QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Cinética química

Andalucía · 2017 · Reserva 1 · Opción A

Enunciado

Opción A · Cuestión 3. Indique verdadero o falso para las siguientes afirmaciones, justificando la respuesta:

a) En una reacción del tipo

\text{A} + \text{B} \rightarrow \text{C}

, el orden total es siempre 2.

b) Al aumentar la temperatura a la que se realiza una reacción aumenta siempre la velocidad.

c) En un equilibrio la presencia de un catalizador aumenta únicamente la velocidad de la reacción directa.

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Falsa: los órdenes son experimentales}\;}

\boxed{\;\textbf{b) Verdadera: } k = A\,e^{-E_a/RT} \text{ crece con } T\;}

\boxed{\;\textbf{c) Falsa: acelera por igual la directa y la inversa}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Las tres afirmaciones tocan los tres pilares de la cinética:

a): los órdenes de reacción son experimentales y no se deducen de la estequiometría.
b): la ecuación de Arrhenius, $k = A\,e^{-E_a/RT}$ .
c): qué hace exactamente un catalizador sobre el perfil energético.

Ten presente que un catalizador rebaja la energía de activación de la reacción directa y de la inversa por igual: por eso no puede desplazar el equilibrio.

Desarrollo

a) Falsa.

La ecuación de velocidad es siempre de la forma

v = k\,[\text{A}]^a[\text{B}]^b

pero los exponentes

a

b

son órdenes parciales experimentales, determinados a partir de medidas de velocidad, y no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos.

Solo en una reacción elemental (que transcurre en un único paso tal como está escrita) el orden coincidiría con la estequiometría y valdría 2. Pero la mayoría de las reacciones transcurren por mecanismos de varias etapas, y entonces el orden lo fija la etapa lenta: puede ser 1, 2, 3, cero o incluso fraccionario.

b) Verdadera.

Al aumentar la temperatura crece la energía cinética media de las partículas y, con ella, la fracción de choques con energía igual o superior a la de activación. La dependencia la recoge la ecuación de Arrhenius:

k = A\,e^{-E_a/RT}

Al subir

T

, el exponente se hace menos negativo y

k

aumenta exponencialmente, y con él la velocidad. Como referencia práctica, en muchas reacciones un aumento de

10\ ^\circ\text{C}

aproximadamente duplica la velocidad.

(El aumento de la frecuencia de choques también contribuye, pero su efecto es mucho menor que el energético.)

c) Falsa.

Un catalizador proporciona un mecanismo alternativo con menor energía de activación, y esa reducción afecta por igual a la reacción directa y a la inversa:

E_a^{\text{directa}} \downarrow \qquad\text{y}\qquad E_a^{\text{inversa}} \downarrow

En consecuencia, las dos velocidades aumentan en la misma proporción, el equilibrio no se desplaza y la constante

K

no cambia. Lo único que consigue el catalizador es que el equilibrio se alcance antes.

Si acelerara solo la reacción directa, alteraría la composición del equilibrio, lo que contradiría la termodinámica:

K

depende únicamente de

\Delta G^\circ

y de la temperatura.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

La idea de a) es la más importante de todo el bloque de cinética: el orden de reacción no se lee de la ecuación ajustada. Menciona la excepción de las reacciones elementales para demostrar que sabes cuándo sí coinciden.

En c), la formulación es tramposa porque la parte «aumenta la velocidad» es cierta; lo falso es el «únicamente». Detectar qué palabra concreta hace falsa una afirmación es media respuesta.

Y ten grabada la consecuencia termodinámica: un catalizador no desplaza el equilibrio ni cambia $\Delta H$ o $K$ . Es la coletilla que distingue una respuesta correcta de una excelente.