[ A ], [ B ]...: concentraciones molares de los reactivos en un momento dado.

Transcripción

1 VELOCIDAD MEDIA DE UNA REACCIÓN aa + b B c C + d D [ A] [ B] [ C] [ D] Vmedia = = = = a b c d A Velocidad de disminución de los reactivos: a Velocidad de aumento de los productos: ECUACIÓN DE VELOCIDAD X Y [ A ] [ B ]... [ ] [ B] = b [ C] [ D] = c d V = k V: velocidad instantánea de reacción. k. constante de velocidad. [ A ], [ B ]...: concentraciones molares de los reactivos en un momento dado. X, Y,...exponentes calculados experimentalmente. ECUACIÓN DE ARRHENIUS Ea RT k = Ae. Ea Lnk =. + lna R T A: factor que tiene en cuenta la frecuencia de las colisiones en la reacción. Tiene las mismas unidades que k. Ea: energía de activaciónkj.mol - R: constante de los gases 8, J.K -.mol - T: temperatura en K. GRÁFICA ECUACIÓN DE ARRHENIUS lna Lnk Lnk = Ea. + lna R T /T

2 DIAGRAMA DE ENERGÍA REACCIÓN EXOTÉRMICA REACCIÓN ENDOTÉRMICA Energía Complejo activado Complejo activado Ea Reactivos... Ea Productos Hr Reactivos Hr. Productos Reacción Reacción

3 CÁLCULO DE VELOCIDAD MEDIA DE UNA REACCIÓN, VELOCIDAD DE FORMACIÓN DE UN PRODUCTO Y VELOCIDAD DE DESAPARICIÓN DE UN REACTIVO - Dada la reacción HCl (g) Cl (g) + H (g) En un intervalo de tiempo de 0 s la concentración del cloruro de hidrógeno disminuyó en 0,4 mol.l -. Calcula en ese intervalo de tiempo, la velocidad media de la reacción, velocidad de desaparición del cloruro de hidrógeno y velocidad de aparición de Cl. Vmedia = Vmedia= [ HCl] [ Cl ] = [ HCl] = ( 0,4) =.0 mol. l. s 0 [ HCl] ( 0,4) VdesapariciónHCl = = = 4.0 mol. s 0 [ Cl ] = Vmedia = Vformación Cl VformaciónCl =.0 mol. s

4 EJERCICIO DE APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD - Se realizan 3 experimentos en la reacción Cl (g) + H (g) HCl (g) Dando los siguientes resultados para la concentración de Cl y H para diversas concentraciones de ambas especies. Experimento [Cl ] [H ] v(mol.l - s - ) 3 4, M 4, M 9,. 0-4 M 3,.0-5 M. 6,. 0-5 M 6,. 0-5 M, ,6.0 - ³ 8,4.0-3 Calcula: a) Los órdenes de reacción respecto de cada reactivo y el global de la reacción. b) Constante de velocidad c) Velocidad cuando las concentraciones sean [Cl ] =.0-4 M y [H ]=5.0-5 M a) V = k[ Cl ] X [ H ] Y Aplicando el primer experimento 5,.0 = k [ ] X -5,3.0 [ 3,.0 ] Y Aplicando el segundo experimento 4,6.0 3 = k [ ] X -5 4,6.0 [ 6,.0 ] Y Aplicando el tercer experimento 8,4.0-3 = k [ ] X -5 9,.0 [ 6,.0 ] Y Dividiendo la 3ª ecuación entre la segunda: 4= x Por lo tanto x=. La reacción es de º orden respecto del Cl Dividiendo la ª ecuación entre la ª: = y Por lo tanto y =. La reacción es de er orden respecto H. El orden total de la reacción es 3. b) Sustituyendo en cualquiera de las 3 ecuaciones, calculamos la constante de velocidad k: 5,.0 =k -5 [,3.0 ] [ 3,.0 ] Haciendo operaciones: k = mol - ².l s - c) -5 4 [.0 ] [ 5.0 ] = 6,34.0 mol / ls 8 v = 3,7.0.

5 EJERCICIO DE APLICACIÓN DE - La ECUACIÓN DE VELOCIDAD - Unidades de velocidad y constante de velocidad - Factores que influyen sobre la velocidad La reacción en fase gaseosa A + B 3 C, es una reacción elemental y por tanto de orden respecto de A y de orden respecto de B. a) Formule la expresión para la ecuación de velocidad. b) Indique las unidades de la velocidad de reacción y de la constante cinética. c) Justifique como afecta a la velocidad de reacción un aumento de la temperatura a volumen constante. d) Justifique como afecta a la velocidad de reacción un aumento del volumen a temperatura constante. a) V = k[ A] [ B] b) Unidades de v = mol.l -.s - y unidades de k = l.mol -.s -. c) Según la teoría de Arrhenius, un aumento de temperatura produce un aumento del valor de la constante cinética y por tanto de la velocidad de reacción. d) Un aumento de volumen produce una disminución del valor de las concentraciones de A y B, y por tanto la velocidad de reacción disminuye.

6 EJERCICIO DE APLICACIÓN DE DIAGRAMA DE ENERGÍA Considerando el diagrama de energía que se muestra, para la reacción A B + C, conteste razonadamente a las siguientes preguntas: a) Cuál puede ser la causa de la diferencia entre la curva y la? b) Para cuál de las dos curvas la reacción transcurre a mayor velocidad? c) Qué les sucederá a las constantes de velocidad de reacción si se aumenta la temperatura? d) La reacción es exotérmica o endotérmica? a) La causa puede ser que en la curva la reacción no está catalizada y en la está catalizada, E a > E a. b) La reacción transcurre a mayor velocidad para la curva, ya que los reactivos han de superar una energía de activación menor. c) Al aumentar la temperatura, las constantes de velocidad aumentan ya que según la ecuación de Arrhenius k = A e ( Ea/RT). (También puede razonarse por la teoría cinética de los gases, al aumentar la temperatura, aumentan la velocidad y la energía media de las moléculas, por tanto la reacción es más rápida y la constante de velocidad más alta). d) El estado energético de las productos B y C es más bajo que el del reactivo A, por tanto el cambio de entalpía de reacción es negativo y la reacción es exotérmica.

7 EJERCICIO DE APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE ARRHENIUS La constante de velocidad de una reacción vale,3.0-4 a 0º C. Calcula su valor a 30 º C, si la energía de activación es 70 KJ.mol -. Ea Lnk =. + lna R T Sustituyendo: Ln, =. + lna 3 8, Ln k 30 =. + lna 3 8, Restando las dos ecuaciones: Ln k 30 - Ln, =. + lna. + lna 3 3 8, , ln k = ,3.0 8, , k30,3.0 =,58 K 30 = 5,9.0-4