ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 8 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 Actividades de ampliación QUÍMICA – 2.o Bachillerato