Cinética química

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)

Determinación del orden de reacción para cada reactivo

La ecuación de la velocidad de la reacción se puede escribir: $v = k\,[\text{NO}]^a\cdot[\text{H}_2]^b$, donde «$a$» y «$b$» son los órdenes de reacción respecto del monóxido de nitrógeno y del hidrógeno, respectivamente.

De la tabla de datos experimentales podemos deducir que:

En los experimentos 2 y 3, la concentración inicial de NO se mantiene constante. Al doblar la concentración inicial de $\text{H}_2$ (de $0{,}37\ \text{M}$ a $0{,}74\ \text{M}$), también se duplica la velocidad inicial de la reacción (pasa de $1{,}2\times 10^{-2}$ a $2{,}4\times 10^{-2}\ \text{mol L}^{-1}\,\text{s}^{-1}$). $\Rightarrow b = 1$

0,3 p. $\Rightarrow$ La reacción será de orden 1 respecto del $\text{H}_2$.

En los experimentos 1 y 2, la concentración inicial de $\text{H}_2$ se mantiene constante. Al doblar la concentración inicial de NO (de $0{,}60\ \text{M}$ a $1{,}20\ \text{M}$), se cuadruplica la velocidad inicial de la reacción (pasa de $3{,}0\times 10^{-3}$ a $1{,}2\times 10^{-2}\ \text{mol L}^{-1}\,\text{s}^{-1}$). $\Rightarrow a = 2$

0,3 p. $\Rightarrow$ La reacción será de orden 2 respecto del NO.

Ecuación de velocidad y cálculo de la constante de velocidad

0,2 p. La ecuación de velocidad de la reacción será: $v = k\,[\text{NO}]^2\,[\text{H}_2]$

Tomando la velocidad inicial de la reacción y las concentraciones iniciales de cada reactivo en un experimento (por ejemplo, el primero) tenemos:

Experimento 1: $3{,}0\times 10^{-3} = k\cdot(0{,}60)^2 \times (0{,}37)$

0,2 p. $\Rightarrow k = 2{,}25\times 10^{-2}\ \text{mol}^{-2}\,\text{L}^2\,\text{s}^{-1}$

Si no indican unidades (o son erróneas), se descontarán 0,1 p.

b)

0,2 p. Un intermedio de reacción es una sustancia que se forma en una de las etapas de un mecanismo de reacción, pero que reacciona en otra etapa, ya que es una especie bastante reactiva. No aparece en la reacción global, ni como reactivo ni como producto.

0,2 p. Un estado de transición o complejo activado es el punto del diagrama energía frente a coordenada de reacción que, en una etapa del mecanismo de la reacción, tiene más energía que los reactivos y que los productos.

En el mecanismo propuesto para la reducción del monóxido de nitrógeno tenemos:

• 0,3 p. Dos intermedios de reacción: son el $\text{N}_2\text{O}_2$ y el $\text{N}_2\text{O}$. Ambas sustancias se forman (en la primera y la segunda etapa, respectivamente), pero se consumen y no aparecen en la reacción global.
• 0,3 p. Tres estados de transición. Uno por cada etapa del mecanismo de reacción.