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Transcripción

1 Unidad 7 Cinética química! CUESTIONES DE INICIACIÓN Señalarlos enunciados falsos: Un catalizador es una sustancia... aa Que modifica la elocidad de una reacción. bb Que se utiliza siempre en pequeña cantidad. cc Que prooca una reacción que sin él no se daría. dd Cuya concentración es proporcional a la elocidad de la reacción. aa Verdadero es la definición de catalizador, aumenta o disminuye la elocidad de reacción. bb Verdadero, normalmente su concentración es pequeña. cc Falso, el catalizador modifica la elocidad de una reacción que ya ocurre. dd Falso su concentración es pequeña. Por qué guardamos los alimentos en el frigorífico? Tiene esto algo que er con la cinética química? Porque la disminución de temperatura disminuye la elocidad de reacciones de descomposición y putrefacción que hace que los alimentos se deterioren, conserándose más tiempo con sus propiedades organolépticas, además a bajas temperaturas los microbios que atacan y descomponen los alimentos tienen una actiidad menor (sus reacciones metabólicas se relantizan con las bajas temperaturas, luego sí tiene mucho que er con la cinética química Como sabemos, el carbono se combina con el oxígeno según la reacción: C + O! CO que es muy exotérmica. Por qué entonces un trozo de carbón puede dejarse en contacto con el aire (oxígeno sin que le ocurra nada? Porque el que sea muy exotérmica no quiere decir que su cinética sea rápida, de hecho mientras no se elee la temperatura el carbón puede estar todo el tiempo en contacto con el aire sin que se queme. 4 Para quemar azúcar en el aire hay que calentar por encima de 500 C. Cómo es posible que nuestro cuerpo lo queme (metabolice a 7 C? Química - ANAYA

2 Unidad 7 Cinética química! Porque nuestro cuerpo usa enzimas para descomponerlo que son catalizadores orgánicos (catabolizantes que rebajan la energía necesaria para su metabolización. CUESTIONES Y PROBLEMAS De las siguientes proposiciones, señalar las que se consideren correctas. La elocidad de una reacción química puede expresarse en: aa s/mol; bb mol - s - ; cc mol L - s - ; dd mol - L s - ; ee las unidades dependen de la ecuación de elocidad. Como la elocidad de reacción es el cociente entre una ariación de concentración (molar respecto del Concentración mol /L mol tiempo, sus unidades son mol L s, luego es erdadera la cc tiempo s L s Para la elocidad de la descomposición del agua oxigenada, en disolución,00 M y a 40 C, según la ecuación: HO(aq " HO(I + O(g se ha medido la elocidad inicial, respecto al reactio HO, resultando:, mol L - s - aa Cuánto aldrá esta elocidad respecto a cada uno de los productos, HO y O? bb Al cabo de 5 horas, cómo será la elocidad, mayor, igual o menor? aa La elocidad de reacción es la misma se mida con las sustancia que se mida de las que interienen en la reacción. bb Con el transcurso del tiempo a elocidad a disminuyendo pues an desapareciendo los reactios (el agua oxigenada en nuestro caso hasta que se agotan y la reacción se detiene. Para la reacción anterior (en las mismas condiciones, se ha obtenido como ley diferencial: k [HO] aa Qué unidades tiene la constante de elocidad, k? bb Calcular su alor, teniendo en cuenta los datos del ejercicio anterior; cc Cuáles son los órdenes de reacción, respecto del HO, del HO, del O y el orden total? aa Unidades de k unidadesde unidadesde[h O mol L s ] mol L s Química - ANAYA

3 Unidad 7 Cinética química! bb 5,45 0 mol L s 5 k,45 0 s. [ H O ] mol L cc El orden parcial respecto del agua oxigenada es uno y respecto del agua y el oxígeno cero, el orden total es uno. 4 Una de las reacciones responsables de la destrucción de la capa de ozono es: NO + O " NO + O Esta reacción se ha estudiado en el laboratorio, a 5 C, obteniéndose estos datos: Experiencia Concentración inicial (mol L - Velocidad inicial (mol [NO] [O ] L - s - ª,0 0-6, , ª, ,0 0-6, ª, , , A partir de dichos datos: aa Determinar la ecuación de elocidad. bb Calcular el alor de la constante de elocidad. aa la ecuación de elocidad tendrá una expresión como: k [NO] [O ] para calcular los órdenes de reacción y utilizamos la tabla del enunciado:! Si relacionamos las dos primeras experiencias: [ ] [ O ] [ ] [ O ] 0,66 0,98 0 (,0 0 (,0 0 (,0 0 (9,0 0 (,0 0 (9,0 0 9! Si relacionamos las dos últimas experiencias: [ ] [ O ] [ ] [ O ] 5,94 0,98 0 (,0 0 (,0 0 (9,0 0 (9,0 0 (,0 0 (,0 0 ( Luego la ecuación de elocidad es k [NO] [O ] bb Como conocemos los órdenes parciales, las concentraciones y la elocidad podemos utilizar los datos de cualquiera de las experiencias para hallar k: k [ NO] [ O ] 4 0,66 0,0 0,0 0, 0 7 mol L s Química - ANAYA

4 Unidad 7 Cinética química! 4 5 Si una reacción química es fuertemente exotérmica, se realiza con una gran elocidad? Razonar la respuesta. Los datos termoquímico nada tienen que er con los cinético, hay reacciones exotérmicas rápidas y lentas, luego nada podemos decir de su elocidad con ese único dato. 6 Consideremos la siguiente reacción: CO + NO " CO + NO Si dos moléculas de CO y NO chocan entre sí con gran energía cinética, es suficiente esta condición para que se produzca reacción? Razonar la respuesta. No es suficiente ya que además de tener la energía suficiente, para que un choque sea eficaz, de lugar a reacción, los reactios han de chocar con la orientación adecuada según la teoría de las colisiones. 7 Para la reacción del ejercicio anterior se conocen las energías de actiación de las reacciones directa e inersa, que son E d 4 kj; E i 47,5 kj Calcular la entalpía de reacción. H r º E a (directo E a (inerso 4 kj 47,5 kj - 9,5 kj. 8 Tenemos una cierta cantidad de sustancia sólida, en forma de cubos de un centímetro de arista, que reacciona con un gas. Si diidimos todo el sólido, primero en forma de cubitos de un milímetro de arista y después de un micrómetro de arista. Cuánto aumentaría, aproximadamente, la elocidad de reacción? Si consideramos que la elocidad será proporcional a la superficie de contacto, hemos de saber la relación de superficies para er la relación entre las elocidades de reacción. Superficie del cubo inicial: S 6 l 6 (cm 6 cm Como diidimos el lado de un centímetro en 0 mm, salen 0x0x0 000 cubitos de lado mm y como la superficie de cada uno de ellos es S 6 l 6 (0,cm cm la superficie total ahora será cm 60 cm o sea 0 eces mayor luego la elocidad se multiplica por 0. Si lo diidimos en cubitos de micrometro 0-6 m 0-4 cm habrá ( cubitos y cada uno de ellos con una superficie S 6 l 6 (0-4 cm cm, luego la superficie total ahora Química - ANAYA

5 Unidad 7 Cinética química! 5 será cm cm es decir eces mayor, luego la elocidad aumentará en eces. 9 Explicar por qué al elear la temperatura aumenta tanto la elocidad de las reacciones químicas. Al aumentar la temperatura aumenta la energía cinética media de las partículas y con ello el número de colisiones entre ellas, pero ese aumento (un % no explica el aumento de elocidad tan grande, el notable aumento de elocidad se debe a que, al elear la temperatura, aumenta mucho el porcentaje de moléculas actiadas, con energía mayor de la de actiación, y con ello aumenta el número de choques eficaces, que dan lugar a reacción. 0 En una reacción química se añade un catalizador positio, con lo que la elocidad de la reacción directa se hace 50 eces mayor. Cuánto se modificará la constante de elocidad de la reacción inersa? Razonar la respuesta. De la misma forma que la directa ya que lo que hacen es disminuir la Ea necesaria para que se de reacción, esa disminución afecta a la reacción directa y a la inersa. EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS Si el tiempo se expresa en segundos y las concentraciones en mol L -, deducir las unidades de la constante de elocidad, k, para una reacción de segundo orden total. k [ A] mol L s mol L mol L s mol L mol L s Para la reacción de oxidación con oxígeno del óxido nítrico a dióxido de nitrógeno, se han obtenido los siguientes datos: Experiencia Concentración inicial (mol L - Velocidad inicial (mol [NO] [O ] L - s - ª,0 0 -,0 0-6,5 0-6 ª,0 0 -, ª,0 0 -,0 0-9,5 0-6 A partir de estos datos: aa determinar la ecuación diferencial de elocidad; Química - ANAYA

6 Unidad 7 Cinética química! 6 bb calcular el alor de la constante de elocidad; cc calcular la elocidad inicial, cuando: [NO] [O] 4,0. 0- mol/l. aa k [NO] [O ] para calcular los órdenes de reacción y utilizamos la tabla del enunciado:! Si relacionamos las dos primeras experiencias: k[ NO] [ O ] 6,5 0 (,0 0 (,0 0 O 6,0 0 4 (,0 0 (,0 0 [ ] [ ]! Si relacionamos la primera y la ª experiencias: [ ] [ O ] [ ] [ O ] 9,5 0 6,5 0 (,0 0 (,0 0 Luego la ecuación de elocidad es k [NO] [O ] (,0 0 (,0 0 (,0 0 (,0 0 (,0 0 (,0 0 ( bb Como conocemos los órdenes parciales, las concentraciones y la elocidad podemos utilizar los datos de cualquiera de las experiencias para hallar k: k 6,5 0 (,0 0 [ NO] [ O ], mol cc k [NO] [O ] 6500mol L s (4,0 0 mol / L 4,6 0-4 mol L - s -. En un mismo diagrama entálpico, dibujar el camino de una reacción exotérmica lenta y de una endotérmica más rápida que la anterior. En la primera los reactios han de tener más energía que los producto (exotérmica y una Ea alta (lenta y en la segunda los reactios tienen menos energía que los productos (endotérmica y una Ea menor que la anterior ( es más rápida: L s Química - ANAYA

7 Unidad 7 Cinética química! 7 4 La reacción de síntesis del fluoruro de hidrógeno es muy rápida a la temperatura ordinaria, mientras que la del yoduro de hidrógeno es muy lenta. Dar una posible explicación, considerando la formación del complejo actiado. (Indicación: Distancias interatómicas (!: H 0,80; F,4; I,8. Como el radio del F es la mitad que el del Yodo el complejo actiado que se forma es más inestable debido a que las repulsiones son mayores y se reorganizan antes para dar el producto (HF, por otro lado al ser más pequeño las colisiones eficaces (por el factor estérico son mayores. 5 Cuántas son las posibilidades de choque entre moléculas de A y 4 moléculas de B? Hacer el dibujo correspondiente. Suponemos las tres moléculas de A indistinguibles entre sí y lo mismo las cuatro de B. A B Binarias Ternarias Cuaternarias De 5 moléculas De 6 moléculas De 7 moléculas Los choques en los que interengan más de tres partículas son casi improbables. 6 Hay alguna relación entre la energía de actiación de una reacción y su calor de reacción? Razonar la respuesta. Como puede apreciarse en la figura adjunta para un proceso exotérmico, se cumple: H r º E a (directo E a (inerso. Si el proceso fuese endotérmica la relación es la misma Química - ANAYA

8 Unidad 7 Cinética química! 8 7 Decir si el siguiente enunciado es erdadero o falso. "Al aumentar la temperatura, aumenta mucho la elocidad de las reacciones endotérmicas, pero disminuye la de las reacciones exotérmicas.". Es falso ya que un aumento de temperatura aumenta la elocidad de cualquier reacción independientemente de cómo sea la entalpía de la reacción ( endotérmica o exotérmica. 8 Cómo afecta un catalizador los alores de H, G y Ea de una reacción?. Los catalizadores no afectan a las funciones termodinámicas de una reacción, ni al calor de reacción ( H ni a la espontaneidad ( G, pero sí disminuyen ( los positios o aumentan ( los negatios la Ea. 9 Los alquenos pueden obtenerse por eliminación de hidrácido de un halogenuro de alquilo. Así, el etileno se obtiene según la ecuación: CH-CHBr CH CH + HBr H +75 kj/mol La energía de actiación de esta reacción ale 6 kj/mol. Calcular la energía de actiación de la reacción inersa. Como : H r º E a (directa E a (inersa, E a (inersa E a (directa - : H r º 6 kj/mol 75 kj/mol 5 kj/mol. 0 De las siguientes proposiciones, señalar las que se consideren correctas: aa La energía de actiación aría mucho al añadir un catalizador. bb La energía de actiación de la reacción directa es siempre mayor que la de la reacción inersa. cc Para una reacción endotérmica, la energía de actiación debe ser mayor que la entalpía de reacción. aa Se puede considerar correcto que los catalizadores alteran mucho la Ea y así hay más partículas que la alcanzan y reaccionan o iceersa. bb Si la reacción es exotérmica E a (inersa > E a (directa (er ejercicios y 6 pero si es endotérmica E a (inersa < E a (directa. cc Es erdadero, éase el ejercicio 6. Química - ANAYA

9 Unidad 7 Cinética química! 9 Para la descomposición del ozono por el óxido nítrico, se ha propuesto el mecanismo: NO + O NO + O NO + O NO + O Qué papel desempeña el NO? Cuál es la reacción global? Es un compuesto intermedio que actúa como propagador de las reacciones en cadena. NO + O NO + O NO + O NO + O G O + O O Química - ANAYA