6. Cinética química [ ] 1 ( ) ACTIVIDADES (pág. 145) Para t = 0 s y t = 4 s: mol L. (Cl) = 35,45 u V = 200 ml. Datos: m(nacl) = 3,0 g A r

Transcripción

1 6. Cinética química ACTIVIDADS (pág. 45) Dato: m(nacl) 0 g A r (Cl) 545 u V 00 m A r (Na) 99 u Calculamo: M r (NaCl) A r (Cl) A r (Na) M r (NaCl) 545 u 99 u 5844 u M g NaCl m diolucion NaCl g NaCl 000 m a aridad e 06.. VOCIDAD D RACCIÓN (pág. 49). a) I (aq) ClO (aq) Cl (aq) IO (aq) I ClO Cl IO m b) O O [ O ] O m c) 4 NH 5 O 4 NO 6 H O [ NH ] O NO HO m [ ] Para t 0 y t 4 : ICl Para t 4 y t 8 : [ ICl] ( ) 8 4 o reultado obtenido en ete cálculo on el doble que la elocidade de reacción del ejercicio anterior. a elocidad media de reacción en función de [ICI] debe expreare del modo iguiente: m Dato: HI H I ( ) ( ) H 00 [HI] 050 HI ( ) [ICI] 5 0 a elocidad de decompoición del yoduro de hidrógeno e 50 0 y la de formación de hidrógeno ga: Dato: ICl H I HCl t 0 y t 4 t 4 y t 8 a elocidad media entre t 0 y t 4 : [ H] m ( 0 ) ( 4 0) m 057 a elocidad media entre t 4 y t 8 : H m ( 0 ) ( 8 4) m 00 a elocidad media de la reacción diminuye con el tiempo.. TORÍA D AS RACCIONS QUÍMICAS (pág. 5) 5. H I H I a) Cuando la écula de H e I chocan dan lugar a un etado intermedio de alta energía y corta duración que e denomina complejo actiado. l complejo actiado e una combinación de amba écula que puede dar lugar a lo producto o bien oler a producir lo reactio iniciale. Para la formación del complejo actiado e neceario que la écula de lo reactio dipongan de una energía igual o uperior a la energía de actiación. b) Dato: 54 kj H I M M HI 7054 kj 69

2 Orden repecto de I Orden repecto de H 0 Orden global de la reacción: a energía de actiación debe er igual o mayor que la ariación de entalpía para una reacción endotérmica. n una reacción endotérmica lo producto tienen una energía mayor que lo reactio. Por tanto como mínimo la partícula de lo reactio deberán poeer una energía igual a para tranformare en producto. Ahora bien como la energía del etado de tranición e mayor que la de lo producto ( > ) la partícula de lo reactio deberán tener una energía igual a para poder dar lugar a la reacción. Dato: A B C D C D A B Para la reacción directa: 40 kj 490 kj H 40 kj 490 kj 50 kj a ariación de entalpía e negatia; eto ignifica que la reacción e exotérmica. n la figura iguiente puede ere que para que la reacción ea exotérmica: > e decir la energía de actiación de la reacción inera debe er mayor como ocurre en ete cao. Dato: H 0 80 kj n una reacción endotérmica como éta (ya que H 0 > 0) el alor mínimo de la energía de actiación e H 80 kj que correpondería a un cao en que 0. H 80 kj 4. CUACIÓN D VOCIDAD (pág. 54) 9. a) NO N O NO [NO] Orden repecto de NO Orden global de la reacción b) H O (aq) I (aq) H (aq) H O (l) I (aq) H O I [ ] Orden repecto de H O 0... c) NO O NO NO O Orden repecto de NO Orden repecto de O Orden global de la reacción: Dato: A B C Orden repecto de A Orden repecto de B 50 [ A] 00 [ B] 00 a expreión de la elocidad erá: [ A] [ B] a elocidad de la reacción e Dato: Orden repecto de A: 0 Orden repecto de B: cuación de elocidad: Si e duplican la concentracione de A la elocidad de reacción no ariará. ' [ B] [ B] tendre- Si e duplica la concentración de B: mo: ' ( ) ' B B 4 B 4 a elocidad de la reacción e multiplica por 4.. Dato: Orden repecto NO : [ NO ] M 0 67 cribimo la reacción y utituimo lo dato en la ecuación de elocidad: NO NO O [ NO ] a elocidad de reacción e Dato: A B C D ( ) 790 Orden repecto de A: [ A] [ B] [ B] 70

3 4. Orden repecto de B: [ A] 0 [ B] Calculamo el alor de la contante de elocidad a partir de la ecuación de elocidad: [ A] [ B] A B a contante de elocidad ale Calculamo la elocidad de reacción cuando tenemo: [A] 0 y [B] 0. [A] [B] a elocidad de reacción e 4 0. Dato: A B C [A] [B] De manera que utituyendo en la expreión de la elocidad e tiene: ' ' ' ' A B Si e reduce a la mitad el olumen de lo gae la concentracione de cada uno aumentan el doble y entonce tenemo: ' [ A] ' [ A] [ B] [ B] A B 4 A B a elocidad de reacción aumentará cuatro ece. A e 0 0 e Calculamo el alor de para t 7 C. T A e 0 0 e a 77 0 a 86 0 l alor de la contante de elocidad a 7 C e de 77 0 y el alor a 7 C e de a elocidad aumentará en la mima proporción en que aumente la contante: J J J J a elocidad aumentará en 94 ece. 7. Añadimo la columna de ln y en la tabla dada: T t ( C) T () ( ) ( ) ln T FACTORS QU INFUYN N A VOCIDAD D RACCIÓN (pág. 57 y 60) 5. Dato: 0 kj 0 kj 85 kj Según la ecuación de Arrheniu: Para un mimo alor de A erá mayor cuanto menor ea. a reacción tendrá la mayor contante de elocidad y la reacción tendrá la menor contante de elocidad. 6. Dato: A 00 4 t 7 C 86 kj t 7 C Calculamo el alor de para t 7 C. T Ae a 8. a pendiente de la recta obtenida: m 4408 Calculamo egún: m a mr R a energía de actiación ale 04 kj. Dato: 080 t 50 C t 5 C F a 89 kj T Según la ecuación de Arrheniu: kj kj a ( ) Ae a y Ae a T

4 Diidiendo miembro a miembro amba expreione e tiene: l alor de a 50 C e o catalizadore negatio o inhibidore diminuyen la elocidad de reacción debido a que aumentan la energía de actiación. a) Fala. l catalizador e recupera inalterado al final de la reacción pero í interiene en alguna de la etapa. b) Cierta. (Siempre que por la palabra catalizador e entienda un catalizador poitio.) 6. MCANISMOS D RACCIÓN (pág. 6). Ae Ae e nergía ponencial NO Cl NOCl Mecanimo: nergía ponencial a a R T T NO Cl NOCl NO Cl NOCl NO NOCl [ NOCl][ NO] a) Si e conidera que la primera etapa e lenta y la egunda e rápida la elocidad de la reacción endrá determinada por la elocidad de la primera etapa. NO Cl e a e e b) Molecularidad primera etapa: Molecularidad egunda etapa: Orden global de la reacción: a J 890 J [ NO][ Cl]. ICl H HCl I Mecanimo: ICl H HI HCl HI ICl HCl I (lenta) (rápida) a) Pueto que la primera etapa e lenta y la egunda e rápida la elocidad de la reacción endrá determinada por la elocidad de la primera etapa. b) a etapa determinante e la primera por er la má lenta. c) l producto intermedio e HI ya que no e encuentra ni en lo reactio ni en lo producto de la reacción global. d) Molecularidad primera etapa:. Molecularidad egunda etapa:. RSOUCIÓN D JRCICIOS Y PROBMAS (pág. 65) 4. Dato: A B A B Calculamo el orden de reacción repecto de A y B: Comparamo la experiencia y : Al ariar la [B] no aría la elocidad de reacción; por tanto la reacción e de orden 0 repecto de B. Comparamo la experiencia y : Al duplicar la [A] e multiplica por 4 la elocidad de reacción y por tanto la reacción e de orden repecto de A. a ecuación de elocidad erá: Calculamo el alor de la contante de elocidad utituyendo en la ecuación lo alore de la primera experiencia: l alor de la contante e 5. JRCICIOS Y PROBMAS (pág. 66 y 67) 5. [ A] a) H I HI b) H O H O A H I 4 H O [ ICl][ H] HI 5 HO [ ] [ A] 7

5 c) 5 Br (aq) BrO (aq) 6 H (aq) Br (aq) H O(l) d) 4 PH P 4 6 H e) NOCl NO Cl Dato: H N H NH a) Por cada e de H que reaccionan reacciona de N. Por lo tanto: b) Por cada de H que reaccionan e producen de NH. Por lo tanto: a elocidad de deaparición del N e de 000 y la de formación del NH de Dato: N O 4 NO Por cada e de NO que que e forman reacciona de N O 4. Por lo tanto: NO 4 NO a elocidad de decompoición del N O 4 e de 000. Dato: [ Br] [ HO ] NOCl N H NH H Br (aq) HCOOH(aq) Br (aq) H (aq) CO Calculamo la elocidad media entre t 0 y t 50 : Br BrO H 5 6 PH 4 NO [ 4] P NO H 6 Br m ( ) Cl a elocidad media e de Calculamo la elocidad media entre t 50 y t 00 : a elocidad media e de 0 5. Calculamo la elocidad media entre t 00 y t 4 50 : a elocidad media e de Calculamo la elocidad media entre t 4 50 y t 5 00 : Br m ( ) Br Br a elocidad media e de 0 5. Dato: H 0 90 kj 0 kj 80 kj 0 kj 4 90 kj ( 50 00) m ( ) ( 00 50) m ( ) 0 5 reacción endotérmica n cualquier reacción tenemo que: H a de manera que: H a. l alor mínimo de la correponde a a 0 e decir H. Cualquier otro alor de uperior a H e poible. l único alor que no puede dare para e el que correponde a a 80 kj por er menor que H. a) Fala. Cuanto mayor ea la energía de actiación menor erá la elocidad de reacción porque el porcentaje de écula de reactio capace de uperar la barrera energética erá menor. b) Correcta. Cuanto menor ea la energía de actiación mayor erá el porcentaje de écula de reactio que tendrán energía uficiente para tranformare en producto y por tanto la elocidad de la reacción erá mayor. Dato: A B C D 45kJ C D A B ' 70kJ Calculamo la ariación de entalpía para la reacción directa: 7

6 kj kj kj H a a' a reacción directa A B C D e exotérmica porque H < 0. Calculamo la ariación de entalpía para la reacción inera: kj kj kj H a a' a reacción inera C D A B e endotérmica porque H > 0.. Dato: A B C kj kj kj a) a energía de actiación ale 40 kj. kj kj kj b) H a ariación de entalpía de la reacción directa e H 5 kj.. 4. c) Como H de la reacción directa e H > 0 la reacción e endotérmica. a) b) c) Orden global de la reacción: Orden repecto de N O 5 : Orden global de la reacción: Orden repecto de NO: Orden repecto de O : H Br Orden global de la reacción: Orden repecto de H : Orden repecto de Br : Reaccione de orden 0: a unidade de han de er la mima que la de la elocidad e decir. Orden : N O [ 5] NO O A A a unidade de erán: : Orden : [ A] [ A ] a unidade de erán: ( ) Orden : a unidade de erán: ( ) 5. Según la ecuación de Arrheniu: Ae reacción determinada por tanto: para una a) No depende de la concentracione de lo reactio. b) No depende de la concentracione de lo producto. c) Sí depende de la naturaleza de la reacción ya que cada reacción tiene una y una A caracterítica. d) Sí depende de la temperatura ya que eta ariable aparece en la ecuación de Arrheniu. Si al triplicar la concentración de un reactio la elocidad de reacción aumenta 9 ece quiere decir que la reacción e de egundo orden repecto de ee reactio: [ A] [ B] y ( ) ' ' A B y ' ( ) A B y 9 A B y ' ' 9[ A] [ B] 9 Si e duplica ólo la concentración de B la elocidad e hace el doble. Según eto: x y [ A] [ B] y x ' x y ' [ A] ([ B] ) [ A] ( [ B] ) y x y A B ' A y y x y y ' [ A] [ B] ' a Para que e neceario que y. Por tanto la reacción e de orden repecto de B. Si e duplica la de A y la de B la elocidad e hace 8 ece mayor: A 74

7 '' ([A]') x [B]' ( [A]) x [B] Para que 8 e neceario que x 8 y en conecuencia x. Por tanto la reacción e de orden repecto de A. a poible expreión para la ecuación de elocidad e: [A] [B] Dato: x [ A] [ B] x x '' A B NH 4 (aq) NO (aq) N H O (l) a elocidad e Dato: 75 [H ] 0 [F ] 0 [H ] [F ] H F HF a elocidad de la reacción e 05. Dato: [A] 0 m De primer orden: [A] Calculamo la contante a partir de la ecuación de la elocidad: A x x x '' [ A] [ B] '' 4 ] 06 [ NH 4 [ NO ] ] [ NO [ NH A l alor de la contante e ] Dato: A B Comparando lo dato de la diera experiencia oberamo que la elocidad de la reacción no aría con la concentración del reactio e decir en la expreión de la elocidad no aparece [A]. a reacción e de orden 0 repecto de A:. A partir de cualquier experiencia obtenemo: 05 0 a contante de la elocidad e 05 0 y la ecuación de la elocidad:. Dato: A B C D Para calcular la ecuación de elocidad comparamo lo dato de la experiencia: ) Comparando la experiencia y la donde la [B] e contante y la [A] e duplica emo que e duplica la elocidad: Por tanto erá de orden repecto de A. ) Comparando la experiencia y la donde la [A] e contante y la [B] e duplica emo que también e duplica la elocidad: [ A ] [ A] [ B ] [ B] Por tanto erá de orden repecto de B. a ecuación de la elocidad erá: [A] [B] Calculamo la contante a partir de una de la experiencia; en ete cao de la primera: [ A] 0 [ B] A B a contante de elocidad e 5. Calculamo la elocidad cuando [A] 05 y [B] 05 : A B A B a elocidad e

8 Dato: A kj t 600 C C H 6 CH Según la ecuación de Arrheniu: T l alor de la contante e Dato: A B C D Comparamo la experiencia y la donde la [B] y la [C] e mantienen contante. Se obera que la elocidad no aría con la concentración de A; por tanto erá de orden 0 repecto de A. Comparamo la experiencia y la 4 donde e mantiene contante la [C] y aunque aría la [A] éta ya hemo ito que no modifica la elocidad de la reacción. Al triplicar la concentración de B e triplica la elocidad: Por tanto la reacción e de orden repecto de B. Si comparamo la experiencia y la oberamo que al triplicar la [C] e triplica la elocidad: 4 [ C ] [ C] Por tanto la reacción e de orden repecto de C. a ecuación de la elocidad erá: [B] [C] Para calcular la contante no fijamo en lo dato de la primera experiencia: [ B] 00 0 [ C] [ B ][ C ] [ B ][ C ] a contante de la reacción e Calculamo lo alore de ln y para repreentar la gráfica: T t ( C) T () ( ) ( ) ln T [ B ] [ B] 7 J 840 J Ae a e a pendiente de la recta obtenida e: m Tomando logaritmo en la expreión de Arrheniu a reulta ln ln A Ae de donde R T m y por tanto m R. A partir de eta R expreión calcularemo : kj a m R ( ) a energía de actiación e de 4 kj. Dato: 46 0 t 77 C t 5 C T T kj Tomamo logaritmo en la expreión de Arrheniu Ae y reulta: ln ln A ln 5 ln A ln 77 ln A Retamo miembro a miembro la do expreione: ln 77 ln 5 Tranformamo la reta de logaritmo en logaritmo de un cociente y reolemo la uma de fraccione del egundo miembro: ln ln a R a T T T T 4kJ J k 98 J 50k

9 ln 0 e 77 5 e 46 0 e l alor de la contante a 77 C e de 070. Un catalizador e una utancia que etando preente en una reacción química produce una ariación de u elocidad in er conumido durante el trancuro de la reacción. l catalizador no cambia la ariable termodinámica de la reacción tale como H 0 o G 0. Sólo modifica el alor de u energía de actiación. o catalizadore poitio diminuyen la energía de actiación de manera que aumenta la elocidad de reacción. o catalizadore negatio o inhibidore aumentan la energía de actiación de manera que diminuye la elocidad de la reacción. Reacción: NO H N H O 49. Mecanimo: NO H N O H O lenta N O H N H O rápida a elocidad de la reacción endrá determinada por la elocidad de la etapa má lenta; en ete cao por la primera etapa. NO H l orden global de la reacción erá. Reacción: N O N O N O [ ] Mecanimo: N O N O N O O N O Según la ecuación de elocidad la etapa determinante erá la má lenta y en ete cao e la primera etapa ya que la ecuación de elocidad depende de ella. Hay un producto intermedio que e O ya que no aparece ni en lo reactio ni en lo producto. 77