UNI FIQT – AACB
Cinética Química
II. PROBLEMAS DE CINÉTICA QUÍMICA 1 . Para la reacción: N 2O5 (g) → 2 NO2 (g) + 0,5 O 2 (g) Se obtiene los siguientes datos e!eri"entales: #ie"!o (s) 0,00 $1% * (N2O5)
&'
1& 2$15 $1
2,$$ 1,%1 1,$' 0,2
0,55
0,$
eter"ine: a) l orden orden de la la reacci reacción ón !or !or el "-todo "-todo gr/ic gr/ico. o. b) a consta constante nte es!ec es!ec/ic /ica a de eloci elocidad dad a !arti !artirr de la gr/ic gr/ica. a. c) a concentr concentració ación n del !entóido !entóido de dinitró dinitrógen geno, o, cuando cuando 3a transcur transcurrido rido 2500 2500 segundos. d) a le4 le4 de de el eloc ocid idad ad.. 2 . onsidere la reacción 3i!ot-tica, en un olu"en de 100 " 6 (a7) → 2 8 (a7) (a7)
#ie"!o ("in) 0 *oles de 6
10
20
$0
0
0,0'5 0,051 0,02 0,0$' 0,0$1
a) alcule alcule el n9"ero n9"ero de "oles "oles de de 8 en cada tie"! tie"!o o establec establecido, ido, su!on su!onga ga 7ue b) c) d) e) /)
no 3a4 "ol-culas de 8 al inicio. u ull es el orde orden n de la rea reacci cción; ón; u ull es la la ecua ecuació ción n de la elo elocid cidad; ad; u ull es la ida ida "ed "edia ia de de los reacti reactio os; s; ul ul es la "olari "olaridad dad de 6 en una una 3ora 3ora; ; u ull es es la la "ol "olari arida dad d de de 8 en una una 3or 3ora; a;
$ . Se estudia la elocidad elocidad de desco"!osición desco"!osición del a
NN>= $ (g)
→
N 2 (g) + 2 = ' ( g )
6 c o n t i nu a c i ó n s e " u e s t r a l o s a l o r e s o b t e n i d o s a $ 0 0 ? #ie " ! o ( s ) 0 P r es es i ón ón d el e l a < o" o" e ta ta n o 2& (""=g) Ing. J. J. Flores Ramos
100
150
200
250
220
1%$
10
150 20
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Cinética Química
ul es la constante 4 ecuación de la elocidad;
. a desco"!osición del di"eti-ter a 50? es: 2(= $ ) 2 O(g)
$= (g) + O 2 (g)
→
o s s i gu i en t es d a to s s on ! r es i on e s ! a rc i al e s d e l d i "e t il - t er (*) en /unción del tie"!o: #ie"!o (s) P * (""=g)
0 $12
$%0 2'
22
11%5 1&
$155 &,5
a ) u l es e l or d en d e l a re a cc i ón ; b) ul es la !resión total, transcurrido $%0 segundos;
5. n la desco"!osición del N 2 O 5 a 5 ? seg9n la ecuación 2N 2 O 5 (g)
→
NO 2 (g) + O 2 (g)
Se obtuieron los siguientes datos de concentración.
#ie"!o(s) 0 200 00 '00 &00 1000 1200 @N 2 O 5 A("olB 0,250 0,22$ 0,1%& 0,1 0,152 0,1$ 0,120 a) ul es la le4 de elocidad; b)
u l es la e lo ci da d d e r ea cc ió n a 50 0 s eg un do s;
'. a desco"!osición de NO 2 en /ase gaseosa !ara /or"ar NO 4 O 2 se estudia a $&$? 4 se obtiene los datos siguientes: #ie"!o (S) 0,0
@NO 2 A ("olB) 0,100
5,0
0,01
10,0
0,00%0
15,0
0,00'2
Ing. J. J. Flores Ramos
2
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Cinética Química
20,0
0,00
a ) u l e s e l o rd en d e l a r e ac ci ó n; b) ul es el alor de la constante de elocidad;
. a constante de elocidad !ara la reacción entre el bro"oetano 4 los iones – – 3idróido en el agua, 2=58r(a7) + O= > (a7)
→
2=5O=(a7) + 8r > (a7) se "idió
a diersas te"!eraturas 4 a7u se "uestra los resultados: #e"!eratura (?)
C (."ol >1.s>1)
25
&,& 10 >5
$0
1,' 10 >
$5
2,& 10 >
0
5,0 10 >
5
&,5 10 >
50
1, 10 >$
a) *ediante un gr/ico deter"ine la energa de actiación. b) eter"ine la constante de elocidad a '0 ?. c) scriba la ecuación de la elocidad !osible a 25 ?. &. 6 $2& D, la !resión total de la "e
Presión ( CPa) 22
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Cinética Química
0
2,$
5
$,
10
5$,'
15
5%,
20
'$,0
$0
'',$
%. a desco"!osición t-r"ica de la arsina es, 2 6s=$ (g) → 2 6s (s) + $ = 2 (g) 4 se encontró 7ue la !resión total del siste"a ara con el tie"!o co"o se indica a continuación a $&0 ? #ie"!o (3) Presión (at")
0 $%,2
,$ 0,$
1' $,'5
25,5 5,$5
$,'' &,05
,5 &,&5
a) eter"inar la !resión !arcial del 3idrógeno en at"ós/eras, luego de 50 3oras de iniciado el !roceso a $&0 F. b) eter"inar la constante de elocidad es!ec/ica a 500 ?, considere 7ue la energa de actiación no ara en el !roceso 4 cu4o alor deter"inado en otros e!eri"entos cin-ticos es &$,2 CGB"ol.
10. Se 3a estudiado la elocidad de reacción a $2& D. 2 N205 (g)
→
NO2 (g)
+
O 2 (g)
Hn4ectando N 205 (g) en un reactor 4 "idiendo la !resión a olu"en constante
#ie"!o ("in)
0
Presión (CPa)
2,$
5
10
$, 5$,'
15
20
5%,
'$,0
$0
'',$
eter"ine la !resión !arcial del dióido de nitrógeno en el reactor a $2& D luego de 200 segundos de iniciado el !roceso, en Cilo!ascal. Ing. J. J. Flores Ramos
2!
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11. a de!endencia con la te"!eratura de la constante de elocidad de reacción O (g) + NO2 (g)
→
O2 (g) + NO (g)
Se "uestra a continuación: #e"!eratura (F)
$2
$
2
52
D (*>1s>1)
0,02&
0,22
1,$
',0
2$
eter"ine la constante de elocidad de reacción a 55 F 12. Hndi7ue erdadero (I) o /also (J) a las !ro!osiciones siguientes: a) Seg9n la /unción de distribución de las energas de *aKell> 8olt<"an !ara 200 D 4 500 D. 6 200 D no !uede eistir ninguna "ol-cula con una energa igual a la energa de actiación. b) *ediante la ter"odin"ica !ode"os deter"inar e!eri"ental"ente la energa de actiación de un !roceso. c) os alótro!os de un "is"o ele"ento tienen la "is"a ra!ide<, a las "is"as condiciones. d) Para el siguiente !roceso: 26 +$8 → a ra!ide< de 8 es 50 L "a4or 7ue d- 6 e) a "olecularidad 4 el orden de la reacción son iguales. 1$. a /os/ina, P= $ se desco"!one t-r"ica"ente seg9n la reacción: P=$ (g)
0,25 P (g)
+
1,5 =2 (g)
a tabla siguiente "uestra la eolución te"!oral de la !resión total cuando dic3a sustancia se desco"!one en un reci!iente a olu"en constante a '00 F. eter"ine la !resión !arcial de la /os/ina luego de 2 "inutos de iniciado el !roceso de desco"!osición. #ie"!o (s)
20
Ing. J. J. Flores Ramos
$0
0
50
'0
&0
100
M
2"
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P("" de =g)
Cinética Química
'25
'0
05
$5
'0
&00
&25
&5
1. Hndi7ue erdadero (I) o /also (J) a las !ro!osiciones siguientes: a) a te"!eratura de los insectos siguen las oscilaciones del "edio a"biente, !or ello la actiidad de la abeEa es su!erior en inierno. b) a "a4ora de las reacciones son ele"entales. c) os reactios deben su!erar la barrera de la energa de actiación !ara !oder conertirse en !roductos en una reacción endot-r"ica. d) *ediante la ecuación de 6rr3enius se !uede deter"inar la energa de actiación, e"!leando datos e!eri"entales. e) os alores de =r, Sr 4 r no se en a/ectados con la !resencia del catali
as !ro!iedades del catali
g) os catali
l a
reacción
= $N2=$ (g) → =$=$ (g)
+ N 2 (g), la reacción se siguió a '0
D "idiendo la !resión !arcial del a
#ie"!o (s)
0
1000
2000
$000
000
Presión (torr)10 2
&,20
5,2
$,%%
2,&
1,%
ul es la !resión total de la "e
Ing. J. J. Flores Ramos
2#
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1' .
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l ciclobutano se desco"!one en etileno, de acuerdo con la ecuación: =& (g)
2 2= (g)
eter"ine la !resión total de la "e
0 00
2000 $1'
000 2&
'000 1%'
&000 155
10 000 122
1. a de!endencia con la te"!eratura de la constante de elocidad de reacción: O (g)
+
NO2 (g)
O2 (g) +
la
NO (g)
Se "uestra tabulada a continuación, deter"ine: a) a energa de actiación en GB"ol b) 6l adicionar un catali
#e"!eratura (D) D (*>1 . s>1) 1&.
'00 0,02&
'50 0,22
00 1,$
50 ',0
&00 2$
a de!endencia con la te"!eratura de la constante de elocidad de la
reacción O(g) +
NO2(g)
→
O2(g) + NO(g)
se "uestra a continuación: #e"!eratura(F ) D (*>1s>1)
$2
$
2
52
0,02&
0,22
1,$
',0
2$
a) eter"ine la constante de elocidad de reacción a 55 F !or el "-todo gr/ico 4 analtico. b) eter"ine la energa de actiación del !roceso
Ing. J. J. Flores Ramos
2$
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1%.
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6 55 ?, la !resión total de la "e
6 se desco"!one en 8 4 seg9n la ecuación:
2 6 (g)→
8 (g)
+
(g)
Iarió con el tie"!o, co"o se "uestra en el cuadro adEunto. a) eter"ine la le4 de elocidad. b) ul es la !resión total en 0 "inutos, dar la res!uesta en Cilo!ascal; c) ul es la !resión !arcial de 6, 8 4 en $5 "inutos, dar la res!uesta en Cilo!ascal
20.
#ie"!o ("in)
0
5
10
15
20
$0
Presión total (CPa)
2,$
$,
5$,'
5%,
'$,0
'',$
a de!endencia con la te"!eratura de la constante de elocidad de
reacción =$=O (g) →
= (g) + O (g)
Se "uestra a continuación: #e"!eratura (F)
2
5
&
D (*>1B2s>1)
0,011
0,0$5
0,105
51 0,$$
5$ 0,&%
eter"ine: a) a energa de actiación en CG."ol >1 b) a constante de elocidad de la reacción a 5 F.
21.
a desco"!osición del !eróido de 3idrógeno en !resencia de un
catali
2%
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("in) 0,00 15,00 $0,00 a> 25, %,&$ $,&1 a) eter"ine la constante elocidad !or el "-todo analtico. b) ul es la concentración del !eróido de 3idrógeno re"anente, luego de '00 segundos;
22.
on los datos e!eri"entales dados !ara la desco"!osición del óido
nitroso (s) Q (L)
%00 1',5
1&00 $2
$1&0 50
$%00 5
a) eter"ine el orden de la reacción 4 la constante de elocidad es!ec/ica. b) l !orcentaEe de desco"!osición cuando transcurrieron 2500 segundos. c) Re!resente el !er/il de la reacción en una gr/ica, energa ersus aance de la reacción.
2$.
l /os/ano, P= $ se desco"!one t-r"ica"ente seg9n la reacción: P=$ (g)
→
1B P (g)
+
$B2= 2 (g)
a tabla siguiente "uestra la eolución te"!oral de la !resión total cuando dic3a sustancia se desco"!one en un reci!iente a olu"en constante a una te"!eratura de '00 F. #ie"!o (s)
20
$0
0
50
'0
&0
100 M
Presión total (torr)
'25 '0 05 $5 '0 &00 &25 &5
o"!robar 7ue la cin-tica es de !ri"er orden, "ediante un gr/ico en !a!el "ili"etrado 4 con el cual deter"ine: a) a constante es!ec/ica de la elocidad de reacción a '00 F. b) eter"ine un gr/ico en !a!el "ili"etrado !ara deter"inar la ida "edia del reactio en segundos. Ing. J. J. Flores Ramos
2&
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c) on a4uda del gr/ico de la !regunta anterior, deter"ine la !resión !arcial del del /os/ano luego de 120 segundos.
2.
a ariación de la constante de elocidad con la te"!eratura !ara la
reacción de !ri"er orden, 2 N 2O5 (g)→
2 N2O (g) + O2 (g)
est dada en la siguiente tabla. eter"ine la energa de actiación !ara la reacción.
25.
#e"!eratura (F)
25
$5
5
55
'5
C (s>1)
1,.10>5
','1.10 >5
2,51.10 >
,5%.10 >
2,0.10>$
Hndi7ue erdadero (I) o /also (J) a las !ro!osiciones siguientes:
a) a te"!eratura de los insectos siguen las oscilaciones del "edio a"biente, !or ello la actiidad de la abeEa es su!erior en inierno. b) a "a4ora de las reacciones son ele"entales.
(
)
(
)
c) l au"ento del rea su!er/icial incre"enta la elocidad de la rn. ( d)
)
*ediante la ecuación de 6rr3enius se !uede deter"inar la energa de actiación, e"!leando datos e!eri"entales.
(
)
e) os alores de =r, Sr 4 r no se en a/ectados con la !resencia del catali
(
)
/) as !ro!iedades del catali
(
)
os catali
(
) 3) l ca"bio de ental!a se deter"ina "ediante la cin-tica 7u"ica. Ing. J. J. Flores Ramos
(
) 2'
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Cinética Química
2'. l a
+ N 2 (g), la reacción se siguió a '0
D "idiendo la !resión !arcial del a
0
1000
2000
$000
000
Presión (torr)10 2
&,20
5,2
$,%%
2,&
1,%
ul es la !resión total de la "e
→
NO2 (g)
+
O 2 (g)
Hn4ectando N 205 (g) en un reactor 4 "idiendo la !resión a olu"en constante #ie"!o ("in)
0
Presión (CPa)
2,$
5
$,
10
5$,'
15
20
5%,
'$,0
$0
'',$
eter"ine la !resión !arcial del dióido de nitrógeno en el reactor a $2& D luego de 200 segundos de iniciado el !roceso, en Cilo!ascal. 2&. ul de las siguientes a/ir"aciones es correcta; Gusti/i7ue su res!uesta. Para iniciar el !roceso de co"bustión del carbón, -ste debe calentarse !reia"ente !or7ue: a) la reacción de co"bustión es endot-r"ica b) se necesita su!erar la energa de actiación c) la reacción de co"bustión es eot-r"ica d) la reacción de co"bustión no es es!ontnea a te"!eratura a"biente.
2%. eter"ina el orden de reacción 4 la le4 de elocidad !ara un !roceso en el cul la elocidad ale 1.10 >5 "olB.s cuando la concentración del reactio 6 es 0,5 * 4 2.10 >5"olB.s cuando la concentración es 1,5 *.
Ing. J. J. Flores Ramos
!0
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$0. na sustancia se desco"!one seg9n una cin-tica de segundo orden. Si la elocidad es!ec/ica es de ',&.10 > d"$B("ol.s), calcular el tie"!o de ida "edia de la sustancia si: a) la concentración inicial es 0,05 * b) la concentración inicial es 10 >5 *
$1. Para distintas concentraciones de los reactios 6 4 8 se 3a deter"inado la elocidad de reacción r. n base a los siguientes datos calcular los órdenes !arciales, el orden total de la reacción 4 la elocidad es!ec/ica de la "is"a.
*olaridad de 6 2,$.10> ,'.10> %,2.10>
*olaridad de 8 $,1.10 >5 ',2.10 >5 ',2.10 >5
Ielocidad de la reacción (*.s >1) 5,2.10> ,1'.10 >$ 1,''.10 >2
$2. l N=$ se desco"!one sobre un /ila"ento de tungsteno caliente dando co"o !roductos N 2 e =2. a reacción !uede seguirse "idiendo el au"ento de !resión a olu"en constante. uando la reacción tiene lugar a %00 ? con una !resión inicial de 200 "" de =g, se obtienen los siguientes alores:
#ie"!o (s) ! ("" =g)
100 11
200 22,1
00
'00 '',$
%00 %,&
1000 110
eter"inar el orden de la reacción 4 la constante de elocidad es!ec/ica. $$. a desco"!osición t-r"ica de la arsina es: 2 6s=$ (g)
2 6s (s) + $ = 2 (g)
4 se encontró 7ue la !resión total del siste"a ara con el tie"!o co"o se indica a $&0? #ie"!o (3) Presión (CPa)
0 $%,2
,$$ 0,$
1' $,'5
25,5 5,$5
$,'' &,05
,5 &,&5
a).eter"inar el orden de la reacción con res!ecto a la arsina 4 la constante de elocidad es!ec/ica. Ing. J. J. Flores Ramos
!
UNI FIQT – AACB
Cinética Química
b) ó"o ariar la constante de elocidad es!ec/ica a 500? si T 20 DcalB"ol.
$. onsidere la reacción de orden cero
6 → !roductos.
a) scriba la le4 de elocidad. b) ules son las unidades de la constante de elocidad; c) ibuEe la gr/ica 7ue re!resente la ariación de la elocidad con la concentración de 6. d) Puede ser la "olecularidad cero;
$5. 6 !artir de los datos de te"!eratura 4 constante de elocidad 7ue a!arecen en la tabla, calcule gr/ica"ente el alor de a7uel o a7uellos !ar"etros cin-ticos 7ue considere o!ortunos, indicando de 7u- !ar"etro o !ar"etros se trata 4 cules son sus unidades.
#e"!eratura (D) C . 10 (s>1)
$$& &,
$2& 15,0
$1& ,%&
$0& 1,$5
$'. a de!endencia con la te"!eratura de la constante de elocidad de
la
reacción: O (g)
+
NO2 (g)
O2 (g) +
NO (g)
Se "uestra tabulada a continuación, deter"ine: c) a energa de actiación en GB"ol d) 6l adicionar un catali
#e"!eratura (D)
'00
'50
00
50
&00
D (*>1 . s>1)
0,02&
0,22
1,$
',0
2$
Ing. J. J. Flores Ramos
!2
UNI FIQT – AACB
Cinética Química
Reacción exotérica
Ing. J. J. Flores Ramos
!!