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Cinética química

Cataluña · 2017 · Junio

Enunciado

El ozono, una sustancia que actúa como filtro de las radiaciones solares, puede descomponerse en oxígeno en la estratosfera mediante un proceso exotérmico que consta de las dos etapas elementales siguientes:

\text{Etapa 1:}\quad \text{O}_3 \overset{h\nu}{\rightleftarrows} \text{O}_2 + \text{O}

\text{Etapa 2:}\quad \text{O} + \text{O}_3 \rightarrow 2\ \text{O}_2

A 300 K de temperatura, las energías de activación son

103{,}0\ \text{kJ mol}^{-1}

para la etapa 1 y

17{,}1\ \text{kJ mol}^{-1}

para la etapa 2.

a) (1 punto) Escriba la reacción global del proceso de descomposición del ozono. Haga una representación gráfica aproximada que muestre la energía en función de la coordenada de reacción, y señale en la representación las energías de activación y la variación de entalpía de la reacción.

b) (1 punto) A partir del modelo del estado de transición (o complejo activado), explique el concepto energía de activación y justifique cuál de las dos etapas de la descomposición del ozono es más lenta.

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Resultado

a) Reacción global:

2\ \text{O}_3 \rightarrow 3\ \text{O}_2

; diagrama con dos jorobas (

E_{a1} > E_{a2}

) y los productos por debajo de los reactivos (

\Delta H < 0

).

b) La energía de activación es la diferencia de energía entre el estado de transición (complejo activado) y los reactivos. La etapa más lenta es la 1, la de mayor energía de activación (

103{,}0\ \text{kJ mol}^{-1}

Ver la solución oficialla corrección de la PAU, con los puntos de cada paso

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.

a) Reacción global del proceso de descomposición del ozono:

Hay que sumar las reacciones de las dos etapas elementales:

0,2 p.

2\ \text{O}_3 \rightarrow 3\ \text{O}_2

0,8 p. Representación gráfica de la reacción (dibujo aproximado):

Diagrama de energía frente a la coordenada de reacción con dos jorobas: desde los reactivos, una joroba alta (Ea1) lleva a un intermedio; desde él, una joroba más baja (Ea2) baja hasta los productos, que quedan por debajo de los reactivos (ΔH negativa)

En el dibujo: Energia = Energía; reactius = reactivos; productes = productos; coordenada de reacció = coordenada de reacción.

E_{a1}

: energía de activación de la etapa 1

E_{a2}

: energía de activación de la etapa 2

\Delta H

: entalpía de la reacción

Se penalizará 0,2 p si no indican bien la energía de activación ( $E_{a1}$ ).
Se penalizará 0,2 p si no indican bien la energía de activación ( $E_{a2}$ ).
Se penalizará 0,2 p si no indican bien la entalpía de la reacción ( $\Delta H$ ).
Se penalizará 0,2 p si indican que la energía de los productos es mayor que la de los reactivos (hay que tener en cuenta que la reacción es exotérmica).

b)

Hay que emplear el modelo del estado de transición (o complejo activado).

0,6 p. Explicación del concepto de energía de activación:

Dentro de un mecanismo de reacción, en una etapa elemental, para pasar de los reactivos a los productos hay que pasar siempre por un estado llamado estado de transición o complejo activado, que tiene siempre más energía que los reactivos y los productos. La diferencia de energía entre este estado de transición y los reactivos se llama «energía de activación».

0,4 p. Justificación de la etapa más lenta:

La etapa más lenta es aquella en la que hace falta más energía para pasar de los reactivos al estado de transición, es decir, la que tiene una mayor energía de activación.