QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Cinética químicaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2017 · Julio · Opción B

Comunitat Valenciana · 2017 · Julio · Opción B
Enunciado
Para la reacción:4 NH3(g)+3 O2(g)⟶2 N2(g)+6 H2O(g)4\,\text{NH}_3(g) + 3\,\text{O}_2(g) \longrightarrow 2\,\text{N}_2(g) + 6\,\text{H}_2\text{O}(g)experimentalmente se determinó que, en un momento dado, la velocidad de formación del N2\text{N}_2 era de 0,27 mol⋅L−1⋅s−10{,}27\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}. Responda a las siguientes cuestiones:

a) ¿Cuál era la velocidad de la reacción en ese momento? (0,5 puntos)

b) ¿Cuál era la velocidad de formación del agua en ese momento? (0,5 puntos)

c) ¿A qué velocidad se estaba consumiendo el NH3\text{NH}_3 en ese momento? (0,5 puntos)

d) Si la ley de velocidad para esta reacción fuera v=k [NH3]2 [O2]v = k\,[\text{NH}_3]^2\,[\text{O}_2], ¿cuáles serían las unidades de la constante de velocidad? (0,5 puntos)
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Resultado
a) v=0,135 mol⋅L−1⋅s−1v = 0{,}135\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}.

b) El agua se forma a 0,81 mol⋅L−1⋅s−10{,}81\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}.

c) El NH3\text{NH}_3 se consume a 0,54 mol⋅L−1⋅s−10{,}54\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}.

d) kk se mide en L2⋅mol−2⋅s−1\text{L}^2\cdot\text{mol}^{-2}\cdot\text{s}^{-1} (orden total 3).
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

La velocidad de formación o de consumo de cada sustancia es distinta, porque cada una aparece con un coeficiente distinto. La velocidad de la reacción es una sola: la de cualquier sustancia dividida entre su coeficiente estequiométrico.v=−14d[NH3]dt=−13d[O2]dt=12d[N2]dt=16d[H2O]dtv = -\frac{1}{4}\frac{d[\text{NH}_3]}{dt} = -\frac{1}{3}\frac{d[\text{O}_2]}{dt} = \frac{1}{2}\frac{d[\text{N}_2]}{dt} = \frac{1}{6}\frac{d[\text{H}_2\text{O}]}{dt}Conocida la del N2\text{N}_2, todas las demás salen de esta cadena. En d) basta despejar kk de la ley de velocidad y sustituir las unidades.
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Desarrollo

a) Velocidad de la reacciónv=12d[N2]dt=0,272=0,135 mol⋅L−1⋅s−1v = \frac{1}{2}\frac{d[\text{N}_2]}{dt} = \frac{0{,}27}{2} = 0{,}135\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}b) Velocidad de formación del aguad[H2O]dt=6 v=6⋅0,135=0,81 mol⋅L−1⋅s−1\frac{d[\text{H}_2\text{O}]}{dt} = 6\,v = 6\cdot 0{,}135 = 0{,}81\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}Se forman tres moléculas de agua por cada una de nitrógeno: el triple de rápido que el N2\text{N}_2.

c) Velocidad de consumo del amoniaco−d[NH3]dt=4 v=4⋅0,135=0,54 mol⋅L−1⋅s−1-\frac{d[\text{NH}_3]}{dt} = 4\,v = 4\cdot 0{,}135 = 0{,}54\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}Se gastan dos moléculas de NH3\text{NH}_3 por cada una de N2\text{N}_2 que se forma: el doble de rápido.

d) Unidades de la constante de velocidad

La reacción es de orden 2 respecto al NH3\text{NH}_3, de orden 1 respecto al O2\text{O}_2 y de orden total 3. Despejando kk:k=v[NH3]2 [O2]⇒[k]=mol⋅L−1⋅s−1(mol⋅L−1)3=L2⋅mol−2⋅s−1k = \frac{v}{[\text{NH}_3]^2\,[\text{O}_2]} \quad\Rightarrow\quad [k] = \frac{\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}}{(\text{mol}\cdot\text{L}^{-1})^3} = \text{L}^2\cdot\text{mol}^{-2}\cdot\text{s}^{-1}
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
3

Consejo

No confundas la velocidad de la reacción con la de formación de una sustancia: la de la reacción se obtiene dividiendo entre el coeficiente, y es la misma se mida con la sustancia que se mida.

En d), los exponentes de la ley de velocidad son los órdenes de reacción, que se determinan experimentalmente: aquí coinciden con lo que da el enunciado, no con los coeficientes 4 y 3 de la ecuación química.
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