QuímicaMedio2 pts

Cinética química

Extremadura · 2022 · Julio
Enunciado
La ecuación cinética de la reacción en fase gaseosa A+B⟶C+D\text{A} + \text{B} \longrightarrow \text{C} + \text{D} es v=k [A]2v = k\,[\text{A}]^2. Justificar si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

a) (0,5 puntos) El reactivo A se consume más rápido que el B.

b) (0,5 puntos) Si se le añade un catalizador la energía de activación no varía.

c) (0,5 puntos) Si se duplica la concentración de A la velocidad aumenta 4 veces.

d) (0,5 puntos) Si disminuye el volumen a la mitad, a temperatura constante, la velocidad de la reacción disminuye.
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Resultado
  • a) Falsa: A y B se consumen a la misma velocidad (estequiometría 1 : 1).
  • b) Falsa: el catalizador disminuye la energía de activación.
  • c) Verdadera: v′=4vv' = 4v (orden 2 en A).
  • d) Falsa: [A][\text{A}] se duplica y la velocidad se multiplica por 4.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Hay que distinguir dos cosas que suelen confundirse: la estequiometría de la reacción, que dice en qué proporción se consumen los reactivos, y la ecuación de velocidad, que dice de qué concentraciones depende la rapidez del proceso (orden 2 respecto de A y orden 0 respecto de B). Con la ecuación v=k[A]2v = k[\text{A}]^2 se razonan los cambios de concentración, y con la energía de activación, el efecto del catalizador.
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Desarrollo

a) Falsa.

La velocidad con que se consume cada reactivo la fija la estequiometría. Como A y B reaccionan mol a mol (1 A+1 B1\ \text{A} + 1\ \text{B}), por cada mol de A que desaparece desaparece también un mol de B:v=−d[A]dt=−d[B]dt=d[C]dt=d[D]dtv = -\frac{d[\text{A}]}{dt} = -\frac{d[\text{B}]}{dt} = \frac{d[\text{C}]}{dt} = \frac{d[\text{D}]}{dt}Los dos reactivos se consumen a la misma velocidad. Que [B][\text{B}] no aparezca en la ecuación cinética (orden 0 respecto de B) solo significa que la velocidad no depende de su concentración, no que B no se gaste.
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b) Falsa.

Un catalizador ofrece un mecanismo alternativo (otro camino de reacción) con una energía de activación menor. Al bajar EaE_a aumenta la fracción de choques eficaces y la reacción es más rápida. El catalizador no se consume y no cambia ni los reactivos ni los productos (ni ΔH\Delta H ni el equilibrio), pero sí modifica la energía de activación.

c) Verdadera.

Con v=k[A]2v = k[\text{A}]^2, si [A][\text{A}] pasa a 2[A]2[\text{A}] (a la misma temperatura, kk no cambia):v′=k (2[A])2=4 k[A]2=4 vv' = k\,(2[\text{A}])^2 = 4\,k[\text{A}]^2 = 4\,vLa velocidad se multiplica por 4, porque la reacción es de orden 2 respecto de A.

d) Falsa.

A temperatura constante kk no varía. Si el volumen se reduce a la mitad, las mismas moléculas ocupan la mitad de espacio y la concentración de A se duplica: [A]′=n/(V/2)=2[A][\text{A}]' = n/(V/2) = 2[\text{A}]. Entonces, igual que en el apartado c):v′=k (2[A])2=4 vv' = k\,(2[\text{A}])^2 = 4\,vLa velocidad aumenta (se hace cuatro veces mayor), no disminuye: al haber más moléculas por unidad de volumen, los choques son más frecuentes.
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Consejo

La ecuación de velocidad no dice qué se consume: dice de qué depende la rapidez. Un reactivo de orden 0 se gasta igual que los demás, según los coeficientes de la reacción ajustada.

En d), traduce siempre un cambio de volumen o de presión a cambio de concentración antes de mirar la ecuación de velocidad: reducir el volumen a la mitad duplica todas las concentraciones.
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