto a A y B y la constante de velocidad:

Prueba

[A]/M [B]/M v0/M·s-1

1 2.3·10-4 3.1·10-5 5.2·10-4

2 4.6·10-4 6.2·10-5 4.2·10-3

3 9.2·10-4 6.2·10-5 1.7·10-2

6. Para la siguiente reacción en presencia de OH- , a cierta temperatura, se tiene:

OH-

I-(aq) + ClO-(aq) ® IO-(aq) + Cl-(aq)

[ClO-]0 (mol·L-1) [OH-]0 (mol·L-1) [I-]0 (mol·L-1) v0 (mol·L-1·s-1)0.020 0.010 0.010 0.1220.010 0.010 0.020 0.1230.010 0.010 0.010 0.0610.010 0.020 0.010 0.031

Encuentra la ley de velocidad y el valor de la constante de velocidad.

7. Se ha medido la velocidad de cierta reacción química a 25 ºC, resultando los siguientes datos:

[A]0 (mol/L) [B]0 (mol/L) v0 (mol/L·s)#1 0.1 0.1 5.5·10-6

#2 0.2 0.1 2.2·10-5

#3 0.1 0.3 1.65·10-5

#4 0.1 0.6 3.3·10-5

¿Cuál es el orden de reacción? 8. Se ha medido la velocidad en la reacción A + 2 B ® C a 25 ºC, para lo que se han

diseñado cuatro experimentos, obteniéndose como resultado la siguiente tabla de valores:

Experimento

[A]0 mol·L-1 [B]0 mol·L-1 v0 mol·L-1·s-1

1 0.1 0.1 5.5·10-6

2 0.2 0.1 2.2·10-5

3 0.1 0.3 1.65·10-5

4 0.1 0.6 3.3·10-5

Determine: a) la ley de velocidad para la reacción, b) su constante de velocidad.





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9. La velocidad para una reacción entre dos sustancia A y B viene dada por:

Experimento [A0] (mol·L–1) [B0] (mol·L–1) v0 (mol·L–1·s–1)1 1.0 · 10–2 0.2 · 10–2 0.25 · 10–4

2 1.0 · 10–2 0.4 · 10–2 0.50 · 10–4

3 1.0 · 10–2 0.8 · 10–2 1.00 · 10–4

4 2.0 · 10–2 0.8 · 10–2 4.02 · 10–4

5 3.0 · 10–2 0.8 · 10–2 9.05 · 10–4

Determina los órdenes de reacción parciales y total, la constante de velocidad y la velocidad cuando [A0] = 0.04 M y [B0] = 0.05 M.

10. Los datos de la tabla siguiente pertenecen a la reacción: CO (g) + NO2 (g) ® CO2 (g) + NO (g) en donde vemos cómo varía la velocidad de la misma en función de la diferentes concentraciones iniciales de ambos reactivos.

Experimento

[CO]0 (M) [NO2]0 (M) v0 (mol/L·h)

1 3 · 10-4 0.4 · 10-4 2.28 · 10-8

2 3 · 10-4 0.8 · 10-4 4.56 · 10-8

3 3 · 10-4 0.2 · 10-4 1.14 · 10-8

4 6 · 10-4 0.4 · 10-4 4.56 · 10-8

5 1.8 · 10-3 0.4 · 10-4 13.68 · 10-8

Determina el orden de reacción, la constante de velocidad y la velocidad cuando [CO]0 = 0.01 M y [NO2]0 = 0.02 M.

11. La destrucción de la capa de ozono es debida entre otras a la siguiente reacción: NO + O3 ® NO2 + O2 . La velocidad que se ha obtenido en tres experimentos en los que se ha variado las concentraciones iniciales de los reactivos ha sido la siguiente:

Experimento

[NO]0 (M) [O3]0 (M) v0 (mol/l·s)

1 1.0 · 10-6 3.0 · 10-6 6.6 · 10-5

2 1.0 · 10-6 9.0 · 10-6 1.98 · 10-4

3 3.0 · 10-6 9.0 · 10-6 5.94 · 10-4

Determina la ecuación de velocidad y el valor de la constante de velocidad.

12. Se han recabado los siguientes datos de una reacción química de primer orden: kv(500 ºC)=0.5 s-1; kv(1500 ºC)=25.2 s-1. Calcula la energía de activación de la reacción e indica qué representación gráfica daría una recta de pendiente kv.

13. Para la reacción entre el hidrógeno y el yodo, la constante de velocidad es 2.45·10 -4

M-1·s-1 a 302 ºC y 0.950 M-1·s-1 a 508 ºC. Determina el valor de la energía de activación y el factor preexponencial del proceso.





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14. La descomposición del bromuro de etilo en fase gaseosa es una reacción de primer orden. La constante de velocidad a 800 y 900 K es, respectivamente, 0.0361 s-1 y 1.410 s-1. Determina el valor de la energía de activación y el factor preexponencial del proceso.

15. Una sustancia se descompone según una cinética de segundo orden. A 600 K, la constante de velocidad es 0.55 L·mol-1·s-1. Calcula: a) la velocidad de descomposición a esa temperatura si la concentración de la sustancia es 0.2 M; b) el tiempo necesario para que se descomponga en un 90%.

16. La descomposición del HI gaseoso en I2 y H2 también gaseosos sigue una cinética de segundo orden. A 340 ºC, la constante de velocidad es 12.5 mol-1·L·s-1, calcula cuánto tiempo tarda la reacción en alcanzar una conversión del 70 % partiendo de una concentración molar de HI 0.05 M. ¿Cuál es la vida media de la reacción?

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