Programa de Acceso Inclusivo, Equidad y Permanencia PAIEP U. de Santiago. Química. 1. Expresar la velocidad de las siguientes reacciones:

Transcripción

1 Cinética. Expresar la velocidad de las siguientes reacciones: RECUERDEN QUE: para una reacción del tipo 2A B, significa: desaparecen dos moles de A por cada mol de B que se forma, es decir, la velocidad de desaparición de A es el doble de rápido que la velocidad de aparición de B. Para expresar la velocidad, la reacción química siempre debe estar equilibrada. Por ejemplo, para la reacción anterior, la velocidad puede ser escrita V = 2 [A] t o V = [B] t a) N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) V = d[n 2O 4 ] = 2 d [NO 2 ] b) 3C 2 H 2 (g) C 6 H 6 V = 3 d [C 2H 2 ] = d [C 6 H 6 ] c) 4PH 3 (g) P 4 (g) + 6H 2 (g) V = 4 d[ph 3 ] = d [P 4] = 6 d [H 2 ] d) 2NOCl (g) 2 NO (g) + Cl 2 (g) V = 2 d [NOCl] = 2 d[no] = d [Cl 2 ] Página de 9

2 2. El compuesto A se descompone espontáneamente, al dejarlo en un recipiente de vidrio, según la reacción A 2B. Se ha obtenido los siguientes datos para la velocidad de reacción, en función de la concentración inicial de A. Experimento [A] 0 mol/l V 0 mol/l*s 0,040, ,050, ,080, a) Cuál es la expresión de velocidad b) Determine el orden de la reacción. Como la velocidad permanece constante, al variar la concentración del reactante, la velocidad es igual a la constante de velocidad. V= k ([A] 0 ) n V= cte ([A] 0 ) n = luego n=0 La velocidad de reacción sólo se verá influida por catalizadores o la temperatura. 3. De una reacción química entre dos reactivos A y B, se han obtenido los siguientes datos: Experimento [A] 0 mol/l [B] 0 mol/l V 0 mol/l*s 0,0 0, ,0 0, ,30 0,0 24 a) Determine la ley de velocidad y el orden respecto a cada reactante b) Calcule la constante de velocidad c) Determine la velocidad inicial de la reacción si [A] 0 = 0,20 M; [B] 0 = 0,20 M. d) Hallar la concentración inicial de B necesaria para que la velocidad inicial sea mol/(l min) si [A] 0 = 0,30 M. Desarrollo: a) V= k [A] x [B] Y Usando los datos del experimento y 2 se tiene: 32 = k(0,0) x (0,20) y 8 = k (0,0) x ( 0,0) y Página 2 de 9

3 Simplificando se tiene: 4= (2) y y= 2 Simplificando se tiene: 3= (3) x x= Luego: 24 = k(0,30) x (0,0) y 8 = k (0,0) x ( 0,0) y V = k [A] [B] 2 b) c) 24 = k (0,30) (0,0) 2 k = 8000 M 2 s V = 8000 (M 2 s ) 0,20 M (0,2 M) 2 V = 64 M/s d) ( M min ) 60 (min ) = 0 M/s s 0 M s = 8000 (M 2 s ) 0,30 M [B] 2 [B] = 6, M 4. Estime la velocidad instantánea de desaparición de C 4 H 9 Cl a tiempo igual 300 segundos. Sabiendo que la concentración en este tiempo es de 0,0549 M y que la concentración en el t 0 = 0 es igual a 0,0 M. V = [C 4H 9 Cl] t = (0,0549 M 0, M) (300 0)s =,5 0 4 M/s Página 3 de 9

4 5. La velocidad inicial de una reacción A + B C se midió para diferentes concentraciones iniciales de A y de B, con los resultados que se indican a continuación: Experimentos [A] 0 mol/l [B] 0 mol/l V 0 mol/l*s 0, 0, 4, , 0,2 4, ,2 0, Determine: a) Ecuación de velocidad para la reacción: Suponiendo V = k [A] n [B] m Dividiendo los experimentos y 2: 4,0 0 5 = k (0,) n (0,) m 4,0 0 5 = k (0,) n (0,2) m = ( 2 ) m m = 0 Dividiendo los experimentos 2 y = k (0,2) n () 4,0 0 5 = k (0,) n () RECUERDEN QUE: m= 0, y cualquier número elevado a cero es uno Finalmente, la expresión de velocidad queda: 4 = (2) n n = 2 V = k [A] 2 [B] 0 b) La magnitud de la constante de velocidad, se determina: Reemplazando los valores en el experimento : 4,0 0 5 = k (0,) 2 () k = 4,0 0 3 M s Página 4 de 9

5 c) La velocidad de reacción cuando la concentración de A es igual a 0,050M y la concentración de B es 0, M. V = 4,0 0 3 (M s ) (0,05 M) 2 (0,) 0 V = 0 5 M/s 6. Se encontró que una reacción particular depende de la concentración de protones. Las velocidades variaron en función de [H + ] de la siguiente manera: [H + ] M 0,0500 0,00 0,200 V 0 (M/s) 6, ,2 0-7,6 0-7 a) Cuál es el orden de la reacción con respecto a [ H + ] V = k [H + ] n 3,2 0 7 = k (0,) n 6,4 0 7 = k (0,05) n 0,5 = 2 n n = luego V = k [H + ] b) Prediga la velocidad inicial de reacción cuando [H + ]= 0,4 M,6 0 7 M s = k (0,2) M2 8 k = 3,2 0 S M2 8 V = 3,2 0 s (0,4) V = 8,0 0 8 M s Página 5 de 9

6 7. Para la reacción de descomposición del NO 2 a 300 C se obtuvieron los siguientes datos : 2NO 2 (g) 2 NO (g) + O 2 (g) Tiempo (s) [NO 2 ] 0 0, , , , ,0038 La reacción es de primer o segundo orden? Esto se puede determinar graficando ln ([NO 2 ] 0 /[NO 2 ]) v/s tempo (s) ó una cinética de primer y segundo orden respectivamente. Si gráficas [NO 2 ] v/s tempo (s), para [NO 2 ] v/s tiempo (s) se obtendrá una línea recta, con la cual se deduce que la reacción es de segundo orden. Del valor de la pendiente se obtiene el valor de la constante de velocidad k = 0,543 M s. 8. A 300 K una sustancia pasa de M a 0,5 M en 20 min. y a 0,25 en 60 min Calcular: (a) La Concentración de A a los 20 min. (b) La energía de activación sabiendo que la concentración pasa de M a 0.5 M en 0 min. Cuando T = 350 K (c) El tiempo que debe transcurrir para pasar de 2 M a 0,2 M a 325 K. Repitiendo los análisis anteriores se obtendrá que la reacción es de orden 2. Por lo tanto, se puede obtener la constante de velocidad para el proceso según: [A] = + kt [A] 0 [0.5 M] = + k 20 min [ M] Página 6 de 9

7 k = 0,05 M min Por lo tanto [A] = [ M ] + 0,05 M min 20 min [A] = 0,43 M La energía de activación se calcula por medio de la ecuación de Arrhenius k = A exp Ea RT Si a 300 K la constante de velocidad es 0,05 M - s -, del mismo modo obtenemos que a 350 K [0.5 M] = + k 0 min [ M] k = 0, M min Aplicando logaritmo a la ecuación de Arrhenius se obtiene: ln k = ln A Ea RT Por lo tanto, utilizando las constantes a 300 y 350 K ln 0,05 = ln A ln 0, = ln A Ea,98 cal 300 K Ea, 98 cal 350 K Restando ambas ecuaciones ln ( 0,05 0, ) = Ea,98 cal Finalmente, teniendo la energía de activación, Ea = 2882 cal mol ( 300 K 350 K ) Página 7 de 9

8 ln 0,05 = log A 2882 cal mol,98 cal 300 K ln k = log A 2882 cal mol,98 cal 325 K ln 0,05 M min ln k = 2882,98 cal k = 0,073 M min ( 300 K 325 K ) Entonces, [0,2 M] = [2 M] + 0,073 M min t t = 6,6 min Responsables académicos Corregida por comité Editorial PAIEP. Si encuentra algún error favor comunicarse a coordinaciontutores.paiep@usach.cl Referencias y fuentes utilizadas Chang, R.; College, W. (2002).. (7a. ed). México: Mc Graw-Hill Interamericana Editores S.A. Brown, T., Le May, H., Bursten, B., Murphy, C. la ciencia central. ( a.ed). México: Editorail Pearson S.A. Página 8 de 9

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