Cinética química

a) Órdenes parcial y total.

De la ecuación $v = k\,[\text{NO}]^2[\text{H}_2]$ se lee directamente:$$\text{orden respecto al NO} = \mathbf{2} \qquad \text{orden respecto al } \text{H}_2 = \mathbf{1}$$$$\text{orden total} = 2 + 1 = \mathbf{3}$$Merece la pena subrayar que la estequiometría es $2\!:\!2$ y los órdenes son $2$ y $1$: no coinciden. Los órdenes son magnitudes experimentales y solo igualan a los coeficientes en reacciones elementales (de una sola etapa), que no es el caso.

Comprobación con las unidades de $k$. Para un orden total $n$, las unidades son $\text{mol}^{1-n}\cdot\text{L}^{n-1}\cdot\text{s}^{-1}$. Con $n = 3$:$$\text{mol}^{-2}\cdot\text{L}^{2}\cdot\text{s}^{-1}$$que es exactamente lo que da el enunciado. ✓

b) Velocidad de reacción.$$v = k\,[\text{NO}]^2\,[\text{H}_2] = 6{,}0\cdot 10^{4} \cdot (0{,}015)^2 \cdot 0{,}035$$$$(0{,}015)^2 = 2{,}25\cdot 10^{-4}$$$$v = 6{,}0\cdot 10^{4} \cdot 2{,}25\cdot 10^{-4} \cdot 0{,}035 = 6{,}0\cdot 10^{4} \cdot 7{,}875\cdot 10^{-6}$$$$\boxed{v = 0{,}473 \text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}}$$c) La velocidad aumenta, y bastante.

Todas las especies son gases. A temperatura constante, aumentar la presión significa reducir el volumen (ley de Boyle), y con ello aumentan las concentraciones:$$[\text{NO}] = \frac{n_{\text{NO}}}{V} \;\;\xrightarrow{\;V \downarrow\;}\;\; [\text{NO}] \uparrow$$Como la velocidad depende de las concentraciones elevadas a los órdenes:$$v = k\,[\text{NO}]^2[\text{H}_2] \;\;\Longrightarrow\;\; v \uparrow$$Cuantitativamente: si la presión se duplica, el volumen se reduce a la mitad y todas las concentraciones se duplican. Como el orden total es 3:$$v' = k\,(2[\text{NO}])^2\,(2[\text{H}_2]) = 2^3\,k\,[\text{NO}]^2[\text{H}_2] = \mathbf{8}\,v$$La velocidad se multiplica por ocho. En general, al multiplicar la presión por un factor $f$, la velocidad queda multiplicada por $f^{\,n}$, siendo $n$ el orden total.

En la simulación (con órdenes 2 y 1) la tabla de velocidades iniciales lo muestra por partes: duplicar $[\text{NO}]$ multiplica la velocidad por 4 y duplicar $[\text{H}_2]$, por 2; hacer las dos cosas a la vez, que es lo que ocurre al duplicar la presión, la multiplica por 8. Su constante no admite un valor tan grande como $6{,}0\cdot 10^{4}$, así que las velocidades absolutas no coinciden con las de b), pero los factores sí.

Nota importante: la constante $k$ no cambia, porque la temperatura se mantiene constante (ecuación de Arrhenius). Lo que cambia son las concentraciones.