Primera serie de ejercicios. Cinética Química, Jorge Peón. Respuesta : -1/2 d[x]/dt= -d[y]/dt = d[z]/dt (la grandiosa ecuación del poster).

Transcripción

1 Primera serie de ejercicios. Cinética Química, Jorge Peón. 1. Para la siguiente reacción elemental, 2X + Y => Z. Cuál es la relación entre la velocidad de desaparición de X, la velocidad de desaparición de Y, y la velocidad de aparición de Z? Respuesta : -1/2 d[x]/= -d[y]/ = d[z]/ (la grandiosa ecuación del poster). d[x]/= 2 d[y]/ (ambas derivadas son negativas (la conc. de los reactivos decae). d[x]/= -2 d[z]/ (la derivada de X es negativa, la de Z es positiva. En valor absoluto, Z aparece al doble de velocidad de lo que X decae debido a que se requieren dos moles de X para formar uno de Z). 2. Considera la siguiente reacción (considerar que fuera elemental): CH 4(g) + 2O 2(g) => CO 2(g) + 2H 2O (g) A una temperatura T en cierto momento, se consume 1.0 mol de CH 4 en 4.0 segundos. Indicar la velocidad con la que se consume el O 2(g), la velocidad con la que se produce el CO 2(g) y la velocidad con la que se produce el H 2O (g).

2 3. La velocidad inicial para la reacción 2A + 2B C + D fue determinada y los resultados se muestran en la siguiente tabla: Corrida [A] 0, M [B] 0, M Velocidad inicial, M/s Encuentra la ley de velocidad y el valor de k para esta reacción. 4. Considera la siguiente reacción general: A + B + C Productos, en donde d[a]/ = - k[a] a [B] b [C] c para la cual se han medido las siguientes velocidades iniciales de reacción: condiciones I II III IV d[p]/ (t = 0) M s [A] 0 / M [B] 0 / M [C] 0 / M Determina los valores de a, b, c y k. Muestra tu trabajo en detalle. Consideras que esta podría ser una reacción elemental? Pregunta vista en clase, consultarme cualquier duda.

3 5. La reacción de SO 2Cl 2(g) SO 2(g) + Cl 2(g) tiene una constante velocidad de reacción de primer orden de s -1 a 320 o C. Calcula: 1) el tiempo de vida media de la reacción, 2) el porcentaje remanente de SO 2Cl 2 después de 5 horas a 320 o C y 3) el tiempo que se requerirá para que el 92% de una muestra de SO 2Cl 2 se descomponga cuando se mantiene a 320 o C.

4 6. Deduce las expresiones de tiempo de vida media para reacciones que obedecen cinética de orden cero, uno y dos. Utilizando las expresiones de t 1/2 encuentra el orden de reacción correspondiente a cada una de las gráficas de [A] vs. t que se te proporcionan. [A [A ORDEN DOS ORDEN CERO ORDEN UNO

5 7. Considera el siguiente diagrama de Energía Potencial Indicar el valor de la energía de activación, la energía de reacción (entalpía de reacción), e indicar si se trata de una reacción exotérmica o endotérmica. También indicar la energía del estado activado, así como la energía de activación de la reacción en reversa. Energía de activación de la reacción directa: 80 kj/mol. Energía (entalpía) de reacción: -20 kj/mol. Es una reacción endotérmica así como se presenta. Energía del estado activado: 100 kj / mol. Energía de activación de la reacción en reversa: 60kJ/mol. 8. Calcular la razón entre las constantes de velocidad (k1/k2) de dos reacciones donde la energía de activación de la primera es 100 kj/mol, y la segunda, de 90 kj/mol. Considerar que los parámetros pre-exponenciales en ambos casos son iguales, y que la temperatura del medio es de 300 K para ambas reacciones. Antes de hacer el ejercicio, pensar cual constante debe ser mayor.

6 9. Dibujar esquemáticamente el perfil de reacción (gráfico de energía potencial vs coordenada de reacción) para un proceso: A+B => P donde la entalpia de esta reacción es de -30 kj/mol, la entalpía de los reactivos (A+B) es de 100 kj/mol y donde la energía de activación para el proceso inverso (P => A+B) es de 80 kj/mol). Indicar claramente la energía del estado activado y la energía de activación del proceso directo A+B=>P. 10. Para una reacción con energía de activación de 120 kj/mol, calcula la temperatura a la que se debe elevar el medio de dicha reacción para que el valor de la constante se duplique respecto al valor a 300 K.

7 11. La constante de velocidad de una reacción se duplica al llevarse la temperatura de 20 C a 30 C. Calcular la energía de activación. 12. El Isotopo radioactivo fósforo-32 es incorporado en un ácido nucléico para seguir ciertos aspectos de su metabolismo. Si una muestra de ácido nucléico con fósforo radioactivo se descompone a una velocidad de 378 desintegraciones por minuto. Cuál es la actividad (descomposiciones por minuto) cuando han transcurrido 13 horas? El tiempo de vida media del isotopo radioactivo de fósforo-32 es días.

8 13. Considera la siguiente reacción: 2HI(g) H2(g) + I2(g) Para la cual se obtuvieron los siguientes resultados a 555K. [HI] / M v0 / M s Indica cual es la forma experimental de la ecuación de velocidad. Solo tienes diez segundos para responder esta pregunta

9 14. Para reacciones de una especie A, de orden 0, 1 y 2, donde la concentración inicial es de 1 M, calcula los tiempos totales en los que las concentraciones valen 0.5 M, y 0.25 M. Considera una constante de velocidad de reacción con un valor de 2 unidades. Indica estos tiempos en una gráfica para cada orden.

10 15. Comenta sobre la veracidad de las siguientes aseveraciones: a) La ecuación de velocidad de todas las reacciones elementales implica órdenes de reacción con valores enteros positivos para los reactivos. Correcto b) La molecularidad de una reacción compleja siempre es un número positivo. Las reacciones complejas no tienen molecularidad

11 16. Considerando que [ 235 U]/[ 238 U] = 1 cuando los elementos se formaron, y que esta razón hoy en día es de 7.25 x 10-3, calcular la edad de estos elementos. Los tiempos de vida media son : Para 235 U, 7.8 x 10 8 años, y para 238 U, 4.5 x 10 9 años. 17. Si la reacción 2A P tiene una constante de velocidad de k = mol -1 L s -1. Cuál es el tiempo de vida media de A cuando la concentración inicial de A es 0.04 mol L -1?

12 18. Para la siguiente reacción se obtuvieron los siguientes resultados: I (aq) + OCl (aq) IO (aq) + Cl (aq) [I ]0/ M [OCl ]0/M v0 / M s -1 exp exp exp exp Indica cuál es la ecuación experimental de velocidad para esta reacción. Solo tienes 10 segundos para responder esta pregunta 19. La reacción NO3 NO 2NO2 es conocida por ser un proceso elemental. Para la anterior ecuación escribe la expresión para la velocidad de reacción y para las derivadas temporales de la concentración de cada especie. NO dno 1 dno d 3 2 vt k 2 2 NO NO

13 20. De acuerdo a la siguiente expresión: v t d A 1 db dc 1 dd 3 v t 2-1 Sí en algúnun momento se sabe que 3 mol L 1 s a. Cuál es la velocidad de desaparición de la especie A? b. Cuál es la velocidad de desaparición para la especie B? c. Cuál es la velocidad de formación para la especie C? d. Cuál es la velocidad de formación para la especie D? e. Escriba la ecuación química correspondiente y una expresión para la velocidad de reacción en términos de las concentraciones de los reactivos. a. b. c. d. 3 mol L 9 mol L 3 mol L 6 mol L 1 s -1 1 s -1 1 s -1 1 s De acuerdo a la siguiente expresión: v t d A 1 db dc 1 dd 3 2 Sí la velocidad de consumo de B es B 1 1 s - d 7 mol L a. Cuál es la velocidad de desaparición para la especie A? b. Cuál es la velocidad de formación para la especie C? c. Cuál es la velocidad de formación para la especie D? a. b. c. 7 1 s -1 mol L s -1 mol L 3 14 mol L 3 1 s -1

14 22. Cuáles son las unidades de k para las siguientes expresiones: v t k A B a. 2 b. 1 v t k A B v t k A B C c. 2 d. vt k v t k A e. 2 1 f. Escriba el orden global para cada una de las reacciones e indique el orden para cada una de las especies. orden Orden con respecto a Unidades a 3 A es 1, B es mol L s b 1 A es 1, B es 1, C es -1 c 3/2 A es 1, B es 1/2-1 s mol 1-2 L 1 2 s -1 d 0 A es 0-1 mol L 1 s e 2 A es mol L s 23. Las especies A y B reaccionan en forma independiente para generar el mismo producto. Las constantes de velocidad para esta dos reacciones son k B A 6.78x10-4 s x10 4 M k 2.44x10-3 s -1 A respectivamente. La concentración inicial de A es y la concentración inicial de B es B cantidad de producto se ha formado cuando: a. Han transcurrido 1500 s 4 b. 1x10 M A t A B c. t t a x 10 M b x 10 M 4 c. 4.21x 10 M? x y M. Qué

15 24. La reacción de segundo orden: OH C2H 5OH C2H 5O H 2O cuando se estudió esta reacción en 0.1 M NaOH (donde el C 2 H 5 OH se encontraba en mucho menor cantidad), se observó la siguiente la ecuación de velocidad de pseudo-primer-orden: d C2H 5OH k` C2H 5OH Con k ` 3x10 5 s -1 encuentre la constante de velocidad para la reacción elemental de segundo orden. Respuesta k 3x10 6 M -1 s La siguiente reacción ilustra la hidrólisis de la especie A. 2A H 2O A2 El agua se encuentra en exceso. A continuación se reporta la desaparición de la especie A a diferentes tiempos. 5 A/10 M t /µs Muestre que la reacción es de pseudo-segundo-orden y calcule k Respuesta k 1.5x10 8 M -1 s -1

16 26. Una reacción que tiene t ka 2 A M v completo el 75% en 92 minutos cuando. Cuánto tiempo se lleva la reacción en alcanzar una concentración de M cuando A M Respuesta minutos