Departament de Física i Química

Transcripción

1 Deprtment de Físic i Químic EXERCICIS RESOLTS CINÈTICA QUÍMICA n BATXILLERAT Velocitt d un recció químic 1. Oserv l recció següent: clor (g) + igu (g) clorur d hidrogen (g) + 1/ oxigen (g) Escriu l relció que hi h entre: ) L velocitt de desprició de clor i l d prició de clorur d hidrogen. ) Les velocitts d prició d oxigen i de clorur d hidrogen. ) Cl (g) + H O (g) HCl (g) + 1/ O (g) v HCl = v Cl ) v HCl = 4 v O. El nitrogen i l hidrogen eculrs reccionen entre ells i formen moníc: nitrogen (g) + hidrogen (g) moníc (g) Escriu l relció que hi h entre: ) L velocitt d prició d moníc i l de desprició de nitrogen. ) Les velocitts de desprició de nitrogen i d hidrogen. ) N (g) + H (g) NH (g) v NH = v N ) v H = v N. En unes condicions determindes, l velocitt de descomposició del pentòxid de dinitrogen: pentòxid de dinitrogen (g) 4 diòxid de nitrogen (g) + oxigen (g) vl, /l s. Clcul, en questes mteixes condicions, l velocitt què es form diòxid de nitrogen i oxigen. R: v NO = /l s; v O =1, /l s N O 5 (g) 4 NO (g) + O (g) v NO5 =, /l s v NO = v NO5 =, = /l s v O = 1/ v NO5 = 1, /l s 4. Per l recció tetròxid de dinitrogen (g) diòxid de nitrogen (g) l velocitt de formció del diòxid de nitrogen, en un intervl de temps determint, vl 0,004 /l s. Qunt vl, en quest intervl, l velocitt de desprció del tetròxid de dinitrogen? R: 0,00 /l s Exercicis Cinètic químic 1

2 N O 4 (g) NO (g) v NO = 0,004 /l s v NO4 = 1/ v NO = 1/ 0,004 = 0,00 /l s Equció de velocitt 5. A prtir de les ddes d quest tul: Concentrcions inicils (/l) Velocitt inicil Monòxid de nitrogen hidrogen (/l s) 0,15 0,15 0,005 0,15 0, 0,005 0, 0,15 0,01 Clcul l equció de l velocitt, l constnt de velocitt i l ordre de l recció: monòxid de nitrogen (g) + hidrogen (g) nitrogen (g) + igu (g) R: v=k [NO] [H ]; ordre=; k=0,74 l / s NO (g) + H (g) N (g) + H O (g) v=k [NO] [H ] 0,005= k 0,15 0,15 0,005= k 0,15 0, = =1 0,005 0,005 = k 0,15 k 0,15 0, 0,15 0,005= k 0,15 0,15 0,01= k 0, 0,15 0,01 0,005 k 0, = k 0,15 0,15 0,15 4= = L equció de velocitt és: v=k [NO] [H ] i per tnt l ordre de l recció és 0,01= k 0, 0,15 k=0,74 l / s 6. En estudir l recció: monoclorur de iode + hidrogen iode + clorur d hidrogen un tempertur determind, es vn otenir les ddes següents: Concentrcions inicils (/l) Velocitt inicil Monoclorur de iode hidrogen (/l s) 0,1 0,1 0,00 0, 0,1 0,006 0,1 0,05 0,0015 ) Escriu l equció de l velocitt per quest recció. R: v=k [ICl] [H ] ) Clcul el vlor de l constnt de velocitt. R: 0, l/ s Exercicis Cinètic químic

3 ) ICl + H I + HCl v=k [ICl] [H ] 0,00= k 0,1 0,1 0,006= k 0, 0,1 = =1 0,006 = 0,00 k 0, k 0,1 0,1 0,1 0,00= k 0,1 0,1 0,0015= k 0,1 0,05 = =1 L equció de velocitt és: v=k [ICl] [H ] ) 0,00= k 0,1 0,1 k=0, l/ s 7. El monòxid de nitrogen s oxid t fàcilment i produeix diòxid de nitrogen segons l recció: monòxid de nitrogen (g) + oxigen (g) diòxid de nitrogen (g) un estudi experimentl d quest recció v donr questes ddes: Concentrcions inicils (/l) Velocitt inicil Monòxid de nitrogen oxigen (/l s) 0,0010 0,0010 7,10 0,0010 0,0040 8,40 0,000 0, ,60 ) Quin és l llei de l velocitt per quest recció? R: v=k [NO] [O ] ) Qunt vl l constnt de velocitt? R: 7, l / s ) NO (g) + O (g) NO (g) v=k [NO] [O ] 7,1= k 0,001 0,001 8,4= k 0,001 0,004 8,4 = 7,1 k 0,001 k 0,001 0,004 0,001 4=4 =1 8,4= k 0,001 0,004 55,6= k 0,00 0,004 9= = 55,6 = 8,4 k 0,00 k 0,001 0,004 0,004 Exercicis Cinètic químic

4 L equció de velocitt és: v=k [NO] [O ] ) 7,1= k 0,001 0,001 k=7, l / s 8. A un tempertur determind, el SO Cl es descompon segons: SO Cl (g) SO (g) + Cl (g) Un estudi experimentl d quest recció v donr questes ddes: [SO Cl ] inicil (/l) Velocitt inicil ( /l s) 0,1, , 4, , 6, ) Escriu l equció de l velocitt d quest recció. R: v=k [SO Cl ] ) Clcul el vlor de l constnt de l velocitt. R:, 10-5 s -1 ) v=k [ SO Cl ], 10-6 = k 0,1 4, = k 0, = =1 ) L equció de velocitt és v=k [SO Cl ], 10-6 = k 0,1 k=, 10-5 s Un de les reccions que prticipen en l destrucció de l cp d ozó és l següent: NO (g) + O (g) NO (g) + O (g) Els resultts de l estudi de l velocitt de recció 5ºC són els següents: [NO] inicil (/l) [O ] inicil (/l) Velocitt inicil ( /l s) Experiènci 1 1,5 10-5, , Experiènci 1, ,9 10-5, 10 - Experiènci 4, , , ) Determin l equció de velocitt ) Clcul el vlor de l constnt de velocitt 5ºC. c) Indic l ordre prcil respecte l NO i respecte l O ixí com l ordre totl de l recció. Exercicis Cinètic químic 4

5 R: ) v= k [NO] [O ]; ), 10 7 l/s ; c) ordre prcil respecte l NO=1; ordre prcil respecte l O = 1; ordre totl de l recció= ) v=k [NO] [O ], 10 - = k (1, ) (6, ) 7, = k (1, ) (, 10-5 ),0= =1, 10 - = k (1, ) (6, ) 6, = k (4, ) (6, ) = =1 L equció de velocitt és: v= k [NO] [O ] ) 7, = k 1,5 10-5, 10-5 k=, 10 7 l/s 10. Per l recció A (g) + B (g) + C (g) Productes, es dispos d questes ddes: Concentrció(/l) Velocitt A B C 0,4 0, 0, x 0,8 0, 0,40 8x 0,4 0,15 0,4 x 0,8 0, 0, 4x Determin l llei de velocitt d quest recció. R: v=k [A] [B] [C] v=k [A] [B] [C] c x= k 0,4 0, 0, c 4x= k 0,8 0, 0, c 4= = 4x= k 0,8 0, 0, c 8x= k 0,8 0, 0,4 c = c c=1 Exercicis Cinètic químic 5

6 x= k 0,4 0,15 0,4 c 8x= k 0,8 0, 0,4 c 8= = =1 L equció de velocitt és: v=k [A] [B] [C] 11. Per l recció: A + B C en duplicr l concentrció de A es duplic l velocitt de l recció. Però, qun es multiplic per tres l concentrció de B, l velocitt només es multiplic per 1,7. Quins són els ordres de l recció de A i de B? R: ordre prcil respecte l rectiu A: 1; ordre prcil respecte l rectiu B:1/ [A] [B] velocitt x y z x y z x y 1,7z v=k [A] [B] z=k x y z=k (x) y = =1 z=k x y 1,7z=k x (y) 1,7= =0,5 1. En un recció, qun es duplic l concentrció d un rectiu determint, l velocitt es redueix l meitt. Quin és l ordre de l recció respecte d quest rectiu? R: -1 [A] x velocitt x z/ v=k [A] z=k x z/=k (x) 1/= =-1 z Exercicis Cinètic químic 6

7 1. L recció: ClO (g) + F (g) FClO (g) és de primer ordre respecte de cd rectiu. Si es duplic l concentrció dels dos rectius com vrirà l velocitt? v=k [ClO ] [F ] z=k x y v=k x y v k x y = z k x y v = z 4 v=4z Si es duplic l concentrció dels dos rectius l velocitt es qutriplic. 14. L recció A (g) Productes, es produeix un velocitt de 0,01 /l s qun l concentrció de A és de 0,5 /l. Clcul quin serà l velocitt qun l concentrció de A sigui de 1,0 /l si l recció és: ) D ordre zero respecte de A. R: 0,01 /l s ) De primer ordre respecte de A. R: 0,04 /l s c) De segon ordre respecte de A. R: 0,048 /l s [A] (/l) velocitt (/l s) 0,5 0,01 1? ) Ordre zero v=k [A] 0 v=k ) Primer ordre v=k [A] 0,01=k v=k v=0,01 /l s 0,01=k 0,5 v=k 1 v 0,01 = k k 0,5 0,01 v = 0,5 =0,04 /l s c) Segon ordre v=k [A] 0,01=k 0,5 v=k 1 v k = 0,01 k 0,5 Exercicis Cinètic químic 7

8 0,01 v = 0,5 =0,048 /l s 15. L recció de descomposició del pentòxid de dinitrogen 45ºC, pentòxid de dinitrogen 4 diòxid de nitrogen + oxigen és de primer ordre respecte del pentòxid de dinitrogen. Sent que l constnt de velocitt, l tempertur que s indic, vl 6, s -1, clcul l velocitt de l recció qun: ) [N O 5 ]=0,1 /l R: 6, /l s ) [N O 5 ]=0, /l R: 1, /l s N O 5 (g) 4 NO (g) + O (g) v=k [N O 5 ] k=6, s -1 ) v=k [N O 5 ]=6, ,1=6, /l s ) v=k [N O 5 ]=6, ,=1, /l s 16. A un tempertur determind, l velocitt de l recció A (g) B (g) vl 0,0 /l s qun l concentrció de A és de 0,01 /l. Sent que es trct d un recció de segon ordre respecte de A: ) Escriu l equció de l velocitt d quest recció. ) Clcul el vlor de l constnt de velocitt d quest reccció quest tempertur. R: 00 l/ s ) ) L equció de l velocitt és v=k [A] v=k [A] 0,0=k 0,01 k=00 l/ s 17. L velocitt de l recció A (g) B (g) vl 0, /l s qun l concentrció de A és de 0,15 /l. Si l recció és d ordre zero respecte de A, qunt vldrà l velocitt qun l concentrció sigui de 0, /l? R: 0, /l s Ordre zero v=k 0,=k v=0, /l s Exercicis Cinètic químic 8

9 18. L recció: A + B C + D és de tercer ordre. Escriu tres possiles expressions per l equció de velocitt d quest recció. v=k [A] [B] v=k [A] [B] v=k [A] / [B] / 19. Un estudi cinètic de l recció d oxidció d moníc nitrogen eculr indic que l velocitt de formció de nitrogen és 0,7 /l s, en un moment determint. 4 NH (g) + O (g) N (g) + 6 H O (g) ) Quin és l velocitt de formció de l igu? R: 1,1 /l s ) A quin velocitt es consumeixen l moníc i l oxigen? R: v (NH )=0,74 /l s; v (O )=0,55 /l s c) Si l recció és de tercer ordre, escriu tres possiles expressions per l equció de velocitt d quest recció. ) v HO = v N = 0,7 = 1,1 /l s ) v NH = v N = 0,7 = 0,74 /l s v O = / v N =/ 0,7 = 0,55 /l s c) v=k [NH ] [O ] v=k [NH ] [O ] v=k [NH ] 1/ [O ] 5/ 0. Clcul les unitts de l constnt de velocitt d un recció l ordre de l qul sigui: ) 0; ) 1; c) ; d). ) v=k ) v=k [A] = k l s = l s k = l s k l : l l k = = -1 l s s Exercicis Cinètic químic 9

10 c) v=k [A] = k l s l k = l s d) v=k [A] : l l k = = l s = k l s l k = l s : l l s l k = = l l s s 1. L constnt de velocitt d un recció vl, un tempertur determind, 1, l/ s. Am quest dd, es pot firmr que l ordre totl de l recció es? No, l ordre totl de l recció és i es pot demostrr que no és clculnt les unitts de k m v=k [A] : v=k [A] = k l s l k = l s : l l k = = l l s s. Experimentlment, es determin que l recció de descomposició de l ozó en oxigen és de segon ordre respecte l ozó: O (g) O (g) Quines d questes proposicions són certes? ) L concentrció d ozó disminueix mesur que es form oxigen. ) El vlor de l constnt de velocitt depèn de l concentrció inicil d ozó i de l tempertur. c) L velocitt de formció d oxigen és tres vegdes més grn que l de desprició d ozó Exercicis Cinètic químic 10

11 d) L ordre totl de l recció és. ) Vertder, l ozó és el rectiu i l oxigen el producte de l recció, per tnt, mesur que es produeix l recció químic l concentrció d ozó disminueix i l d oxigen ugment. ) Fls, el vlor de l constnt de velocitt només depèn de l nturles de les sustàncies que intervenen en l recció químic, de l tempertur i de si en l recció químic intervé un ctlitzdor. c) Fls, l velocitt de formció d oxigen és / vegdes més grn que l de desprició d ozó. d) Vertder, l ordre prcil respecte l ozó és i com quest és l únic rectiu, l ordre prcil respecte l ozó coincideix m l ordre totl de l recció. Teori de les reccions químiques. L figur següent mostr el digrm d energi potencil per quest sistem reccionnt: A+B C+D ) Qunt vl l energi d ctivció per quest recció? ) És un recció endotèrmic o exotèrmic? Clcul l sev vrició d entlpi. ) E =100-0=80 kj/ ) És un recció endotèrmic perquè els productes tenen més energi que els rectius. H=80-0=60 kj/ 4. Tenint en compte el digrm d energi següent, corresponent l recció, en condicions estàndrd: hidrogen + clor clorur d hidrogen ) Indic l energi d ctivció d quest recció. ) Sent que l entlpi estàndrd de formció del clorur d hidrogen vl -9 kcl/, clcul l energi d ctivció de l recció invers. ) E =155-0=155 kcl/ ) En quest recció es formen s de HCl per tnt H= H f HCl = (-9)=-184 kcl Es compleix que H=E d - E i Exercicis Cinètic químic 11

12 -184=155-E i E i = 9 kcl/ 5. L figur següent mostr un digrm d energi per quest recció: monòxid de croni+ diòxid de nitrogen diòxid de croni + monòxid de nitrogen ) Qunt vl l energi d ctivció per quest recció? ) És un recció endotèrmic o exotèrmic? Clcul H ) E =88-56= kcl/ ) És un recció exotèrmic perquè els rectius tenen més energi que els productes. H=0-56=-56 kcl/ 6. Quines de les següents firmcions són certes? ) les reccions exotèrmiques tenen energies d ctivció més elevdes que les reccions endotèrmiques. ) L energi d ctivció no depèn directment de l vrició d entlpi H de l recció. c) Si un recció es d ordre zero vol dir que l sev velocitt no depèn de les concentrcions dels rectius. d) Si en un recció les energies d ctivció del procés directe i de l invers són idèntiques, necessàriment H=0. e) L ordre totl d un recció químic sempre h de ser un nomre positiu. ) Fls, l energi d ctivció no depèn de l vrició d entlpi de l recció. L energi d ctivció és l diferènci d energi entre complex ctivt i rectius i H és l diferènci d energi entre productes i rectius. ) Cert, l energi d ctivció no depèn de l vrició d entlpi de l recció. L energi d ctivció és l diferènci d energi entre complex ctivt i rectius i H és l diferènci d energi entre productes i rectius. c) Cert, l equció de velocitt per un recció d ordre zero és v=k [A] 0 v=k d on es pot oservr que l velocitt no depèn de les concentrcions de rectius. d) Cert, com H=E d - E i i si E d =E i tenim que: H=0 e) Fls, pot ser un nomre positiu o negtiu. 7. L constnt de velocitt, k, d un recció químic: ) Es pot expressr sempre en l/ s. ) Les seves unitts depenen de l ordre totl de l recció. c) El seu vlor no depèn de les concentrcions dels rectius. d) Conserv el mteix vlor numèric durnt tot el temps que duri l recció. Exercicis Cinètic químic 1

13 ) No, les unitts de l constnt de velocitt depenen de l ordre totl de l recció. ) Sí. c) Sí, el seu vlor depèn de l nturles de les sustàncies que intervenen en l recció químic, de l tempertur i de si en l recció químic intervé un ctlitzdor. d) Sí, j que no depèn de les concentrcions de rectius o productes. L constnt de velocitt depèn de l nturles de les sustàncies que intervenen en l recció químic, de l tempertur i de si en l recció químic intervé un ctlitzdor. 8. Si un recció té un energi d ctivció elevd podem ssegurr que és endotèrmic? Un recció fortment exotèrmic sempre es produeix grn velocitt? Ron les respostes. No, l energi d ctivció no depèn de l vrició d entlpi de l recció. L energi d ctivció és l diferènci d energi entre complex ctivt i rectius i H és l diferènci d energi entre productes i rectius. No, el que determin que un recció sigui ràpid o lent és el vlor de l energi d ctivció i no el vlor de l H de l recció. Fctors que fecten l velocitt d un recció 9. Explic per què, en un oll de pressió, 110ºC, els menjrs es cuinen en l meitt de temps que en un cssol oert. Perquè en un oll pressió l tempertur és 10ºC més elevd que en un cssol oert (on l tempertur màxim és de 100ºC), i ixò f que les velocitts de les reccions siguin més elevdes, concretment, un ugment de 10ºC supos duplicr l velocitt. 0. L energi d ctivció d un recció químic: ) És reltivment petit per les reccions exotèrmiques. ) És reltivment elevd per les reccions endotèrmiques. c) No depèn directment de l vrició d entlpi de l recció, H. d) Disminueix t qun ugmentm l tempertur. ) No, l energi d ctivció no depèn de l vrició d entlpi de l recció. L energi d ctivció és l diferènci d energi entre complex ctivt i rectius i H és l diferènci d energi entre productes i rectius. ) No, l energi d ctivció no depèn de l vrició d entlpi de l recció. L energi d ctivció és l diferènci d energi entre complex ctivt i rectius i H és l diferènci d energi entre productes i rectius. c) Sí, l energi d ctivció és l diferènci d energi entre complex ctivt i rectius i H és l diferènci d energi entre productes i rectius. d) No, ugmentr l tempertur no modific l energi d ctivció, sino que provoc un ugment de l energi cinètic de les ècules, que f que hi hgi un mjor nomre de col lisions efectives i per tnt que ugmenti l velocitt de l recció. 1. Si ugmentm l tempertur l qul es produeix un recció químic: ) Augment l velocitt si l recció és endotèrmic, però disminueix si és exotèrmic. ) Augment l velocitt de l recció. Exercicis Cinètic químic 1

14 c) Disminueix l concentrció dels rectius i per tnt l constnt de velocitt. d) Augment l velocitt mitjn de les ècules i m ell l energi d ctivció. ) No, ugment l velocitt de qulsevol tipus de reccions, tnt endotèrmiques com exotèrmiques. L ugment de tempertur provoc un ugment de l energi cinètic de les ècules i ixò f que hi hgi un mjor nomre de col lisions efectives. ) Sí, j que ugment l energi cinètic de les ècules i ixò f que hi hgi un mjor nomre de col lisions efectives. c) No, l ugmentr l tempertur l constnt de velocitt ugment. d) No, sí que ugment l velocitt mitjn de les ècules, fent que hi hgi un mjor nomre de col lisions efectives però no modific l energi d ctivció.. Qun un recció químic fegim un ctlitzdor: ) Disminueix l clor de l recció H. ) El vlor de G es f més negtiu i, per tnt, l recció és més espontàni. c) Només ugment l velocitt de l recció direct. d) Augment l velocitt de l recció direct i de l recció invers. ) No, un ctlitzdor disminueix l energi d ctivció però no modific cp mgnitud termodinàmic com H, S o G. ) No, un ctlitzdor disminueix l energi d ctivció però no modific cp mgnitud termodinàmic com H, S o G. c) No, ugment mdues velocitts, l de l recció direct i de l invers, j que disminueix les energies d ctivció d mdues reccions. d) Si, j que disminueix les energies d ctivció d mdues reccions.. Indic quines d questes firmcions sore un ctlitzdor són vàlides: ) No intervé, en solut, en l recció. ) Intervé ctivment en l recció, tot i que no es consumeix en el trnscurs d quest recció. c) Disminueix l energi d ctivció de l recció. d) Necessàriment h de presentr el mteix estt d gregció que els rectius. ) Fls, intervé ctivment en l recció, tot i que no es consumeix en el trnscurs d quest recció. ) Vertder. c) Vertder, el ctlitzdor f que l recció trnscorri per un cmí lterntiu de menor energi d ctivció. d) Fls. Exercicis Cinètic químic 14

15 4. Aquest figur mostr dos cmins possiles per un recció determind, un dels quls correspon l recció en presènci d un ctlitzdor: Indic quines d questes firmcions són correctes: ) El cmí corresponent l recció ctlitzd és el I. ) El cmí corresponent l recció ctlitzd és el II. c) L energi d ctivció és més grn per l cmí I. d) L velocitt de l recció és més grn pel cmí I. ) Sí, j que és el cmí de menor energi d ctivció. ) No, es trct del cmí corresponent l recció sense ctlitzr, j que té un mjor energi d ctivció. c) No, l energi d ctivció és menor per l cmí I. d) Sí, j que té menor energi d ctivció; ixò supos que hi hgi més ècules m un energi igul o superior l energi d ctivció que f que ugmenti el nomre de col lisions efectives. 5. Indic, prtir de les ddes que es desprenen de l figur següent, si l or metàl lic és un ctlitzdor o no de l descomposició del monòxid de dinitrogen en nitrogen i oxigen: Sí, l or és un ctlitzdor de l recció perquè f que l recció trnscorri per un ltre cmí de menor energi d ctivció. Exercicis Cinètic químic 15