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GUÍA DE APRENDIZAJE
“CINÉTICA QUÍMICA”
NOMBRE ALUMNO(A):
FECHA:
CURSO: Tercero Medio
Objetivos:
1. Comprender de qué forma, diversos factores, afectan la velocidad de una reacción
química.
2. Aplicar la Ley de Le Chatelier.
El principio de Le Chatelier
Existe un principio muy general que determina las posibilidades de variación de los
equilibrios químicos. Fue propuesto a finales del siglo pasado por el químico francés
Henri-Louis Le Chatelier (1850-1936), por lo que se conoce como principio de Le
Chatelier. Se puede enunciar en los siguientes términos:
«Cuando sobre un sistema químico en equilibrio se ejerce una acción exterior que
modifica las condiciones del sistema, el equilibrio se desplaza en el sentido que tienda a
contrarrestar la perturbación introducida.»
He aquí algunos casos concretos de aplicación. Si en un sistema en equilibrio
químico se aumenta la concentración de los reactivos, el equilibrio se desplazará hacia la
derecha a fin de provocar la transformación de aquéllos en productos y recuperar así la
situación inicial.
La ruptura del equilibrio de la reacción:
3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2
provocada por la pérdida de H2, puede explicarse en términos análogos, ya que al
disminuir la concentración de H2 la reacción se desplaza hacia la derecha para producir
más hidrógeno, oponiéndose, de este modo, a dicha perturbación.
Una modificación de la temperatura del sistema en equilibrio puede producir igualmente
un desplazamiento del mismo en un sentido o en otro. Así, por ejemplo, la reacción:
N2O4 + calor  2NO2
es endotérmica, por lo que un aumento de la temperatura desplazará el equilibrio en el
sentido de la reacción directa, pues es en el que absorbe calor. La reacción inversa se
verá favorecida por un enfriamiento, pues en este sentido se produce calor.
También los efectos de variaciones de presión, cuando el sistema posee componentes
gaseosos, repercuten por análogas razones sobre el equilibrio. Así, por ejemplo, en la
síntesis del amoníaco:
N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g)
un aumento de presión desplazará el equilibrio hacia la derecha, ya que el número de
moléculas en el segundo miembro es inferior y, por tanto, ejercerán una presión menor
sobre el recipiente.
El principio de Le Chatelier permite predecir en qué manera se desplazará el equilibrio
químico de una reacción reversible, pero no en qué medida. Una descripción cuantitativa
del equilibrio fue efectuada por primera vez en 1870 por los químicos noruegos Guldberg
(1836-1902) y Waage (1833-1918), que la expresaron en forma de ley. Así, para una
reacción genérica del tipo:
aA + bB  cC + dD
La ley de Guldberg y Waage se expresa matemáticamente en la forma:
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en la cual los coeficientes estequiométricos a, b, c y d que se obtienen tras ajustar la
reacción, aparecen como exponentes de las concentraciones de reactivos y productos; K
toma, para cada reacción, un valor constante y característico que sólo depende de la
temperatura y que se denomina constante de equilibrio.
La ley de Guldberg y Waage se conoce también como Ley de acción de masas (L.A.M.)
La Ley de acción de masas permite hacer cálculos y predicciones sobre el equilibrio. Así,
el efecto de la concentración puede explicarse como sigue: si en un sistema en equilibrio
se aumenta la concentración de un reactivo, [A] por ejemplo, la reacción ha de
desplazarse hacia la derecha en el sentido de formación de los productos para que el
cociente representado por K se mantenga constante.
EJERCICIO APLICACIÓN DE LA LEY DE ACCIÓN DE MASAS:
La reacción:
2NO(g) + O2(g)  2NO2(g)
presenta una constante de equilibrio K = 6,45 x 105 (a 500º K de temperatura). Determinar
cuál ha de ser la concentración de oxígeno para que se mantenga el equilibrio en un
sistema en el que las concentraciones de NO y NO2 son iguales.
De acuerdo con la ley de acción de masas:
y dado que en el sistema considerado [NO2] = [NO], resulta:
es decir:
EVALUACIÓN
Lee las preguntas y respóndelas con claridad.
I.
1.
2.
3.
4.
Velocidad de reacción, factores que influyen en la velocidad de reacción y
teoría de las colisiones.
¿Qué se entiende por reacción química?
¿Qué se entiende cotidianamente por velocidad?
Define los siguientes conceptos:
Reactante – Producto – Concentración - Temperatura
¿Cómo se expresa la velocidad de reacción para una ecuación como la siguiente?
aA + bB  cC +dD
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Ejemplificar reacciones químicas rápidas y lentas de la vida diaria.
Describir cómo afecta la velocidad de reacción en la naturaleza de los reactantes.
Describir cómo afecta la velocidad de reacción en la concentración de los reactantes.
Describir cómo afecta la velocidad de reacción la temperatura.
Describir cómo afecta la velocidad de reacción los catalizadores.
¿Qué ocurriría en nuestro mundo si no existiera la barrera energética para las
transformaciones, conocida como energía de activación? (4 ptos.)
11. Teniendo en cuenta que la temperatura que tiene el agua hirviendo es de 100º C y la
del aceite muy caliente, alrededor de 250º C, responde: ¿dónde es más rápido
cocinar un huevo: en agua o en aceite hirviendo? (3 ptos.)
II. Teoría de colisiones
1) ¿En qué consiste la Teoría de colisiones?
2) ¿Qué es un choque ineficaz y qué uno eficaz?
3) ¿Cómo afectaría el aumento de presión y de temperatura sobre el número de
colisiones entre partículas de reactivo?
4) Escribe pequeñas conclusiones que te permitan describir en pocas y con tus palabras
en qué consiste esta teoría.
7) ¿Por qué a mayor concentración del reactante mayor es la velocidad de reacción?
Fundamenta tu respuesta utilizando un ejemplo.
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III. Teoría del complejo activado
1) ¿En qué consiste la Teoría del complejo activado?
2) ¿Qué es la energía de activación?
3) ¿Qué ocurre con la velocidad de una reacción si ésta requiere de poca energía de
activación?
4) ¿Qué ocurre con la velocidad de una reacción si ésta requiere de mucha energía de
activación?
5) ¿Qué es complejo activado?
6) ¿Qué es una reacción exotérmica?
7) ¿Qué es una reacción endotérmica?
8) Para una reacción cualquiera:
A + B⎯⎯→C + D
a) Dibuja un diagrama de energía si la reacción es exotérmica.
b) Dibuja un diagrama de energía si la reacción es endotérmica.
c) Grafica una reacción exotérmica con y sin catalizador.
IV. Concepto de velocidad orden de reacción – ley de velocidad
Para resolver lo que se pide a continuación, se sugiere utilizar los siguientes sitios de
internet:
http://www.planetasaber.com/theworld/gats/card.asp?pk=950
http://www2.uah.es/edejesus/resumenes/QG/Tema_11.pdf
http://www.fisicanet.com.ar/materias/qu_1/qu_1_tp_14/tpq1_14b.html
1. Explica el concepto de velocidad de reacción.
2. Expresa matemáticamente la velocidad para cada una de las siguientes reacciones:
A+B C +D
H2 + I2  2 HI
N2 + 3 H2  2 NH3
3. ¿Cuál es la unidad de la velocidad de reacción?
4. De las siguientes oraciones referentes a la constante de velocidad de reacción K,
indica razonadamente cuáles son correctas:
a) El valor de K aumenta siempre con la temperatura.
b) Dicho aumento se debe principalmente a que al elevar la temperatura aumenta mucho
el número de choques entre moléculas.
c) El valor de K aumenta siempre con la concentración de las sustancias reaccionantes.
d) El valor de K varía notablemente al introducir un catalizador.
Cuestionario
1.
2.
3.
4.
5.
a)
b)
6.
Define reacción endotérmica y reacción exotérmica.
¿Cuál es la importancia de la energía de activación?
Explica por qué un incendio se esparce más rápido si en el lugar hay viento.
Discute lo que ocurriría a nuestro mundo si no existiera la barrera energética para
las transformaciones químicas, conocida como energía de activación.
La virutilla de olla se hace polvo en unos tres días. Analiza la situación y responde:
¿Por qué la misma masa de virutilla extendida y de otra compactada como una
esfera, se oxidan en distintos tiempos? ¿Cuál se oxida más rápido?
¿Qué efecto tiene el agua en la velocidad de reacción (de oxidación)? Considera
que la virutilla al usarse, se moja y luego mantiene la humedad.
Para las siguientes reacciones, escriba la constante de equilibrio Kc en cada caso:
a) 3 MgCO3 ↔ 3 MgO + 3 CO2
b) 2 O ↔ O2
c) 4 HCl + O2 ↔ 2 H2O + 4 Cl
d) H2CO3 ↔ H+ + HCO3e) CuSO4 ↔ Cu++ + SO4=
f) 2 H2O ↔ 2 H2 + O2
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7. En la siguiente reacción endotérmica: A + B + Calor ↔ C + D
a) al aumentar la temperatura, hacia dónde se debe desplazar la reacción?
b) si por el contrario, el sistema es enfriado, qué ocurre con la reacción?
8. En una reacción exotérmica A + B ↔ C + D + Calor
¿bajo qué circunstancias la reacción será beneficiada?
9. Si para la siguiente reacción: nN + mM = pP + qQ la concentración de
reactantes y productos en el equilibrio son:
[N] = 0,008
n=2
[M] = 0,005
p=3
m=1
[Q] = 0,07
[P] = 0,03
y donde
q=1
Calcule la constante de equilibrio Kc para esta reacción.
10. Para la reacción A ↔ B + C la constante de equilibrio es Kc = 7 x104.
Si en el equilibrio la concentración de A es 0,3 M, calcule las concentraciones de B y C
en el equilibrio.
11. Indique hacia dónde se desplazará el equilibrio si para la siguiente reacción hay
una disminución de presión.
2 CH4 (g) ↔ C2H6 (g) + H2 (g)
12. ¿De qué forma se puede aumentar la velocidad de una reacción química? (4)
13. Exprese la velocidad directa de reacción para: H2 + I2 ↔ 2 HI
14. ¿Cuándo decimos que se ha alcanzado el equilibrio químico?
15. Para la reacción A (g) + B (g) ↔ C (g) + D (g) + Calor
¿Qué se debe hacer si se quiere obtener más producto?
16. Para la reacción QR2 ↔ Q+2 + 2 R - la constante de equilibrio es K = 3 x 10-5
Si en el equilibrio la concentración de QR2 es de 0,1 M, calcular la concentración de
Q+2 y R- en el equilibrio.
EJERCICIO RESUELTO APLICACIÓN DE LA LEY DE ACCIÓN DE MASAS:
La constante de equilibrio, a 600 K, de la reacción de descomposición del amoníaco:
vale K = 0,395. Si en un recipiente de 1,00 l de capacidad y a 600 K se introducen 2,65 g de NH3 a
igual temperatura, calcular cuáles serán las concentraciones en el equilibrio.
La cantidad de NH3 inicial expresada en moles será:
pues la masa molecular del amoníaco es:
M(NH3) = 14,0 + 3 · 1,0 = 17,0
y, puesto que el volumen del sistema es de un litro, la concentración inicial de NH 3 será:
[NH3] = 0,156 mol/l
Pero conforme la reacción avance, la concentración irá disminuyendo hasta reducirse al valor de
equilibrio. Si suponemos que se han descompuesto x moles/l de NH3, de acuerdo con la ecuación
química de partida, se habrán formado
Según la ley de acción de masas, se cumplirá la relación:
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y sustituyendo los valores de las concentraciones resulta:
Operando y sustituyendo el valor de K, se tiene:
que, reordenada, equivale a la ecuación de segundo grado:
1,30 x2 + 0,395 x - 0,0616 = 0
cuya solución aceptable es:
x = 0,114
Por tanto, las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio serán las siguientes:
[NH3] = 0,156 - x = 0,156 - 0,114 = 0,042 mol/l
APLICACIÓN DE LA LEY DE ACCIÓN DE MASAS
La reacción:
2NO(g) + O2(g)  2NO2(g)
presenta una constante de equilibrio K = 6,45 · 105 (a 500 K de temperatura). Determinar cuál ha
de ser la concentración de oxígeno para que se mantenga el equilibrio en un sistema en el que las
concentraciones de NO y NO2 son iguales.
De acuerdo con la ley de acción de masas:
y dado que en el sistema considerado [NO2] = [NO], resulta:
es decir: