Efecto de La Temperatura Sobre La Velocidad de Reacción

 

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO - INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TIJUANA

INGENIERÍA QUÍMICA - FISICOQUÍMICA II Tapia Ramírez Estefany No. Control: 16211815

Unidad 2. Cinética Química

Ejercicios

1. En la  obten tenció ción del del ácido ido nítri ítrico co,, una una de las las eta etapas pas prin rinci cippal alees es la ox oxid idaació iónn del óxi xiddo ní nítr tric icoo a di dióx óxid idoo de nitrógeno: 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)  Para esta reacción, se ha determinado experimentalmente que su ecuación de velocidad es: v =  k [NO]2  ·[O2] y que la constante de velocidad, a 250 ºC, vale:   k = 6.5X10-3  mol-2L2  s-1  . Calcular la velo veloccid idaad de  ox oxid idaació ción del NO, NO, a dic dicha temp tempeeratu ratura ra,, cua uand ndoo la lass conc ncen entr trac acio ionnes in inic icia iale less (mo (mol L-1  ) de los reactivos son: a) [N [NO] O] = 00.1 .100 M M;; [O [O 2] = 0.21 M  V = 6.5X10-3 mol-2L2  s-1 [0.1 mol L-1  ] 2 [0.21 mol L-1] = 1.365X10-5 M s-1    b) [NO] [NO] = 00.20 .20 M; [[O2] O2] = 0. 0.42 42 M  V = 6.5X10-3 mol-2L2  s-1 [0.2 mol L-1  ] 2 [0.42 mol L-1] = 1.092X10-4 M s-1   

2. La reacción A → B + C es de primer orden en A y tiene una vida media de 30 min. a) Cal Calcu cula la la const constant antee de veloci velocidad dad..  t1/2 = ln2 / k ∴  k = ln 2 / t1/2  k = 0.693 / (30 min x 60 s) = 3.85X10-4  s-1  b) Si A es inicialme inicialmente nte 0.1 M M,, ¿cuál ¿cuál será su vvalor alor despué despuéss de 24 h? ln {[A]O/2/[A]O  } = -k t1/2  →  ln [A] O/2 = -k t1/2 + ln [A]O  ln [A]O/2    = -(3.85X10-4  s-1  )(86,400 s) + ln [0.1]  

-16

 

[A]  = exp (-35.65) = 3.28X10 M O/2

3. De una  reacción de segundo orden en A se sabe que la velo loccid idaad de reacción es de   2.8X10-5    mol L-1s-1    cuando la concentración es de 0.1 mol L-1. Calcula: a) La ccons onstan tante te de de vvelo elocid cidad. ad.  V = k [A] ∴  k = V / [A] = (2.8X10-5 mol L-1s-1) / (0.1 mol L-1  ) = 2.8X10-4 s-1    b) La velocidad velocidad de la reacci reacción ón cuando cuando la conc concentr entración ación de de A es 0.050 mol L-1. V = k [A] = (2.8X10-4 s-1) (0.05 M) = 1.4X10-5  M s-1 

 

4. A 298  K, la descomposici ición del pentóx tóxido de dinitróg rógeno,   2N2O5(g) → 4NO2(g) + O2(g), di dióó lo loss re ressult ltaado doss tabulados en  la siguiente tabla. Traza una gráfica de las concentraciones frente al tiempo y calcula las velocidades instan tantán táneas  para cada uno de los tiempos. Dete terrmina el orden y la constante de velocidad de reacción.

Orden 0

2do Orden

1er Orden Es la curva que más se ajusta m=-k k = 3X10-5

 

5. Para la reacción: F 2(g) + 2ClO2(g)→ 2FClO 2(g)  determinar: a) Or Orde den nd dee rrea eacc cció ión. n. b) Consta Constante nte de vvelo elocid cidad. ad. Para la reacción del tipo: aA + bB → cC + dD La Ley de velocidad se expresa:  

x

 

y

Vo=ndke[A]x [B]y y se determinan de forma D experimental. El orden de reacción es = x + y x = 1 para a) y c) y = 1 para a) y b) ∴ x + y = 2 orden de reacción V = k [A]x  [B]y  1.2X10-3  = k [0.1][0.01] ∴  k = 1.2 M-1s-1

6. Para la reacción: 2NO(g) + 2H2(g)→ N2(g) + 2H2O(g)  determinar: c) Orde Orden nd dee rrea eacc cció ión. n. d) Consta Constante nte de vvelo elocid cidad. ad. x = 2 para a) y b) y = 1 para b) y c) ∴ x + y = 3 orden de reacción V = k [A]x  [B]y  1.25X10-5  = k  [5X10-3]2[2X10-3]   ∴ k =   250 M-2  s-1   

7. La re reaacción  en fase gaseosa entr tree A y B es de orden cero re resspecto al re reaactivo A y de segundo orden respecto a B. Cuando las concentraciones de A y B son 1.0 y 1.5 M respectivamente, la velocidad es 7.75X10-4   M/s. a) Calcule la velocidad inicial cuando las concentraciones concentraciones de A y B son 2.0 y 3.0 M respectiva respectivamente. mente.

A + B → Productos V = k [A]0[B]2  = k [B]2 7.75X10-4 M/s = k [1.5 M]2  ∴ k = 3.44X10-4 M-1s-1  V = 3.44X10-4 M-1s-1 [3.0 M]2 =  3.096X10-3   M s-1 b) ¿Cóm ¿Cómoo ssee modifica modifica la veloc velocidad idad si…? El volumen del recipiente de reacción se hace tres veces mayor. Al aum umeentar tar  el volum olumen en se dis ismi minnuye uye la conc conceentra ntraci ción ón,, po porr lo ta tant ntoo dismi isminnuy uyee la vel elooci ciddad ad.. Si au aume ment ntaa el volumen tres veces, como la reacción es de segundo orden, la velocidad será nueve veces menor. ●

●

La presión de B se duplica.

 

Al dupl duplic icaar  la pres resión ión aume ment ntaa la velo elocid cidad. ad. Co Como mo la re reac accció iónn es de segu gund ndoo or ordden, en, la vel elooci ciddad ser eráá cua uatr troo veces mayor.  Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción Mayor movilidad a mayor temperatura. La le leyy  de ve velo loci cida dadd mu mues estr traa la rela relaci ción ón entr entree las las ve velo loci cida dade dess y la lass co conc ncen entr trac acio ione nes. s. Si Sinn emba embarg rgo, o, la lass velo veloci cida dade dess  tamb tambié iénn de depe pend nden en de la temp temper erat atur ura. a. Co Conn po poca cass ex exce cepc pcio ione ness la ve velo loci cida dadd au aume ment ntaa acen acentu tuad adam amen ente te con con  el aume aument ntoo de la temp temper erat atur ura. a. Va Van’ n’tt Hoff Hoff,, ob obse serv rvóó empí empíri rica came ment ntee qu quee a ca cada da 10°C debelevación S in em argo,  expede rimlaentemperatura, talmente se laobvelocidad servó quedeesreacción te cocienseteduplica. queda, en realidad, entre 2 y 4. Entonces Syante Arrhenius propuso otra ecuación empírica que proporciona mejores resultados: Ecuación de Arrhenius:  Donde: K= Constante de Velocidad Ea= Energía de Activación R= Constante de los Gases T= Temperatura Absoluta A= Factor pre-exponencial La ecuación de Arrhenius que puede ser escrita de otras formas:

El gráfico debajo representa la ecuación de Arrhenius, de acuerdo con esta última ecuación: El parámetro  A, dado por la ordenada a origen, en 1/T=0, es el factor    pre-exponenciall o  factor de frecuencia. El parámetro A no es adimensional.  pre-exponencia Tiene las  mismas dimensiones de la constante de velocidad. Por tanto, sus dimensiones varían con el orden de reacción. Más allá  que depende ligeramente de la temperatura, este efecto puede ser  despreciado para  pequeños in inttervalos de temperatura ra.. El parámetr troo Eα es la energía de activación de la reacción. La energ nergía ía  de acti activa vaci cióón es la ene nerg rgía ía cin inééti ticca mín ínim imaa que lo loss re reac acti tivvos de debben te tenner para ara  que que se form formeen los los prod roduc ucto toss. Es Esta ta es jus justa tame mennte la más más im impo port rtan ante te co conntr trib ibuució iónn de Arrh Arrheeni niuus: la  proposición de  que los procesos químicos son activados, o sea, precisan de una cierta energía de activación  para ocurrir.  Así, procesos con baja energía de activación ocurren rápidamente, en cuanto procesos con elevada energía de activación ocurren más lentamente.

El siguiente gráfico muestra la energía de activación para un proceso exotérmico: Cuan Cu anto to ma mayo yorr  la ener energí gíaa de ac acti tiva vaci ción ón,, me meno noss pr prob obab able le se será rá la tr tran ansf sfor orma maci ción ón de reactivos en productos. La ecua ecuaci ción ón  de Ar Arrh rhen eniu iuss pu pued edee se serr ap apli lica cada da pa para ra re reac acci cion ones es ga gase seos osas as,, lí líqu quid idas as y hasta reacciones  heterogéneas. El intervalo de temperaturas en el cual ella es váli válida da y am ampl plio io para para reac reacci cion ones es el elem emen enta tale les, s, re rest strin ringi gido do pa para ra re reac acci cion ones es co comp mple leja jass y corto  para reacciones en cadena. Ella es más utilizada para reacciones

 

monomo mono mole lecu cula lare res. s. Pa Para ra  reac reacci cion ones es bi bimo mole lecu cula lare ress se acos acostu tumb mbra ra ut util iliz izar ar la fo form rmaa modi modifi fica cada da de la ec ecua uaci ción ón de Arrhenius: