QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Cinética química

Andalucía · 2020 · Reserva 3

Enunciado

Bloque B · B2. Indique de forma razonada si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) La velocidad de una reacción es independiente de la concentración de reactivos.

b) La unidad de la constante de velocidad de una reacción de orden uno es

\text{s}^{-1}

.

c) El uso de catalizadores aumenta la energía de activación de la reacción.

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Falsa: } v = k[\text{A}]^a[\text{B}]^b\;}

\boxed{\;\textbf{b) Verdadera: } k = v/[\text{A}] \Rightarrow \text{s}^{-1}\;}

\boxed{\;\textbf{c) Falsa: el catalizador } \textbf{disminuye} \; E_a\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Las tres afirmaciones se contestan desde la ecuación de velocidad:

v = k\,[\text{A}]^a[\text{B}]^b

a) se resuelve mirando si las concentraciones aparecen o no en esa expresión.
b) es un análisis dimensional: la velocidad siempre se mide en $\text{mol}\,\text{L}^{-1}\text{s}^{-1}$ , y de ahí se despejan las unidades de $k$ en cada orden.
c) requiere recordar qué hace exactamente un catalizador sobre el perfil energético.

Desarrollo

a) Falsa.

La velocidad depende de las concentraciones a través de la ecuación de velocidad:

v = k\,[\text{A}]^a[\text{B}]^b

Cuanto mayor es la concentración, más partículas hay por unidad de volumen, más choques se producen y más de ellos son eficaces: la reacción va más deprisa. Solo en el caso particular de una reacción de orden cero respecto a un reactivo (

v = k

) su concentración no influye, pero es la excepción y no puede generalizarse.

b) Verdadera.

Para una reacción de orden uno,

v = k\,[\text{A}]

. Despejando y sustituyendo unidades:

k = \frac{v}{[\text{A}]} = \frac{\text{mol}\,\text{L}^{-1}\,\text{s}^{-1}}{\text{mol}\,\text{L}^{-1}} = \mathbf{s^{-1}}

De forma general, para un orden total

n

las unidades son

\text{mol}^{1-n}\,\text{L}^{n-1}\,\text{s}^{-1}

: para

n = 0

salen

\text{mol}\,\text{L}^{-1}\text{s}^{-1}

; para

n = 1

\text{s}^{-1}

; y para

n = 2

\text{mol}^{-1}\text{L}\,\text{s}^{-1}

.

c) Falsa.

Un catalizador hace justo lo contrario: proporciona un mecanismo alternativo con una energía de activación menor.

E_a^{\text{cat}} < E_a

Al bajar la barrera, una fracción mucho mayor de choques tiene energía suficiente y la velocidad aumenta. Dos matices importantes:

El catalizador no se consume en la reacción global (aparece en un paso y se regenera en otro).
No altera la termodinámica: ni $\Delta H$ , ni $\Delta G$ , ni la constante de equilibrio cambian. Solo se llega antes al mismo equilibrio, porque baja por igual la $E_a$ de la reacción directa y de la inversa.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

Las unidades de $k$ son una pregunta recurrente y no hay que memorizarlas: despéjala de la ecuación de velocidad y simplifica. En treinta segundos tienes la respuesta para cualquier orden, incluso los fraccionarios.

Sobre los catalizadores, la frase que hay que tener grabada es: «aceleran la reacción bajando la energía de activación, pero no desplazan el equilibrio ni cambian $\Delta H$ ». Confundir el efecto cinético con el termodinámico es un error de concepto, y los criterios de corrección puntúan con cero el apartado en el que aparece uno.

Y en a), mencionar la excepción del orden cero redondea la justificación: demuestra que sabes que el orden de reacción es experimental y no se lee de los coeficientes estequiométricos.