UNIDAD EDUCATIVA COLEGIO SAN ANTONIO DEL TUY OCUMARE DEL TUY, ESTADO MIRANDA GUÍA N 3: CINÉTICA QUÍMICA

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1 UNIDAD EDUCATIVA COLEGIO SAN ANTONIO DEL TUY OCUMARE DEL TUY, ESTADO MIRANDA CURSO: 4 TO AÑO PROFESOR: CARLOS M. LANDAETA H. GUÍA N 3: CINÉTICA QUÍMICA 1.- Escriba las expresiones de las velocidades de consumo y de formación en cada una de las siguientes reacciones químicas: a) 2H 2( g ) + O2( g ) 2H 2 O( g ) b) 4NH3( g ) + 5O2( g ) 4NO( g) + 6H2 O( g ) c) H2( g ) + I2( g ) 2HI( g ) 5Br + BrO + 6H 3Br + 3H O + d) ( ac) 3 ( ac) ( ac) 2( ac) 2 ( l) 2.- Qué es un paso elemental? Qué es molecularidad de una reacción?. Clasifique las siguientes reacciones elementales como unimolecular, bimolecular y termolecular. Por qué no existen reacciones ceromoleculares? Razone su respuesta: 2NO + Br 2NOBr a) ( g) 2( g ) ( g ) b) CH3 NC( g ) CH3 CN( g ) c) ( g) 2( g ) 2( g ) SO + O SO + O Respuestas: a) Termolecular, b) Unimolecular y c) Bimolecular 3.- a) Indique las dimensiones (unidades) que tendrá la constante de velocidad para reacciones de orden 0, 1 y 2 si la concentración está expresada en moles/l y el tiempo en segundos (s). b) Si la velocidad de una reacción elemental obedece a la ley V = k [ A][ B] 2

2 Cuáles son los órdenes parciales en la especie A y en B? Cuál es el orden total? Cuál es la molecularidad de la reacción? Cuáles serán las unidades de k? Respuestas: a) Debe ser respondida por el estudiante b) n = 1 en A, m = 2 en B, orden total 3, reacción termolecular y unidades de k son mol -2 L 2 s La constante de velocidad de una reacción es 4, s -1 : a) Cuál es el orden total y la molecularidad de la reacción? b) Calcule la velocidad de la reacción cuando la concentración del reactivo es 2, mol/l, en cada una de las siguientes unidades: moles. L -1.hora -1 ; moles. L -1. min -1 y moléculas. L -1. s -1. Respuestas: a) orden 1, unimolecular b) 0,0342 mol. L -1.hora -1 ; 5, mol. L -1. min -1 y 5, moléculas. L -1. s Para cierta reacción unimolecular la concentración del reaccionante disminuye en 20% al cabo de 5 minutos. Calcule la constante de velocidad de la reacción. Respuestas: 4, min La constante para la reacción de cloruro de metilo, CH 3 Cl, y grupos oxidrilo, OH -, a 30 C es 1, mol -1. L. s -1. a) Cuál es el orden total y la molecularidad de la reacción? b) Cuál es la velocidad de la reacción cuando [CH 3 Cl] = [OH - ] = 0,1 M? c) Si se hace una dilución de 10 veces en la solución de cloruro de metilo, Qué efecto tendrá en la velocidad de reacción? d) Para esa misma dilución, Qué efecto tendrá en la constante de velocidad? Respuestas: a) orden 2, bimolecular b) 1, mol.l -1.s -1 c) Disminuye a 1, mol.l -1.s -1 y d) No la afecta 7.- Calcule la concentración de cloruro de etilo (C 2 H 5 Cl) al cabo de 30 minutos de empezada la reacción sabiendo que la velocidad de descomposición es de 2, mol.min -1 y que la concentración inicial es de 0,2 mol/l. Respuestas: 0,125 mol/l 8.- Para un sistema en equilibrio se obtuvieron los siguientes datos cinéticos: Experiencia [A] (mol/l) [B] (mol/l) Velocidad (mol.l -1.s -1 ) 1 6, , , , , , , , , , , ,0080 Determine:

3 a) El orden respecto al reactivo A. b) El orden respecto al reactivo B. c) La molecularidad de la reacción. d) Escriba la ley de velocidad. e) La constante cinética de velocidad. f) La velocidad cuando los dos reactivos tienen la misma concentración y es igual a mol/l. Respuestas: a) 2 b) 1 c) Termolecular d) V = k [A] 2 [B] e) 3, mol -2 L 2 s -1 f) 89, mol L -1 s Se hace un estudio cinético experimental de la siguiente reacción: A P ( g) ( g) y se obtienen los siguientes datos: [A] (mol/l) Velocidad (mol.l -1.s -1 ) n [ ] [ ] Expresión de velocidad: V = k A B 0,8 0,040 0,6 0,030 0,4 0,020 0,2 0,010 Determine: a) El orden y la molecularidad de reacción b) El valor de la constante cinética de velocidad c) La velocidad para el momento en que la concentración de A s 0,240 mol/l Respuestas: a) 1, unimolecular b) 0,05 s -1 c) 0,012 mol L -1 s En la tabla adjunta se dan las velocidades de una reacción entre A y B para diversas concentraciones de ambas especies. Dedúzcanse los valores de n y m y calcule la constante de velocidad de la reacción. m [A] (mol/l) [B] (mol/l) Velocidad (mol.l -1 s -1 ) 2,3 3,1 0,52 4,6 6,2 4,16 9,2 6,2 16,64 Respuestas: n = 2 y m = 1 k = 3, mol -2 L 2 s -1 NO + CO NO + CO 2( g ) ( g) ( g ) 2( g )

4 11.- Realice una interpretación de la reacción en fase gaseosa: en términos de las Teorías de Colisiones y de Complejo Activado Dibuje un perfil energético que cumpla con los siguientes requisitos: a) Los productos de reacción son más estables que los reactivos. b) Se forman dos intermediarios de igual estabilidad. c) El paso determinante de la velocidad es el último. d) El proceso de menor energía de activación precede al paso determinante de la velocidad 13.- Resuelva cada uno de los siguientes planteamientos: a) Defina: Cinética Química, velocidad de reacción, orden total, molecularidad, reacciones elementales y reacciones complejas. b) Qué establece el postulado de Hammond? Suponga que tiene dos reacciones elementales por separado: CASO 1: reacción con estado de transición Tardío y CASO 2: reacción con estado de transición Temprano. Dibuje el perfil de energía para cada caso y diga cuál de las dos reacciones es endotérmica y cuál es exotérmica La reacción hipotética global: A + B E + F, es de naturaleza exotérmica y se lleva a cabo mediante dos etapas elementales: 1) 2) A + B C lento C + D E + F a) Dibuje un perfil energético para el mecanismo de reacción dado por las dos etapas mostradas anteriormente. En el dibujo ubique reactantes, productos intermediarios y estados de transición. b) Cuál de los dos pasos tiene menor energía de activación? Cuál es el paso determinante de la reacción? Razone sus respuestas. c) Dibuje las estructuras hipotéticas de los estados de transición. d) Qué sucede si se coloca un catalizador en el medio de reacción? Explique.

5 15.- La reacción de las especies químicas: AB, C, D y E para formar los productos BC y ADE se lleva a cabo mediante tres procesos elementales que se describen a continuación: 1) 2) 3) AB + C A + BC lento A + D AD AD + E ADE a) Construya un perfil de energía en función de coordenada de reacción y ubique los reactantes, intermediarios, estados de transición y productos, sabiendo que E productos < E reactantes y que el intermediario A es más estable que el intermediario AD. b) cuál es la naturaleza del proceso? c) Dibuje las estructuras hipotéticas de todos los estados de transición d) Esta reacción es exotérmica o endotérmica? Cuál es el paso determinante? 16.- Describa brevemente las teorías de colisiones y del complejo activado y establezca diferencias en cuanto a sus enfoques. Finalmente, Cómo se enmarca la ecuación empírica de Arrhenius en cada una de ellas? Qué sentido físico adquieren sus parámetros bajo la interpretación sugerida por cada teoría?. CMLH/cmlh/quimicaSAT2012