Primera serie de ejercicios. Cinética Química, 2014-1. Jorge Peón.

1. Para la siguiente reacción elemental, 2X + Y => Z. ¿Cuál es la relación entre la

velocidad de desaparición de X, la velocidad de desaparición de Y, y la velocidad

de aparición de Z?

Respuesta :

-1/2 d[X]/dt= -d[Y]/dt = d[Z]/dt (la grandiosa ecuación del poster).

→ d[X]/dt= 2 d[Y]/dt (ambas derivadas son negativas (la conc. de los reactivos decae).

→ d[X]/dt= -2 d[Z]/dt (la derivada de X es negativa, la de Z es positiva. En valor absoluto, Z aparece al doble de velocidad de lo que X decae debido a que se requieren dos moles de X para formar uno de Z).

2. Considera la siguiente reacción (considerar que fuera elemental):

CH4(g) + 2O2(g) => CO2(g) + 2H2O(g)

A una temperatura T en cierto momento, se consume 1.0 mol de CH4 en 4.0 segundos. Indicar la

velocidad con la que se consume el O2(g) , la velocidad con la que se produce el CO2(g) y la velocidad

con la que se produce el H2O(g).

3. La velocidad inicial para la reacción 2A + 2B C + D fue determinada y los resultados se

muestran en la siguiente tabla:

Corrida [A]0, M [B]0, M Velocidad inicial,

M/s

1 0.185 0.133 3.35 × 10-4

2 0.185 0.266 1.35 × 10-3

3 0.370 0.133 6.75 × 10-4

4 0.370 0.266 2.70 × 10-3

Encuentra la ley de velocidad y el valor de k para esta reacción.

4. Considera la siguiente reacción general: A + B + C → Productos, en donde d[A]/dt = -

k[A]a[B]b[C]c para la cual se han medido las siguientes velocidades iniciales de reacción:

condiciones I II III IV

d[P]/dt (t = 0) M s-1 5 5 2.5 14.1

[A]0 / M 0.01 0.01 0.01 0.02

[B]0 / M 0.005 0.005 0.01 0.005

[C]0 / M 0.01 0.015 0.01 0.01

Determina los valores de a, b, c y k. Muestra tu trabajo en detalle. ¿ Consideras que esta podría

ser una reacción elemental ?

Pregunta vista en clase, consultarme cualquier duda.

5. La reacción de SO2Cl2(g) → SO2(g) + Cl2(g) tiene una constante velocidad de reacción de primer

orden de 2.24 ×10-5 s-1 a 320 oC. Calcula: 1) el tiempo de vida media de la reacción, 2) el porcentaje

remanente de SO2Cl2 después de 5 horas a 320 oC y 3) el tiempo que se requerirá para que el 92% de

una muestra de SO2Cl2 se descomponga cuando se mantiene a 320 oC.

6. Deduce las expresiones de tiempo de vida media para reacciones que obedecen cinética de orden

cero, uno y dos. Utilizando las expresiones de t1/2 encuentra el orden de reacción correspondiente a

cada una de las gráficas de [A] vs. t que se te proporcionan.

ORDEN DOS ORDEN CERO ORDEN UNO

[A],

[A],

7. Considera el siguiente diagrama de Energía Potencial

Indicar el valor de la energía de activación, la energía de reacción (entalpía de reacción), e indicar si

se trata de una reacción exotérmica o endotérmica. También indicar la energía del estado activado,

así como la energía de activación de la reacción en reversa.

Energía de activación de la reacción directa: 80 kJ/mol.

Energía (entalpía) de reacción: -20 kJ/mol. Es una reacción endotérmica así como se presenta.

Energía del estado activado: 100 kJ / mol.

Energía de activación de la reacción en reversa: 60kJ/mol.

8. Calcular la razón entre las constantes de velocidad (k1/k2) de dos reacciones donde la energía de

activación de la primera es 100 kJ/mol, y la segunda, de 90 kJ/mol. Considerar que los parámetros

pre-exponenciales en ambos casos son iguales, y que la temperatura del medio es de 300 K para

ambas reacciones. Antes de hacer el ejercicio, pensar cual constante debe ser mayor.

9. Dibujar esquemáticamente el perfil de reacción (gráfico de energía potencial vs coordenada de

reacción) para un proceso: A+B => P donde la entalpia de esta reacción es de -30 kJ/mol, la entalpía

de los reactivos (A+B) es de 100 kJ/mol y donde la energía de activación para el proceso inverso (P

=> A+B) es de 80 kJ/mol). Indicar claramente la energía del estado activado y la energía de activación

del proceso directo A+B=>P.

10. Para una reacción con energía de activación de 120 kJ/mol, calcula la temperatura a la que se

debe elevar el medio de dicha reacción para que el valor de la constante se duplique respecto al valor

a 300 K.

11. La constante de velocidad de una reacción se duplica al llevarse la temperatura de 20 C a 30 C.

Calcular la energía de activación.

12. El Isotopo radioactivo fósforo-32 es incorporado en un ácido nucléico para seguir ciertos aspectos

de su metabolismo. Si una muestra de ácido nucléico con fósforo radioactivo se descompone a una

velocidad de 378 desintegraciones por minuto. ¿Cuál es la actividad (descomposiciones por minuto)

cuando han transcurrido 13 horas? El tiempo de vida media del isotopo radioactivo de fósforo-32 es

14.28 días.

13. Considera la siguiente reacción:

2HI(g) → H2(g) + I2(g)

Para la cual se obtuvieron los siguientes resultados a 555K.

[HI] / M v0 / M s-1

0.05 8.80 × 10-11

0.10 3.52 × 10-10

0.15 7.92 × 10-10

Indica cual es la forma experimental de la ecuación de velocidad. Solo tienes diez segundos

para responder esta pregunta ¡

14. Para reacciones de una especie A, de orden 0, 1 y 2, donde la concentración inicial

es de 1 M, calcula los tiempos totales en los que las concentraciones valen 0.5 M, y 0.25

M. Considera una constante de velocidad de reacción con un valor de 2 unidades. Indica

estos tiempos en una gráfica para cada orden.

15. Comenta sobre la veracidad de las siguientes aseveraciones:

a) La ecuación de velocidad de todas las reacciones elementales implica órdenes

de reacción con valores enteros positivos para los reactivos.

Correcto

b) La molecularidad de una reacción compleja siempre es un número positivo.

Las reacciones complejas no tienen molecularidad

16. Considerando que [235U]/[238U] = 1 cuando los elementos se formaron, y que esta

razón hoy en día es de 7.25 x 10-3, calcular la edad de estos elementos. Los

tiempos de vida media son : Para 235U, 7.8 x 108 años, y para 238U, 4.5 x 109 años.

17. Si la reacción 2A→P tiene una constante de velocidad de k =3.50 × 10-4 mol-1L s-1.

¿Cuál es el tiempo de vida media de A cuando la concentración inicial de A es 0.04

mol L-1 ?

18. Para la siguiente reacción se obtuvieron los siguientes resultados:

I– (aq) + OCl– (aq) → IO– (aq) + Cl– (aq)

[I–]0/ M [OCl–]0/M v0 / M s-1

exp 1 0.10 0.050 3.05 × 10-4

exp 2 0.20 0.050 6.10 × 10-4

exp 3 0.30 0.010 1.83 × 10-4

exp 4 0.30 0.020 3.66 × 10-4

Indica cuál es la ecuación experimental de velocidad para esta reacción. Solo tienes

10 segundos para responder esta pregunta ¡

19. La reacción 23 2NONONO es conocida por ser un proceso elemental.

Para la anterior ecuación escribe la expresión para la velocidad de reacción y para las

derivadas temporales de la concentración de cada especie.

NONOkdt

NOd

dt

NOd

dt

NOdtv 2

23

2

1

20. De acuerdo a la siguiente expresión:

dt

Dd

dt

Cd

dt

Bd

dt

Adtv

2

1

3

1

Sí en algúnun momento se sabe que -11 s L mol 3 tv

a. ¿Cuál es la velocidad de desaparición de la especie A?

b. ¿Cuál es la velocidad de desaparición para la especie B?

c. ¿Cuál es la velocidad de formación para la especie C?

d. ¿Cuál es la velocidad de formación para la especie D?

e. Escriba la ecuación química correspondiente y una expresión para la

velocidad de reacción en términos de las concentraciones de los reactivos.

a. -11 s L mol 3

b. -11 s L mol 9

c. -11 s L mol 3

d. -11 s L mol 6

21. De acuerdo a la siguiente expresión:

dt

Dd

dt

Cd

dt

Bd

dt

Adtv

2

1

3

1

Sí la velocidad de consumo de B es 1-1 s L mol 7 dt

Bd

a. ¿Cuál es la velocidad de desaparición para la especie A?

b. ¿Cuál es la velocidad de formación para la especie C?

c. ¿Cuál es la velocidad de formación para la especie D?

a. 1-1 s L mol 3

7

b. 1-1 s L mol 3

7

c. 1-1 s L mol 3

14

22. Cuáles son las unidades de k para las siguientes expresiones:

a. 2BAktv

b. 1 CBAktv

c. 21

BAktv

d. ktv

e. 2Aktv

f. Escriba el orden global para cada una de las reacciones e indique el orden para cada

una de las especies.

orden Orden con respecto a

Unidades

a 3 A es 1, B es 2 -12-2 s L mol

b 1 A es 1, B es 1, C es -1

-1s

c 3/2 A es 1, B es 1/2 1-2

1

2

1-

s L mol

d 0 A es 0 -11 s L mol

e 2 A es 2 -1-1 s L mol

23. Las especies A y B reaccionan en forma independiente para generar el mismo producto. Las

constantes de velocidad para esta dos reacciones son -1-3 s 2.44x10Ak

y -1-4 s 6.78x10Bk

respectivamente. La concentración inicial de A es

M 1024.6 4

0

xA y la concentración inicial de B es M 1042.3 4

0

xB . ¿ Qué

cantidad de producto se ha formado cuando:

a. Han transcurrido 1500 s

b. M 101 4 xA t

c. tt BA

?

a. M 1026.8 4x

b. M 1060.6 4x

c. M 1021.4 4x

24. La reacción de segundo orden:

OHOHCOHHCOH 25252

cuando se estudió esta reacción en 0.1 M NaOH (donde el OHHC 52 se encontraba

en mucho menor cantidad), se observó la siguiente la ecuación de velocidad de

pseudo-primer-orden:

OHHCk

dt

OHHCd52

52 `

Con -15 s 3x10̀k encuentre la constante de velocidad para la reacción elemental de

segundo orden.

Respuesta -1-16 s M 3x10k

25. La siguiente reacción ilustra la hidrólisis de la especie A.

222 AOHA

El agua se encuentra en exceso. A continuación se reporta la desaparición de la especie A a

diferentes tiempos.

510/ A

M

2.58 1.51 1.04 0.80 0.67 0.56

t/µs

120 220 320 420 520 620

Muestre que la reacción es de pseudo-segundo-orden y calcule k

Respuesta -1-18 s M 1.5x10k

26. Una reacción que tiene 2Aktv completo el 75% en 92 minutos cuando

M 24.00 A . Cuánto tiempo se lleva la reacción en alcanzar una concentración de

0.043 M cuando 146M.00 A

Respuesta 121.5 minutos