29 febrero, 2016

PROBLEMAS DE CINÉTICA QUÍMICA


330.-
En la reacción  I2 (g) + H2 (g) à 2 HI (g) han desaparecido 0,8 moles/litro en 2 segundos. Calcula la velocidad media de reacción en ese intervalo de tiempo, referida a un reactivo y a un producto. Observa que el resultado es el mismo.



331.-
En la reacción:             A  +  2 B  +  C  à   R  + 2 Sla ecuación cinética correspondiente es de segundo orden con respecto a A y a B y de orden cero con respecto a C. Escribe la ecuación de velocidad e indica que unidades tendrá la constante de velocidad.



332.-
La descomposición de una sustancia A sigue una cinética de primer orden, cuya constante vale 0,6 M -1-1. Si la concentración inicial de A es de 0,5 M, ¿cuál será la concentración de A cuando hayan transcurrido 3 segundos?

333.-
Se estudia la cinética de la siguiente reacción química:
2 NO (g) + O2 (g) à 2 NO2 (g)
y se obtiene que a cierta temperatura constante, la velocidad inicial de la reacción depende de las concentraciones de los reactivos tal y como se muestra en la siguiente tabla:
Exp
Velocidad  (M/s)
Concentración NO (M)
Concentración O2 (M)
10,0280,020,01
20,0560,020,02
30,2240,040,02
40,0140,010,02
  1. determina los órdenes parciales y el orden total de la reacción.
  2. Calcula el valor de la constante de velocidad y sus unidades.



334.-
La reacción A + 2 B à 2 C + D es de primer orden con respecto a cada uno de los reactivos. Escribe la ecuación cinemática de la reacción, determina su orden total e indica las unidades de la constante.

335.-
Si en una reacción introducimos un catalizador, indica de forma razonada si las siguientes afirmaciones son ciertas o falsas:
a) La entalpía de la reacción disminuye.
b) La reacción se hace más espontánea.
c) La energía de activación aumenta.
d) La constante cinética disminuye.
e) Se alcanzará antes el equilibrio reactivos – productos



336.-
De las tres reacciones cuyas energías de activación se dan en la tabla, ¿Cuál es la que tiene mayor constante de velocidad a igualdad de temperatura? En idénticas condiciones de concentración de reactivos, ¿Cuál será la más rápida? ¿y la más lenta?
Reacción
ABC
Energía de activación ( KJ/mol)62214147


337.-
La velocidad de la reacción del proceso no espontáneo: 
aA + bB à productos
viene dada por la expresión  v = k [A][B]
a) ¿Cuál es el orden total de la reacción?
b) Si añadimos un catalizador, ¿puede hacerse espontáneo el proceso?
c) De que factores depende la velocidad de la reacción?
 


338.-
Razona si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
  1. La velocidad de una reacción se duplica al duplicar la concentración de uno de sus reactivos.
  2. La velocidad de una reacción aumenta al disminuir el grado de división de sus reactivos.
  3. La velocidad de una reacción disminuye al aumentar la temperatura.
  4. La velocidad de una reacción aumenta al aumentar la concentración del catalizador.


339.-
Se ha comprobado que la reacción A + B à productos, es de primer orden tanto respecto de A como de B. Cuando la concentración de A es de 0,2 mol.L-1 y la de B 0,8 mol.L-1, la velocidad de la reacción es de 5,6.10-3 mol.L-1.s-1. Calcule:
a) el valor de la constante de velocidad de la reacción.b) La velocidad de la reacción cuando las concentraciones de A y B son de 0,3 M.




1.-      Escribe la ecuación de velocidad de las siguientes reacciones: a) NO(g) + O3(g) ® NO2(g) + O2(g) si sabemos que la reacción es de primer orden con respecto a cada reactivo; b) 2 CO(g) +  O2(g) ® 2 CO2(g) si sabemos que es de primer orden con respecto al O2 y de segundo orden con respecto al CO. 

2.-      Se ha medido la velocidad en la reacción: A + 2B ® C a 25 ºC, para lo que se han diseñado cuatro experimentos, obteniéndose como resultados la siguiente tabla de valores:
Experimento.
[A0] (mol·l–1)
[B0] (mol·l–1)
v0 (mol·l–1·s–1)
1
0,1
0,1
5,5 · 10-6
2
0,2
0,1
2,2 · 10-5
3
0,1
0,3
1,65 · 10-5
4
0,1
0,6
3,3 · 10-5

         Determina los órdenes de reacción parciales y total, la constante de velocidad y la velocidad cuando las concentraciones de A y B sean ambas 5,0 · 10–2 M. 

3.-      La velocidad para una reacción entre dos sustancia A y B viene dada por:
Experimento
[A0] (mol·l–1)
[B0] (mol·l–1)
v0 (mol·l–1·s–1)
1
1,0 · 10–2
0,2 · 10–2
0,25 · 10–4
2
1,0 · 10–2
0,4 · 10–2
0,50 · 10–4
3
1,0 · 10–2
0,8 · 10–2
1,00 · 10–4
4
2,0 · 10–2
0,8 · 10–2
4,02 · 10–4
5
3,0 · 10–2
0,8 · 10–2
9,05 · 10–4
Determina los órdenes de reacción parciales y total, la constante de velocidad y la velocidad cuando [A0] = 0,04 M y [B0] = 0,05 M. 

4.-      Completa la siguiente tabla correspondiente a una reacción: A + B ® C a 25ºC, la cual es de primer orden respecto de B y de 2º orden respecto de A. Completa la tabla justificando de dónde has obtenido los valores: 
Experimento
[A0] (mol·l–1)
[B0] (mol·l–1)
v0 (mol·l–1·s–1)
1
0,1
0,1
5,5 · 10-6
2
 
0,1
2,2 · 10-5
3
0,1
 
1,65 · 10-5
4
0,1
0,6
 


5.-      Los datos de la tabla siguiente pertenecen a la reacción: CO (g) + NO2 (g) ® CO2 (g) + NO (g) en donde vemos cómo varía la velocidad de la misma en función de la diferentes concentraciones iniciales de ambos reactivos.
Experimento
[CO]0 (M)
[NO2]0 (M)
v0 (mol/l·h)
1
3 · 10-4
0,4 · 10-4
2,28 · 10-8
2
3 · 10-4
0,8 · 10-4
4,56 · 10-8
3
3 · 10-4
0,2 · 10-4
1,14 · 10-8
4
6 · 10-4
0,4 · 10-4
4,56 · 10-8
5
1,8 · 10-3
0,4 · 10-4
13,68 · 10-8
         Determina el orden de reacción, la constante de velocidad y la velocidad cuando [CO]0 = 0,01 M y [NO2]0 = 0,02 M. 

6.-      La destrucción de la capa de ozono es debida entre otras a la siguiente reacción: NO + O3 ® NO2 + O2. La velocidad que se ha obtenido en tres experimentos en los que se ha variado las concentraciones iniciales de los reactivos ha sido la siguiente:
Experimento
[NO]0 (M)
[O3]0 (M)
v0 (mol/l·s)
1
1,0 · 10-6
3,0 · 10-6
6,6 · 10-5
2
1,0 · 10-6
9,0 · 10-6
1,98 · 10-4
3
3,0 · 10-6
9,0 · 10-6
5,94 · 10-4
a) Determina la ecuación de velocidad. b) Calcular el valor de la constante de velocidad. 

7.-      Justifica razonadamente cuál de las siguientes afirmaciones es correcta. Para iniciar el proceso de combustión del carbón, éste debe calentarse previamente porque: a) la reacción de combustión es endotérmica; b) se necesita superar la energía de activación; c) la reacción de combustión es exotérmica; d) la reacción de combustión no es espontánea a temperatura ambiente. 

8.-      a) Define velocidad de una ecuación química; b) Señala, justificando la respuesta, cuál/es de las siguientes propuestas relativas a la velocidad de reacción son correctas. I) Puede expresarse en mol–1·s–1. II) Puede expresarse en mol·l–1·s–1. III) Cuando adiciona un catalizador, la velocidad se modifica. IV) Su valor numérico es constante durante todo el tiempo que dura la reacción. V) Su valor numérico depende de la temperatura a la que se realiza la reacción. (Cuestión Selectividad COU Salamanca Junio 1997) 

9.-      Contesta a las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es el concepto de velocidad de reacción? b) ¿En qué unidades se expresa? c) ¿Qué factores influyen en la velocidad de una reacción? d) ¿Por qué un catalizador aumenta la velocidad de una reacción? (Cuestión Selectividad. Madrid Previo 2000) 

10.-   En la reacción A + B ® C + D, se demuestra experimentalmente que v = k [A]·[B], en donde k = A · e–Ea/RT. a) Explica el significado de cada uno de los términos que aparecen en la ecuación de Arrhenius. b) En determinadas ocasiones, la velocidad de la reacción es v = 0,01 mol/l·s. Indica razonadamente varias formas de conseguir que la reacción sea más rápida ·. (Cuestión Selectividad La Rioja 1998) 

11.-   Considera el proceso a A + b B ® productos. Indica cómo influye la presencia de un catalizador en : a) el calor de reacción; b) la energía de activación de la reacción; c) la cantidad de producto obtenida; d) la velocidad de la reacción. (Cuestión Selectividad COU Cantabria 1997) 

12.-   Dadas las siguientes proposiciones indicar, justificando la respuesta, cuáles son verdaderas y cuáles son falsas. Cuando se añade un catalizador a un sistema: a) la variación de entalpía de la reacción se hace más negativa, es decir, la reacción se hace más exotérmica y por lo tanto más rápida; b) la variación de energía estándar de Gibbs se hace más negativa y en consecuencia aumenta su velocidad; c) se modifica el estado de equilibrio; d) se modifica el mecanismo de la reacción y por ello aumenta la velocidad de la misma. (Cuestión Selectividad COU Salamanca 1997) 



Ejercicio 2: Solución: n(A)= 2, m(B) = 1; k = 5,5·10–3 l2 mol–2 s–1; v = 6,875 mol l–1 s–1
Ejercicio 6: Solución: a) v=k·[NO]·[O3]; b) 2,2·107mol-1·L·s-1.


SOLUCIONES (Cinética Química)

1.-       a) v = k · [NO]·[O3]      b) v = k’ · [CO]2·[O2]


2.-       Comparando el experimento 1 y el 2 vemos que al duplicar [A] manteniendo constante [B], se cuadruplica “v” lo que lleva a deducir que la reacción es de segundo orden con respecto a A.
Comparando el experimento 1 y el 3 vemos que al triplicar [B] manteniendo constante [A], se triplica “v” lo que lleva a deducir que la reacción es de primer orden con respecto a B.
La ecuación de velocidad será: v = k · [A]2·[B], es decir, su orden de reacción total será “3”.
                      v             5,5 · 10-6 mol·l–1·s–1
k = –––––– = –––––––––––––––––––– = 5,5 · 10-3 mol–2·l2·s–1

      [A]2·[B]    (0,1 mol·l–1)2·0,1 mol·l–1

v = k · [A]2·[B] = 5,5 · 10-3 mol–2·l2·s–1·(0,05 mol·l–1)2·0,05 mol·l–1

v = 6,875 ·10–6 mol·l–1·s–1


3.-       Comparando el experimento 1 y el 2 vemos que al duplicar [B] manteniendo constante [A], se duplica “v” lo que lleva a deducir que la reacción es de primer orden con respecto a B.
Comparando el experimento 3 y el 4 vemos que al duplicar [A] manteniendo constante [B], se cuadruplica “v” lo que lleva a deducir que la reacción es de segundo orden con respecto a A.
La ecuación de velocidad será: v = k · [A]2·[B], es decir, su orden de reacción total será “3”.
                       v             0,25 ·10–4 mol·l–1·s–1
k = –––––– = –––––––––––––––––––––– = 125 mol–2·l2·s–1

      [A]2·[B]    (0,01 mol·l–1)2·0,002 mol·l–1

k · [A]2·[B] = 125 mol–2·l2·s–1·(0,04 mol·l–1)2·0,05 mol·l–1  = 1,0 ·10–2 mol·l–1·s–1


4.-       
v = k · [A]2·[B]
                      v1           5,5 ·10–6 mol·l–1·s–1
k = –––––––– = –––––––––––––––––– = 5,5 ·10–3 mol–2·l2·s–1

      [A1]2·[B1]    (0,1 mol·l–1)2·0,1 mol·l–1

                           v2                    2,2 · 10-5 mol·l–1·s–1
[A2]2 = ––––– = –––––––––––––––––––––––– = 0,04 mol2·l–2 

           k ·[B2]    5,5 ·10–3 mol–2·l2·s–1 · 0,1 mol·l–1

[A2] = 0,2 mol·l–1

                           v3                    1,65 · 10-5 mol·l–1·s–1
[B3] = –––––– = –––––––––––––––––––––––––––– = 0,3 mol·l–1 

          k ·[A3]2      5,5 ·10–3 mol–2·l2·s–1 · (0,1 mol·l–1)2

v4 = k · [A4]2·[B4] = 5,5 ·10–3 mol–2·l2·s–1 ·(0,1 mol·l–1)2 · 0,6 mol·l–1 =  3,3 ·10–5 mol·l–1·s–1


5.-       Comparando el experimento 1 y el 2 vemos que al duplicar [NO2] manteniendo constante [CO], se duplica “v” lo que lleva a deducir que la reacción es de primer orden con respecto al NO2.
Comparando el experimento 1 y el 4 vemos que al duplicar [CO] manteniendo constante [NO2], se duplica “v” lo que lleva a deducir que la reacción es de primer orden con respecto al CO.
La ecuación de velocidad será: v = k · [CO]·[NO2], es decir, su orden de reacción total será “2”.

                         v                      2,28 · 10-8 mol·l–1·s–1
k = ––––––––– = –––––––––––––––––––––––– = 1,9 mol–1·l·s–1

      [CO]·[NO2]   3 ·10-4 mol·l–1 · 0,4 ·10-4 mol·l–1

v = k·[CO]·[NO2] = 1,9 mol–1·l·s–1 · 0,01 mol·l–1 ·0,02 mol·l–1

v = 3,8 ·10–4 mol·l–1·s–1


6.-       a) Comparando el experimento 1 y el 2 vemos que al triplicar [O3] manteniendo constante [NO], se triplica “v” lo que lleva a deducir que la reacción es de primer orden con respecto al O3.
Comparando el experimento 2 y el 3 vemos que al triplicar [NO] manteniendo constante [O3], se triplica “v” lo que lleva a deducir que la reacción es de primer orden con respecto al NO.
La ecuación de velocidad será: v = k · [NO]·[ O3].
b)                     v                      6,6 · 10-5 mol·l–1·s–1
k = –––––––– = –––––––––––––––––––––––––– = 2,2 · 107 mol–1·l·s–1
      [NO]·[O3]   1,0 · 10-6 mol·l–1 · 3,0 · 10-6 mol·l–1


7.-       
a)      FALSO, pues la reacción globalmente desprende calor y por lo tanto es exotérmica.
b)     VERDADERO, ya que si no se supera ésta no se producirá el complejo activado y la reacción no tendrá lugar aunque sea exotérmica.
c)      La afirmación es FALSA, pues aunque todas las reacciones de combustión son exotérmicas, ésta no es la causa por la que debe calentarse previamente.
d)     FALSA. El término que más influye en DG es DH sobre todo si la temperatura no es muy alta, por que DG < 0 y la reacción es espontánea, lo cual no significa que no deba superar la energía de activación.


8.-       
a)      Es el valor absoluto de la variación de concentración de uno de los productos o reactivos con respecto al tiempo dividido por su coeficiente estequiométrico.
b)     I) Es FALSA pues se expresa en mol·l–1·s–1; II) VERDADERA, aunque no es corresto que pueda expresarse sino que se expresa siempre en dichas unidades; III) VERDADERA, ya que cambia el mecanismo de la reacción y por tanto la constante de velocidad, al variar la energía de activación; IV) FALSO, la velocidad va disminuyendo hasta llegar a valer “0” cuando se alcanza el equilibrio, ya que entonces ya no varía ninguna concentración de reactivo o producto con el tiempo; V) VERDADERA, pues al aumentar la temperatura hay más moléculas que tienen la energía necesaria para que en sus choques se produzca el complejo activado.


9.-       
a)      Es el valor absoluto de la variación de concentración de uno de los productos o reactivos con respecto al tiempo dividido por su coeficiente estequiométrico.
b)     Se expresa en mol·l–1·s–1.
c)      Naturaleza de las sustancias.
Estado físico.
Superficie de contacto o grado de pulverización (en el caso de sólidos)
Concentración de los reactivos.
Temperatura.
Presencia de catalizadores.
d)     Porque varía el mecanismo de la reacción, y por tanto, la constante de velocidad.


10.-    
a)      A es una constante que tiene las mismas unidades que la constante de velocidad, Ea es la energía de activación, R es la constante de los gases y T la temperatura absoluta.
b)     Aumentando T, aumentará “k” y por tanto también aumentará “v”. Utilizando catalizadores, también podemos aumentar “k” pues podemos disminuir Ea. Igualmente podremos aumentar “v” aumentando [A] o [B].


11.-    
a)      No influye en el calor de la reacción, pues éste es función de estado y no depende del mecanismo por el que transcurra la reacción.
b)     Varía el mecanismo de la reacción, y por tanto, la energía de activación. En la mayor parte de los casos disminuirá Ea, y por tanto aumentará “v”; sin embargo en algunos casos pueden utilizarse catalizadores que disminuyan la velocidad (porque aumenta Ea).
c)      Los catalizadores no influyen en el equilibrio y por tanto en la cantidad de producto obtenida, pues las constantes del mismo sólo dependen de las concentraciones o presiones parciales de reactivos y productos y de los coeficientes estequiométricos de las ecuación global ajustada.
d)     Varía la velocidad pues varían el mecanismo de la reacción, y por tanto, la energía de activación y, como consecuencia de esto, la constante de velocidad.


12.-    
a)      FALSO, pues la entalpía de la reacción es función de estado y sólo depende del estado inicial y final del sistema, en donde no aparece el catalizador.
b)     FALSO, pues la energía libre de Gibbs también es función de estado y no varía por la presencia de catalizadores. Varía la velocidad porque varía la energía de activación.
c)      FALSO. Los catalizadores no influyen en el equilibrio, pues las constantes del mismo sólo dependen de las concentraciones o presiones parciales de reactivos y productos y de los coeficientes estequiométricos de las ecuación global ajustada.
d)     VERDADERO, pues el catalizador cambia el mecanismo por el que transcurra la reacción, y por tanto Ea, con lo que cambia también la constante de velocidad, y por tanto la velocidad de la reacción.












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