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UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS PROGRAMA DE INGENIERÍA TALLER EVALUATIVO CINÉTICA QUÍMICA. QUÍMICA II

1. Según la reacción A + B → C + D se ha determinado las siguientes velocidades iniciales: Experimento

[A]. M

[B]. M

1 2 3

0.50 1.50 3.00

1.50 1.50 3.00

Velocidad inicial M/m 4.2 x 10−3 1.3 x 10−2 5.2 x 10−2

Determine la ley de rapidez y calcule su constante de rapidez. 2. Se han encontrado las siguientes velocidades iniciales para la reacción A + B → C + D a. ¿Cuál es el orden de la reacción con respecto A, y a B? 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = 𝐾[𝐴]𝑥 [𝐵]𝑦 -Para hallar orden de la reacción respecto a, A: 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 3 6.75𝑥10−4 𝐾[0.370]𝑥 [0.133]𝑦 [0.370]𝑥 = =2= = = 2𝑥 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 1 3.35𝑥10−4 𝐾[0.185]𝑥 [0.133]𝑦 [0.185]𝑥 𝑥=1 log 2 2 = 1 ∗ 𝑒𝑠𝑜 𝑞𝑢𝑖𝑒𝑟𝑒 𝑑𝑒𝑐𝑖𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎, 𝐴 𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛 1. -Para hallar orden de la reacción respecto a, B: 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 2 1.35𝑥10−3 𝐾[0.185]𝑥 [0.266]𝑦 [0.266]𝑦 = = 4 = = = 2𝑦 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 1 3.35𝑥10−4 𝐾[0.185]𝑥 [0.133]𝑦 [0.133]𝑦 𝑦=2 log 2 4 = 2 ∗ 𝑒𝑠𝑜 𝑞𝑢𝑖𝑒𝑟𝑒 𝑑𝑒𝑐𝑖𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎, 𝐵 𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛 2. b. ¿Cuál es el orden total de la reacción? Para hallar el orden total de una reacción se suman x e y = 1+2= 3, quiere decir que la reacción total es de orden 3. c. ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad, K? 𝐾=

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 3.35𝑥10−4 = = 0.0102 𝑚−1 [𝐴]𝑥 [𝐵]𝑦 [0.185]1 [0.133]2

Experimento

[A]. M

[B]. M

1 2 3 4

0.185 0.185 0.370 0.370

0.133 0.266 0.133 0.266

Velocidad inicial M/m 3.35 x 10−4 1.35 x 10−3 6.75 x 10−4 2.70 x 10−3

3. Se han obtenido los siguientes datos de velocidades iniciales para la reacción: A + 2 B + C → 2 D + E ¿Cuál es la ecuación de velocidad de esta reacción? Experimento

Inicial [A]. M

Inicial [B]. M

1

1.40

1.40

1.00

2

0.70

1.40

1.00

3

0.70

0.70

1.00

4

1.40

1.40

0.50

R1 R2 = 1⁄2 X R1 1 𝑅3 = 𝑥𝑅2 4 R4 = 16 x R3

5

0.70

0.70

0.50

R5 =?

[C]. M

Velocidad inicial

4. La descomposición del dimetil éter a 504 °C es: (CH3)2O (g) → CH4 (g) + H2 (g) + CO (g) Los siguientes datos son presiones parciales del dimetil éter (DME) en función del tiempo: t = O s, PDME = 312 mmHg; 390 s, 264 mmHg; 777 s, 224 mmHg; 1195 s, 187 mmHg; 3155 s, 78,5 mmHg. Presiones parciales en determinado tiempo del dimetil éter. T(s) PDME(mmHg) 0 312 390 264 777 224 1195 187 3155 78.5 (a) Demuestre de que orden es la reacción. Corresponde a una reacción de primer orden, puesto que la ecuación de esta tiene una forma lineal y su pendiente es negativa. (b) ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad, k? La constante de velocidad se halla mediante la pendiente de la recta, que gráfica ln (T, ln (PDME))

Presiones parciales en determinado tiempo del dimetil éter. T(s) Ln(PDME) 5.743003188 0 5.575949103 390 5.411646052 777 5.231108617 1195 4.363098625 3155

T vs Ln(PDME) 6 5.8

Ln (PDME)

5.6 5.4 5.2 5 4.8 4.6

y = -0.0004x + 5.7368 R² = 0.9991

4.4 4.2 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Tiempo (s)

Pendiente: -4.33762x10-4 S-1 Atendiendo a la fórmula: ln[𝑃]1 = −𝐾𝑡 + ln[𝑃]0 K= - 4.33762x10-4 S-1, - k= 4.33762x10-4 S-1 (c) ¿Cuál es la presión total transcurridos 390 s? ln[𝑃]1 = −𝐾𝑡 + ln[𝑃]0 ln[𝑃]1 = −(4.33762x10−4 𝑠 −1 )(390𝑆) + ln[312𝑚𝑚𝐻𝑔] ln[𝑃]1 = 5.57 [𝑃]1 = 𝑒 5.57 = 262.43 𝑚𝑚𝐻𝑔 (d) ¿Cuál es la presión total cuando se ha completado la reacción? Respecto a un análisis de las tablas, y según los datos obtenidos, la presión total cuando se termine la reacción será 0, puesto que a medida que pasa el tiempo la presión disminuye. (e) ¿Cuál es la presión total para t = 1000 s? ln[𝑃]1 = −(4.33762x10−4 𝑠 −1 )(1000𝑆) + ln[312𝑚𝑚𝐻𝑔] ln[𝑃]1 = 5.30 [𝑃]1 = 𝑒 5.30 = 200.3 𝑚𝑚𝐻𝑔

5. En la siguiente tabla se dan tres conjuntos distintos de datos de [A] frente al tiempo para la reacción → productos. (Sugerencia: hay varias maneras de obtener las respuestas de las siguientes seis cuestiones). I Tiempo. s 0 25 50 75 100 150 200 250

II [A]. M 1.00 0.78 0.61 0.47 0.37 0.22 0.14 0.08

Tiempo. S 0 25 50 75 100

III [A]. M 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00

Tiempo. s 0 25 50 75 100 150 200 250

[A]. M 1.00 0.80 0.67 0.57 0.50 0.40 0.33 0.29

a. ¿Cuál de estos conjuntos de datos corresponde a una reacción de (a) orden cero, (b) primer orden, (c) segundo orden? b. ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad k de la reacción de orden cero? C. ¿Cuál es la vida media aproximada de la reacción de primer orden? D. ¿Cuál es la velocidad inicial aproximada de la reacción de segundo orden? e. ¿Cuál es la velocidad de reacción aproximada a t = 75 s para la reacción de (a) orden cero, (b) Primer orden, (c) segundo orden? f. ¿Cuál es la concentración aproximada de A que queda después de 110 s para la reacción de (a) Orden cero, (b) primer orden, (c) segundo orden? 6. El ciclo butano se descompone en etileno, de acuerdo con la ecuación C4H8 (g) → 2 C2H4 (g) Determine el orden de reacción y la constante de rapidez con base en las siguientes presiones, que se midieron cuando la reacción se llevó a cabo a 430°C en un recipiente a volumen constante.

Docente: Juan Carlos Medina Sierra Magister Ciencias - Química

Tiempo (s) 0 2000 4000 6000 8000 10000

Pc4H8(g) (mmHg) 400 316 248 196 155 122

7. La constante de rapidez para la reacción de segundo orden 2 NOBr (g) → 2 NO (g) + Br2 (g) Es de 0.80/M.s. a 10°C. a) Comenzando con una concentración de 0.086 M, calcule la concentración de NOBr después de 22 s. 1 1 = 𝐾𝑡 + [𝐴]𝑡 [𝐴]0

1

0.80 1 =( ) (22𝑠) + = 29.227 𝑀−1 [NOBr]𝑡 [0.086𝑀]0 𝑀. 𝑆 [NOBr]𝑡 = 0.034 𝑀 b) Calcule la vida media cuando* [NOBr]0 = 0.072 M y cuando * [NOBr]0 = 0.054 M.

𝑡1⁄ = 2

𝑡1⁄ = 2

1 = 17.36 𝑆 0.80/𝑀. S[0.072𝑀]0

,

1 𝐾[𝐴]0 𝑡1⁄ = 2

1 = 23.14 𝑆 0.80/𝑀. S[0.054𝑀]0

8. Se ha determinado la constante de velocidad de reacción: H2 (g) + L2 (g) → 2 HI (g) A las siguientes temperaturas: 599 K, K = 5.4 x 10−4 M−1 S −1 ; 683 K, K = 2.8 x 10−2 M−1 S −1 Calcule la energía de activación de la reacción. ¿A qué temperatura tendrá la constante de velocidad el valor K = 5.0 x 10−3 M−1 S −1 ?

Docente: Juan Carlos Medina Sierra Magister Ciencias - Química

9. En un tratado sobre química de la atmósfera aparecen las siguientes constantes de velocidad para la descomposición del PAN: 0°C, K = 5.6 x 10−6 S −1 ; 10°C, K = 3.2 x 10−5 S −1; 20°C, K = 1.6 x 10−4 S −1; 30°C, K = 7.6 x 10−4 S −1 ? a. Haga un gráfico de ln k frente a 1/T. b. ¿Cuál es la energía de activación, Ea, de la reacción? c. Calcule la vida media de la reacción de descomposición a 40°C. 10. La constante de rapidez para una reacción de primer orden es de 4.60 x 10−4 s −1 a 350°C. Si la energía de activación es de 104 kJ/mol, calcule la temperatura a la cual la constante de rapidez será de 8.80 x 10−4 s −1 Datos: K1= 4.60 x 10-4 S-1 T1= 350 °C → 273.15 k + 350 = 623.15 K Ea=104 KJ/mol → 104 𝑚𝑜𝑙 ( 1 𝐾𝐽 ) = 104000 𝐽⁄𝑚𝑜𝑙 𝐾𝐽

1000𝐽

K2=8.88 x 10-4S-1 ln

𝐾1 𝐸𝑎 1 − 1 1 𝑅 𝐸𝑎 𝐾1 = = − 𝑙𝑛 ) ( ) 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑇2 : ( 𝐾2 𝑅 𝑇1 𝑇2 𝑇2 𝐸𝑎 𝑅𝑇1 𝐾2

8.314𝐽 𝐽 . 𝑀𝑜𝑙 104000 ⁄𝑀𝑜𝑙 1 4.60𝑥10−4 𝑆 −1 𝐾 = − 𝑙𝑛 ( ) 8.314𝐽 𝑇2 104000 𝐽⁄ 8.80𝑥10−4 𝑆 −1 (623.15𝐾) . 𝑀𝑜𝑙) ( 𝑀𝑜𝑙 𝐾

1 = 7.99𝑥10−5 𝐾 −1 (20.073 + 0.648) = 1.636𝑥10−3 𝐾 −1 𝑇2 𝑇2 = 611.24 𝑘