QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Cinética químicaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2020 · Septiembre

También trata: Formulación y nomenclatura inorgánica

Enunciado

a) La descomposición del pentóxido de dinitrógeno,

2\,\text{N}_2\text{O}_5\text{(g)} \longrightarrow 4\,\text{NO}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)}

sigue la ecuación de velocidad

v = k\cdot[\text{N}_2\text{O}_5]

. Responda las siguientes cuestiones:

a.1) Compare la velocidad de aparición de

\text{NO}_2

con la de aparición de

\text{O}_2

. (0,25 puntos)

a.2) Indique el orden de reacción total y el orden de reacción respecto del

\text{N}_2\text{O}_5

. (0,25 puntos)

a.3) Indique las unidades de la velocidad de reacción y de la constante de velocidad. (0,25 puntos)

a.4) Discuta si la constante de velocidad depende de la temperatura a la que se lleva a cabo la reacción. (0,25 puntos)

b) Nombre los compuestos siguientes:

b.1)

\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7

(0,2 puntos)

b.2)

\text{PCl}_3

(0,2 puntos)

b.3)

\text{NaClO}_3

(0,2 puntos)

b.4)

\text{Co(OH)}_2

(0,2 puntos)

b.5)

\text{FePO}_4

(0,2 puntos)

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a.1)

d[\text{NO}_2]/dt = 4\,d[\text{O}_2]/dt

: el

\text{NO}_2

aparece cuatro veces más rápido.

a.2) Orden 1 respecto del

\text{N}_2\text{O}_5

y orden total 1.

a.3)

v

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

;

k

\text{s}^{-1}

.

a.4) Sí:

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

aumenta con la temperatura.

b) Dicromato de potasio; tricloruro de fósforo; clorato de sodio; hidróxido de cobalto(II); fosfato de hierro(III).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En a) todo sale de dos definiciones. La velocidad de una reacción es la variación de concentración de cualquier especie dividida por su coeficiente estequiométrico, así que las especies con coeficiente mayor aparecen más deprisa. Y en la ecuación de velocidad los exponentes son los órdenes parciales; su suma es el orden total. Las unidades de

k

se deducen exigiendo que la ecuación de velocidad sea coherente, y su dependencia con la temperatura la da la ecuación de Arrhenius.

En b) hay que identificar el tipo de compuesto: dos oxisales (con el anión de un oxoácido), un compuesto binario de no metales, un hidróxido y otra oxisal. Para las sales y el hidróxido conviene deducir el estado de oxidación del metal.

Desarrollo

a.1) Velocidades de aparición

Definición de velocidad de reacción. Para

2\,\text{N}_2\text{O}_5 \to 4\,\text{NO}_2 + \text{O}_2

v = -\frac{1}{2}\frac{d[\text{N}_2\text{O}_5]}{dt} = \frac{1}{4}\frac{d[\text{NO}_2]}{dt} = \frac{d[\text{O}_2]}{dt}

Comparación. De la igualdad de los dos últimos términos:

\frac{d[\text{NO}_2]}{dt} = 4\,\frac{d[\text{O}_2]}{dt}

\text{NO}_2

aparece cuatro veces más deprisa que el

\text{O}_2

, porque por cada molécula de

\text{O}_2

se forman cuatro de

\text{NO}_2

.

a.2) Órdenes de reacción

En

v = k\,[\text{N}_2\text{O}_5]^1

el exponente de la concentración es 1: la reacción es de orden 1 respecto del N₂O₅ y, como no hay más especies en la ecuación, de orden total 1. (El orden no coincide con el coeficiente 2 de la ecuación química: se determina experimentalmente.)

a.3) Unidades

Velocidad. Es concentración por unidad de tiempo:

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

.

Constante de velocidad. Despejando de la ecuación de velocidad:

k = \frac{v}{[\text{N}_2\text{O}_5]} \quad\Longrightarrow\quad [k] = \frac{\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}}{\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}} = \text{s}^{-1}

a.4) Dependencia de k con la temperatura

Sí depende. Según la ecuación de Arrhenius,

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

al aumentar la temperatura disminuye el cociente

E_a/(RT)

k

crece (exponencialmente): hay más choques y una fracción mayor de moléculas con energía suficiente para superar la energía de activación. Por eso la reacción es más rápida a temperatura más alta.

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

b) Nomenclatura

b.1) K₂Cr₂O₇: el anión $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ es el dicromato (cromo con estado de oxidación $+6$ ). Dicromato de potasio (o heptaoxidodicromato de dipotasio).
b.2) PCl₃: compuesto binario de fósforo y cloro. Tricloruro de fósforo (o cloruro de fósforo(III)).
b.3) NaClO₃: el anión $\text{ClO}_3^-$ es el clorato (cloro con $+5$ ). Clorato de sodio (o trioxidoclorato de sodio).
b.4) Co(OH)₂: cada $\text{OH}^-$ aporta $-1$ , así que el cobalto tiene $+2$ . Hidróxido de cobalto(II) (o dihidróxido de cobalto).
b.5) FePO₄: el anión fosfato es $\text{PO}_4^{3-}$ , así que el hierro tiene $+3$ . Fosfato de hierro(III) (o tetraoxidofosfato de hierro).

Consejo

En a.1) el error típico es decir que el $\text{O}_2$ aparece cuatro veces más rápido: la especie con el coeficiente mayor es la que cambia más deprisa. Escribe la definición de la velocidad con los coeficientes y despeja.

Las unidades de $k$ dependen del orden total: de orden 1, $\text{s}^{-1}$ ; de orden 2, $\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}$ . No las memorices: dedúcelas de la ecuación de velocidad. En la nomenclatura, el número romano del metal (cobalto(II), hierro(III)) es parte del nombre: sin él no vale.