UNIVERSIDAD DE AMERICA TALLER CINÉTICA QUÍMICA 1. La descomposición térmica de la fosfina en fosforo e hidrogeno molecular es una reacción de primer orden: () () ()
La vida media de la reacción es 35,0 s a 680 ºC. Determine la constante de rapidez de primer orden para la reacción 2. El ciclobutano se descompone en etileno de acuerdo con la ecuación () ()
Determine el orden de reacción y la constante de rapidez con base en las siguientes presiones que se midieron cuando la reacción se llevo a cabo a 430 ºC en un recipiente a volumen constante. P(mmHg) 400 316 248 196 155 122 Tiempo (s) 0 2000 4000 6000 8000 10000 3. La constante de primer orden de descomposición del N 2O5, () () () a 70ºC es de 6,82*10-3s-1. Suponga que se parte de 0,0250 moles de N2O5 en un volumen de 2,0 L . a. ¿Cuántos moles de N 2O5 quedaran al cabo de 2,5 minutos? b. ¿Cuantos minutos tardara en descender a 0,010 moles la cantidad de N2O5? c. ¿Cuál es la vida media de N2O5 a 70ºC? 4. La sacarosa C12H22O11, conocida comúnmente como azúcar de mesa, reacciona con soluciones acidas diluidas y forma dos azúcares sencillos, glucosa y fructosa, cuya fórmula es en ambos casos C6H12O6. () ) ( ) ()
A 23ºC y en HCl, se obtuvieron los siguientes datos de la desaparición del a sacarosa Tiempo (min) 0 39 80 140 210 [C12H22O11]M 0.316 0.274 0.238 0.190 0.146 a. ¿De qué orden, primero o segundo, es la reacción respecto a [C12H22O11]? b. ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad? c. Determine el valor de la velocidad para cada concentración reportada en la tabla 5. Se determina la ecuación de velocidad para cierta reacción y tiene la forma V=K[A]X ¿Cuál es el valor de X si (a) La velocidad se triplica cuando se triplica la concentración de A? (b) La velocidad aumenta ocho veces cuando se duplica la concentración de A? (c) la velocidad no cambia cuando se triplica la concentración de A? 6. La reacción obedece la siguiente ecuación de velocidad: velocidad=K[A]2[B] a. Si se duplica A ¿Cómo cambia la velocidad? ¿cambia la constante de velocidad? Explique su respuesta b. ¿Cuáles son los órdenes de reacción de A y B? ¿Cuál es el orden or den de reacción global? c. ¿Cuáles son las unidades de la constante de velocidad? 7. El ión yoduro reacciona con ión hipoclorito como sigue: esta reacción genera los siguientes datos de velocidad:
UNIVERSIDAD DE AMERICA TALLER CINÉTICA QUÍMICA [OCl-] M I- M Velocidad (M/s) -3 -3 1,5*10 1,5*10 1,36*104 3,0*10-3 1,5*10-3 2,72*104 1,5*10-3 3,0*10-3 2,72*104 a. Escriba la ecuación de velocidad de esta reacción b. Calcule la constante de velocidad c. Calcule la velocidad cuando la concentración de OCl - es 0,001 M y la de I- es 0,0005 M 8. La constante de primer orden de la reacción de cierto compuesto orgánico con agua varia la temperatura como sigue; Temperatura (K) Constante de velocidad (s-1) 300 3,2*10-11 320 1,0*10-9 340 3,0*10-8 355 2,4*10-7 Con base en estos datos, cacule la energía de activación en unidades de kilojulios por mol 9. Considere la reacción siguiente entre el cloruro de mercurio (II) y el ión oxalato; () () () () ()
Se determino la velocidad inicial de esta reacción con varias concentraciones de HgCl 2 y C2O42- y se obtuvieron los datos siguientes de la desaparición del C 2O42Experimento [HgCl2], M [C2O42-],M Velocidad M/s 1 0,164 0,15 3,2*10-5 2 0,164 0,45 2,9*10-4 3 0,082 0,45 1,4*10-4 4 0,246 0,15 4,8*10-5 a. ¿Cuál es la expresión para la velocidad de esta reacción? b. ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad? c. ¿Cuál es la velocidad de reacción cuando la concentración de HgCl 2 es 0,12 M y la de C2O42- es 0,10 M? 10. Dos reacciones tienen idénticos valores de Ea (a) ¿asegura esto que tendrán la misma constante de velocidad si se efectúan a la misma temperatura? Explique su respuesta. (b) dos reacciones similares tienen la misma constante a 25ºC, pero a 35ºC una de ellas tiene una constante mayor que la otra. Explique estas observaciones. 11. Cierta reacción de primer orden tiene una constante de velocidad de 2,75*10 -2 s-1 a 20ºC. ¿Cuál es el valor de K a 60ºC si (a) Ea = 75,5 Kj/mol; (b) Ea = 105 Kj/mol. 12. Se ha tabulado como sigue la dependencia respecto a la temperatura de la constante de velocidad de la reacción: () () () () Temperatura(K) K(M-1s-1) 600 0,028 650 0,22 700 1,3 750 6,0 800 23 Determine el valor de Ea y A por medio del gráfico
UNIVERSIDAD DE AMERICA TALLER CINÉTICA QUÍMICA 13. La energía de activación de cierta reacción no catalizada es de 95 Kj/mol. La adición de un catalizador reduce la energía de activación a 55 Kj/mol. Suponiendo que el factor de colisiones no cambia, por qué factor aumentara el catalizador la velocidad de la reacción (a) a 25ºC; 125ºC 14. Suponga que cierta reacción biológicamente importante es muy lenta a temperatura fisiológica (37ºC) en ausencia de un catalizador. Suponiendo que el factor de colisiones no cambia ¿en qué medida debe reducir una enzima la energía de activación de la reacción para conseguir que la velocidad de reacción aumente 1*10 5 veces? 15. Con respecto al proceso elemental () () (), la Ea y ΔE global son 154 Kj/mol y 136 Kj/mol respectivamente (a) bosqueje el perfil de energía de esta reacción e identifique Ea y ΔE (b) ¿Cuál es la energía de activación para la reacción inversa? 16. La energía de activación de cierta reacción es de 65,7 Kj/mol. ¿Cuántas veces más aprisa se levará a cabo la reacción a 50ºC que a 0ºC? 17. La reacción en fase gaseosa () () () () tiene una variación de entalpia global de -66 kJ. La energía de activación de la reacción es de 7kJ (a) bosqueje el perfil de energía de la reacción e identifique Ea y ΔE. (b) ¿Cuál es la energía de activación de la reacción inversa? 18. La descomposición de la urea en HCl 0,10 M se lleva a cabo según la reacción; () () () () ()
La reacción es de primer orden respecto a la urea y de primer orden global. Cuando [NH2CONH2] = 0,200 M la velocidad a 61,05 ºCes de 8,56*10-5 M/s. a. ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad? b. ¿Cuál es la concentración de urea en esta disolución al cabo de 5000 s si la concentración inicial es de 0,500 M? c. ¿Cuál es la vida media de esta reacción? 19. La descomposición del plutonio 239 radioactivo utilizado en reactores nucleares y bombas atómicas sigue una cinética de primer orden con un tiempo de vida media (t 1/2=2,44*105 años). Si hay una muestra de 5,0*102 g del isotopo en una pequeña bomba atómica. ¿Cuánto tiempo tardara en desintegrarse hasta 1,0*102 g que es una cantidad demasiado pequeña para una bomba eficaz? 20. La desintegración del yodo radioactivo presenta los siguiente datos cinéticos [I131] M Tiempo (días) 4,00 0 3,37 2 2,48 4 Calcula el tiempo de vida media del yodo radioactivo 21. Una muestra de 40 mg de se deja en reposo durante un día y al final de este tiempo solo quedan 38,2 mg de ; a. Calcular la vida media del fósforo b. ¿Cuántos mg del elemento formado se produjeron en un día? c. ¿Cuándo mg de fósforo quedan después de 10 días?
UNIVERSIDAD DE AMERICA TALLER CINÉTICA QUÍMICA 22. La combustión del metano con el oxigeno es una reacción altamente exotérmica. Sin embargo se puede almacenar indefinidamente una mezcla de metano y oxigeno sin que ocurra ningún cambio. Explique por qué. 23. ¿Cuál es la vida media de un compuesto si el 75% de una muestra de este compuesto se descompone en 60 min? Suponga una cinética de primer orden. 24. Las constantes de rapidez para algunas reacciones se duplican cada vez que la temperatura se aumenta 10 grados. Suponga que la reacción se lleva a cabo a 295 K y 305K. ¿Cuál debe ser la energía de activación para que la constante de rapidez se duplique como se ha descrito? 25. Una reacción de primer orden se completa en un 35,5 % en 4,90 min a 25ºC ¿Cuál es la constante de rapidez? 26. La constante de rapidez para una reacción de primer orden es de 4,60*10 -4 s -1 a 350 ºC. Si la energía de activación es de 104 kj/mol, calcule la temperatura a la cual la constante de rapidez será de 8,80*10-4s-1. 27. El óxido de cloro se descompone rápidamente a temperatura ambiente de acuerdo con la ecuación. () () ()
A partir de los siguientes datos, determine el orden de reacción y calcule la constante de rapidez para la reacción. Tiempo(s) [ClO] M 0,12*10-3 8,49*10-6 0,96*10-3 7,1*10-6 2,24*10-3 5,79*10-6 3,20*10-3 5,20*10-6 4,00*10-3 4,77*10-6 28. Considere un automóvil equipado con un convertidor catalítico. Después de empezar a funcionar, los primeros cinco minutos y unos instantes después son los de mayor contaminación ¿por qué? 29. Se efectúa una reacción con energía de activación de 50 Kj/mol a velocidad conveniente y a 50ºC, sin embargo se desea efectuar esta misma reacción a la misma velocidad pero a 25 ºC. Se propone el empleo de un catalizador ¿Cuántos Kj/mol debe reducir el catalizador a la energía de activación para la reacción? 30. La variación de la constante de rapidez con la temperatura para la reacción () () Esta dada por la siguiente tabla. Determine gráficamente la energía de activación para esta reacción. Temperatura (K) K(s-1) 298 1,74*10-5 308 6,61*10-5 318 2,51*10-4 328 7,59*10-4 338 2,40*10-3
UNIVERSIDAD DE AMERICA TALLER CINÉTICA QUÍMICA 31. Completar el siguiente cuadro escribiendo: aumenta, disminuye o igual, para ilustrar el efecto que tiene cada uno de los cambios de la izquierda sobre los valores de V, Ea y k para una reacción en fase gaseosa. Cambio efectuado
a. b. c. d. e.
V
Ea
K
Se aumenta la concentración de los reactivos Se añade un catalizador Se disminuye el volumen del recipiente Se aumenta la temperatura Se disminuye la presión
32. El ácido trinitrobenzoico disuelto en un disolvente orgánico se descompone a 80˚C según la reacción
-6 -1
La reacción es de primer orden y la constante de velocidad vale 2,77*10 s ¿Cuánto tiempo es necesario para que se descomponga el 20 y el 50% del ácido? 33. A continuación se representa un perfil de energía para una reacción química, responda las siguientes preguntas sobre el gráfico.
a. ¿La reacción es exotérmica o endotérmica de izquierda a derecha? b. ¿Quién es más estable, los reactivos o los productos? Explique c. Señale en el gráfico donde estaría ubicado el valor y el signo de la entalpia ( ΔH) d. La reacción inversa es decir de derecha a izquierda es exotérmica o endotérmica? 34. La velocidad de disminución en la presión parcial de N 2H4 en un recipiente de reacción cerrado donde se lleva a cabo la reacción () () () es de 25 torr/h ¿con que rapidez cambia la presión parcial de NH 3?
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