PROBLEMAS DE ÁCIDOS Y BASES Y CINÉTICA QUÍMICA 2019-I 10 de junio de 2019 CINETICA 1. La descomposición del SO2Cl2 en fase gaseosa se da mediante la reacción: SO2Cl2 SO2 + Cl2 El curso de la reacción se puede estudiar midiendo la concentración de Cl2 a medida que la reacción procede. Se comienza con [SO2Cl2] = 0,250 M. Manteniendo una temperatura constante de 320 °C, se sigue el cambio de la concentración de Cl2, con los resultados siguientes: a) Determine la ley de velocidad de esta reacción. b) ¿Cuáles son el valor y las unidades de la constante de velocidad específica a 320 °C? c) ¿Cuánto tiempo tardará en reaccionar el 95% del SO2Cl2 inicial? MECANISMOS DE REACCIÓN 2. Defina mecanismo de reacción. ¿Por qué se cree que las colisiones bimoleculares y los procesos de descomposición unimoleculares son importantes en casi todos los mecanismos de reacción? 3. Para la reacción: 1 PROBLEMAS DE ÁCIDOS Y BASES Y CINÉTICA QUÍMICA 2019-I 10 de junio de 2019 la ecuación de velocidad = k[(CH3)3[CBr]. ¿Cuál de los siguientes mecanismos es consistente con la ley de velocidad? Represente el perfil de energía versus avance de la reacción para el mecanismo correcto: a) considerando que la reacción exotérmica y b) que la reacción sea endotérmica. 4. Escriba la reacción global y las expresiones de velocidad que corresponden a los siguientes mecanismos de reacción. No olvide eliminar los intermediarios de las respuestas: Represente el perfil de energía versus avance de la reacción para el mecanismo correcto: a) considerando que la reacción exotérmica y b) que la reacción sea endotérmica. 5. Escriba la reacción global y las expresiones de velocidad que corresponden a los siguientes mecanismos de reacción. No olvide eliminar los intermediarios de las respuestas: Represente el perfil de energía versus avance de la reacción para el mecanismo correcto: a) considerando que la reacción exotérmica y b) que la reacción sea endotérmica. 6. El ozono, O3, de la estratósfera puede descomponerse al reaccionar con el óxido de nitrógeno (por lo general llamado óxido nítrico), NO, que despiden los aviones a reacción que vuelan a gran altitud. O3(g) + NO(g) NO2(g) + O2(g) 2 PROBLEMAS DE ÁCIDOS Y BASES Y CINÉTICA QUÍMICA 2019-I 10 de junio de 2019 La expresión de velocidad es: velocidad = k[O3][NO]. ¿Cuáles de los siguientes mecanismos son coherentes con la expresión de velocidad observada? Represente el perfil de energía versus avance de la reacción para el mecanismo correcto: a) considerando que la reacción exotérmica y b) que la reacción sea endotérmica. 7. Un mecanismo que se propone para la descomposición del ozono, 2 O3 3 O2 es: Derive la ecuación de velocidad de la reacción neta y represente el perfil de energía versus avance de la reacción para el mecanismo correcto: a) considerando que la reacción exotérmica y b) que la reacción sea endotérmica, identificando, intermediarios, reactantes, estados de transición y productos. 3 PROBLEMAS DE ÁCIDOS Y BASES Y CINÉTICA QUÍMICA 2019-I 10 de junio de 2019 8. Considerando que la reacción de síntesis del yoduro de hidrógeno es endotérmica: H2 + I2 2 HI a) Demuestre que este mecanismo predice la ley de velocidad correcta, velocidad 5 k[H2][I2]. b) Identifique todos los intermediarios de reacción de este mecanismo propuesto. Represente el perfil de energía versus avance de la reacción para el mecanismo correcto. 9. Se propuso el siguiente mecanismo para la reacción entre H2 y CO para producir formaldehído, HCHO. a) Escriba la ecuación balanceada de la reacción global. b) Se encuentra que la dependencia de la velocidad observada es de ½ orden respecto del H2 y de primer orden respecto del CO. ¿El mecanismo de reacción propuesto es coherente con la dependencia de la velocidad observada? BALANCE DE ECUACIONES Completar y balancear las siguientes reacciones: 10.As2S5 + HNO3 H3AsO4 + SO2 + NO 11.Cu2C2O4 + KMnO4 + H2SO4 CuSO4 + CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 12.KIO3 + H2SO4 + H2O2 KHSO4 + H2O + O2 + I2 13.Sb2(SO4)3 + KMnO4 + H2O H3SbO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2SO4 14.K4[Fe(CN)6+ KMnO4 + H2SO4 K3[Fe(CN)6+ K2SO4 + MnSO4 15.HCNS + KMnO4 + H2SO4 MnSO4 + K2SO4 + HCN + H2O 16. [Cu(NH3)4]SO4·H2O+KCN K3NH4[Cu2(CN)6+NH4CNO+NH3+K2SO4+ H2O 17.[Cu(NH3)4]SO4+ K2 S2O3Cu + K2SO3 + (NH4)2SO4 + (NH4)2SO3 + NH3 4 PROBLEMAS DE ÁCIDOS Y BASES Y CINÉTICA QUÍMICA 2019-I 10 de junio de 2019 18. MnSO4 + PbO2 + HNO3 Pb(MnO4)2 + PbSO4 + Pb(NO3)2 + H2 ELECTROQUÍMICA 19. El potencial estándar de reducción del par Cl2(g)/Cl- es de 1,36 V; el de Ag+/Ag(s), de 0,799 V; el de Cu+/Cu(s), de 0,521 V; el de Cu2+/Cu(s), de 0,337 V; el de Fe2+/Fe(s), de -0.44 V; el de Na+/Na(s), de -2.71 V, y el de K+/K(s), de -2.925 V. a) Ordene los agentes oxidantes según su fuerza creciente. b) ¿Cuáles de estos agentes oxidantes oxidarán al Cu en condiciones de estado estándar? 20. El potencial estándar de reducción del par PbO2(s)/ Pb(s) es de 1.455 V, el de F2(g)/F2 es de 2.87 V, el de F2(g)/HF(ac) es de 3.06 V y el de H2O2(ac)/H2O(liq) es de 1.77 V. En condiciones de estado estándar, a) ¿cuál es el agente oxidante más fuerte?, b) ¿qué agente(s) oxidante(s) oxidarían al plomo a óxido de plomo(IV)? y c) ¿qué agente(s) oxidante(s) podrían oxidar al ion fluoruro en solución ácida? 21. Para los ejercicios 22, 23, dibuje una celda similar a la que aquí se muestra con el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha. Identifique el metal A, el metal B, la solución A y la solución B; escriba la ecuación balanceada de la reacción que ocurre de manera espontánea. Calcule el potencial de celda y escriba la notación abreviada de la celda. Indique la dirección del flujo de electrones, el ánodo, el cátodo y la polaridad (1 o 2) de cada electrodo. 22. (Véanse las instrucciones anteriores del problema 21) Una celda estándar de magnesio y aluminio. Al responder el ejercicio, justifique cada respuesta mediante cálculos apropiados. Suponga que cada reacción tiene lugar en condiciones electroquímicas estándar. 23. (Véanse las instrucciones previas al ejercicio 21.) Una celda estándar de cadmio y zinc. Al responder el ejercicio, justifique cada respuesta mediante cálculos apropiados. Suponga que cada reacción tiene lugar en condiciones electroquímicas estándar. a) ¿Oxidará el Fe3+ al Sn2+ a Sn4+ en solución ácida? b) ¿Los iones dicromato oxidarán a los iones fluoruro a flúor libre en solución ácida? 5 PROBLEMAS DE ÁCIDOS Y BASES Y CINÉTICA QUÍMICA 2019-I 10 de junio de 2019 c) ¿Los iones dicromato oxidarán al ácido arsenioso, H3AsO3, a ácido arsénico, H3AsO4, en solución ácida? d) ¿Los iones dicromato oxidarán al peróxido de hidrógeno, H2O2, a oxígeno libre, O2, en solución ácida? e) ¿Los iones permanganato oxidarán al Cr3+ a Cr2O72- en solución ácida? 24. Considere la celda voltaica: 2 Ag+ (ac) + Cd(s) 2Ag(s) + Cd2+ (ac) que funciona a 298K. a) ¿Cuál es la E0 para esta celda? b) Si la [Cd2+]= 2.0 M y la [Ag+]= 0.25 M, ¿cuál es la Ecelda? c) Si la Ecelda = 1.25 V y [Cd2+]= 0.100 M, ¿cuál es la [Ag+]? 25. Los potenciales estándar de reducción de los pares H+/H2(g) y O2(g), H+/H2O(liq) son de 0.0000 V y de 1.229 V, respectivamente. a) Escriba las semirreacciones y la reacción global y calcule E0 de la reacción 2 H2(g) + O2(g) + 2 H2O(liq) b) Calcule E de la celda cuando la presión del H2 es de 2.85 atm y la del O2 es de 1.20 atm. 26. Considere la celda representada mediante la notación: Zn(s) / ZnCl2(ac) // Cl2(g, 1 atm); Cl-(ac) / C(grafito) Calcule a) E0 y b) E de celda cuando la concentración de ZnCl2 es de 0,35 mol/L y cuando la semicelda Cl2/Cl- está en condiciones estándar. 27. ¿Cuál es la concentración de Ag+ en una semicelda si se observa que el potencial de reducción del par Ag+/Ag es de 0,40 V? 28. ¿Cuál debe ser la presión del flúor gaseoso para que genere un potencial de reducción de - - semicelda del par F2/F de 2,70 V en una solución que contiene [F ]=0,34 M? 29. Calcule el potencial de celda de las siguientes celdas electroquímicas a 25 °C. 30. Dibuje la celda representada en el ejercicio 29-a, 29-b y 29-c) y señale sus componentes. 31. Calcule el potencial de celda de las celdas siguientes electroquímicas a 25 °C. 6 PROBLEMAS DE ÁCIDOS Y BASES Y CINÉTICA QUÍMICA 2019-I 10 de junio de 2019 32. Encuentre el potencial de celda en la que se colocan electrodos idénticos de hierro en soluciones de FeSO4 cuyas concentraciones son de 1,5 mol/L y 0,15 mol/L. 33. En una celda de concentración que consta de dos electrodos de hidrógeno, ¿cuál es el potencial de celda si el cátodo tiene contacto con una solución cuyo pH es de 7,8 y el ánodo tiene contacto con una solución de [H+]= 0,05 M? 34. Se monta una celda estándar cobre-cadmio, se cierra el circuito y se deja funcionar. Luego de un tiempo, el voltaje de celda llega a cero y la celda “deja de funcionar”. Suponga que la masa de cualquiera de los electrodos no limita la reacción de celda. a) ¿Cuál es la relación [Cd2+] a [Cu2+] cuando la celda “ya no funciona”? b) ¿Cuáles son las concentraciones? 35. Se quiere montar una celda de concentración de 0,275 volt con dos electrodos de hidrógeno, ambos con presión de una atmosfera. El pH de una solución es de 1,5; calcule el pH que se requiere en la otra solución. 36. Se monta una celda de concentración con dos electrodos de hidrógeno, ambos con una presión parcial de hidrógeno de una atmosfera, donde se genera 0,150 volt. El pH de un electrodo de hidrógeno es de 1,65; ¿cuál es el pH del otro? 7
