IV. CINÉTICA QUÍMICA

1. Velocidad de reacción

1. En la siguiente reacción se halla experimentalmente que en los primeros 4 segundos han reaccionado 0,20 mol/L de HI:
2HI (g) → I2 (g) + H2 (g).
Determina para estos 4 segundos:
a) La velocidad media de desaparición de HI.
b) La velocidad media de aparición de I2.
c) La velocidad media de la reacción.

2. La reacción de oxidación del amoniaco viene dada por:
4NH3 (g) + 3O2 (g) → 2N2 (g) + 6H2O (g)
Experimentalmente se ha determinado que la velocidad inicial de obtención de nitrógeno es de 0,40 mol·L-1·s-1.
a) ¿A qué velocidad desaparece inicialmente el amoniaco?
b) ¿Y el oxígeno?
c) Calcula la velocidad de reacción inicial.

3. Para cada una de las siguientes reacciones, expresa la relación entre las velocidades de cambio de productos y reactivos:
a) 2NO2 (g) → 2NO (g) + O2 (g)
b) 2HOF (g) → 2 HF (g) + O2 (g)
c) 2O3 (g) → 3O2(g)
d) N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)

2. Mecanismos de reacción

4. Contesta razonadamente:
a) ¿Cómo se explica que la comida bien masticada facilite la digestión?
b) ¿Qué procedimiento se podría seguir para disminuir bruscamente la velocidad de una reacción realizada en disolución acuosa?
c) ¿Por qué las limaduras de hierro se oxidan más rápidamente que una llave de hierro con la misma masa?
d) ¿Cuáles son las unidades en las que vendrá dada la constante de velocidad para una reacción a) de primer orden, b) de segundo orden y c) de tercer orden, cuando las concentraciones se expresan en mol·L–1?
e) Para la reacción 2NO (g) + 2H2 (g) → N2 (g) + 2H2O (g), el mecanismo de reacción es:
2 NO (g) → N2O2 (g)
N2O2 (g) + H2 (g) → N2O (g) + H2O (g)
N2O (g) + H2 (g) → N2 (g) + H2O (g)
Si la ecuación de velocidad es v = k [NO]2, ¿cuál es la etapa limitante?

5. Escribe una ley de velocidad para cada una de las siguientes reacciones elementales y clasifícalas según su molecularidad:
a) 2NO (g) → N2O2 (g)
b) Cl2 (g) → 2Cl
c) 2NO2 (g) → NO (g) + NO3 (g)

6. Se halla experimentalmente para la reacción de abajo que si se duplica la concentración de óxido de nitrógeno (V), a una temperatura determinada, la velocidad de reacción es dos veces mayor.
2N2O5 (g) → 2N2O4 (g) + O2 (g)
a) ¿Cuál es la ecuación de velocidad para el proceso indicado?
b) ¿Cuál sería la ecuación de velocidad si la velocidad de reacción fuera 4 veces mayor al duplicar la concentración de óxido de nitrógeno (V)?

7. Para la reacción en fase gaseosa A+ B → C + D, cuya ecuación cinética o de velocidad es v = k [A], indica el orden total de reacción y razona cómo varía la velocidad de reacción:
a) Al disminuir el volumen del sistema a la mitad.
b) Al variar las concentraciones de los reactivos sin modificar el volumen del sistema.
c) Al utilizar un catalizador.
d) Al aumentar la temperatura.

8. Para la reacción NO(g) + O3 (g) → NO2 (g) + O2 (g), la ley de velocidad es v = k [NO] [O3]. Cuando las concentraciones iniciales de NO y O3 son [NO]0=1,0·10–6, [O3]0=3,0·10–6 (mol·L-1), la velocidad inicial de reacción es 6,6·10-5 mol·L-1·s-1.
a) Indica la molecularidad, el orden de reacción y los órdenes parciales.
b) Determina las unidades de la constante de velocidad.
c) Calcula su valor.
d) Calcula la velocidad inicial de la reacción si las concentraciones iniciales de NO y O3 fueran, respectivamente, 3,0·10-6 y 9,0·10-6 mol·L-1.

3. Teoría del estado de transición

9. El peróxido de hidrógeno (H2O2), llamado también agua oxigenada, se descompone muy lentamente en disolución acuosa en oxígeno y agua. La reacción de descomposición se ve facilitada cuando se añaden iones yoduro, y sigue el siguiente mecanismo:
Etapa 1: H2O2 (ac) + I− (ac) → H2O (l) + IO− (ac)
Etapa 2: H2O2 (ac) + IO − (ac) → H2O (l) + O2 (g) + I − (ac)
Cuando se estudia experimentalmente este mecanismo se encuentra que la etapa 1 es la más lenta y, por lo tanto, la reacción global sigue una cinética de orden 1 respecto al peróxido de hidrógeno y de orden 1 respecto al ion yoduro.
a) Escribe la ecuación de velocidad de la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno en presencia de iones yoduro e indique cuál es el orden total de la reacción. Explica razonadamente qué función tienen los iones yoduro en este proceso de descomposición y con qué unidades se expresa la constante de velocidad de esta reacción.
b) ¿Cuál de las dos figuras siguientes representa mejor la descomposición del peróxido de hidrógeno en presencia de iones yoduro y qué magnitudes representan las letras A, B y C? Desde el punto de vista energético, ¿la descomposición es exotérmica o endotérmica? Argumenta las respuestas.


10. Contesta razonadamente:
a) ¿Es cierto que las reacciones muy exotérmicas no necesiten energía de activación?
b) ¿Por qué una mezcla de butano y aire pueden permanecer sin reaccionar pero basta que salte una chispa para provocar una reacción rápida o, incluso, una explosión?
c) ¿Cómo se explica que un catalizador aumente la velocidad de reacción?
d) Indica cuál de los diagramas entálpicos de arriba corresponde a una reacción endotérmica.
e) ¿Es posible cambiar la constante de velocidad de una reacción cambiando la temperatura?
f) ¿Es cierto que, si evoluciona a temperatura constante, la velocidad de una reacción de primer orden permanece constante?
g) ¿Es cierto que, si evoluciona a temperatura constante, la constante de velocidad de una reacción de primer orden permanece constante?
h) ¿De qué orden debe ser una reacción para que su velocidad permanezca constante durante todo el proceso a temperatura constante?