Material de apoyo y problemas Tema Cinética Química

Colegio Nacional de Buenos Aires
Material de apoyo y
problemas
Tema Cinética Química
Departamento de Química
6° Año Especialidad Ciencias Exactas, Tecnología y Diseño
Guía de problemas
Sexto Año Especialidad Ciencias Exactas Diseño y Tecnología
Cinética Química
1. Se ha encontrado experimentalmente que la velocidad de una reacción es de 5.10 -3
mol/litro.segundo. Calcular la velocidad en las unidades mol/litro. minuto.
Rta.: 0.3 mol/litro.minuto
2.-
Para la reacción química A----> B se encontró experimentalmente que el cambio en la
concentración de A en 50 segundos es 0.0050mol/litro. Calcular la velocidad de la
reacción química.
Rta.: 1 x 10
3.-
-4
Se encontró que para la reacción química 2 A + B ---------->C la velocidad de formación
de C es o.40 mol/litro. hora. ¿Cuál es la velocidad de transformación de A y B?
Rta.: VA = -0.80 mol/litro.hora VB = -0.40 mol/litro . hora.
4.-
Si la constante de velocidad específica de reacción k , para la reacción
2 NO + Cl2 -----> 2 NOCl es 2.1 10-3
Calcular la velocidad específica de formación de NOCl cuando [NO]= 2.0 M y [Cl 2
]= 0.8 M. Experimentalmente la reacción es desegundo orden en NO y de primer
orden en Cl2.
Rta.: 6.72 10
5.-
-3
mol/litro.seg
En una reacción entre una sustancia sólida en fomra de cubo de un cm de arista 6y una
sustancia gaseosa, se divide el sólido en cubitos. ¿Cuánto aumentará la velocidad de
reacción si los cubitos tienen de arista, a) 1mm , b) 1 micra
Rta.:a) aumentará en un factor de 10
b) aumentará en un factor de 10000.
6.-
Para la reacción química A---> C , se encontró que la velocidad de la reacción aumentó
en un factor de 8 cuando se dobló la concentración. ¿Cuál es el orden de la reacción?
Rta.: 3er. orden
7.-
Al realizar un experimento sobre la velocidad de descomposición del N 2O5,
N2O5 (g) -------> N2O4 (g) + ½ O2(g) se obtuvieron los siguientes datos en dos
experimentos:
Calcular
[N2O5] mol/litro
Velocidad de reacción mol/litro.seg
1.2 10-3
2 10-5
3.6 10-3
6 10-5
la
ley
de
la
velocidad.
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8.-
Calcular la k para la reacción anterior.
Rta.: 0.0166
9.-
A continuación se dan algunas leyes de velocidad. ¿Cuál es el orden total de las
reacciones y los órdenes con respecto a cada reaccionante?
10.-
a) 2 H2 + 2 NO ---> 2 H2O + N2
V = k [H2] [NO]2
b) 2 NO + Cl2 ------> 2 NOCl;
V = k [NO]2 [Cl2]
El compuesto A se descompone espontáneamente, al dejarlo en un recipiente de vidrio
según la reacción A----> 2 B. Se han obtenido los siguientes datos para la velocidad de
reacción, en función de la concentración de A.
[Ao] mol/litro
Vo (mol/litro.seg)
Experiencia 1
0.040
1.02 10
-3
Experiencia 2
0.050
1.02 10
-3
Experiencia 3
0.080
1.02 10
-3
¿Cuál es la expresión de la velocidad? Determinar el orden de la reacción? ¿Cuáles son
los factores que modificarán la velocidad de la reacción?
11.-
De una reacción química entre dos reactivos A y B , se han obtenido los siguientes datos:
[Ao] mol/litro [Bo] mol/litro vo(mol/litro.seg)
Exp.1
0.1
0.2
32
Exp.2
0.1
0.1
8
Exp.3
0.3
0.1
24
escribir la ecuación de la velocidad y determinar el orden respecto a cada reactante. b)
Calcular la constante de la velocidad. c) Averiguar la velocidad inicial de la reacción si
[Ao] y [Bo]= 0.2 M d) Hallar la concentración inicial de B necesaria para que la velocidad
inicial se de 600 mol/litro.minuto si [Ao] = 0.3 M.
Justifique.
a) V= k [A] [B]2
b) k = 8. 10 3 l2 mol-2 s-1
c) Vo= 64 mol/litro. seg
d) [B]= 6.45 10-2 mol/litro
12.-
*En una reacción de primer orden del tipo A----> B + C al cabo de 14 horas queda el 20 %
de la concentración inicial de A. Calcular el tiempo transcurrido hasta que quedó un 90%
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de la concentración inicial.
Rta.: 0.916 h
13.-
*El agua oxigenada H2O2
primer orden
2 H2O2 ------->2 H2O + O2
La constante de velocidad a esta temperatura vale 1.06 10
-3
min -1
Si la concentración inicial es 0.02 M, averiguar el tiempo necesario para que la
concentración se reduzca a 1.8 10
-2
M
Rta: 99.4 min
14.-
*La descomposición de la sustancia A según a A ----> Productos es de segundo orden si la
concentración inicial es 0.4 mol/litro, determinar la constante de la velocidad a partir
de los datos experimentales.
tiempo (min)
10
20
30
40
conc. Molar
0.25
0.18
0.145
0.115
Trace una gráfica.
Rta: 0.155
15.-
La reacción de primer oden AsH3(g) ---> As(s) + 3/2 H2(g)
se estudió midiendo la variación de la presión total a temperatura y volumen constantes.
La presión total cambió de 785 mm de Hg a 880 mm de Hg en 3 horas. Calcular la constante
de la velocidad y la cantidad de de arsenamina que ha reaccionado al cabo de las 3 horas
Rta.: k= 1.54 10
-3.
16.- La descomposición del peróxido de hidrógeno para dar agua y oxígeno es una reacción de
segundo orden. Transcurridos 9.2 minutos se ha descompuesto el 43.7 % desprendiéndose
18 ml de O2 medidos en cnpt.
¿Qué volumen de oxígeno se desprenderá al cabo de media hora? TRABAJE CON LA LEY
INTEGRAL DE LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN.
Véase nota al final de la serie de problemas.
17.- Escribir la ecuación cinética para cada una de las siguientes reacciones elementales:
a) Ni(CO)4 -----> Ni(CO)3 + CO(g)
b) O3(g) --------> O2(g) + O(g)
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c) NO2(g) + NO3(g) ----> NO2(g) + O2(g) + NO(g)
18.- Calcular la energía de activación para la descomposición de ioduro de hidrógeno según:
2 HI(g) ------> H2(g) + I2(g),
sabiendo que el valor de la constante de velocidad es de 2.15 10 -8
-7
Rta.: 182.7 kJ/mol
19.- La ecuación cinética de la reacción de síntesis de bromuro de hidrógeno
H2(g) + I2(g) -------> 2 HI(g) es v = k. [H2][Br2]½
Se postula el siguiente mecanismo:
Etapa 1 Rápida: Br2(g) <======> 2 Br
Etapa 2 Lenta: Br
(g)
(g) + H2(g) -----> HBr(g) + H
(g)
Etapa 3 Rápida: H(g) + Br2(g) ------> HBr(g) + Br
(g)
Demuestre si puede responder a la ecuación de velocidad.
20.-
La energía de activación de una reacción, A ---->B es 30 kJoule/mol y para la reacción B ---->A, es de 60 kJ/mol.
¿Es endotérmica o exotérmica la reacción A ---->B?
21.-
Con los datos experimentales de la tabla, calcular gráficamente la energía de activación
de la reacción:
2 NO2(g) -----> 2 N2(g) + O2(g)
Temperatura K
1125
1053
1001
838
k (litro/mol.seg)
11.59
1.67
0.38
0.0011
22.-
A partir de los datos experimentales de la tabla a) dibujar 1/[A] frente a t y ln[A] frente
a t y b) determinar a partir de estas gráficas el orden dela reacción. La reacción es de
forma
A ---------->productos
tiempo
0.00
[A]
0.020
0.5
1
1.5
2
0.015
0.012
0.01
0.087
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23.- A 10 ºC la constante cinética para la descomposición de una sustancia es 2.46 10 -5 smientras que a 60C dicha constante vale 5.48 10
-5
1
s -1. Calcular la Eactivación.
24.- Si una solución de sacarosa se hidroliza en un 30% al cabo de 10 horas, determine: a) su
concentración transcurridas 36 hs. b) tiempo necesario para que la concetración de
azúcares sea la misma.
Rta.: a) 27% b) 19 horas 48 minutos.
25.- El acetonitrilo se isomeriza a isocianuro de metilo con una ley de primer orden, con
constante de velocidad de 4 . 1015 seg-1 exp (-160 kJ. mol-1/RT).¿Qué porcentaje de
isocianuro de metilo contiene una botella de acetonitrilo conservada 20ºC después de un
mes de su purificación?
26.-
La fecha de vencimiento de un dado medicamento está determinada por el
tiempo
necesario para que se descomponga el 5% de uno de sus componentes. Se estableció que
este medicamento es utilizable dentro de los 300 días de su fabricación si se lo conserva
e
después de su fabricación es utilizable este medicamento si se lo conserva a 12°C?
Considere una reacción de segundo orden con respecto al componente que se
descompone.
Nota para una reacción de segundo orden sabemos que la ley de la velocidad de reacción indica:
v= k . C2 y también que la velocidad de una reacción es
cf
dC
c C 2 
o
V
dC
dt
tf
 k.dt
Integrando esta expresión definida obtenemos
ti
C
1 f
t
 k.t t if y por lo tanto queda
C Ci
1
1

 k.(t f  t o )
C f Co
siendo C la concentración.
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