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) Tipo de reacción

0,15 p. $\Rightarrow$ La reacción es exotérmica porque $\Delta H^\circ_{\text{reacción}} < 0$ y se desprende calor.

Cálculo de la entalpía estándar de formación del acetaldehído a 298 K$$\text{CH}_3\text{CHO}(g) \rightarrow \text{CH}_4(g) + \text{CO}(g)$$0,10 p.$$\Delta H^\circ_{\text{reacción}} = \left(\sum n_p\,\Delta H^\circ_{f,\ \text{productos}}\right) - \left(\sum n_r\,\Delta H^\circ_{f,\ \text{reactivos}}\right)$$0,25 p.$$\left(\sum n_p\,\Delta H^\circ_{f,\ \text{productos}}\right) = \left[(1\times\Delta H^\circ_{f,\ \text{CH}_4}) + (1\times\Delta H^\circ_{f,\ \text{CO}})\right]$$$$\left(\sum n_r\,\Delta H^\circ_{f,\ \text{reactivos}}\right) = (1\times\Delta H^\circ_{f,\ \text{CH}_3\text{CHO}})$$$$\Delta H^\circ_{\text{reacción}} = -20\ \text{kJ mol}^{-1} = \left[(-75\ \text{kJ mol}^{-1}) + (-111\ \text{kJ mol}^{-1})\right] - \Delta H^\circ_{f,\ \text{CH}_3\text{CHO}}$$$$\Rightarrow \Delta H^\circ_{f,\ \text{CH}_3\text{CHO}} = -166\ \text{kJ mol}^{-1}$$Esquema energético: energía en función de la coordenada de reacción

0,75 p.

En la figura: «Energia» = energía; «Estat de transició» = estado de transición; «Coordenada de reacció» = coordenada de reacción; «Reacció no catalitzada» = reacción no catalizada; «Reacció catalitzada» = reacción catalizada.

• Cada ítem cuenta 0,15 p. [$\Delta H^\circ$, energía de activación de la reacción sin catalizador ($E_a^1$), energía de activación de la reacción catalizada ($E_a^2$), estado de transición (complejo activado) de la reacción sin catalizador y estado de transición (complejo activado) de la reacción catalizada].

b) Energías de activación de la reacción de síntesis del acetaldehído del proceso catalizado y no catalizado

La reacción inversa es el proceso de transformación de productos en reactivos. La energía de activación del proceso catalizado y no catalizado es la energía que es necesario suministrar a los nuevos reactivos ($\text{CH}_4 + \text{CO}$) para pasar a producto ($\text{CH}_3\text{CHO}$). Para un proceso exotérmico ($\Delta H^\circ_{\text{reacción}} < 0$):$$E_a\,(\text{reacción inversa}) = E_a\,(\text{directa}) + \left|\Delta H^\circ_{\text{reacción directa}}\right|$$0,30 p.$$E_{a1}\,(\text{reacción no catalizada}) = 188\ \text{kJ/mol} + 20\ \text{kJ/mol} = 208\ \text{kJ/mol}$$$$\Rightarrow E_{a1}\,(\text{reacción no catalizada}) = 208\ \text{kJ/mol}$$0,30 p.$$E_{a2}\,(\text{reacción catalizada}) = 135\ \text{kJ/mol} + 20\ \text{kJ/mol} = 155\ \text{kJ/mol}$$$$\Rightarrow E_{a2}\,(\text{reacción catalizada}) = 155\ \text{kJ/mol}$$¿Qué es un catalizador?

0,25 p. Un catalizador es una sustancia que se añade a la reacción (sin consumirse) y modifica la cinética de la reacción (velocidad), pero no altera la constante de equilibrio de la reacción ni las concentraciones de los compuestos (reactivos y productos) en el equilibrio.

Efecto del catalizador en la velocidad de reacción

0,40 p. Según el modelo cinético del estado de transición, la velocidad de una reacción depende de la energía de activación o energía que deben alcanzar las moléculas de reactivos para llegar al estado de transición o complejo activado (especie inestable por su elevada energía): cuanto más pequeña sea la energía de activación, más alta será la velocidad.

$\Rightarrow$ Un catalizador modifica el mecanismo de la reacción, consiguiendo que el nuevo mecanismo disminuya la energía de activación y aumente la velocidad de reacción.