QuímicaFácil2 pts

Cinética química

Castilla y León · 2017 · Septiembre · Opción A

Enunciado

Indique, justificando la respuesta, si las siguientes proposiciones son verdaderas o falsas:

a) (0,5 puntos) Cuando se añade un catalizador a una reacción, ésta se hace más exotérmica y su velocidad aumenta.

b) (0,5 puntos) En general, las reacciones químicas aumentan su velocidad cuanto más alta es su temperatura.

c) (0,5 puntos) Las reacciones químicas entre compuestos iónicos en disolución suelen ser más rápidas que en fase sólida.

d) (0,5 puntos) La velocidad de las reacciones químicas, en general, es mayor en las disoluciones concentradas que en las diluidas.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) Falsa: el catalizador baja $E_a$ y acelera la reacción, pero no cambia $\Delta H$ .
b) Verdadera: al subir $T$ aumenta $k$ (Arrhenius) y la fracción de choques eficaces.
c) Verdadera: en disolución los iones se mueven libres y chocan mucho más.
d) Verdadera: más concentración, más choques por unidad de tiempo; $v = k[\text{A}]^m[\text{B}]^n$ .

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Las cuatro afirmaciones se deciden con la teoría de colisiones y la ecuación de Arrhenius,

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

: una reacción es más rápida cuantos más choques eficaces hay por unidad de tiempo, es decir, cuanto más frecuentes son los choques y mayor es la fracción de ellos con energía suficiente (

\geq E_a

) y orientación adecuada. Hay que distinguir lo cinético (velocidad,

E_a

) de lo termodinámico (

\Delta H

), que el catalizador no toca.

Desarrollo

a) Falsa.

Un catalizador ofrece un camino de reacción alternativo con menor energía de activación, así que aumenta la constante de velocidad y la reacción va más deprisa: esa parte es cierta. Pero no cambia la energía de los reactivos ni la de los productos, de modo que la entalpía de reacción es la misma:

\Delta H = H_\text{productos} - H_\text{reactivos}\quad\text{(no depende del camino)}

En el perfil energético, el catalizador rebaja la «joroba» del complejo activado, pero los niveles inicial y final no se mueven. La reacción no se hace más exotérmica: la afirmación es falsa.

b) Verdadera.

Según la ecuación de Arrhenius,

k = A\,e^{-E_a/(R\,T)}

al aumentar

T

el exponente

-E_a/(RT)

es menos negativo y

k

crece de forma exponencial. Desde la teoría de colisiones: a mayor temperatura las partículas se mueven más deprisa, chocan más a menudo y, sobre todo, aumenta mucho la fracción de choques con energía igual o mayor que $E_a$ . Por eso, en general, la velocidad aumenta con la temperatura (como regla práctica, a menudo se duplica por cada 10 °C).

c) Verdadera.

En un sólido iónico los iones están fijos en la red cristalina y solo pueden reaccionar los de la superficie de contacto entre los cristales, así que los choques son escasos. En disolución los compuestos están disociados y los iones se mueven libremente por todo el volumen y chocan con mucha frecuencia. Muchas reacciones iónicas en disolución (una precipitación, una neutralización) son prácticamente instantáneas. Es el caso extremo del efecto del estado de división de los reactivos.

d) Verdadera.

La ecuación de velocidad tiene la forma

v = k\,[\text{A}]^m\,[\text{B}]^n

y, con órdenes positivos (lo habitual), la velocidad crece con las concentraciones. Desde la teoría de colisiones: en una disolución concentrada hay más partículas por unidad de volumen, los choques son más frecuentes y hay más choques eficaces por segundo. El «en general» de la afirmación cubre los casos de orden cero respecto a un reactivo, en los que su concentración no influye.

Consejo

En las verdadero/falso con dos afirmaciones juntas, como en a), basta con que una sea falsa para que toda la frase lo sea: di qué parte es cierta y cuál no.

El catalizador es un concepto cinético: cambia $E_a$ y la velocidad, nunca $\Delta H$ , $\Delta G$ ni la constante de equilibrio.