2 Ejercicio

   

EJERCICIOS DE QUÍMICA  Alumno: Cahuapaza Cahuapaza Elises, Ald Aldamir amir

Código: 20181369F 20181369F

Especialidad: Especialid ad: Ingeniería Sanitaria

Sección: K

EJERCICIOS: EJERCICIO 1 Una reacción de un reactivo A con un reactivo B muestra los siguientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de A y de B. Experimento [Ao] (mol·l-1)

[Bo] (mol·l-1)

 –1 Vo (mol . L-1 . s –1 )

1º

0,1

0,1

4 . 10-4

2º

0,2

0,1

1,6 . 10-3

3º

0,5

0,1

1 . 10-2

4º

0,5

0,5

1 . 10-2

Halle: a) Su ecuación de Velocidad b) La velocidad cuando [A]= [B]= 0,3 M.

EJERCICIO 2 Determinar el orden de reacción: CH3-Cl(g) + H2O(g)  CH3-OH(g) + HCl(g) usando los datos de la tabla. v



n

k  [C [CH H3 -Cl -Cl]



[H2O]m  

 –1  –1 Experiencia [CH3-Cl] (mol/l) [H2O] (mol/l) v (mol·l –1 Experiencia ·s –1) 1 0,25 0,25 2,83

2 3

0,50 0,25

0,25 0,5

5,67 11,35

EJERCICIO 3 Para una reacción: A(g)    B(g) + C(g), que es de segundo orden, se encuentra que a 300 K la presión total varía de 600 mm Hg a 663 mm Hg en 33 min. La reacción se realiza en un recipiente a volumen constante y en el que inicialmente se introduce sólo el gas A. Calcular: a) La constante específica de velocidad velocidad b) la concentración de A que ha reaccionado al cabo de los 33 min.

 

EJERCICIO 4 En una reacción de primer orden: A   B + C, se obtiene experimentalmente experimentalmente que la concentración inicial de A se reduce al 30 % en 10 hr. Calcular el tiempo necesario para que la concentración de A: a) se reduzca al 80 % de la inicial b) se reduzca en un 40 %.

EJERCICIO 5 La constante de velocidad para la descomposición del acetaldehído a 700 K es de 0,011. ¿Cuál será la constante de velocidad a 790 K sabiendo que la energía de activación de la misma es 177 KJ/mol?

EJERCICIO 6 La sacarosa, C12H22O11, reacciona en soluciones ácidas diluidas para formar azúcares más sencillos: glucosa y fructosa. Ambos azúcares tienen la fórmula molecular C6H12O6, aunque difieren en su fórmula estructural. La reacción es:

C12H22O11(ac) + H2O(l) 

 

2C6H12O6(ac) 

Se estudió la velocidad de esta reacción a 23ºC en HCl 0,5 M y se obtuvieron los datos siguientes:

EJERCICIO 7 Considere la reacción siguiente: 2NO(g) + 2H2(g) 

 

N2(g) + 2H2O(g) 

a) la ecuación de velocidad para esta reacción es de primer orden respecto a H2 y de segundo orden con respecto a NO. Escriba la ecuación de velocidad. b) Si la constante de velocidad para par a esta reacción a 1000 K es 6,0x10exp4 Mexp-2 sexp1, ¿cuál es la velocidad de reacción cuando [NO] = 0,050 M y [H2] = 0,100 M? c) ¿cuál es la velocidad de reacción reac ción a 1000 K cuando la concentración de NO se duplica, mientras que la concentración de H2 es 0,010 M?

 

EJERCICIO 8 Teniendo en cuenta la gráfica adjunta: a) Indique si la reacción es exotérmica o endotérmica endotérmic a b) Represente el valor de H de reacción c) Representa la curva de reacción al añadir un catalizador positivo. d) ¿Qué efectos produce el hecho de añadir un catalizador positivo?

EJERCICIO 9 La reacción:

SO2Cl2(g) 

 

SO2(g) + Cl2(g) 

Es de primer orden con respecto a SO2Cl2. Con los datos cinéticos siguientes, determine la magnitud de la constante de velocidad de primer orden:

EJERCICIO 10 1. La constante de velocidad de primer orden para la descomposición de N 2O5 a NO2 y O2 a 70ºC es 6,82 x 10-2s-1. Suponga que iniciamos la reacción con 0,300 moles de N2O5 en un recipiente de 500 mL. Determine: a) ¿Cuántos moles de N2O5 quedarán después de 1,5 min? b) ¿Cuántos min se requerirán para que la cantidad de N 2O5 disminuya a 0,030 moles? c) ¿Cuál es la vida media?

EJERCICIO 11 Para cierta reacción química, la constante de velocidad se triplica tr iplica al aumentar la temperatura desde 10°C hasta 30°C. Calcular: a) La energía de activación.

 

b) La constante de velocidad a 50oC si a 25°C es 0,024

EJERCICIO 12 Una sustancia A se descompone según una reacción de segundo orden. A 600 K el valor de la constante de velocidad es K = 0,55 L . mol-1. S-1.  a) ¿Cuál es la velocidad de descomposición a esta temperatura si [A] = 3.10 -5 moles/l? b) Si a 625 K, K = 1,50 mol -1.L.s-1, ¿Cuál es la energía de activación  de la reacción en el intervalo de temperaturas temperaturas considerado? 

EJERCICIO 13 Para cierta reacción química, la constante de velocidad se duplica al aumentar la temperatura desde 260 K a 300 K. Calcular: a) La energía de activación. b) La constante de velocidad a 350°C si a 298 K es 0,015.

EJERCICIO 14 Considere la reacción siguiente: 2NO(g) + 2H2(g)  N2(g) + 2H2O(g)  (a) la ecuación de velocidad para esta reacción es de primer orden respecto a H2 y de segundo orden con respecto a NO. Escriba la ecuación de velocidad. (b) Si la constante de velocidad para esta reacción a 1000 K es 6,0x10exp4 Mexp-2 sexp-1, ¿cuál es la velocidad de reacción cuando [NO] = 0,050 M y [H2] = 0,100 M? (c) ¿cuál es la velocidad de reacción a 1000 K cuando la concentración de NO se duplica, mientras que la concentración de H2 es 0,010 M?

EJERCICIO 15 Se tiene el siguiente sistema en equilibrio a 327°C

S(s)  + 2NO2(g) 0,2M

0,2M

SO2(g) + 2NO(g) 0,4M

0,8M

a) Determine las presiones parciales en el nuevo equilibrio, si se adicionan en el reactor de 1 litro 0,1mol de NO 2(g) y 0,1 mol de SO2(g)  b) Hacia donde se desplaza e equilibrio, si se adiciona un gas inerte a presión constante Se titulan 20ml de una solución de metilamina CH 3NH2 0,1M con HClO4 0,1M Determine:

 

a) El pH de la solución resultante, luego de de haber adicionado adicionado 10ml 10ml de -4 HClO4 0,1M (Kb a 25°C= 4,4x10 ) b) El pH en el punto de equivalencia y seleccione el indicador adecuado, con los sgtes datos: Indicador

Viraje(pH)

 Anaranjado de metilo

3,1 a 4,4

Fenolftaleína Fenolft aleína

8,2 a 9,8

Rojo de metilo

4,4 a 6,0

EJERCICIO 16 Se tiene el siguiente sistema en equilibrio a 327°C S(s)  + 2NO2(g) SO2(g) + 2NO(g) 0,4M

0,4M

0,8M

1.6M

a) Determine las presiones parciales en el nuevo equilibrio, si se adicionan en el reactor de 1 litro 0,2mol de NO 2(g) y 0,2 mol de SO2(g)  b) Hacia se desplaza e equilibrio, si se adiciona un gas inerte a presióndonde constante

EJERCICIO 17 ¿Cuál es el valor de la energía de activación para una reacción si la constante de velocidad se duplica cuando la temperatura aumenta de 15 a 25 ºC?

EJERCICIO 18 Una disolución de sulfato de amonio tiene pH = 4. Calcula la concentración de las especies presentes en la disolución sabiendo que la constante de ionización del amoníaco es 1,7·10-5. -14

(Dato. Kw = 1,0·10 )

 

SOLUCIONARIO: Resolución 1 a) Ecuación de la velocidad: Será de la forma:

V = K [A]α[B]β 

Calculemos los Ordenes de Reacción: Estudiando los experimentos buscaremos aquellos, dos, que nos permitan lo que buscamos. Dividiremos, miembro a miembro, el experimento Nº 1 por el Nº 2: V1 = K [A]α[B]β 

4 . 10-4 = K (0,1)α(0,1)β 

V2 = K [A]α[B]β 

1,6 . 10-3 = K (0,2)α(0,1)β 

4 . 10-4 / 1,6 . 10 -3 = K (0,1)α(0,1)β / K (0,2)α(0,1)β  0,25 = (0,1/0,2)α . (0,1/0,1)β ; 0,25 =(1/2)α . 1β ; 1β = 1 1/4 = (1/2)α ; (1/2)2 = (1/2)α   A bases iguales, iguales, exponentes iguales: iguales:  

α = 2  2  Dividamos el experimento Nº 3 entre el experimento Nº 4: V3 = K (0,5)α(0,1)β 

1 . 10-2/ 1 . 10-2 = (0,5/0,5)α(0,1/0,5)β 

V4 = K (0,5)α(0,5)β 

1 = 1α . (0,1/0,5)β ; 1 = (1/5) β 

Tomemos Ln en ambos miembros: Ln 1 = Ln (1/5) β ; 0 = β  β Ln(1/5) ; 0 = β Ln 1 –  – β Ln 5  5  0 = 0 – 0 –  1,6 β ; β = 0/ 1,6 = 0

 β

= 0  0 

La K de velocidad es la suma para todos los experimentos. Tomemos el experimento Nº 1: V1 = K (0,1)2.(0,1)0 ; 4 . 10-4 mol.L-1.s-1 = K 10-2 mol2 . L-2  K = 4 . 10-4 mol.L-1.s-1 / 10-2 mol2 . L-2 ; K = 4 . 10-2 mol-1 . L . s-1  La ecuación de velocidad será: V = 4 . 10-2[A]2 

b) V = K [A] 2 ; V = 4 . 10-2 mol-1. L . s-1(0,3 mol.L-1)2 ; V = 4 . 10-2 . 9 . 10-2 mol-1 . L . s-1 . mol2 . L-2  -4

-1

-1

V = 36 . 10  . mol . L  . s

 

Resolución 2 En las experiencias 1 y 2 vemos que no cambia [H 2O] luego el cambio de “v” se debe al cambio de [CH3-Cl]. Como al doblar [CH3-Cl] se dobla la velocidad podemos deducir que el orden de reacción respecto del CH3-Cl es “1”.  “1”.  En las experiencias 1 y 3 vemos que no cambia [CH 3-Cl] luego el cambio de “v” se debe al cambio de [H2O]. Como al doblar [H2O] se cuadruplica la velocidad podemos deducir que el orden de reacción respecto del H 2O es “2”.  “2”.  Por tanto, la ecuación de velocidad en este caso se expresará: v



2

-Cl] l]  [H2O] k   [CH3 -C

 

Y el orden total de la reacción es “3”. El valor de “k” se calcula a partir de cualquier  –2 2 2  – experiencia experienci a y resulta 181,4 mol – L s  –11. Para determinar los órdenes de reacción, también puede usarse logaritmos: Log v = log k + n x log [CH3-Cl] + m x log [H2O]  Aplicamos dicha dicha expresión a cada experimento: experimento: (1) log 2,83 = log k + n x log 0,25 M + m x log 0,25 M (2) log 5,67 = log k + n x log 0,50 M + m x log 0,25 M (3) log 11,35 = log k + n x log 0,25 M + m x log 0,50 M Si restamos dos ecuaciones en las que se mantenga constante uno de los reactivos, podremos obtener el orden de reacción parcial del otro. Así, al restar (1)  –  – (2)  (2) eliminamos “k” y [H2O]: Log (2,83/5,67) = n x log (0,25/0,50)  Análogamente  Análogamen te restando (1) – (1) –  (3) eliminamos “k” y [CH y [CH3-Cl] Log (2,83/11,35) = m x log (0,25/0,50)

log n



2, 83

5, 67   1 0, 25 log 0, 50

log ;

m



2, 83

11, 35  0, 25 log 0, 50

2  

Resolución 3 a) Para una reacción de segundo orden:

Las presiones parciales de los componentes de una mezcla gaseosa son proporcionales proporcional es a las concentraciones relativas de esas especies, ya que:

 

Despejando P, queda

 Al inicio de la reacción reacción sólo hay hay un componente componente en el recipiente recipiente y por lo tanto la presión presión inicial, que es 600 mm Hg corresponde a la presión de A antes de reaccionar que expresada en atm es:

Reemplazando

 Al cabo de 33 min de reacción, parte de la sustancia sustancia A ha reaccionado reaccionado transformándose transformándose en B y C por lo tanto la presión final, 663 mmHg corresponde a la presión que ejercen los 3 gases.  Ahora bien, se sabe sabe que la presión del gas A d debe ebe disminuir durante este lapso, lapso, mientras que las presiones de los productos deben aumentar. Como no se conoce en cuanto varían las presiones parciales se puede expresar la variación de las presiones en función de la relación estequiometria de la ecuación química:

La presión total en el recipiente corresponde a la suma de las presiones parciales:

La presión total al cabo de 33 min resultó ser 663 mm Hg, que expresada en atm es 663/760 = 0,872 atm. Reemplazando Reemplazando los valores:

 

La presión parcial de A después de 33 min es entonces:

Este valor se reemplaz r eemplaza a entonces en:

Reemplazando en la ecuación de segundo orden:

b) La concentración inicial de A es:

La concentración final de A es:

Por lo tanto, la cantidad de A que ha reaccionado es:

Resolución 4  Las dos preguntas del problema parecen muy similares, sin embargo en la primera la concentración de A después del tiempo t es directamente la que se indica: 80% de la inicial, mientras que en la segunda pregunta se pide calcular el tiempo que se requiere para que la concentración de A llegue a 100 - 40 = 60 % de la inicial. Para reacción de primer orden:

 

  Primero se debe calcular el valor de k con los datos entregados al inicio del problema:

Reemplazando

a) Para calcular el tiempo necesario para que la concentración de A disminuya al 80 %, reemplazamos:

b) Para calcular cuánto tiempo tarde en disminuir la concentración de A al 60 %

Reemplazando:

 

Resolución 5 Ln K1/K2 = Ea/R (1/T2  – 1/T – 1/T1 ) Ln 0,011 – 0,011 – Ln  Ln K2 = 177 Kj/mol/ 8,31 .

10-3

Kj/mol.K (1/790 – (1/790 – 1/700)  1/700) 1/K

- 4,51 – 4,51 – Ln  Ln K2 = 21,29 . 103 K ( 0,00126 – 0,00126 – 0,00142)  0,00142) K-1  Ln K2 = - 4,51 + 21,29 . 103 ( 0,00016) Ln K2 = - 4,51 + 34,064 . 10-1  Ln K2 = - 1,11 K2 = 0,329

Resolución 6 Para determinar si una reacción es de primer o segundo orden, una forma de resolución puede ser asumiendo ecuación de velocidad correspondiente con la cual se calculan los valores de k para los diferentes intervalos de medición. Una reacción corresponde a un determinado orden cuando los valores de k calculados utilizando la ecuación para ese orden, resultan constantes. Entonces se asume la ecuación de velocidad de primer orden:

1er intervalo:

2er intervalo:

3er intervalo:

4to intervalo:

 

 

Como se puede apreciar los valores de k calculados para cada intervalo resultaron constantes. Con este cálculo se puede ver que la reacción es de primer orden.

Resolución 7 a) La expresión de velocidad está claramente descrita en el enunciado del problema, es decir, se saben los exponentes de cada término de concentración, entonces:

b) Si se conoce el valor de k = 6,010-4 M-2 s-1 a 1000 K y las concentraciones de ambos reactantes, [NO] = 0,050 M y [H2] = 0,100 M, la velocidad de reacción se calcula reemplazando estos valores en la ley de velocidad:

c) Si se modifican las concentraciones, entonces la velocidad variará, pero la constante específica de velocidad será la misma, puesto que no ha variado la temperatura: La concentración de NO se duplica, por lo tanto

Resolución 8 a) Es exotérmica ya que Eproductos  < Ereactivos. b) Ver gráfica. c) Ver gráfica.

 

d) Disminuye la Eactivación  y por tanto existe una mayor cantidad de reactivos con energía suficiente para reaccionar; por tanto aumentará la velocidad.

  a    í   g   r   e   n    E

E   A  A H  

reactivos productos coordenada de reacción

Resolución 9 Consiste en calcular el valor de k para cada intervalo de medición, usando la ecuación de velocidad integrada de primer orden. El valor de k deberá informarse como el valor promedio de los k calculados:

Reordenando Reordenand o se tiene que:

1er intervalo:

2do intervalo:

3er intervalo:

4to intervalo:

 

 

Resolución 10 a) La ecuación integrada de velocidad para una reacción de primer orden es:      ln   =     Se puede reemplazar los moles o incluso los gramos de sustancia en los términos de concentración, puesto que el reactivo aparece tanto en el numerador como en el denominador. En este caso se quiere calcular el número de moles de reactivo que quedan después de 1.5 min, por lo tanto, se reemplazarán directamente los moles, aunque se conoce el volumen del recipiente. El tiempo de reacción debe convertirse a segundos, pues la constante específica de velocidad está expresada en segundos.  1,5min ,5min  60   =  = 90     Reemplazando se tiene que:  ln

,3 

  = 6,82  10−−   90    

-1204− ln X = 6,138  6,138 

 

 

ln 0.300 - ln X = 6,138

ln X =-7,342 ʌ X = 6,48x10-4

Moles de N2O5 = 6,48 x 10-4 

 

b) En este caso se conocen las concentraciones inicial y final y se requiere calcular el tiempo necesario para esa disminución.  ln

,3

 = 6,8210− −     

,3

 

X = 33,8 s

ʌ 

ln 10 = 6,82x10-2s-1X

 

t = 33,8 s

Se necesitan aproximadamente 34 s para que la concentración disminuya de 0,300 moles a 0,030 moles.

c) La vida media de una reacción de primer orden se determina como sigue t1/2 = 10,2 s  

 = 

 ,3 

 

 

 = 

 

,3

,  

 

 

Resolución 11 a) Ln K1/K2 = Ea/R (1/T2 – 1/T  – 1/T1) K2 = 3 K1  Ln K1/3 K1 = Ea /8,31 / 8,31 J/mol.K [( 1/(273+30) – 1/(273+30) – 1/(273+10)]  1/(273+10)] 1/K Ln 1/3 = Ea / 8,31 J/mol.K (1/303 – (1/303 – 1/283)  1/283) 1/K Ln 1 – 1 – Ln  Ln 3 = Ea/8,31 J/mol.K ( 0,0033 – 0,0033 – 0,0035)  0,0035) 1/K 0 –  – 1,098  1,098 = Ea . ( - 2,4 . 10-5 mol/J) Ea = - 1,098 / - 2,4 . 10 -5 J/mol = 0,45 . 105 J/mol

b) Ln K1/K2 = Ea/R (1/T2 – 1/T  – 1/T1) Ln 0,024/K2=0,45 . 105 J/mol/8,31J/mol.K(1/(273+50)-1/(27 J/mol/8,31J/mol.K(1 /(273+50)-1/(273+25)1/K 3+25)1/K Ln 0,024 – 0,024 – Ln  Ln K2 = 0,054 . 105 ( 1/ 323 – 323 – 1/  1/ 298 ) - 3,73 – 3,73 – Ln  Ln K2 = 0,054 . 105 ( 0,0031 – 0,0031 – 0,0033)  0,0033) - 3,73 – 3,73 – Ln  Ln K2 = - 1,8 ; Ln K 2 = - 3,73 + 1,8 Ln K2 = - 1,93 ; K 2 = 0,145

Resolución 12 a) Reacción química: A

 Productos

Ecuación de velocidad: V = K [A] 2  600 K  K = 0,55 L . mol -1 . s-1 V = K [A]2  -1

-1

-5

-1 2

V = 0,55 L . mol . s (3 . 10  mol . L )   V = = 4,95 . 10 -10 mol.L-1 . s-1

b) 600 K  K = 0,55 L . mol-1. s-1  625 K  K = 1,50 mol-1.L.s-1 Ln K1/K2 = Ea/R (1/T2  – 1/T – 1/T1 ) Ln 0,55 L.mol-1.s-1/1,50 mol-1.L.s-1 = Ea/8,3 mol.K (1/625 – (1/625 – 1/600)  1/600) K-1  Ln 0,36 = Ea / 8,3 J/ mol.K ( 0,0016 – 0,0016  – 0,0017)  0,0017) K-1  Ea = Ln 0,36 . 8,3 J/mol.K ( - 0,0001) K-1  Ea = 8,47 . 10-4 J/mol

 

Resolución 13  a) K2 = 2 K1  Ln K1/K2 = Ea/R (1/T2  – 1/T – 1/T1 ) Ln K1/2 K1 = Ea / 8,31 J/mol.K (1/300 – (1/300 – 1/260)  1/260) 1/K Ln ½ = Ea / 8,31 J/mol.K (0,00333 – (0,00333 – 0,00384)  0,00384) 1/K Ln 1 – 1 – Ln  Ln 2 = Ea . ( - 6,13 . 10-5) mol/J 0 –  – 0,69  0,69 = - 6,13 . 10 -5 Ea mol/j ; Ea = - 0,69 / - 6,13 . 10-5 J/mol = 0,112 . 105  J/mol = 11200 J/mol

b) Ln K1/K2 = Ea/R (1/T2 – 1/T  – 1/T1 ) Ln 0,015/K2 = 11200 J/mol/ 8,31 J/mol.K ( 1/350 – 1/350 – 1/  1/ 298) 1/K 0,015 – 0,015  – Ln  Ln K2 = 11200 J/mol/8,31 J/mol.K ( 0,00285 – 0,00285 – 0,00335)  0,00335) 1/K - 4,2 – 4,2 – Ln  Ln K2 = - 0,67 Ln K2 = - 4,2 + 0,67 Ln K2 = - 3,53 ; K 2 = 0,029

Resolución 14 (a) La expresión de velocidad está claramente descrita en el enunciado del problema, es decir, se saben los exponentes de cada término de concentración, entonces:

(b) Si se conoce el valor de k = 6,0 10exp4 Mexp-2 sexp-1 a 1000 K y las concentraciones de ambos reactantes, [NO] = 0,050 M y [H2] = 0,100 M, la velocidad de reacción se calcula reemplazando estos valores en la ley de velocidad:

(c) Si se modifican las concentraciones, entonces la velocidad variará, pero la constante específica de velocidad será la misma, puesto que no ha variado la temperatura: La concentración de NO se duplica, por lo tanto

 

 

Resolución 15

-

 A) S(s)  + Eq inicial Adiciona Se desplaza Eq final -

2NO2(g) 0,2M 0,2 M 0,1M 2X 0,3-2X

SO2(g) + 2NO(g) 0,4M 0,3M 0,1M X 2X 0,5+X 0,3+2X

Del equilibrio inicial: Kc= Luego de adicionar: 0,1M de NO2 Y 0,1M de SO2  El cociente de reacción Q= Para llegar al nuevo equilibri debe desplazarse a la derecha Condición: Condició n: 2X