" cuadernillo"de"ejercicios"
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! Colegio!San!Esteban!Diácono! Departamento!de!Ciencias! ! ! ! " CUADERNILLO"DE"EJERCICIOS" TERCER!AÑO!MEDIO! QUÍMICA!PLAN!COMÚN! ! ! ! Profesores" Ana!M.!Avilés!Setz! Juan!Pastrián!Lisboa! ! ! ! ! ! ! Nombre:!………………………………………………………………………………………………!!!Curso:!………………! ! ! ! ! ! –"2 0 1 4 " –" ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 2" ! " QUÍMICA" ! Unidad"N°1:"“Termoquímica”" ! ! I.! Sistemas!termodinámicos! ! ! II.! Cálculo!de!Entalpía! ! ! III.! Entalpías!de!formación! ! ! IV.! Entalpías!de!enlace!! ! ! V.! Ley!de!Hess! ! ! VI.! Entropía! ! ! VII.! Energía!de!Gibbs!y!espontaneidad! ! ! Unidad"N°2:!“Cinética+Química”+ ! ! I.! Fundamentos!de!la!cinética! ! ! II.! Velocidades!de!reacción! ! ! III.! Ley!de!velocidad!y!orden!de!reacción! ! ! IV.!! Molecularidad!y!Mecanismos!de!reacción! ! ! V.! Factores!cinéticos! ! ! Unidad"N°3:!“Equilibrio+Químico”! ! I.! Constantes!de!Equilibrio! ! ! ! II.! Cálculo!de!constantes!de!equilibrio!y!concentraciones!en!el!equilibrio! ! ! III.!! Principio!de!Le!Chatelier! ! ! Solucionario" ! Anexos:!!Tabla+Periódica! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! Pág.!3! Pág.!5! Pág.!7! Pág.!8! Pág.!9! Pág.!10! Pág.!11! Pág.!13! Pág.!16! Pág.!18! Pág.!21! Pág.!24! Pág.!26! Pág.!28! Pág.!30! Pág.!32! Pág.!44" ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 3" ! Unidad"Nº1:! “TERMOQUÍMICA”! ! Objetivos:" • Identificar!sistemas!y!procesos!termodinámicos,!y!comprender!su!importancia!en!el!estudio!de! las!ciencias.! • Conocer!y!comprender!las!transformaciones!de!energía!que!acompañan!los!procesos!químicos,! reconociendo!reacciones!endotérmicas!y!exotérmicas.! • Conocer!las!leyes!de!la!termodinámica!y!aplicarlas!a!reacciones!químicas!y!procesos!cotidianos.! • Calcular!entalpía,!entropía!y!energía!de!Gibbs!en!diferentes!procesos.! • Determinar! la! espontaneidad! de! una! reacción! mediante! la! aplicación! de! leyes! de! la! termodinámica.! ! ! SECCIÓN"I:"" Sistemas+Termodinámicos! ! 1.!! Clasifique!los!siguientes!sistemas!como!abiertos,!cerrados!o!aislados.! ! ! ! Tipo"de"sistema" a)! Gasolina!que!se!quema!en!el!motor!de!un!automóvil.! ! b)! Mercurio!en!un!termómetro.! ! c)! Una!planta!viva.! ! d)! Café!en!un!termo!de!alta!calidad.! ! e)! Refrigerante!en!la!bobina!de!un!refrigerador.! ! ! ! 2.!! Se!ha!instalado!un!sistema!que!consiste!en!una!pila!y!una!ampolleta!contenidas!dentro!de!una! caja!de!paredes!aislantes.!Para!estudiar!la!transferencia!de!energía,!se!ha!cerrado!el!circuito!y! se!ha!medido!la!temperatura!del!aire!cada!5!minutos!registrando!estos!datos!en!una!tabla:! ! Hora" Temperatura"/ºC" 15:00! 13! 15:05! 14.5! 15:10! 16! ! a) ¿Qué!clase!de!sistema!es!el!utilizado?! ! b) ¿Qué!clases!de!energía!se!han!transferido!o!transformado!en!esta!experiencia?! ! c) ¿Qué!variables!de!estado!son!estudiadas?! ! d) ¿Podrías!predecir!qué!ocurrirá!con!el!sistema?! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 4" ! 3.! La! atmósfera! presenta! continuos! cambios! de! temperatura! y! presión.! Para! estudiar! estos! cambios!se!han!introducido!un!termómetro!y!un!barómetro!al!interior!de!un!globo,!los!que! han!registrado!los!siguientes!datos:! ! Día" 1! 2! 3! Presión"/"atm" 1.0! 1.5! 1.2! Temperatura"/"ºC" 25! 28! 27! Condición"del"tiempo" Parcial!nublado! Despejado!y!soleado! Despejado! ! ! a) ¿Qué!tipo!de!sistema!es!la!atmósfera?! ! b) ¿Qué!variables!de!la!atmósfera!son!estudiadas?! ! c) ¿Qué!otras!variables!podrían!estudiarse?! ! d) ¿Qué!dirías!del!estado!inicial!y!final!de!este!sistema?! ! e) ¿Podrías!predecir!las!condiciones!de!tiempo!si!contaras!con!más!mediciones?!Explica.! ! ! ! 4.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Discute!la!veracidad!de!las!siguientes!afirmaciones:! a)! Los!sistemas!abiertos!presentan!pared!impermeable.! ! b)! Los!sistemas!aislados!presentan!pared!adiabática.! ! c)! Los!sistemas!cerrados!no!pueden!presentar!pared!permeable.! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 5" ! SECCIÓN"II:"" Cálculo+de+Entalpía! " 1.! El!aluminio!metálico!reacciona!con!el!cloro!de!acuerdo!a!la!siguiente!ecuación:! Al!(s)!+!Cl2!(g)!→!AlCl3!(s)!!!!!!!!!!ΔH!=!l1408.4!kJ! ! ¿Cuánto!calor!se!libera!con!la!reacción!de!5!g!de!Al?! ! ! 2.! ¿Cuánto! calor! se! libera! o! absorbe! en! la! reacción! de! 1! g! de! Na! con! H2O?! ¿La! reacción! es! endotérmica!o!exotérmica?! Na!(s)!+!H2O!(l)!→!NaOH!(ac)!+!H2!(g)!!!!!!!!!!ΔH!=!l368.4!kJ! ! ! 3.! ¿Cuánto! calor! se! transfiere! en! la! reacción! de! 2.50! g! de! Fe2O3! con! suficiente! monóxido! de! carbono!para!producir!hierro!metálico?!¿El!proceso!es!endotérmico!o!exotérmico?! Fe2O3!(s)!+!CO!(g)!→!Fe!(s)!+!CO2!(g)!!!!!!!!!ΔH!=!l24.8!kJ! ! ! 4.! ¿Cuánto!calor!se!transfiere!en!la!reacción!de!233!g!de!óxido!de!calcio!con!suficiente!carbono! para!producir!carburo!de!calcio?!¿El!proceso!es!exotérmico!o!endotérmico?! CaO!(s)!+!C!(s)!→!CaC2!(s)!+!CO!(g)!!!!!!!!!ΔH!=!+464.8!kJ! ! ! 5.! El!disulfuro!de!carbono!puede!prepararse!a!partir!del!coque!(una!forma!impura!de!carbono)!y! azufre!elemental.! C!(s)!+!S2!(s)!→!CS2!(l)!!!!!!!!!ΔH!=!+358.8!kJ! ! ! ! ! ! ! ! 6.! ! a)! ¿Cuánto!calor!se!absorbe!en!la!reacción!de!1.25!mol!de!S2?! ! b)! Calcule!el!calor!absorbido!en!la!reacción!de!197!g!de!carbono!con!un!exceso!de!azufre.! c)! Si!el!calor!absorbido!en!la!reacción!fue!de!515!kJ,!¿cuánto!CS2!se!produjo?! La!oxidación!de!nitrógeno!en!el!tubo!de!escape!caliente!de!motores!a!reacción!y!automóviles! sucede!por!la!reacción! N2!(g)!+!O2!(g)!→!NO!(g)!!!!!!!!!!ΔH!=!+180.6!kJ! ! ! ! ! a)! ¿Cuánto!calor!se!absorbe!en!la!formación!de!1.55!mol!de!NO?! ! b)! Cuando!se!completó!la!oxidación!de!N2!a!NO!el!calor!absorbido!fue!de!492!J.!¿Qué!masa!de! nitrógeno!se!oxidó?! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 6" ! 7.!! Considere!la!reacción!siguiente:! Mg!(s)!+!O2!(g)!→!MgO!(s)!!!!!!!!!!ΔH!=!l1204!kJ! ! ! ! ! ! ! ! ! a)!!¿La!reacción!es!exotérmica!o!endotérmica?! b)! Calcule!la!cantidad!de!calor!que!se!transfiere!cuando!reaccionan!2.4!g!de!Mg.! c)! ¿Cuántos!gramos!de!MgO!se!producen!durante!un!cambio!de!entalpía!de!l96!kJ?! d)!!¿Cuántos!kilojoules!de!calor!se!transfieren!cuando!7.5!g!de!MgO!se!descomponen!en!Mg!y! O2?! ! ! 8.! Un! método! común! para! generar! cantidades! pequeñas! de! oxígeno! gaseoso! en! el! laboratorio! solía!ser!calentar!KClO3:! ! KClO3!(s)!→!KCl!(s)!+!O2!(g)!!!!!!!!!!ΔH!=!l89.4!kJ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Para!esta!reacción,!calcule!ΔH!para!la!formación!de! a)!!4.34!mol!de!O2.! b)!!200.8!g!de!KCl.! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 7" ! SECCIÓN"III:"" Entalpías+de+formación! " " " Compuesto" NH3!(g)! H2O!(l)! H2S!(g)! Fe2O3!(s)! CaCO3!(s)! SO2!(g)! CO2!(g)! H2O2!(l)! Tabla"de"entalpías"de"formación" Compuesto" ΔH"/"kJ"molZ1" l46.19! CH4(!g)! l285.90! CaCN2!(g)! l21.00! H2O!(g)! l822.20! HF!(g)! l1206.90! NF3!(g)! l296.90! HCN!(g)! l393.5! C6H12O6!(s)! l187.8! ! ΔH"/"kJ"molZ1" l74.85! l351.50! l241.80! l269.00! l113.00! 130.50! l1274.4! ! " 1.!! Determine!si!la!siguiente!reacción!es!endotérmica!o!exotérmica.! H2O2!(l)!→!H2O!(l)!+!O2!(g)! " " 2.!! A! través! de! la! fotosíntesis,! los! vegetales! fabrican! glucosa! a! partir! del! agua! y! del! dióxido! de! carbono!del!aire!según!la!siguiente!reacción:! CO2!(g)!+!H2O!(l)!→!C6H12O6!(s)!+!O2!(g)! ! Calcule!∆H°!de!esta!reacción.! ! ! ! 3.! Calcule!ΔH!para!la!siguiente!reacción:! H2S!(g)!+!O2!(g)!→!H2O!(g)!+!SO2!(g)! ! ! 4.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Calcule!el!valor!de!ΔH!para!las!siguientes!reacciones:! ! a)! NH3!(g)!+!3!F2!(s)!→!NF3!(g)!!+!3!HF(g)! b)! CaCO3!(s)!+!2!NH3!(g)!!!→!!CaCN2!(g)!+!3!H2O!(l)!!! c)! Fe2O3!(s)!!+!!!3!H2!(g)!!!→!!2!Fe!(s)!+!3!H2O!(g)! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 8" ! SECCIÓN"IV:"" Entalpías+de+enlace! " " " Tabla"de"entalpías"de"enlace" Energía"de"enlace" Tipo"de"enlace" (kJ"molZ1)" 436! N!–!F! 494! F!–!F! 460! C!–!O! 412! N!–!N! 610! N!=!N! 243! O!–!O! 338! C!–!C! 432! N!≡!N! Tipo"de"enlace" H!–!H! O!=!O! O!–!H! C!–!H! C!=!C! Cl!–!Cl! C!–!Cl! H!–!Cl! Energía"de"enlace" (kJ"molZ1)" 195! 158! 352! 159! 410! 180! 347! 944! " 1.! Calcula!la!entalpía!de!formación!del!agua!a!partir!de!las!energías!de!enlace.! H2!(g)!+!O2!(g)!→!H2O!(g)! " " 2.! Considerando!que!la!entalpía!de!reacción!de!hidrogenación!del!etileno!para!formar!etano!es! de!l131!kJ,!calcula!la!energía!del!enlace!ClC.! H2C!=!CH2!+!H2!→!H3C!–!CH3! " " 3.! Dada!la!reacción:! CH4!(g)!+Cl2!(g)!→!CH3Cl!(g)!+!HCl!(g)! ! ! Calcule!la!entalpía!de!reacción!estándar!utilizando!las!entalpías!de!enlace.! " " 4.! Utilice!las!energías!de!enlace!para!estimar!la!entalpía!de!la!siguiente!reacción:! N2!(g)!+!F2!(g)!→!NF3!(g)! " " 5.! Calcule!la!entalpía!para!la!síntesis!industrial!del!alcohol!isopropílico!por!medio!de!la!reacción! de!agua!con!propeno.! CH3CH=CH2!+!H2O!→!CH3–CH(OH)–CH3! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 9" ! SECCIÓN"V:"" Ley+de+Hess! " " " 1.! Considere!las!reacciones!hipotéticas!siguientes:! A!→!B!!!!!!!!!!ΔH!=!+30!kJ! B!→!C!!!!!!!!!!ΔH!=!+60!kJ! ! ! ! a)!!A!través!de!la!ley!de!Hess,!calcule!el!cambio!de!entalpía!en!la!reacción!A!→!C.! ! ! ! b)! Dibuje!un!diagrama!de!entalpía!para!las!sustancias!A,!B!y!C!e!indique!cómo!se!aplica!la!ley! de!Hess.! ! ! 2.! Suponga!que!tiene!las!reacciones!hipotéticas!siguientes:! X!→!Y!!!!!!!!!!ΔH!=!l35!kJ! X!→!Z!!!!!!!!!!ΔH!=!+90!kJ! ! ! ! a)! A!través!de!la!ley!de!Hess,!calcule!el!cambio!de!entalpía!en!la!reacción!Y!→!Z! ! ! b)!!Construya!un!diagrama!de!entalpía!para!las!sustancias!X,!Y!y!Z.! ! ! 3.! Dadas!las!entalpías!de!reacción:! P4!(s)!+!O2!(g)!→!P4O10!(s)!!!!!!!!!!ΔH!=!l2940.1!kJ! P4!(s)!+!O2!(g)!→!P4O6!(s)!!!!!!!!!!ΔH!=!l1640.1!kJ! ! ! Calcule!el!cambio!de!entalpía!para!la!reacción! P4O6!(s)!+!2!O2!(g)!→!P4O10!(s)! ! ! 4.! Dados!los!siguientes!datos:! N2!(g)!+!O2!(g)!→!NO!(g)!!!!!!!!!!ΔH!=!+180.7!kJ! NO!(g)!+!O2!(g)!→!NO2!(g)!!!!!!!!!!ΔH!=!l113.1!kJ! N2O!(g)!→!N2!(g)!+!O2!(g)!!!!!!!!!!ΔH!=!l163.2!kJ! ! ! Utilice!la!ley!de!Hess!para!calcular!ΔH!en!la!reacción:! ! N2O(g)!+!NO2!(g)!→!3!NO!(g)! ! " 5.!! La!entalpía!de!combustión!de!C!a!CO2!es!l395.5!kJ,!!y!la!entalpía!de!combustión!de!CO!a!CO2!es! l283.0!kJ/mol:! C!(s)!+!O2!(g)!→!CO2!(g)!!!!!!!!!!ΔH!=!l393.5!kJ! CO!(g)!+!O2!(g)!→!CO2!(g)!!!!!!!!!!ΔH!=!l283.0!kJ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 10" ! SECCIÓN"VI:"" Entropía! " Tabla"de"entropías"molares" Compuesto" ΔS"/"J"KZ1"molZ1" 109.60! Cl2!(g)! 69.90! S!(s)! 205.10! SO3!(g)! 238.93! H2SO4!(ac)! 51.21! CH3OH!(l)! 72.13! CO2!(g)! Compuesto" H2O2!(l)! H2O!(l)! O2!(g)! O3!(g)! Na!(s)! NaCl!(s)! " " 1." ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 2.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Prediga!el!signo!del!cambio!de!entropía!(ΔS)!en!los!siguientes!procesos:! a)! H2!(g)!+!Br2!(g)!→!2!HBr!(g)! b)! I2!(s)!→!I2!(ac)! c)! N2!(g)!+!3!H2!(g)!→!2!NH3!(g)! d)! HCl!(g)!+!NH3!(g)!→!NH4Cl!(s)! A!partir!de!los!valores!de!entropía!molares!estándar,!calcule!ΔS!a!25°C!para!cada!una!de!las! siguientes!reacciones:! a)! H2O2!(l)!!!→!!!H2O!(l)!+!O2!(g)! b)! Na!(s)!+!Cl2!(g)!!!→!!!NaCl!(s)! c)! O3!(g)!!!→!!!O2!(g)! d)!!SO3!(g)!+!H2O!(l)!!!→!!!H2SO4!(ac)! e)! S!(s)!+!O2!(g)!!!→!!!SO3!(g)! f)! CH3OH!(l)!+!O2!(g)!!!→!!!CO2!(g)!+!H2O!(l)! ! ! ! ! ! ΔS"/"J"KZ1"molZ1" 223.10! 31.80! 256.76! 156.90! 127.00! 213.70! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 11" ! SECCIÓN"VII:"" Energía+de+Gibbs+y+espontaneidad! ! Tabla"de"Datos"Termodinámicos"a"25°C" ΔH"/"kJ"molZ1! ΔS"/"J"KZ1"molZ1! Compuesto" ΔH"/"kJ"molZ1! ΔS"/"J"KZ1"molZ1! l239.0! 127.00! NO!(g)! 90.3! 210.80! lll! 160.50! NOCl!(g)! 52.6! 264.00! l1274.4! 212.00! Cl2!(g)! !!!!!!!!!0! 223.10! l393.5! 213.70! Cl!(g)! 121.7! 165.20! l285.9! 69.90! SO2!(g)! l296.8! 248.20! l241.8! 188.80! SO3!(g)! l396.0! 256.76! !!!!!!!!!!0! 205.10! H2S!(g)! l21.00! 205.70! Compuesto" CH3OH!(l)! C2H5OH!(l)! C6H12O6!(s)! CO2!(g)! H2O!(l)! H2O!(g)! O2!(g)! ! 1.! Calcule!la!energía!libre!de!Gibbs!para!la!siguiente!reacción!química,!a!25°C:! CH3OH!(l)!!!+!!!O2!(g)!!!→!!!H2O!(g)!!!+!!!CO2!(g)! ! ! 2.! Determine!si!a!50°C!es!espontánea!la!reacción!química!entre!NO!y!Cl2.! NO!(g)!!!+!!!Cl2!(g)!!!→!!!NOCl!(g)!!!+!!!Cl!(g)! ! ! 3.! Determine!si!la!siguiente!reacción!ocurre!de!forma!espontánea!a!25°C:! H2S!(g)!!!+!!!O2!(g)!!!→!!!H2O!(g)!!!+!!!SO2!(g)! ! ! 4.! El!hierro!metálico!se!puede!formar!reduciendo!óxido!de!hierro!(III)!con!hidrógeno.! Fe2O3!(s)!!!+!!!3!H2!(g)!!!→!!!2!Fe!(s)!!!+!!!H2O!(g)! ! ! ! ! ΔH°!=!+!98.8!kJ! ΔS°!=!+!141.5!J/K! Determine!si!la!reacción!es!espontánea!a!25°C.!En!caso!que!no!lo!fuera,!¿a!qué!temperatura! se!volverá!espontánea!la!reacción?! ! ! 5.!! La! reacción! principal! del! método! de! contacto! en! la! fabricación! del! acido! sulfúrico! es! la! oxidación! catalítica! del! dióxido! de! azufre! que! se! lleva! a! cabo! a! una! temperatura! de! unos! 400°C! SO2!(g)!+!O2!(g)!→!SO3!(g)! ! ! ! ! ! ! ! ! a)! Determine!si!la!reacción!ocurre!de!forma!espontánea!a!la!temperatura!indicada!! b)! ¿Qué!cantidad!de!energía!se!desprendería!en!la!oxidación!de!74,6g!de!dióxido!de!azufre?! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 12" ! 6.!! En!la!fabricación!del!vino,!la!glucosa!de!la!uva!es!transformada!en!etanol!mediante!la!acción! de!levaduras,!según!la!reacción:! C6H12O6!(s)!→!2!C2H5OH!(l)!+!2!CO2!(g)! ! ! ! La!entalpía!estándar!de!reacción!(ΔH°)!es!l67.98!kJ!y!la!energía!libre!estándar!de!esta!reacción! (ΔG°)!es!l222,76!kJ.!Con!los!datos!entregados,!calcula:! ! a)! ∆S°!de!la!reacción.! ! ! ! ! b)! ∆H°f!!del!etanol!líquido!(C2H5OH).! ! ! 7.! A! través! de! la! fotosíntesis,! los! vegetales! fabrican! glucosa! a! partir! del! agua! y! del! dióxido! de! carbono!del!aire!según!la!siguiente!reacción:! 6!CO2!(g)!+!6!H2O!(l)!→!C6H12O6!(s)!+!6!O2!(g)! ! ! a)! Calcule!∆H°!de!esta!reacción.! ! ! b)! Calcule! ∆S°! de! esta! reacción! y! justifique,! utilizando! criterios! termodinámicos,! por! qué! es! imposible! que! los! vegetales! puedan! realizar! la! fotosíntesis,! en! condiciones! estándar! a! 25°C,!sin!un!aporte!de!energía!desde!una!fuente!externa.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 13" ! Unidad"Nº2:! “CINÉTICA!QUÍMICA”! ! Objetivos:" • Conocer! y! comprender! las! teorías! que! explican! los! fenómenos! cinéticos! y! el! concepto! de! velocidad!de!reacción.! • Calcular!velocidades!de!reacción!a!partir!del!planteamiento!de!la!ley!de!velocidad!y!determinar! el!orden!de!reacción!para!diferentes!reacciones!químicas.! • Identificar!la!molecularidad!en!reacciones!químicas!y!explicar!la!cinética!de!una!reacción!simple! a!partir!de!los!mecanismos!de!reacción.! ! ! SECCIÓN"I:"" ! 1.!! ! ! ! ! ! ! ! ! 2.! Fundamentos+de+la+cinética! A!partir!de!la!teoría!de!colisiones,!explique:! a)! ¿Cómo!influye!la!orientación!en!la!velocidad!de!reacción?! b)! ¿Por!qué!no!todas!las!reacciones!exotérmicas!son!instantáneas?! c)! ¿Por!qué!las!reacciones!se!llevan!a!cabo!con!más!rapidez!a!altas!temperaturas?! La! reacción! de! formación! del! HBr,! a! partir! de! H2! y!Br2,! se! puede! representar! a! través! de! un! gráfico! de! energía! v/s! transcurso! de! la! reacción.! Grafique! la! reacción! de! formación! de! HBr,! considerando!que!la!energía!de!activación!es!40!kcal/mol!y!que!ΔH!es!l6!kcal/mol.! energía! ! transcurso!de!la!reacción! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! a)! Indique!en!el!gráfico!la!posición!de!reactivos,!productos,!e!inicio!de!reacción.! b)!!Calcule!la!energía!de!activación!para!la!reacción!inversa.! ! c)!! La!reacción!de!formación!de!HBr,!¿es!una!reacción!endotérmica!o!exotérmica?!! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 14" ! 3.! Observe!los!siguientes!perfiles!de!reacción.!En!cada!uno!complete!los!cuadros!dispuestos!con! los! siguientes! conceptos:! reactivos,! productos,! complejo! activado,! energía! de! activación,! entalpía!(ΔH).! ! Perfil+A+ Perfil+B+ ! ! ! ! ¿Representan!una!reacción!endotérmica!o!exotérmica?,!¿cuál!de!las!dos!es!más!rápida!y!por! qué?! ! ! 4.! Una! reacción! química! hipotética! tiene! una! energía! de! activación! de! 32! kJ/mol.! Para! la! reacción! inversa,! la! energía! de! activación! es! 58! kJ/mol.! Plantee! un! perfil! de! reacción! y! explique!si!la!reacción!es!exotérmica!o!endotérmica.!¿El!cambio!en!el!valor!de!la!energía!de! activación!tiene!efecto!sobre!la!velocidad!de!reacción?!Explique.! ! ! 5.! Observe!el!gráfico!que!muestra!dos!caminos!posibles!para!una!cierta!reacción!química.!Uno! de!ellos!corresponde!a!la!reacción!en!presencia!de!un!catalizador.! ! ! ! ! ! ! ! a)! ¿Cuál!es!el!valor!de!la!energía!de!activación!de!la!reacción!catalizada?! b)! ¿Cuál!es!el!valor!de!la!entalpía!de!reacción?! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 15" ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! c)! ¿Es!una!reacción!endotérmica!o!exotérmica?! d)! ¿Cuál!es!el!valor!de!la!energía!de!activación!de!la!reacción!sin!catalizar?! e)! ¿Cuál!es!la!diferencia!energética!entre!una!reacción!catalizada!y!una!sin!catalizar?! f)! ! ! ! Marque!en!el!gráfico!los!siguientes!ítems:! ! ! ! ! Inicio!de!la!reacción! ! ! ! ! Momento!en!que!hay!100%!de!reactantes! ! ! ! ! Momento!en!que!hay!100%!de!productos! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 16" ! SECCIÓN"II:"" Velocidades+de+reacción! ! 1.!! Escriba!las!expresiones!de!velocidad!media,!considerando!los!coeficientes!estequiométricos,! para! las! siguientes! reacciones! en! términos! de! la! desaparición! de! reactivos! y! la! aparición! de! productos.! ! ! a)! H2!(g)!+!I2!(g)!↔!HI!(g)! ! ! b)! N2!(g)!+!H2!(g)!↔!NH3!(g)! ! ! c)! SO2!(g)!+!H2O!(l)!↔!H2SO3!(ac)! ! ! 2.! La!concentración!de!un!reactante!cambia!de!0.5!M!a!0.1!M!en!un!tiempo!de!480!s.!¿Cuál!es!la! velocidad!de!reacción!en!M/min!durante!este!intervalo!de!tiempo?! ! ! 3.! Calcule! la! velocidad! de! desaparición! de! C4H9Cl! en! los! intervalos! de! tiempo! que! se! indican,! considerando!los!datos!de!concentración!señalados!en!la!tabla:! ! C4H9Cl!(ac)!+!H2O!(l)!!→!!C4H9OH!(ac)!+!HCl!(ac)! ! t"(s)" [C4H9Cl]"(M)" 0! 0.1000! 25! 0.0905! 50! 0.0820! 75! 0.0741! 100! 0.0671! 125! 0.0549! 150! 0.0448! 175! 0.0368! 200! 0.0200! 225! 0! Velocidad"(M/s)" ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 17" ! 4.! En!la!reacción!de!formación!del!agua!a!partir!de!sus!componentes!han!desaparecido!0.2!mol/L! de! oxígeno! en! tres! segundos.! Calcula! las! velocidades! de! reacción! ese! intervalo! de! tiempo! referidas!a!los!reactivos!y!al!producto.! ! ! 5.! Para!la!reacción!de!descomposición!del!tetraóxido!de!dinitrógeno!(N2O4!↔!NO2)!la!velocidad! de!formación!de!NO2,!en!cierto!intervalo!de!tiempo,!es!0.004!mol!Ll1!sl1.!¿Cuánto!vale!en!ese! intervalo!de!tiempo!la!velocidad!de!desaparición!de!N2O4?! ! ! 6.! En!la!reacción!de!obtención!del!etano!por!hidrogenación!del!eteno!han!desaparecido!5!mol/L! de! eteno! durante! los! primeros! 15! s! de! la! reacción.! Calcula! la! velocidad! de! formación! del! etano,!así!como!la!de!desaparición!del!eteno!e!hidrógeno.! ! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 18" ! SECCIÓN"III:"" Ley+de+velocidad+y+orden+de+reacción! ! 1.! Las!moléculas!de!Br2!se!forman!a!partir!de!la!reacción!entre!los!radicales!Br,!cuya!ecuación!de! velocidad!es!v!=!k![Br]2,!¿cuál!es!el!orden!global!de!esta!reacción?! ! ! 2.! La!ecuación!química!de!la!reacción!de!iones!yoduro!con!iones!peroxidisulfato!!es:! S2O8l2(ac)!!+!!3Il(ac)!→!2SO4l2(ac)!!+!!I3l(ac)! ! Determina! los! órdenes! parciales! y! global! de! la! reacción,! considerando! que! experimentalmente!se!ha!demostrado!que!la!ecuación!de!velocidad!de!esta!reacción!es!v!=!k! [S2O8l2][Il].! ! ! 3.! La! ecuación! de! velocidad! de! la! reacción! NO! (g)! +! H2!(g)! ↔! N2!(g)! +! 2! H2O! (g)! viene! dada! por! la! siguiente!expresión!obtenida!experimentalmente:!v!=!k![NO]2![H2].!¿Cuál!es!el!orden!total!de! esta!reacción!y!el!orden!parcial!respecto!a!cada!uno!de!los!reactivos?! ! ! 4.!! Se! ha! comprobado! experimentalmente! que! la! reacción! 2A! +! B! ↔! C! es! de! primer! orden! respecto!a!cada!uno!de!los!reactivos.! ! ! a)! Escriba!la!ecuación!de!velocidad!para!este!proceso.! ! ! b)! ¿Cuál!es!el!orden!total!de!reacción?! ! ! 5.! Para!la!reacción!en!fase!gaseosa!2!A!+!B!↔!3C,!cuyo!orden!de!reacción!es!2!respecto!de!A!y!de! orden!1!respecto!de!B:! ! ! a)! Formule!la!expresión!para!la!ley!de!velocidad.! ! ! b)! ¿Cuál!es!el!orden!global!de!la!reacción?! ! ! 6.! La! reacción! 2! X! +! Y! ↔! X2Y! tiene! órdenes! de! reacción! 2! y! 1! respecto! a! los! reactivos! X! e! Y,! respectivamente.! Determine! el! orden! global! de! la! reacción! y! la! ecuación! de! velocidad! para! este!proceso.! ! ! 7.! La! hemoglobina! (Hb)! en! la! sangre! se! une! al! oxígeno! formando! oxihemoglobina! (HbO2)! que! transporta!el!oxígeno!a!los!tejidos!del!cuerpo.!! Hb!(ac)!+!O2!(ac)!↔!HbO2!(ac)! ! La! reacción! es! de! primer! orden! respecto! a! la! hemoglobina! y! de! primer! orden! respecto! al! oxígeno!disuelto,!con!una!constante!de!velocidad!igual!a!4×107!L!moll1!sl1.!Calcula!la!velocidad! inicial! con! la! que! la! hemoglobina! se! unirá! al! oxígeno! si! la! concentración! de! hemoglobina! es! 2.5×10l9!M!y!la!de!oxígeno!es!4.0×10l5!M.! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 19" ! 8.! Para!la!reacción!2!ICl!(g)!+!H2!(g)!↔!I2!(g)!+!2!HCl!(g)!se!obtuvieron!los!siguientes!datos!cinéticos:! ! Experimento" [ICl]"/"M" [H2]"/"M" v"/"mol"LZ1"sZ1" 1! 1.5×10l3! 1.5×10l3! 3.70×10l10! l3 l3 2! 3.0×10 ! 1.5×10 ! 7.40×10l10! 3! 3.0×10l3! 4.5×10l3! 2.22×10l9! l3 l3 4! 4.7×10 ! 2.7×10 ! lll! ! ! Calcule:! ! ! a)! Los!órdenes!parciales!y!total!de!la!reacción.! ! ! ! b)! La!expresión!de!la!ley!de!velocidad.! ! ! ! c)! La!constante!de!velocidad!de!la!reacción.! ! ! d)! La!velocidad!de!reacción!en!el!experimento!4.! ! ! ! 9.! Se! ha! medido! la! velocidad! en! la! reacción! A! +! 2B! ↔! C! a! 25°C,! para! lo! que! se! han! diseñado! cuatro!experimentos!obteniendo!los!siguientes!resultados:! ! Experimento" [A]"/"M" [B]"/"M" v"/"mol"LZ1"sZ1" 1! 0.1! 0.1! 5.50×10l6! 2! 0.2! 0.1! 2.20×10l5! 3! 0.1! 0.3! 1.65×10l5! 4! 0.1! 0.6! 3.30×10l5! ! ! Calcule:! ! ! a)! Los!órdenes!de!reacción!parciales!y!total.! ! ! b)! La!constante!de!velocidad!de!la!reacción.! ! ! c)! La!velocidad!cuando!las!concentraciones!de!A!y!B!sean!ambas!5.0×10l2.! ! ! 10.! En! la! reacción! química! de! formación! del! dicloruro! de! manganeso! (MnCl2)! se! obtuvieron! los! siguientes!resultados!cinéticos:! ! HCl!+!MnO2!+!Cl2!↔!MnCl2!+!H2O! ! Experimento" [HCl]"/"M" [MnO2]"/"M" [Cl2]"/"M" v"/"mol"LZ1"sZ1" 1! 3.1! 2.7! 2.1! !!2.5×10l3! 2! 3.1! 5.4! 2.1! 10.0×10l3! 3! 3.1! 2.7! 4.2! 10.0×10l3! 4! 6.2! 2.7! 2.1! !!5.0×10l3! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 20" ! ! ! ! ! ! ! ! 11.! Calcule:! a)! Los!órdenes!parciales!y!total!de!la!reacción.! b)! La!constante!de!velocidad!de!la!reacción.! Para!la!reacción!química!entre!el!ácido!clorhídrico!(HCl)!y!el!tiosulfato!de!sodio!(Na2S2O3)!se! estudió!la!velocidad!en!función!de!diferentes!concentraciones!de!reactivo,!obteniéndose!los! resultados!que!se!indican.! ! HCl!!+!!Na2S2O3!!→!!SO2!!+!!S!!+!!NaCl!!+!!H2O! ! Experimento" 1! 2! 4! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! [HCl]"/"M" 0.05! 0.10! 0.05! [Na2S2O3]"/"M" 0.06! 0.06! 0.12! v"/"mol"LZ1"sZ1" 5×10l4! 1×10l3! 8×10l3! a)! Exprese!la!ley!de!velocidad,!considerando!los!órdenes!parciales!de!reacción.! b)! Calcule!el!valor!de!la!constante!de!velocidad! c)! ¿Cuál!es!la!velocidad!de!reacción!considerando!que!la!concentración!de!Na2S2O3!es!0.048! M!y!la!de!HCl!es!0.35!M?! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 21" ! SECCIÓN"IV:"" Molecularidad+y+Mecanismos+de+reacción! ! 1.!! Para!la!reacción!NO! (g)!+!O3!(g)!↔!NO2!(g)!+!O2!(g),!¿se!puede!predecir!la!ecuación!de!velocidad! sabiendo! que! es! una! reacción! elemental?,! ¿por! qué?.! Si! la! respuesta! anterior! es! afirmativa,! escriba!la!ecuación!de!velocidad!para!esta!reacción.! ! ! 2." Identifique! la! molecularidad! y! escriba! la! ley! de! velocidad! para! cada! una! de! las! siguientes! reacciones!elementales:! ! ! a)! I2(g)!→!2!I(g)! ! ! ! b)! 2!NO(g)!+!Br2(g)!→!2!NOBr(g)! ! ! c)! N2O5(g)!→!NO2(g)!+!NO3(g)! ! ! 3.! De! acuerdo! al! mecanismo! de! descomposición! del! pentaóxido! de! dinitrógeno! (N2O5)! que! se! indica! a! continuación,! encierre! en! un! círculo! todos! los! intermediarios! que! participan! de! la! reacción.! ! ! ! ! ! !!!!!!!!!!2!N2O5(g)!→!2!NO2(g)!+!2!NO3(g)! ! ! ! ! ! ! NO2(g)!+!NO3(g)!→!NO(g)!+!NO2(g)!+!O2(g)! ! ! ! ! ! !!NO(g)!+!NO3(g)!→!2!NO2(g)! ! ! 4.! Considere!el!siguiente!mecanismo!para!la!reacción!entre!el!óxido!nítrico!con!el!cloro:!! ! ! ! ! Paso!1:!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!NO(g)!+!Cl2(g)!→!NOCl2(g)! ! ! ! ! Paso!2:!!!! NOCl2(g)!+!NO(g)!→!2!NOCl(g)! ! ! a)! Indique!la!ecuación!química!y!la!molecularidad!para!la!reacción!global.! ! ! b)! Identifique!el!(los)!producto(s)!intermediario(s)!de!la!reacción.! ! ! c)! ¿Cuál!es!la!molecularidad!de!cada!etapa!elemental?! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 22" ! 5.! El! siguiente! gráfico! muestra! las! reacciones! catalizada! y! sin! catalizar! para! la! descomposición! del!peróxido!de!hidrógeno!(H2O2)! ! ! ! ! ! ! ! ! La!ecuación!para!la!reacción!no!catalizada!es:!2!H2O2(ac)!→!2!H2O(l)!+!O2(g)! El! mecanismo! para! la! reacción! catalizada! está! descrito! por! las! siguientes! reacciones! elementales:! ! ! ! 2!Br–(ac)!+!H2O2(ac)!+!2!H+!→!Br2(ac)!+!2!H2O(l)! ! ! ! !!!!!!!!!!!!!!!Br2(ac)!+!H2O2(ac)!→!2!Br–(ac)!+!2!H+(ac)!+!O2(g)! ! a) Indique!la!molecularidad!de!la!reacción!global!catalizada!y!escriba!su!ecuación!química.! ! ! b) ¿Cuál(es)!es!(son)!el!(los)!intermediario(s)!de!la!reacción!catalizada?! c) ¿Cuál!de!los!pasos!elementales!corresponde!a!la!etapa!limitante?! ! ! ! ! 6.! Para!la!reacción!entre!el!óxido!de!nitrógeno!!y!el!bromo!se!propuso!el!mecanismo!siguiente:! ! ! ! ! Paso!1:!! !!!!!NO(g)!+!Br2(g)!→!NOBr2(g)! etapa+lenta! ! ! ! ! Paso!2:!! NOBr2(g)!+!NO(g)!→!2!NOBr(g)! etapa+rápida!! ! a) Construya! un! gráfico! que! evidencie! las! variaciones! de! energía! entre! reactivos,! intermedios!y!productos,!considerando!que!esta!reacción!química!es!endotérmica.! ! b) Indique!la!etapa!limitante!de!la!velocidad! ! c) Escriba!la!ecuación!química!para!la!reacción!global.! ! d) ¿Cuáles!son!los!órdenes!parciales!y!total!de!la!reacción!global?! ! ! ! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 23" ! 7.! El!mecanismo!propuesto!para!cierta!reacción!es!el!siguiente:! " AB!+!C2!→!AC!+!BC! 1ª!etapa!(lenta)! ! AC!+!AB!→!BC!+!A2! ! 2ª!etapa!(rápida)! ! Escribe!la!ecuación!global!de!la!reacción.! ! Deduce!la!expresión!de!la!ley!de!velocidad.! a) b) ! ! 8.! Observe!el!gráfico!de!energía!para!la!reacción!de!A!a!D!que!se!presenta!a!continuación,!y! contesta!las!preguntas.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " " ! ! ! ! ! a)! ¿Cuántos!intermedios!hay!en!la!reacción?! b)! ¿Cuantos!estados!de!transición!hay!en!la!reacción?! c)! ¿Cuál!es!la!etapa!más!rápida!de!la!reacción?! d)! ¿Cuál!es!el!reactivo!en!la!etapa!limitante!de!la!velocidad?! e)! ¿Cómo!es!la!primera!etapa!de!la!reacción,!endotérmica!o!exotérmica?! f)! ¿Cómo!es!la!reacción!global,!endotérmica!o!exotérmica?! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 24" ! SECCIÓN"V:"" Factores+cinéticos! ! 1.!! Explique!los!siguientes!hechos!desde!la!perspectiva!de!la!cinética!química!y!los!factores!que! modifican!las!velocidades!de!reacción.! ! ! a)! El!ácido!clorhídrico!10!M!ataca!al!mármol!mucho!más!rápido!que!el!ácido!clorhídrio!0.01! M.! ! ! b)! Las!luciérnagas!lucen!con!más!intensidad!en!las!noches!calurosas!que!en!las!noches!frías.! ! ! 2.! La! reacción! entre! el! cinc! y! el! ácido! clorhídrico! 1! M! se! representa! a! través! de! la! siguiente! reacción:! ! ! a)! El!Zn!es!una!sustancia!sólida,!¿qué!efecto!tendrá!en!la!velocidad!de!la!reacción!si!se!usa!Zn! en!polvo?,!¿y!si!se!empleara!en!trozos?! ! ! b)! ¿Qué!efecto!tendrá!en!la!velocidad!de!reacción!si!se!usa!HCl!0.5!M?,!¿y!si!utilizaramos!HCl! 5!M?! ! 3." Las!serpientes!son!reptiles!ectotermos,!es!decir,!no!poseen!mecanismos!especializados!para! regular! su! temperatura! corporal,! sino! que! dependen! del! calor! del! medioambiente.! Por! ejemplo,! en! los! días! fríos! disminuyen! las! reacciones! bioquímicas! en! sus! células! provocando! que!su!actividad!se!reduzca.! " ! a)! Si! aumenta! la! temperatura! en! el! ambiente,! ¿qué! sucederá! con! la! velocidad! de! las! reacciones!bioquímicas!celulares!de!la!serpiente?! ! ! b)! ¿Qué! factor! influye! en! la! velocidad! de! las! reacciones! bioquímicas! que! se! producen! en! el! metabolismo!de!la!serpiente?! ! 4.! Considere!un!cubo!de!1!m!por!cada!uno!de!sus!lados,!tal!como!aparece!en!la!siguiente!figura.! ! 1!m! 1!m! 1!m! ! ! ! !! a)! Calcule!el!área!total!del!cubo,!considerando!sus!seis!caras.! b)! Si!este!gran!cubo!se!divide!en!8!cubos!más!pequeños!de!0.5!m!por! cada! lado,! ¿cuál! es! el! área! total! de! cada! uno! de! los! cubos! pequeños?,!¿y!la!suma!total!del!área!de!todos!los!cubos!pequeños?! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 25" ! ! c)! ¿Qué! conclusión! extrae! al! comparar! la! superficie! de! contacto! del! cubo! grande! con! la! superficie!total!de!los!cubos!más!pequeños?!Extrapole!esta!relación!al!efecto!que!tiene!el! grado!de!división!de!reactivos!en!la!velocidad!de!una!reacción!química.! ! ! 5.! La! siguiente! reacción! exotérmica! se! lleva! a! cabo! en! un! recipiente! cerrado! provisto! de! un! émbolo!móvil.! ! 2!CO!(g)!!!+!!!O2!(g)!!!↔!!!2!CO2!(g)! ! ! Desde!el!punto!de!vista!de!la!cinética!química,!explica:! ! ! a)! ¿Qué!sucede!al!aumentar!la!presión!del!sistema?! ! ! b)! ¿Qué!sucede!si!disminuye!la!temperatura!del!sistema?! ! ! c)! ¿Qué!sucede!con!la!velocidad!de!reacción!si!aumenta!la!concentración!de!CO?! ! ! d)! ¿Qué!sucede!con!la!velocidad!de!reacción!si!disminuye!la!concentración!de!O2?! ! ! ! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 26" ! Unidad"Nº3:! “EQUILIBRIO!QUÍMICO”! ! Objetivos:" • Conocer! y! comprender! el! concepto! de! equilibrio! químico,! las! pautas! para! expresar! matemáticamente!la!constante!de!equilibrio!e!interpretar!la!información!que!ésta!entrega.! • Calcular! constantes! de! equilibrio! y! sus! concentraciones,! e! interpretar! datos! y! formular! explicaciones!a!partir!de!las!teorías!y!conceptos!tratados!en!clases.! • Comprender!los!factores!que!afectan!el!equilibrio!químico:!principio!de!Le!Chatelier.! ! ! SECCIÓN"I:"" Constantes+de+Equilibrio! ! 1.!! Exprese!la!constante!de!equilibrio!de!las!siguientes!reacciones!químicas.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! a)! NO2!(g)!↔!N2O4!(g)! ! b)! HI!(g)!↔!H2!(g)!+!I2!(g)! ! c)! SO2Cl2!(g)!↔!SO2!(g)!+!Cl2!(g)! ! d)! N2!(g)!+!H2!(g)!↔!NH3!(g)! ! e)! CO!(g)!+!O2!(g)!↔!CO2!(g)! ! f)! NaHCO3!(s)!↔!Na2CO3!(s)!+!H2O!(g)!+!CO2!(g)! ! g)! Zn!(s)!+!HCl!(ac)!↔!ZnCl2!(ac)!+!H2!(g)! ! h)! H2O2!(l)!↔!H2O!(l)!+!O2!(g)! 2.! Escriba!la!ecuación!química!a!partir!de!las!siguientes!constantes!de!equilibrio.! ! [NH3 ]2 [NO]2 [Br2 ] K = ! ! a)! Kc = d)! c [N2 ][H2 ]3 [BrNO]2 b)! Kc = [I2 ][Cl2 ] ! [ICl]2 e)! Kc = [SO3 ] ! [SO][O2 ] c)! Kc = [NO]2 ! [N2 ][O2 ] f)! Kc = [HBr]2 ! [H2 ][Br2 ] " " " " ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 27" ! 3.! La!ruptura!homolítica!del!oxígeno!molecular!se!representa!mediante!la!ecuación! O2!(g)!!↔!2!O!(g)! ! con! una! constante! de! equilibrio! Kc! =! 1×10l34,! a! 25ºC.! Plantea! una! hipótesis! de! cómo! se! encontraría!el!oxígeno!en!la!vida!cotidiana.! ! ! 4.! Se!tiene!la!siguiente!reacción!en!equilibrio! CaCO3!(s)!!↔!CaO!(s)!+!CO2!(g)!!!!!Kc!=!2.5×10l3!a!800°C! ! ! a)! Escriba!la!expresión!de!la!constante!de!equilibrio! ! ! b)! ¿Hacia!dónde!se!favorece!el!equilibrio?! ! ! 5.! El! NO! es! un! contaminante! atmosférico! que! producen! los! motores! de! automóvil! por! la! reacción:! N2!(g)!+!O2!(g)!↔!2!NO!(g)! ! ! Para!!esta!reacción,!el!valor!de!Kc!a!2300!K!es!1.7×10l3.!¿Quedará!mucho!reactivo!cuando!la! reacción!haya!llegado!al!equilibrio?!Explique!su!respuesta.! ! ! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 28" ! SECCIÓN"II:"" Cálculo+de+constantes+de+equilibrio+y+concentraciones+en+el+equilibrio! " 1.! Considere!la!siguiente!reacción!química!en!equilibrio:! H2S!(g)!+!O2!(g)!↔!H2SO4!(g)! ! ! ! ! ! ! " " 2." Si! las! concentraciones! de! cada! especie! son:! [H2SO4]! =! 3.45! M,! [O2]! =! 0.25! M! y! [H2S]! =! 1.24!M.! a)! Determine!el!valor!de!Kc.+ b)! ¿Existirá!más!cantidad!de!producto!o!reactivo!en!el!equilibrio?! Al! calentar! a! 100ºC! el! bromuro! de! nitrosilo,! éste! se! descompone! de! acuerdo! a! la! siguiente! reacción!química:! NOBr!(g)!↔!NO!(g)!+!Br2!(g)! Al!realizar!esta!reacción!en!un!recipiente!de!10!L,!se!aprecia!que,!al!alcanzarse!el!equilibrio,!en! el!recipiente!hay!0.059!moles!de!NOBr,!0.105!moles!de!NO,!y!0.05!moles!de!Br2.! ! ¿Cuál!es!el!valor!de!la!constante!de!equilibrio!para!esta!reacción?! ! ! 3." El!acetato!de!etilo!es!un!disolvente!industrial!que!se!obtiene!por!la!reacción!del!ácido!acético! con!etanol.! CH3COOH!(ac)!!!+!!!C2H5OH!(ac)!!!↔!!!CH3COOC2H5!(ac)!!!+!!!H2O!(l)! ! ! a)! Escriba!la!expresión!de!la!constante!de!equilibrio.! ! ! b)! Una!disolución!que!se!preparó!en!un!matraz!aforado!de!500!mL!mezclando!1!mol!de!ácido! acético!con!1!mol!de!etanol,!contiene!0.65!mol!de!acetato!de!etilo!en!el!equilibrio.!Calcule! la!concentración!molar!de!cada!especie!y!el!valor!de!Kc.! ! ! c)! Una! reacción! característica! del! acetato! de! etilo,! es! la! reacción! inversa! a! la! descrita! en! el! enunciado! de! este! ejercicio,! también! conocida! como! reacción! de! hidrólisis.! Escriba! la! expresión! de! equilibrio! de! la! reacción! de! hidrólisis! y! calcule! el! valor! de! Kc! para! dicha! reacción,!considerando!los!datos!del!problema!3b.! ! ! 4.! Se!realiza!la!reacción!de!formación!de!amoníaco!en!un!recipiente!cuyo!volumen!es!de!10!L,! llegando!al!equilibrio!químico!cuando!existen!2!moles!de!H2,!4!moles!de!N2,!y!5!moles!de!NH3.!! H2!(g)!+!N2!(g)!↔!2!NH3!(g)! ! ! ! ! Determine!la!concentración!molar!de!cada!especie!y!el!valor!de!Kc!y!Kp.!! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 29" ! 5.! Las! presiones! parciales! en! una! mezcla! en! equilibrio! de! NO,! Cl2! y! NOCl,! a! 500! K,! son! las! siguientes:!PNO!=!0.240!atm;!PCl2!=!0.608!atm!y!PNOCl!=!1.35!atm.!¿Cuánto!vale!Kp!y!Kc!a!500!K,! para!la!reacción!NO!(g)!+!Cl2!(g)!↔!NOCl!(g)?!! ! 6.! Determine! la! concentración! de! O2! que! debe! existir! en! el! equilibrio! de! la! reacción! de! descomposición!del!trióxido!de!azufre:! SO3!(g)!↔!SO2!(g)!+!O2!(g)! ! Considere!los!siguientes!datos:![SO2]!=!0.125!M,![SO3]!=!2.75!M!y!Kc!=!0.01.! ! ! 7.! En!la!siguiente!reacción!reversible:! HF!(ac)!↔!H+!(ac)!+!Fl!(ac)! ! ! ! ! ! ! ! ! El! equilibrio! se! logra! cuando! las! concentraciones! molares! de! cada! producto! son! iguales! y! representan!el!5%!de!la!concentración!molar!del!reactante.!Si!la!concentración!en!equilibrio! del!reactante!fuese!0.25!M,!determine:!! ! a)! La!concentración!molar!de!cada!producto.+ ! b)! El!valor!de!Kc.+ ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 30" ! SECCIÓN"III:"" Principio+de+Le+Chatelier! ! 1.! En!un!recipiente!cerrado!se!establece!el!siguiente!equilibrio:!! ! 2!HgO!(s)!↔!2!Hg!(l)!+!O2!(g)!!!!!!!!!!!!!∆H!>!0! ! ! a)! ¿Cómo!afecta!al!equilibrio!un!aumento!de!la!presión!parcial!de!oxígeno?!! ! ! b)! ¿Qué!le!ocurrirá!al!equilibrio!cuando!se!aumente!la!temperatura?! " " 2.! A!25ºC!y!1!atmósfera,!se!establece!el!equilibrio:!! ! N2!(g)!+!O2!(g)!↔!2!NO!(g)!!!!!!!!!∆H!=!–!180.2!kJ! ! ! Razone!sobre!la!veracidad!o!falsedad!de!las!siguientes!afirmaciones:!! ! ! a)! La!constante!de!equilibrio!se!duplica!si!se!duplica!la!presión.!! ! ! b)! La!reacción!se!desplaza!hacia!la!izquierda!si!se!aumenta!la!temperatura.!! ! ! c)! Si!se!aumenta!la!concentración!de!NO!la!constante!de!equilibrio!aumenta.! ! ! 3.! Al!calentar!yodo!en!una!atmósfera!de!dióxido!de!carbono,!se!produce!monóxido!de!carbono!y! pentóxido!de!diyodo:!! ! I2!(g)!+!CO!(g)!↔!CO2!(g)!+!I2O5!(s)!!!!!!!!!!∆H!=!1.175!J! ! ! Justifique!el!efecto!que!tendrán!los!cambios!que!se!proponen:!! ! ! a)! Disminución!del!volumen!sobre!el!valor!de!la!constante!Kp.!! ! ! b)! Adición!de!yodo!sobre!la!cantidad!de!CO.!! ! ! c)! Reducción!de!la!temperatura!sobre!la!cantidad!de!CO2.! ! ! 4.! Justifique!si!las!siguientes!afirmaciones!son!ciertas!o!falsas:! ! ! a)! Un! valor! negativo! de! una! constante! de! equilibrio! significa! que! la! reacción! inversa! es! espontánea.! ! ! b)! Para! una! reacción! exotérmica,! se! produce! un! desplazamiento! hacia! la! formación! de! productos!al!aumentar!la!temperatura.! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 31" ! ! ! ! c)! Para! una! reacción! a! temperatura! constante! con! igual! número! de! moles! gaseosos! de! reactivos! y! productos,! no! se! produce! desplazamiento! del! equilibrio! si! se! modifica! la! presión.! d)! Para!una!reacción!a!temperatura!constante!donde!únicamente!son!gases!los!productos,!el! valor! de! la! constante! de! equilibrio! disminuye! cuando! disminuimos! el! volumen! del! recipiente.! ! ! 5.! ¿Cómo! influyen! los! cambios! siguientes! en! el! valor! de! la! constante! de! equilibrio! de! una! reacción!exotérmica!en!fase!gaseosa?! ! ! a)! Quitar!un!reactivo!o!producto.! ! ! b)! Reducir!el!volumen.! ! ! ! c)! Disminuir!la!temperatura.! ! ! d)! Agregar!un!catalizador.! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 32# ! SOLUCIONARIO! # Unidad#N°1:#Termoquímica# ! Sección#I:#Sistemas#Termodinámicos# ! 1.! a)! Abierto.! ! b)! Cerrado.! ! c)! Abierto.! ! d)! Aislado.! ! e)! Cerrado.! ! 2.! a)! Aislado.! ! b)! Energía!eléctrica!en!energía!calórica.! ! c)! Temperatura!y!tiempo.! ! d)! Aumentará!su!temperatura.! ! 3.! a)! Abierto.! ! b)! Presión,! temperatura! y! condición! del! tiempo.! ! c)! Humedad! relativa,! presencia! de! gases! invernadero,!etc.! ! d)! Del! estado! inicial! al! final! hay! un! aumento! en! la! presión! y! en! la! temperatura.! ! # Sección#II:#Cálculo#de#Entalpía# ! 1.! L130.5!kJ! ! 2.! L8!kJ:!exotérmica.! ! 3.! L388!J;!exotérmica.! ! 4.! +1930.45!kJ;!endotérmica! ! 5.! a)! +448.5!kJ! ! b)! +5890!kJ! ! c)! 109.08!g! ! ! Sección#III:#Entalpías#de#formación# ! 1.! L196.2!kJ;!exotérmica.! ! 2.! 2802!kJ! ! 3.! 1035.4!kJ! ! # # ! ! e)! Es! imposible! predecir! el! estado! del! tiempo,! ya! que! no! se! observa! una! relación!de!éste!con!las!otras!variables! en!estudio!(presión!y!temperatura).! ! 4.! a)! ! b)! ! c)! Falso,! ya! que! las! paredes! impermeables! no! permiten! el! paso! de! materia.! Verdadero,! ya! que! las! paredes! adiabáticas!no!permiten!el!traspaso!de! energía.! Verdadero,! en! los! sistemas! cerrados! sólo! hay! intercambio! de! energía,! una! pared! permeable! permitiría! además! el! intercambio!de!materia.! ! 6.! ! ! 7.! ! ! ! ! 8.! ! ! a)! b)! 140!kJ! 0.0763!g! a)! b)! c)! d)! exotérmica.! L59427!kJ! 6.43!g! 112!kJ! a)! b)! L129.33!kJ! L120.39!kJ! 4.! ! ! ! ! a)! b)! c)! L873.81!kJ! 9028!kJ! 96.8!kJ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 33# ! Sección#IV:#Entalpías#de#enlace# ! 1.! L474!kJ!! ! 2.! +353!kJ! ! 3.! L115!kJ! ! ! Sección#V:#Ley#de#Hess# ! 1.! a)! 90!kJ! ! ! b)! 4.! ! 5.! ! ! +248!kJ! ! b)! L41!kJ! ! Z! ΔH! C! ΔH! ΔH=90!kJ! ΔH=60!kJ! B! A! ! !!!! ΔH=90!kJ! Y! ΔH=30!kJ! ! ! 2.! a)! 125!kJ! ! ! ! Sección#VI:#Entropía# ! 1.! a)! +! ! ! ! b)! +! ! ! c)! –!! ! ! d)! –! ! 2.! a)! Coeficientes:!2,2,1! L1! ! ! ΔS!=!125.7!J!K ! ! b)! Coeficientes:!2,1,2! L1 ! ! ΔS!=!181.26J!K ! ! ! # # # # # ! X! ! ! ! 3.! ! 4.! ! 5.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ΔH=125!kJ! ΔH=L35!kJ! !!!!! ! L1300!kJ! 155.65!kJ! L504!kJ! c)! ! Coeficientes:!2,3! L1 ΔS!=!L137.44!J!K ! d)! ! Coeficientes:!1,1,1! L1 ΔS!=!L169.76!J!K ! e)! ! Coeficientes:!2,3,2! L1 ΔS!=!L165.38!J!K ! f)! ! Coeficientes:!2,3,2,4! L1! ΔS!=!L162.3!J!K COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 34# ! Sección#VII:#Energía#de#Gibbs#y#espontaneidad# ! 1.! Coeficientes:!2,!3,!2,!4.! ! ΔG!=!1471.39!kJ! ! 2.! Coeficientes:!1,!1,!1,!1.! ! ΔG!=!85.5181!kJ;!reacción!no!espontánea.! ! 3.! Coeficientes:!2,!3,!2,!2.! ! ΔG!=!L989.654!kJ;!reacción!espontánea.! ! 4.! ΔG!=!56.633!kJ;!reacción!no!espontánea.!La!reacción!se!vuelve!espontánea!a!temperaturas!mayores!a! 698.23!K.! ! 5.! a)! ΔG!=!L71.89!kJ;!reacción!espontánea.! ! ! b)! ΔH!=!L115.63!kJ! ! L1 6.! a)! ΔS!=!519.4!J!K ! ! ! b)! ΔHetanol!=!L277.69!kJ! ! 7.! a)! ΔH!=2802!kJ! ! L1 ! b)! ΔS!=!L259.6!J!K ! ! ! ΔG!=!2879.36!kJ! ! ! ! ! ! # ! ! La! entropía! disminuye.! Además,! La! reacción! es! endotérmica,! lo! que! significa! que! el! valor! de! ΔG! será!siempre!positivo!y!por!ende!la!reacción!no!será!espontánea!a!ninguna!temperatura.! # COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 35# ! Unidad#N°2:#Cinética#Química# ! Sección#I:#Fundamentos#de#la#cinética# ! 1.! a)! Para!que!una!reacción!química!se!produzca!es!necesario!que!las!moléculas!de!reactivos!choquen! entre!ellas!con!una!orientación!adecuada.!En!la!medida!que!estos!choques!no!son!efectivos!o!no! tienen! la! orientación! que! corresponde! es! más! difícil! alcanzar! la! energía! de! activación! y! la! velocidad! de! reacción! es! más! lenta;! por! el! contrario,! cuando! los! choques! intermoleculares! son! efectivos!la!reacción!ocurre!con!mayor!rapidez.! ! ! b)! Porque!algunas!reacciones!exotérmicas!presentan!gran!energía!de!activación.! ! ! c)! Al!aumentar!la!temperatura!aumenta!también!la!energía!cinética!de!las!moléculas!y!por!ende,!el! número! de! choques! efectivos.! En! este! sentido,! al! haber! mayor! número! de! choques! efectivos! la! velocidad!de!reacción!es!mayor.! ! 2.! ! ! a)! ! energía! inicio!de!la!reacción! 40!kJ! H2!+!Br2! 6!kJ! ! ! ! ! ! ! ! 3.! HBr! transcurso!de!la!reacción! ! b)! 46!kJ.! c)! exotérmica.! ! ! Perfil+A+ Perfil+B+ ‡! ‡! E a! Productos! Ea! Reactivos! ΔH! ΔH! Productos! Reactivos! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 36# ! ! ! 32!kJ! energía! ! ! 4.! El! perfil! A! corresponde! a! una! reacción! exotérmica! y! el! perfil! B! a! una! endotérmica.! Las! reacciones! exotérmicas! al! tener,! por! lo! general,! una! menor! energía! de! activación! son! aquellas! que! ocurren! más! rápidamente.! 58!kJ! transcurso!de!la!reacción! ! ! ! ! 5.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! La!reacción!química!hipotética!es!exotérmica.!El!valor!de!la!energía!de!activación!influye!en!la!velocidad! de! una! reacción,! ya! que! al! disminuir! la! energía! de! activación! las! reacciones! ocurren! con! mayor! velocidad.! ! a)! 40!kJ.! b)! 20!kJ.! c)! exotérmica.! d)! 80!kJ.! e)! 40!kJ.! f)! ! inicio!de!! la!reacción! 100%!R! 100%!P! ! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 37# ! Sección#II:#Velocidades#de#reacción# ! 1.! ! ! a)! v=− 1 [H2 ] 1 [I ] 1 Δ[HI] ! =− 2 = 1 Δt 1 Δt 2 Δt b)! v=− 1 [N2 ] 1 [H2 ] 1 Δ[NH3 ] ! =− = 1 Δt 3 Δt 2 Δt c)! v=− 1 [SO2 ] 1 [H2O] 1 Δ[H2 SO3 ] ! =− = 1 Δt 1 Δt 1 Δt ! ! ! ! ! ! 2.! ! ! 3.! ! 0.0625!M/min! ! t#(s)# [C4H9Cl]#(M)# 0! 0.1000! 25! 0.0905! 50! 0.0820! 75! 0.0741! 100! 0.0671! 125! 0.0549! 150! 0.0448! Velocidad#(M/s)# L!3.8×10L4! L!3.4×10L4! L!3.16×10L4! L!2.8×10L4! L!4.88×10L4! L!4.04×10L4! L!3.2×10L4! 175! 0.0368! L!6.72×10L4! ! ! 4.! ! ! 5.! ! ! 6.! 200! 0.0200! 225! 0! L!8×10L4! v H2 =!8!M/min;! v O2 =!4!M/min,! v H2O !=!8!M/min! L3 2×10 !M/min! v C2H4 = v H2 = v C2H6 =!20!M/min! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 38# ! Sección#III:#Ley#de#velocidad#y#orden#de#reacción# # 1.! Orden!global!de!reacción:!2! ! 2L 2.! Orden!respecto!a!S2O8 :!1! L ! Orden!respecto!a!I :!1! ! 3.! Orden!total!de!reacción:!2! ! Orden!respecto!a!NO:!1! ! Orden!respecto!a!H2:!1! ! 4.! a)! v!=!k![A]![B]! ! b)!! Orden!total:!2! ! 2 5.! a)! v!=!k![A] ![B]! ! b)! Orden!total:!3! ! 2 6.! v!=!k![X] ![Y];!!!Orden!total:!3! ! L6 7.! v!=!4×10 !M/s! ! 8.! a)! Orden!respecto!a!ICl:!1! ! ! Orden!respecto!a!H2:!1! ! ! Orden!total:!2! ! ! b)! v!=!k![ICl]![H2]! ! L4 L1 L1 ! c)! k!=!1.64×10 !L!mol !s ! ! L9 ! d)! v!=!2.08×10 !M/s! ! 9.! a)! Orden!respecto!a!A:!2! ! ! Orden!respecto!a!B:!1! ! ! Orden!total:!3! ! L3 2 L2 L1 ! b)! k!=!5.5×10 !L !mol !s ! ! ! ! c)! v!=!0.022!M/min! ! 10.! a)! Orden!respecto!a!Cl2:!2! ! ! Orden!respecto!a!MnO2:!2! ! ! Orden!respecto!a!HCl:!1! ! ! Orden!total:!5! ! L5 4 L4 L1 ! b)! k!=!2.508×10 !L !mol !s ! ! 11.! a)! Orden!respecto!a!Na2S2O3:!4! ! ! Orden!respecto!a!HCl:!1! ! ! Orden!total:!5! ! 4 L4 L1 ! b)! 771.6!L !mol !s ! ! L3 ! c)! 1.43×10 !M/s! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 39# ! ! energía! Sección#IV:#Molecularidad#y#Mecanismos#de#reacción# # 1.! El! orden! asociado! a! cada! una! de! los! reactivos! para! expresar! la! ecuación! de! velocidad! coincide,! en! el! caso! de! las! reacciones! elementales,! con! el! coeficiente! estequiométrico! de! la! ecuación! química! balanceada.! De! este! modo,! si! conocemos! los! coeficientes! estequiométricos! sabemos! también! los! órdenes!parciales!de!la!reacción!y!por!lo!tanto!podemos!predecir!la!ecuación!de!velocidad.! v!=!k![NO]![O3]! ! 2.! a)! unimolecular;!v!=!k![I2]! ! 2 ! b)! trimolecular;!v!=!k![NO] ![Br2]! ! ! c)! unimolecular;!v!=!k![N2O5]! ! 3.! Los!intermediarios!para!la!reacción!global!son:!2!mol!de!NO3,!1!mol!de!NO!y!1!mol!de!NO2.! ! 4.! a)! 2!NO!+!Cl2!!!↔!!!2!NOCl!!!–!!!trimolecular! ! ! b)! NOCl2! ! ! c)! Ambas!etapas!son!bimoleculares! ! 5.! a)! 2!H2O2!!!↔!!2!H2O!+!O2!!!–!!!bimolecular! ! L + ! b)! Br ,!H ,!Br2.! ! ! c)! El!paso!elemental!corresponde!al!que!tiene!una!mayor!energía!de!activación,!en!este!caso!es!el! paso!número!dos,!en!que!el!bromo!reacciona!con!agua.! ! 6.! a)! ! ’’ Ea ! NOBr! NO!+!Br2! transcurso!de!la!reacción! ! ! ! ! ! ! ! ’ Ea ! NOBr2! ! b)! Por!la!misma!razón!expuesta!en!el!ejercicio!5c,!la!etapa!limitante!es!el!paso!1.! c)! 2!NO!+!Br2!!!↔!!!2!NOBr! d)! La! ecuación! de! velocidad! está! determinada! por! el! paso! elemental! de! la! reacción! global,! esto! quiere! decir! que! la! ley! de! velocidad! para! el! paso! 1! (etapa! limitante)! coincide! con! la! ley! de! velocidad!de!la!reacción:!v!=!k![NO]![Br2].!A!partir!de!la!ley!de!velocidad!podemos!inferir!que!el! orden!parcial!respecto!a!cada!reactivo!es!1!y!el!orden!total!es!2.! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 40# ! 7.! ! ! ! 8.! ! ! ! ! a)! 2!AB!+!C2!!!↔!!!2!BC!+!A2! b)! La!ley!de!velocidad!está!determinada!por!la!etapa!limitante,!por!tanto!v!=!k![AB]![C]! a)! 2!intermediarios,!B!y!C.! b)! Hay!tres!estados!de!transición,!entre!A!→!B,!B!→!C!y!C!→!D.! c)! La!etapa!más!rápida!es!aquella!que!tiene!una!menor!energía!de!activación,!en!este!caso!sería!la! tercera!etapa,!en!que!C!→!D.! ! ! d)! En!la!etapa!más!lenta,!donde!la!energía!de!activación!es!mayor,!el!reactivo!es!B.! ! ! e)! Endotérmica,!ya!que!la!energía!de!los!productos!es!mayor!a!la!de!los!reactivos.! ! ! f)! Exotérmica,!la!energía!de!los!productos!es!menor!a!la!de!los!reactivos,!hay!energía!que!se!libera.! ! ! Sección#V:#Factores#cinéticos.# ! 1.! a)! Por! efecto! de! la! concentración,! al! haber! mayor! cantidad! de! reactivo! aumentan! las! choques! efectivos!y!por!tanto!aumenta!también!la!velocidad!de!reacción.! ! ! b)! Las!luciérnagas!se!encienden!por!una!reacción!química!que!ocurre!entre!el!aire!y!la!luciferina.!Si! entendemos!la!temperatura!como!una!propiedad!física!asociada!al!movimiento!de!las!partículas,! al! aumentar! la! temperatura! aumentan! los! choques! efectivos! y! por! tanto! la! reacción! aireL luciferina,!ocurre!con!mayor!velocidad!y!por!eso!se!observa!mayor!intensidad!en!su!luz.! ! 2.! a)! Al! aumentar! el! grado! de! división! aumenta! la! superficie! de! contacto! y! también! el! número! de! choques! efectivos,! razón! que! justifica! una! mayor! velocidad! de! reacción! usando! Zn! en! polvo! comparado!con!Zn!en!trozos.! ! ! b)! De! igual! forma! que! en! el! ejercicio! 1a,! un! HCl! concentrado! comparado! con! uno! diluído! va! a! permitir!que!la!reacción!ocurra!con!mayor!velocidad.! ! 3.! a)! Al! aumentar! la! temperatura! aumentará! también! las! reacciones! bioquímicas! celulares! de! la! serpiente.! ! ! b)! Temperatura.! ! 2 4.! a)! 6!m .! ! 2 2 ! b)! Área!total!de!cada!cubo!=!1.5!m ;!Área!total!=!12m .! ! ! c)! Al!dividir!un!gran!cubo!aumenta!la!superficie!de!contacto.!Desde!el!punto!de!vista!de!la!cinética! química,!si!aumentamos!la!superficie!de!contacto!la!velocidad!de!la!reacción!aumenta.! ! 5.! a)! Al! aumentar! la! presión! del! sistema,! el! volumen! disminuye! y! el! número! de! colisiones! intermoleculares!aumenta,!por!lo!que!la!velocidad!de!reacción!aumenta.! ! ! b)! Si!la!temperatura!disminuye,!la!cinética!molecular!disminuye!y!como!consecuencia!el!número!de! colisiones!baja.!Por!tanto,!la!reacción!toma!más!tiempo!en!desarrollarse.! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 41# ! ! c)! !Si! aumenta! la! concentración! de! monóxido! de! carbono,! la! velocidad! de! la! reacción! también! aumentará,! ya! que! habrá! un! mayor! número! de! colisiones! con! oxígeno! para! transformarse! en! producto.! ! ! d)! Si!disminuye!la!concentración!de!oxígeno!habrá!una!disminución!en!el!número!de!colisiones!con! monóxido!de!carbono,!por!lo!que!la!reacción!será!más!lenta.! ! ! # ! # COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 42# ! Unidad#N°3:#Equilibrio#Químico# ! Sección#I:#Constantes#de#Equilibrio# ! 1.! ! ! a)! K eq = [N2O4 ] ! [NO2 ]2 ! d)! K eq = [NH3 ]2 ! [N2 ][H2 ]3 ! g)! K eq = ! b)! K eq = [H2 ][I2 ] ! [HI]2 ! e)! K eq = [CO2 ]2 ! [CO]2 [O2 ] ! h)! K eq = [O2 ] ! ! c)! K eq = [SO2 ][Cl2 ] ! [SO2Cl2 ]2 ! f)! Keq = [H2O][CO2 ] ! a)! 2!BrNO!!!↔!!!2!NO!+!Br2! !b)! 2!ICl!!!↔!!!I2!+!Cl2! ! 2.! ! ! d)! ! e)! ! f)! ! ! ! 3.! ! 4.! ! ! ! 5.! c)! N2!+!O2!!!↔!!!2!NO! [H2 ][ZnCl2 ] ! [HCl] N2!+!3!H2!!!↔!!!2!NH3! SO!+!O2!!!↔!!!SO3! H2!+!Br2!!!↔!!!2!HBr! La!constante!de!equilibrio!de!la!ruptura!homolítica!tiene!un!valor!menor!a!1,!lo!que!nos!indica!que!el! equilibrio!se!encuentra!favorecido!hacia!los!reactivos.!De!este!modo,!el!oxígeno!debería!encontrarse,! mayoritariamente,!como!oxígeno!molecular!(O2).! a)! Keq!=![CO2]! b)! El!equilibrio!se!favorece!hacia!los!reactivos.! Debido!el!valor!de!constante,!el!equilibrio!se!encuentra!desplazado!hacia!los!reactivos,!por!lo!que!en!el! equilibrio!existirá!gran!cantidad!de!N2!y!O2.! ! ! Sección#II:#Cálculo#de#constantes#de#equilibrio#y#concentraciones#en#el#equilibrio# # 1.! a)! 44.5! 4.! [H2]!=!0.2!mol/L! ! ! [N2]!=!0.4!mol/L! ! b)! Existirá!más!producto.! ! [NH3]!=!0.5!mol/L! ! ! Kc!=!78.125! 2.! Keq!=!0.0158! ! Kp!=!0.015! ! ! [CH3COOC2H5 ] 5.! Kp!=!52.04;!Kc!=!2133.66! 3.! a)! K eq = ! ! [CH3COOH][C 2H5OH] ! 6.! [O2]!=!4.84!mol/L! ! b)! [CH3COOH]!=!2!mol/L! ! + L ! ! [C2H5OH]!=!2!mol/L! 7.! a)! [H ]!=![F ]!=!0.0125!mol/L! ! ! [CH3COOC2H5]!=!1.3!mol/L! ! L4! ! ! Kc!=!0.325! ! b)! Kc!=!6.25×10 ! ! c)! [CH3COOH][C 2H5OH] ;!Kc!=!3.077! K eq = [CH3COOC2H5 ] ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 43# ! Sección#III:#Principio#de#Le#Chatelier! ! ! 1.! a)! Un!aumento!de!la!presión!favorece!el!equilibrio!hacia!donde!hay!una!menor!cantidad!de!moles!en! estado!gaseoso.!En!este!caso,!la!reacción!se!desplaza!hacia!los!reactivos.! ! ! b)! Al!aumentar!la!temperatura!el!equilibrio!se!desplaza!hacia!los!productos.! ! ! 2.! a)! Falso,!la!constante!de!equilibrio!no!cambia,!ésta!sólo!varía!con!la!temperatura.! ! ! b)! Verdadero,! un! aumento! de! la! temperatura! en! una! reacción! exotérmica! desplaza! el! equilibrio! hacia!los!reactivos.! ! a) Falso,!la!constante!de!equilibrio!no!cambia.! ! ! 3.! a)! Las!constantes!varían!sólo!con!la!temperatura,!no!con!el!volumen.! ! ! b)! El!equilibrio!se!desplaza!hacia!los!productos.! ! ! c)! El!equilibrio!se!desplaza!hacia!los!reactivos.! ! ! 4.! a)! Falso,!las!constantes!de!equilibrio!no!pueden!tener!valores!negativos.! ! ! b)! Falso,!el!equilibrio!se!desplaza!hacia!los!reactivos.! ! ! c)! Verdadero,! la! presión! varía! el! equilibrio! solo! cuando! hay! diferencia! en! el! número! de! moles! presentes!en!reactivos!y!productos.! ! ! d)! Falso,! el! valor! de! la! constante! sólo! cambia! con! la! temperatura! y! en! este! caso! la! temperatura! permanece!constante.! ! ! 5.! a)! Se!desplaza!hacia!los!reactivos.! ! ! b)! Se!desplaza!hacia!el!lado!en!que!haya!un!menor!número!de!moles!en!estado!gaseoso.! ! ! c)! Se!desplaza!hacia!los!productos.! ! ! d)! No!cambia!la!constante!de!equilibrio,!sólo!cambia!la!velocidad!con!que!ocurren!las!reacciones.! .! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014! ! CUADERNILLO+DE+EJERCICIOS+–+TERCER+AÑO+DE+ENSEÑANZA+MEDIA++ 44# ! ! ! COLEGIO+SAN+ESTEBAN+DIÁCONO+–+DEPARTAMENTO+DE+CIENCIAS+–+2014!
