VELOCIDAD DE REACCION

Transcripción

1 VLOCIDAD D RACCION. Sñlr ls proposicions corrcts rfrnts l locidd d un rcción químic: ) S pud xprsr n ls unidds mol - s-. Concntrción Flso. Sus unidds son impo mol l s moll b) S pud xprsr n ls unidds mol l - s -. Vrddro. c) S pud xprsr n ls unidds mol - l s -. Flso. L unidds d l locidd son concntrción por unidd d timpo, y ls d concntrción son ms por unidd d olumn, qu no corrspondn mol l. d) Ls unidds d su xprsión dpndn d l cución d l locidd. Flso. Ls unidds d l locidd no dpndn n bsoluto d l cución intgrd d l locidd, d st xprsión dpndn ls unidds d l constnt d locidd. ) Su lor numérico s constnt durnt todo l timpo qu dur l rcción. Flso. L locidd d rcción dirct mpiz sindo máxim y disminuyndo mdid qu trnscurr l rcción, ocurr lo contrrio con l locidd d rcción inrs, mpiz sindo nul y umntndo mdid qu trnscurr l rcción. f) Su lor numérico dpnd d l tmprtur l qu s rlic l rcción. Vrddro. L locidd d un rcción dpnd d l tmprtur trés d l constnt d locidd sgún l cución d Arrhnius: A dond s pud obsrr qu l locidd s dirctmnt xponncil l tmprtur. Si umnt l tmprtur, umnt l locidd d rcción. mbién s pud justificr por l umnto n l nrgí cinétic d ls prtículs qu formn l sistm, y por tnto l umnto d l frcunci d los choqus fctios(orí d colisions). Sñlr ls proposicions corrcts: ) L ct. d locidd,, d culquir rcción químic, pud xprsrs simpr n ls unidds mol- l s- Flso. Ls unidds d l constnt dpndn dl ordn totl d l rcción, y dbn cudrr l nálisis dimnsionl d l cución intgrd d locidd. Dim Dim A... ( ) ( ) b) Ls unidds d dpndn d l cución d l locidd. Vrddro. Dpndn dl ordn totl d l rcción. [ ] [] moll n [ Concntrció ] ( moll ) n mol n l n

2 c) L ct. d locidd consr l mismo lor numérico durnt tod l rcción. Vrddro. l lor numérico d l constnt d locidd s mntin durnt l trnscurso d l rcción, lo qu ri s l lor d l locidd. d) l lor numérico d l s indpndint d l tmprtur l qu s rlic l rcción. Flso. Sgún l cución d Arrhnius, A l constnt s función dirct y xponncil d l tmprtur. ) l ordn totl d l rcción químic s simpr igul l sum d los coficints stquiométricos d los rctios. Flso. Solo pr rccions lmntls, pr los dmás tipos d rccions s dbn dtrminr d form xprimntl f) l ordn totl d culquir rcción químic s simpr un númro ntro. Flso. Pud sr lors ntros o frccionrios. 3. L locidd d un cirt rcción químic, n fs gsos, st rlciond con l concntrción d ls sustncis rccionnts, A y B, por l cución: [A][B]. Sin rir ls cntidds bsoluts d A y B, s cmbi l rcipint d rcción por otro cuyo olumn s l mitd dl primitio. Vrir su locidd?. Si, n fs gsos l concntrción dpnd dl olumn. Si disminuimos l olumn umntmos l concntrción y por tnto umnt l locidd d rcción. Si l olumn s diminuy l mitd, l concntrción s duplic. n A n A n A Si : A : A A oprndo igul pr B: B B V V V plntndo l cución intgrd d locidd pr l nus condicions: A B A B 4 A B 4 s obtin l rlción pdid, si disminuimos l olumn l mitd l locidd s cudruplic. 4. D ls siguints proposicions rfrnts l nrgí d ctición, sñlr ls qu considr corrcts: ) n gnrl s pquñ n rccions xotérmics y grnd n ls ndotérmics. Flso. No dpnd n bsoluto d l ntlpí d l rcción. b) s indpndint d l rición d ntlpí d l rcción. Vrddro. Dpnd fundmntlmnt d l nturlz d los rctios (tipo d nlc,...) c) n gnrl s rduc l mitd l lr 0 ºC l tmprtur. Flso. L nrgí d ctición no dpnd d l tmprtur sino más bin d l nturlz d los rctios, si bin s cirto qu l umntr l tmprtur s umnt l nrgí d ls prtículs y por lo tnto s más fácil qu sus choqus lcncn l lor d ctición.

3 d) n gnrl rí notblmnt l introducir un ctlizdor. Vrddro. s l función lmntl d los ctlizdors, modificr l nrgí d ctición pr d st form umntr o disminuir l locidd d l rcción. ) L nrgí d ctición d l rcción dirct s simpr mnor qu l d l rcción inrs. d i + H Flso. Dpnd d l ntlpí d l rcción. ( ) ( ) R Si l rcción s ndotérmic ( H > 0) y por lo tnto (d) > (i) Si l rcción s ndotérmic ( H < 0) y por lo tnto (d) < (i) 5. L rcción d dscomposición dl bromo tno n tilno y bromuro d hidrogno tin un rición d ntlpí d 8 cl., y su nrgí d ctición s d 54 cl. Clcúls l nrgí d ctición d l rcción inrs. nindo n cunt l rlción: d i + H ( ) ( ) R sustituyndo. 54 cl (i) + 8 cl dspjndo l nrgí d ctición inrs: (i) 36 cl 6. d ls siguints proposicions rfrnts l ct. d locidd,, d l rcción sñl ls corrcts: ) l lor d umnt con l tmprtur. Vrddro. Sgún l cución d Arrhnius, A l constnt s función dirct y xponncil d l tmprtur. b) l umnto d l ct. con l tmprtur s db principlmnt qu l umntr l tmprtur umnt mucho l númro d choqus ntr ls moléculs. Vrddro. Al umntr l tmprtur, s umnt l nrgí cinétic d ls prtículs constituynts dl sistm producindo dos fctos, umnt su locidd, y por tnto disminuy l olumn fctio por lo qu umnt l probbilidd d choqu, por otro ldo l tnr myor nrgí cinétic ls prtículs qu producn l choqu, st pud librr más nrgí y lcnzr l nil d ctición c) l lor d umnt simpr con l concntrción d ls sustncis rccionnts. Flso. L constnt solo d locidd s función únicmnt d l tmprtur y d l nturlz d los rctios.

4 d) l lor d rí notblmnt l introducir un ctlizdor n l mdio d rcción. Vrddro. l uso d ctlizdor modific l lor d l nrgí d ctición, y como pon d mnifisto l cución d Arrhnius, l constnt s inrsmnt xponncil. A ) l conociminto d los lors d ris tmprturs prmit clculr l clor d rcción. Flso. L constnt d locidd no stá rlciond con l ntlpí d l rcción. f) l conociminto d los lors d ris tmprturs prmit clculr l nrgí d ctición d l rcción. Vrddro. R : A A tomndo logritmos nprinos n mbos mimbros d l iguldd R Ln xprsión qu prmit dspjr l lor d conocidos dos lors d l constnt difrnts tmprturs 7. Pr l rcción d formción dl yoduro d hidrogno 400ºC, prtir d sus lmntos, l nrgí d ctición s d 4 cl/mol. Clculr l umnto qu xprimntrá l locidd d dich rcción l lr l tmprtur dsd ºC. Pr l rcción: HI I H + l cución intgrd d locidd s: β H I Si mntnindo ls concntrcions constnts s rliz l rcción dos tmprturs difrnts, l xprsión d l locidd pr cd tmprtur srá: β β I H I H diidindo un ntr otr pr ncontrr l rlción ntr lls: simplificndo : : I H I H β β sustituyndo ls constnts por l xprsión d Arrhnius: R sustituyndo por los dtos dl nuncido( 673, 773 ) ( ) ( ) ( ) ( ) mol cl '987 mol cl '0

5 8. Un rcción dl tipo A(g) B(g) s hn mdido ls locidds cundo l concntrción d A r 0,0 M. y cundo r 0,040 M. Cul srá l ordn d l rcción si l rlción ntr l locidd primr ( 0,0 M) y l sgund ( 0,040 M) rsulto sr d 6,5?. Pr l rcción A(g) B(g), l cución intgrd d locidd s: plicd cd un d l xprincis: xprinci : 0' A xprinci : 0' 04 Diidindo pr stblcr l rlción ntr lls: 0' 0' : Simplificndo : 0'04 0'04 oprndo y sustituyndo por l rlción d locidds dd 6 '5 ' 5 dspjndo mdint logritmos nprinos: Ln 6'5 Ln 6'5 Ln '5 Ln '5 l ordn totl d l rcción s, y su cución intgrd s d l form: A 9. D ls siguints proposicions, rfrnts l dición d un ctlizdor positio un sistm rccionnt, sñl ls qu considr corrcts: ) Hc más ngtio l lor l rición d ntlpí d l rcción, con lo qu st s más xotérmic y por lo tnto más rápid. Flso. L dición d ctlizdor solo modific l nrgí d ctición d l rcción, no rí ningun función d stdo d stdo d l rcción. L rición d ntlpí ( H) n l rcción s l mism tnto si s us ctlizdor o no, pusto qu l ctlizdor, l prmncr inltrbl n l rcción, no pud comunicr o sustrr nrgí l sistm. H R Σ H PROD Σ H RAC b) Hc más ngtio l lor d l rición d l nrgí libr d Gibbs d l rcción, con lo qu s hc más spontán y por lo tnto más rápid. Flso. Los ctlizdors no son cpcs d proocr rccions qu sin llos no hubirn tnido lugr, su ppl s rduc modificr l locidd d rcción. L rición d nrgí libr d Gibbs ( G) n l rcción s l mism tnto si s us ctlizdor o no, pusto qu l ctlizdor, l prmncr inltrbl n l rcción, no pud comunicr o sustrr nrgí l sistm. H R Σ H PROD Σ H RAC Por tnto: Si l rcción s spontán ( G<0), lo srá con ctlizdor o sin él. Si l procso no s spontáno ( G>0), l ctlizdor no pud conrtirlo n spontáno. c) Disminuy l nrgí d ctición, con lo qu umnt l nº d choqus molculrs ficcs y con llo l locidd d rcción. Vrddro. Al disminuir l nrgí d ctición, srá más fácil qu un choqu llgu producir l nrgí d ctición. Actulmnt s supon qu l ctlizdor tom prt cti n l rcción, originndo un compusto ctido distinto, más lábil y mnos nrgético.

6 d) Aumnt l locidd d l rcción dirct y tmbién l locidd d l rcción inrs. Vrddro. Disminuy mbs. ) Aumnt únicmnt l locidd d l rcción dirct. Flso. Modific ls dos por igul, umntndo o disminuyndo mbs n l mism cntidd. f) Modific l stdo d quilibrio dl sistm. Flso. l quilibrio s lcnz cundo G 0, como l rición d nrgí libr no ri con l mplo d ctlizdors, l quilibrio tmpoco.. Qué s ntind por locidd d rcción? n qué unidds s mid? s l drid rspcto dl timpo, d l concntrción d culquir rctio o producto, diidid ntr su rspctio coficint stquiométrico y conrtid n númro positio. Sus Unidds son: mol l s.. Qué difrnci xist ntr molculridd y ordn d un rcción? s un hcho xprimntl qu n l myorí d ls rccions químics l locidd d rcción s dirctmnt proporcionl l producto d ls concntrcions d los rctios lds coficints ntros o frccionrios. S llm ordn totl d rcción l sum d los xponnts qu stán lds ls concntrcions n l cución intgrd d locidd. jmplo: A + B productos β Ordn prcil d rcción rspcto d A A B : β Ordn prcil d rcción rspcto d B Ordn otl (n) + β Molculridd d un rcción s l númro d moléculs ncsris pr qu con su colisión simultn s origin l compljo ctido, y por tnto tng lugr l rcción. 3. A un cirt tmprtur l constnt d l locidd corrspondint l rcción H + F HF l 7,5 mol s. Clculr l locidd d formción dl fluoruro d hidrógno n un momnto n qu ls concntrcions d hidrógno y flúor son, rspctimnt, 0, mols/ y 0, mols/l. Solución: nindo n cunt ls unidds d l constnt, l rcción s d ordn. [ ] [ Vlocidd] moll n [ Concntrción] [ moll ] por lo qu su cución intgrd d locidd s: 7'5 A B sustituyndo ls concntrcions por su lors: n [ ] [ ] mol l n

7 7'5 [ 0' ] [ 0'] 0' 5 mol l 4. n cirts condicions l locidd d formción dl gu in dd por l cución: V [H ] [O ] Indicr: ) l ordn d l rcción. l ordn totl d rcción s sum d los xponnts qu stán lds ls concntrcions n l cución intgrd d locidd. n + 3 b) Ls unidds d l constnt d l locidd. [ ] [ Vlocidd] moll 3 [ Concntrción] [ moll ] 3 mol l 5. n un rcción A + bb (productos, studid xpimntlmnt n l lbortorio, s obsr qu si s duplic l concntrción inicil d A, mntnindo constnt l d b, l locidd d rcción qud multiplicd por 8, mintrs qu si triplic l concntrción d B, mntnindo constnt l d A, l locidd d rcción tmbién s triplic. Clculr, bsándos n stos dtos, l ordn d rcción. L cución intgrd d locidd s d l form: form: [ A] [ ] β B Si s duplic l concntrción d A mntnindo constnt l d B, l cución intgrd qud d l [ A] [ ] β B diidindo l sgund ntr l primr β [ A] [ B] [ A] [ B] β simplificndo y tnindo n cunt l rlción ntr ls locidds ( 8 ) 8 3 form: Si s triplic l concntrción d A mntnindo constnt l d B, l cución intgrd qud d l [ A] [ 3 ] β 3 B diidindo l trcr ntr l primr β 3 [ A] [ 3B] [ A] [ B] β simplificndo y tnindo n cunt l rlción ntr ls locidds ( 3 ) 3 3 β β l ordn d rcción s l sum d + β n y l cución intgrd qud d l form: 3 A B [ ] [ ] 6. L rcción A + B AB s d primr ordn rspcto A y B. Cundo l concntrción d A s 0, M y l d B 0,8 M, l locidd d formción d AB s d mol s. ) Clculr l lor d l constnt d locidd.

8 Por sr un rcción d primr ordn spcto d A y B, su cución intgrd s d l siguint form: A B sustituyndo los dtos dl nuncido: mol s 0 mol l 0 8 mol l dspjndo l lor d 3,5 0 mol l s b) Cuánto ldrá l locidd d rcción n l momnto n qu [A]0 mols/l y [B] 0 4 mols/l? Conocido l lor d l constnt, l cución intgrd d locidd qud d l form: 3'5 0 A B pr ls concntrcions propusts, l locidd srá: 3 3'5 0 0' 0'4 '4 0 moll 7. Supongmos un rcción d primr ordn: A B + C. Si n l instnt inicil [A] mols/l l cbo d 0 sgundos [A] mol/l, cuánto ldrá l concntrción d A l cbo d un minuto? Solución: Cd 0 sgundos s rbj l mitd l concntrción d rctio por lo qu l cbo d 40 sgundos l concntrción hbrá ulto rbjrs l mitd y los 60 otr z, por lo qu su concntrción srá d 0 5 mol l 8. Supongmos l rcción A B + C. L concntrción d A rí con timpo d l form siguint: [A] (mols/l) IMPO 0,50 0 0,48 5 0,4 0 0,30 5 ) Cuál s l locidd mdi d rcción n los primros cinco sgundos? S dfin l locidd mdi rspcto dl rctio A como: A A t 5 A t 0 0'48 0'50 3 m 4 0 moll t b) Y ntr los sgundos 5 y 5? A A t 5 A t 5 m t 5 5 ( ) ( ) ( ) ( ) 0'30 0'48 0 '8 0 moll 9. Un rcción xotérmic s rificrá ld locidd? Rzonr l rspust. No tin porqu. L locidd d un rcción s función d l nrgí d ctición, myor nrgí d ctición mnor locidd y icrs, no sindo función d l ntlpí d l rcción. 0. Podrá drs l cso d dos rccions, un xotérmic y otr ndotérmic, qu tngn l mism nrgí d ctición? Si.. Rprsntr n un digrm ntálpico l cmino d un rcción ndotérmic rápid y d otr xotérmic qu s más lnt qu l ntrior.

9 . Dfinir los concptos d nrgí d ctición y compljo ctido. nrgí d ctición, s l nrgí qu dbn gnr los rctios pr lcnzr l compljo ctido y d s form qudn rotos los nlcs qu unn sus átomos o grupos tómicos, qudndo stos librs 3. Un sustnci A s dscompon sgún un rcción d sgundo ordn. A 600 l lor d l constnt d locidd s 0 55 mol l s. ) Cuál s l locidd d dscomposición st tmprtur si [A]3 0 3 mols/l? L cución intgrd d locidd pr 600 tin l form: 0'55 A si l concntrción d [A] mols/l, l locidd srá: 0' '950 6 moll b) Si 65, 50 mol l s, cuál s l nrgí d ctición d l rcción n l intrlo d tmprturs considrdo? L xprsión d l constnt pr 600 s: ( 600) A 600 R 0' 55 L xprsión d l constnt pr 65 s: ( 65) A 65 R ' 50 diidindo un ntr otr s ncuntr l lor d l nrgí d ctición. A 600R 0'55 600R 65R R : 0'367 : '50 A 65R omndo logritmos nprinos s dspj. 5000R Ln Ln 0'367 : '003 : R 8'3J mol 5000R 5 J mol '367 : 5000R 0'367 ( ) ( ): 506J mol 4. Cuál s l nrgí d ctición d un rcción cuy locidd s duplic l psr d 40º C 50º C? Al no dcir nd sobr ls concntrcions s supon qu mbs tmprturs s l mism, por lo qu l rlción ntr l locidds s l mism qu ntr ls constnts ( 33 ) ( 33 ) A... ( 33 ) ( 33 ) A... : ( 33 ) ( 33 ) A... ( 33 ) ( 33 ) A... ( 33 ) ( 33 ) L xprsión d l constnt pr 600 s: ( 33 ) ( 33 ) ( 33) A 33R L xprsión d l constnt pr 65 s: ( 33) A 33R

10 diidindo un ntr otr s ncuntr l lor d l nrgí d ctición. 0 ( 33) A 33R R 0099R ( 33) A 33R omndo logritmos nprinos, y plicndo sus propidds: 0 3 Ln : 58`3 J mol R 8'30 J mol 0099R Citr los lors qu influyn n l locidd d un rcción químic, xplicndo l rzón d su influnci. D l Nturlz d los rctios. n gnrl, l fortlz dl nlc s inrsmnt proporcionl l locidd Por lo gnrl son más lnts ls rccions ntr sustncis colnts qu ntr sustncis iónics disults, n sts últims los nlcs stán rotos. Dl grdo d diisión d los rctios. Sí umnt l suprfici d contcto s umnt l posibilidd d colisión y por tnto l locidd. Los gss y líquidos rccionn más rápidmnt qu los sólidos, y stos, cunto más finmnt stén diididos, rccionn tmbién más rápido. D l concntrción. Al umntr l concntrción, umnt l númro d moléculs rccionnts por unidd d olumn, lo qu prooc un umnto n l númro d choqus umntndo l locidd d l rcción. D l Prsión. Solo pr gss. Al umntr l prsión prcil umnt l concntrción, forciéndos l rcción. D l tmprtur. Si umnt l tmprtur, umnt l nrgí cinétic d ls moléculs rccionnts y como conscunci un myor fctiidd d Ls colisions intrmolculrs, umntndo l locidd d l mism. L rlción ntr l locidd d l rcción y l tmprtur l xprs l cución d Arrhnius A D l prsnci d ctlizdors. Vrín l nrgí d ctición modificndo l locidd. Si umntn l nrgí d ctición, disminuyn l locidd, o icrs. 6. S L rcción qu trnscurr n un tp simpl, A + B 3C dond A y B son los rctios y C s l único producto. ) xprs l locidd d rcción, r, indicndo sus unidds, n función dl rctio A y dl producto C. d A d C dt 3 dt b) L cución cinétic d s rcción s r A B. Indiqu l ordn totl d l rcción sí como ls unidds d l constnt cinétic,. Ordn totl(n): Sum d los xponnts d ls concntrcions n l cución intgrd d locidd n + [ ] [ Vlocidd] moll [ Concntrción] [ moll ] mol l

11 7. Dd l rcción xotérmic dl tipo: A + B C + D ) Rprsnt y comnt l digrm d nrgí potncil frnt l coordnd d rcción, sñlndo l ntlpí d rcción ( H) y ls nrgís d ctición dirct ( d ) inrs ( i ); xprs l rlción ntr trs mgnituds. b) Rprsnt y comnt l digrm corrspondint cundo ctú un ctlizdor sobr l rcción ntrior. AZUL: Rcción no ctlizd ROJO: Rcción ctlizd L dición d ctlizdor positio rbj tnto l nrgí d ctición dirct como l inrs