QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Cinética química

Andalucía · 2018 · Reserva 3 · Opción B
Enunciado
Opción B · Cuestión 4. La reacción CO(g)+NO2(g)→CO2(g)+NO(g)\text{CO}(g) + \text{NO}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + \text{NO}(g) tiene la siguiente ecuación de velocidad obtenida experimentalmente: v=k [NO2]2v = k\,[\text{NO}_2]^2. Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) La velocidad de desaparición del CO\text{CO} es igual a la velocidad de desaparición del NO2\text{NO}_2.

b) La constante de velocidad no depende de la temperatura porque la reacción se produce en fase gaseosa.

c) El orden total de la reacción es 1 porque la velocidad solo depende de la concentración de NO2\text{NO}_2.
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Resultado
  a) Verdadera: los coeficientes estequiomeˊtricos son iguales  \boxed{\;\textbf{a) Verdadera: los coeficientes estequiométricos son iguales}\;}  b) Falsa: k=A e−Ea/RT depende de T en cualquier fase  \boxed{\;\textbf{b) Falsa: } k = A\,e^{-E_a/RT} \text{ depende de } T \text{ en cualquier fase}\;}  c) Falsa: el orden total es 2+0=2  \boxed{\;\textbf{c) Falsa: el orden total es } 2 + 0 = 2\;}
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Estrategia

Hay que distinguir dos cosas que se confunden constantemente:
  • La estequiometría, que relaciona las velocidades de desaparición y formación de cada especie (apartado a).
  • La ecuación de velocidad, que es experimental y dice de qué concentraciones depende vv (apartado c).
−d[CO]dt=−d[NO2]dt=+d[CO2]dt=+d[NO]dt-\frac{d[\text{CO}]}{dt} = -\frac{d[\text{NO}_2]}{dt} = +\frac{d[\text{CO}_2]}{dt} = +\frac{d[\text{NO}]}{dt}(todos los coeficientes valen 1)

Y para b), recuerda la ecuación de Arrhenius, válida en cualquier fase.
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Desarrollo

a) Verdadera.

Todos los coeficientes estequiométricos de la reacción son 1, así que por cada mol de CO\text{CO} que desaparece desaparece exactamente un mol de NO2\text{NO}_2:−d[CO]dt=−d[NO2]dt-\frac{d[\text{CO}]}{dt} = -\frac{d[\text{NO}_2]}{dt}Es un resultado que depende solo de la estequiometría, no de la ecuación de velocidad. Que el CO\text{CO} no aparezca en la expresión de vv significa que su concentración no influye en la rapidez del proceso, pero no que se consuma a distinto ritmo: cuando la reacción avanza, los dos reactivos se gastan a la par.

b) Falsa.

La constante de velocidad siempre depende de la temperatura, en cualquier fase, según la ecuación de Arrhenius:k=A e−Ea/RTk = A\,e^{-E_a/RT}Al aumentar TT, el exponente se hace menos negativo y kk crece exponencialmente, porque una fracción mayor de choques alcanza la energía de activación. De hecho, kk solo depende de la temperatura (y del catalizador, que modifica EaE_a): ni la concentración ni la presión la alteran.

La justificación de la afirmación es además absurda: la fase gaseosa no exime a ninguna reacción de la dependencia térmica; al contrario, en gases el efecto suele ser muy marcado.

c) Falsa.

El orden total es la suma de los exponentes de la ecuación de velocidad:v=k [NO2]2 [CO]0⟹n=2+0=2v = k\,[\text{NO}_2]^2\,[\text{CO}]^0 \qquad\Longrightarrow\qquad n = 2 + 0 = \mathbf{2}La reacción es de segundo orden respecto al NO2\text{NO}_2 y de orden cero respecto al CO\text{CO}, con un orden total de 2, no de 1.

El razonamiento de la afirmación confunde «depender de un solo reactivo» con «ser de primer orden». Lo que fija el orden es el exponente, no el número de especies que aparecen. Un orden cero para el CO\text{CO} suele significar que ese reactivo no interviene en la etapa lenta del mecanismo.
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Consejo

La confusión que persigue esta cuestión es entre estequiometría y cinética. La primera relaciona cuánto se consume de cada especie; la segunda, de qué depende la velocidad. Son independientes: aquí el CO\text{CO} desaparece al mismo ritmo que el NO2\text{NO}_2 aunque no influya en vv.

El orden total es siempre la suma de los exponentes, incluidos los ceros. Y esos exponentes son experimentales: no se leen de la ecuación ajustada.

Y ten claro de qué depende kk: solo de la temperatura (y del catalizador). No de las concentraciones, ni del volumen, ni de la fase. Es la afirmación más repetida en los exámenes de cinética.
Paso 1 de 3
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