Ejercicios de ampliación

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN
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1.
Cinética quı́mica
Discute la veracidad de las siguientes afirmaciones:
a) Cuando a una reacción quı́mica se añade un catalizador negativo o inhibidor, aumenta la variación de entalpı́a
del proceso.
b) Al aumentar la temperatura del proceso, aumenta la velocidad si la reacción es endotérmica y disminuye si
es exotérmica.
c) La energı́a de activación es relativamente pequeña para reacciones exotérmicas.
2.
Para una reacción quı́mica entre dos reactivos, A y B, se han obtenido los siguientes datos:
Experiencia
[A] (M)
[B] (M)
v (mol L⫺1 s⫺1)
I
II
III
0,2
0,4
0,4
0,2
0,2
0,4
2,7·10⫺3
5,4·10⫺3
10,8·10⫺3
A partir de estos datos:
a) Determina la ecuación de velocidad.
b) Calcula el valor de la constante de equilibrio.
3.
La gráfica adjunta corresponde a la siguiente serie de reacciones: A ⫹ B
C⫹ D
E
H
C+D
A+B
E
Coordenada de reacción
Interprétala discutiendo la energı́a de activación, su espontaneidad o no, velocidad de reacción y desprendimiento
o absorción de energı́a.
4.
Escribe la ecuación de velocidad de la reacción 2 A ⫹ 2 B
C ⫹ 2 D, sabiendo que el orden total de la
reacción es 3 y que si se duplica la concentración de la especie B se cuadruplica la velocidad. ¿Es dicha reacción
tetramolecular?
5.
Al aumentar la temperatura de la reacción de 25 ⬚C a 35 ⬚C, la constante de velocidad se multiplica por diez.
¿Cuál es el valor de la energı́a de activación?
Dato: R ⫽ 8,314 J K⫺1
QUÍMICA – 2.o Bachillerato
Actividades de ampliación
SOLUCIONES
1.
a) Falso. Un inhibidor es una sustancia que frena una reacción aumentando su energı́a de activación; pero, como
todo catalizador, positivo o negativo, no puede modificar la entalpı́a (función de estado), ya que es independiente del camino seguido.
b) Falso. Siempre que se aumente la temperatura, la velocidad lo hace también, ya que las moléculas poseen
mayor energı́a cinética y, por tanto, tendrá lugar un mayor número de choques eficaces.
c) Falso. La energı́a intercambiada en un proceso depende solo del nivel energético de los reactivos y productos,
pero no de la energı́a de activación (diferencia entre el nivel de reactivos y el del estado de transición). La
energı́a de activación influye sobre la velocidad, pero no sobre las magnitudes termodinámicas.
2.
a) En general: v ⫽ K[A]x [B]y. Empleando esta ecuación para cada experiencia, se calculan los semiórdenes de
reacción:
I. 2,7·10⫺3 ⫽ K · 0,2x · 0,2y
II. 5,4·10⫺3 ⫽ K · 0,4x · 0,2y
Dividiendo la ecuación I entre la II:
2,7·10⫺3
K · 0,2x · 0,2y
⫽
5,4·10⫺3
K · 0,4x · 0,2y
De igual modo, al dividir II entre III:
5,4·10⫺3
K · 0,4x · 0,2y
⫽
10,8·10⫺3
K · 0,4x · 0,4y
III. 10,8·10⫺3 ⫽ K · 0,4x · 0,4y
冢冣
2,7
1
⫽
5,4
2
x
0,5 ⫽ 2⫺x
冢冣
5,4
1
⫽
10,8
2
x⫽1
y
0,5 ⫽ 2⫺y
y⫽1
Y, ası́, la ley de velocidad es v ⫽ K[A] [B]
b) 2,7·10⫺3 ⫽ K · 0,2 · 0,2
3.
K ⫽ 0,0675 mol L⫺1 s⫺1
Se trata de una serie de reacciones consecutivas donde la velocidad global vendrá dada por la de la reacción
más lenta, que es la de mayor energı́a de activación.
Ea ⬎ E⬘a, con lo que la primera transformación es más
lenta.
E’a
C+D
Ea
A+B
∆H > 0
Sobre la espontaneidad no se puede decir nada, ya que
no solamente influye el factor entálpico (observado en la
reacción), sino también el entrópico, que no se especifica. El paso de A ⫹ B a C ⫹ D es endotérmico, y el de
estos a E es exotérmico. El proceso global es exotérmico
(⌬H⬙).
∆H’ < 0
∆H’’ < 0
E
4.
En general, v ⫽ K[A]x [B]y. Por los datos, x ⫹ y ⫽ 3, y la reacción es de orden 2 respecto a la especie B, ya
que, al duplicarse su concentración, la velocidad se cuadruplica:
v ⫽ K(2[B])2[A] ⫽ 4K[A] [B]2 ⫽ 4vo. Por ello, la ecuación será: v ⫽ K[A] [B]2
No. La molecularidad es el número de moléculas de reactivos que intervienen en el proceso elemental, y la
ecuación dada es la reacción global.
5.
Según la ecuación de Arrhenius:
⫺
Ea
Ae RT2
K2
⫽
Ea ⫽ 10
⫺
K1
Ae RT
1
⫺Ea
Ea
⫺1
1
⫺1
1
⫹
⫽
⫹
Ea ⫽
⫹
Ea ⫽ 1,31·10⫺5Ea ⫽ 1n 10
RT2
RT1
RT2
RT1
8,314 · 308
8,314 · 298
冢
冣
冢
冣
Ea ⫽ 175 769,8 J/mol ⫽ 175,8 kJ/mol
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QUÍMICA – 2.o Bachillerato