GUÍA PRÁCTICA
Cinética química I: velocidad de reacción
Nº
a c i m í u Q
Ejercicios PSU
1.
2.
La velocidad de una reacción química está considerada como I) II) III)
una fórmula que expresa los moles de productos obtenidos por 1 segundo. una fórmula que expresa los moles de reactantes consumidos por 1 segundo. la rapidez con que los reactantes se transforman en productos.
A) B) C)
Solo I Solo II Solo III
Es la cantidad cantidad mínima mínima de energía energía necesaria necesaria para que se inicie una reacción química. química. Es la cantidad máxima de energía necesaria para que se inicie una reacción química. Corresponde a la energía total de la reacción. Corresponde a la barrera energética que deben atravesar los productos. Es la energía cinética de las moléculas de los productos.
Respecto a una reacción química entre dos reactivos A y B, se han obtenido los siguientes datos:
Experiencia 1 Experiencia 2 Experiencia 3 4 V 1 0 0 3 0 A M Q L E N A C I U G
Solo I y III III I, II y III
Con respecto a la energía de activación de una reacción, ¿cuál de las siguientes alternativas es correcta? A) B) C) D) E)
3.
D) E)
s a c i s á B s a i c n e i C o v i t c e l E a m a r g o r P
[A]0 (mol/L) 0,10 0,10 0,30
[B]0 (mol/L) 0,20 0,10 0,10
v0 (mol/L ⋅ s) 32 8 24
La expresión matemática de la ecuación de la velocidad directa de reacción es A) B) C)
v = k [A] [B] [B] v = k [A] + [B] v = k [A]3 [B]2
D) E)
v = k [A] [B] [B] 2 v = k [A] 3 [B]
Cpech
1
Ciencias Básicas Electivo Química 4.
De una reacción química entre dos reactivos C y D, se tienen los siguientes datos:
Experiencia 1 Experiencia 2 Experiencia 3
[C]0 (mol/L) 0,20 0,40 0,40
[D]0 (mol/L) 0,20 0,20 0,40
v0 (mol/L ⋅ s) 2,70 ⋅ 10−3 5,40 ⋅ 10−3 1,08 ⋅ 10−2
¿Cuál es la expresión matemática de la ecuación de la velocidad directa de reacción? A) B) C)
5.
v = k [C]2 [D] v = k [C] + [D] v = k [C] [D]
D) E)
v = k [C] [D]2 v = k [C] 3 + [D]
La velocidad de una reacción química depende I) II) III)
de la concentración de los reactantes. del grado de división de los reactantes. del uso de un catalizador.
Es (son) correcta(s) A) B) C)
6.
D) E)
solo I y III. III. I, II y III.
La etapa limitante de una reacción química está impuesta por la energía A) B) C) D) E)
7.
de los productos. productos. total de la reacción. de activación. de los catalizadores. catalizadores. inversa de la reacción.
Si se disminuye la concentración de los reactantes en una reacción química, se consigue A) B) C) D) E)
2
solo I. solo II. solo III.
Cpech
aumentar la velocidad velocidad de la reacción. reacción. aumentar los choques entre las moléculas de reactantes. aumentar los choques entre las moléculas de productos. disminuir la velocidad de la reacción. reestablecer el equilibrio equilibri o químico.
GUIA PRÁCTICA 8.
En la siguiente reacción química de orden uno en todos sus constituyentes A + B
C+D
la velocidad indirecta de la reacción es
9.
A)
v = k [A] [B] [B]
B)
v = k [C] + [D]
C)
v = k [C] [D]
D)
v = k [A] + [B]
E)
v=k
Los factores que inuyen en la velocidad de una reacción química, son A) B) C) D) E)
10.
11.
[C] [D] [A] [B]
temperatura, temperatura, catalizadores, catalizadores, naturaleza naturaleza de de los reactivos reactivos y presión. presión. presión, concentración y catalizadores. catalizadores . catalizadores, catalizadores , temperatura y concentración. temperatura, concentración, catalizadores, catalizadores , naturaleza de los reactivos y presión. concentración y catalizadores.
Los tipos de catalizadores utilizados en las reacciones químicas se conocen como I) II) III)
activadores o positivos. inhibidores. inhibidores. enzimáticos. enzimáticos.
A) B) C)
Solo I Solo II Solo III
D) E)
Solo I y III III I, II y III
La característica característi ca más representativa de un catalizador es que A) B) C) D) E)
inuye en el equilibrio de una reacción reacción química. química. sufre transformación transformaci ón durante la reacción química. no modica la velocidad de la reacción química. no inuye en el equilibrio de una reacción química. no se puede recuperar luego de la reacción.
Cpech
3
Ciencias Básicas Electivo Química 12.
La función de las enzimas en el organismo es I) II) III)
acelerar la velocidad de las reacciones químicas. disminuir la energía de activación. aumentar la energía de activación.
Es (son) correcta(s) A) B) C)
13.
solo I. solo II. solo III.
D) E)
solo I y II. solo I y III.
La actividad catalítica de una enzima puede verse afectada negativamente, cuando esta se expone a I) II) III)
cambios de pH. excesivas alzas de temperatura. disoluciones extremadamente salinas.
Es (son) correcta(s) A) B) C)
14.
solo I. solo II. solo III.
D) E)
solo I y II. I, II y III.
En las reacciones heterogéneas, la velocidad de reacción dependerá de I) II) III)
la supercie de contacto entre ambas fases. la temperatura. temperatura. la presión.
Es (son) correcta(s) A) B) C) 15.
D) E)
solo I y II. I, II y III.
Una reacción directa es una reacción que ocurre A) B) C) D) E)
4
solo I. solo II. solo III.
Cpech
de derecha derecha a izquierda. izquierda. de izquierda a derecha. para recuperar los reactantes. cuando desaparecen los productos. en el equilibrio.
GUIA PRÁCTICA
Tabla de corrección
Ítem
Alternativa
Habilidad
1
Comprensión
2
Reconocimiento
3
ASE
4
ASE
5
Reconocimiento
6
Comprensión
7
Comprensión
8
Comprensión
9
Reconocimiento
10
Reconocimiento
11
Comprensión
12
Reconocimiento
13
ASE
14
Reconocimiento
15
Comprensión
Cpech
5
Ciencias Básicas Electivo Química
Resumen de contenidos Velocidad Velocidad de reacción Cuando algunas sustancias reaccionan, los cambios producidos pueden ser observados según la mayor o menor rapidez con que ocurre. Hay reacciones espontáneas que tardan mucho tiempo en completarse. Por ejemplo, el carbono y el oxígeno pueden estar en contacto a temperatura ambiente indenidamente sin que reaccionen, a pesar de ser espontánea la reacción a esa temperatura. Es decir, son termodinámicamente espontáneas, pero cinéticamente muy lentas. El objeto de la cinética química es el estudio de las velocidades de las reacciones químicas y de los factores de que dependen dichas velocidades. De este estudio se pueden extraer conclusiones sobre el mecanismo íntimo de la reacción. La velocidad de reacción es la variación variaci ón con el tiempo de la concentración de una de las sustancias que intervienen en dicha reacción. Se suele medir en (mol/L ⋅ s). Dada una reacción: aA+bB →cC+dD Las distintas velocidades de reacción referidas a cada uno de los componentes son: v= −
d [ A A] d [B] d [C] d [D] ; vB = − ; vC = ; vD = dt dt dt dt
Según la teoría de colisiones, basada en la teoría cinética, para que se produzca la reacción entre dos moléculas o reactantes, estas tienen que chocar con una energía determinada y la orientación adecuada. La velocidad de una reacción será mayor cuanto mayor sea el número de choques ecaces. Así, los factores que favorezcan el contacto íntimo entre los reactantes, aumenten la energía de los mismos y el número de choques, aumentarán la velocidad de reacción.
Ecuación cinética La relación entre la velocidad de reacción y las concentraciones de los reactivos viene dada por la ecuación cinética o ley diferencial de velocidad, que se determina experimentalmente para cada reacción. En general, las ecuaciones cinéticas son de la forma: v = k [ A A]m [B]n
En esta ecuación, k es la constante de velocidad o velocidad especíca, que depende de la naturaleza de la reacción y de la temperatura a la que se lleva a cabo; [A], [B]…son las concentraciones de los reactantes; m, n son números que se determinan experimentalmente.
6
Cpech
GUIA PRÁCTICA Orden de reacción El orden parcial respecto a un componente particular viene dado por el exponente al que está elevada su concentración en la ecuación cinética. Se determina de forma experimental, y no es necesariamente igual a su coeciente estequiométrico. En la ecuación anterior, m es el orden de la reacción respecto al reactante A y n es el orden de la reacción respecto al reactante B. Estos coecientes no son necesariamente enteros. Ecuación cinética de 1 er orden → v= −
d [ A A] = k [ A A] dt
Ecuación cinética de 2 do orden → v= −
d [ A A] = k [ A A]2 dt
o
v= −
d [ A A] = k [ A A] [B] dt
Factores que modican la velocidad de las reacciones
Factores
Temperatura A ⋅A ↑ T ↑ velocidad
Grado de división ⋅ A ↑ GD (sólido) ↑ velocidad
Concentración ⋅ A ↑ [R] ↑ velocidad
Presión ⋅ A ↑ P ↑ velocidad
Catalizadores
Catalizadores Los catalizadores son sustancias que, actuando en pequeñas proporciones, disminuyen la energía de activación de la reacción y/o provocan una correcta orientación al choque de las especies reactantes, de forma que este sea ecaz. Así pues, su efecto es aumentar la velocidad de reacción. Reacción no catalizada
Reacción catalizada
Barrera de energía
Barrera de energía Ea
e r b i l
a í g r e n E
Reactivos ΔG
Productos Curso de la reacción
e r b i l a í g r e n E
Ea Reactivos ΔG
Productos Curso de la reacción
Cpech
7
Ciencias Básicas Electivo Química -
Disminuyen la energía de activación de la reacción.
-
Existe una enorme desproporción entre la masa de las sustancias que reaccionan y la pequeña masa de catalizador.
-
El catalizador se encuentra en las mismas condiciones al nal del proceso, que al comienzo de él.
-
Un catalizador únicamente modica la velocidad de una reacción.
-
Los catalizadores son especícos para cada reacción o para cierto tipo de reacciones.
-
Las sustancias que retardan la velocidad de reacción se denominan inhibidores.
Catalizadores inorgánicos: pueden ser de dos tipos. •
Catalizadores de contacto o heterogéneos: no reaccionan químicamente con los reactivos, sino que los adsorben en su supercie consiguiendo mayor concentración y aumentando, por consiguiente, el número de choques entre ellos para acelerar la reacción. Los más usados son metales u óxidos de metales namente divididos, como por ejemplo el hierro (Fe), el platino (Pt), el níquel (Ni), el trióxido de aluminio (Al 2O3), el óxido férrico (Fe 2O3) o el pentóxido de vanadio (V2O5).
•
Catalizadores de transporte u homogéneos: estos catalizadores actúan interviniendo interviniend o en la reacción, es decir, se combinan con alguno de los reactivos para formar un intermedio inestable, que se combina con más reactivo, dando lugar a la formación de los productos, al mismo tiempo que se regenera el catalizador. catalizad or. Un ejemplo de este tipo de catalizador es el monóxi do de nitrógeno (NO).
Enzimas Otro tipo de catalizadores muy importantes corresponde a las enzimas, puesto que estas poseen una función esencial en los organismos vivos donde aceleran reacciones que de otra forma requerirían temperaturas tan elevadas que podrían destruir la mayoría de la materia orgánica. Algunas intervienen intervienen en la digestión, digestión, otras liberan energía para la contracción contracción cardíaca, cardíaca, reposición reposición de células sanguíneas y la liberación de energía química para mover los músculos. Por último, cabe destacar que la cinética de las reacciones enzimáticas diere bastante de las reacciones inorgánicas inorgánicas simples.
Convertidor catálitico
CO C9H20 NOX
2CO + O2 C9H20 + 14O2 2NOX + 2XCO
Entrada CO, gasolina y NO x 8
Cpech
2CO2 9CO2 + 10H2O N2 + 2XCO2
Salida CO2, agua y nitrógeno
