Sea la siguiente reacción: 2A + B → 3C:
a) Expresa la velocidad de reacción en función de cada uno de los reactivos y de los productos.
b) Si la ecuación cinética es v=k[A][B], determina los órdenes parciales y total de la reacción y las unidades de k. ¿Qué podemos decir de esta reacción?

Solución

a) Definimos velocidad de reacción como la rapidez con la que desaparecen los reactivos o la rapidez con la que aparecen los productos:

b) Lo primero que podemos decir de la reacción es que no se trata de una reacción elemental puesto que los coeficientes estequiométricos de la reacción no coinciden con los órdenes parciales de la misma. Se trata de una reacción que se va a producir en varias etapas y su etapa más lenta tendrá como reactivos A y B con coeficiente estequiométrico 1 en ambos casos.

Orden parcial del reactivo A = 1
Orden parcial del reactivo B = 1
Orden total de la reacción = 1 + 1 = 2

Unidades de k: mol/(L·s) = [k]·(mol/L)·(mol/L) → [k] = L/(mol.s)

La reacción en fase gaseosa 2A + B → 3C es una reacción elemental y por tanto de orden 2 respecto de A y de orden 1 respecto de B.
a) Formula la expresión para la ecuación de velocidad.
b) Indica las unidades de la velocidad de reacción y de la constante cinética
c) Justifica cómo afecta a la velocidad de reacción un aumento de la temperatura a volumen constante.
d) Justifica cómo afecta a la velocidad de reacción un aumento del volumen a temperatura constante.

Solución:

a) Puesto que se trata de una reacción elemental, los coeficientes estequiométricos deben coincidir con los órdenes parciales de reacción, de modo que: v=k[A]²[B]

b) Las unidades de la velocidad de reacción son siempre las mismas: mol/L.s

Las de la constante de velocidad, dependen del orden total de reacción:

mol/L.s=k.(mol/L)²(mol/L)→ [k]=L²/mol².s

c) La dependencia de la velocidad con la temperatura está en k=A.e^(-Ea/RT)

Por lo tanto, a mayor temperatura, mayor k y también mayor v.

d) Si aumenta el volumen, disminuye la concentración de los reactivos, y por lo tanto, disminuirá la velocidad de reacción

Para la reacción A + B → D se han realizado 4 experimentos que aparecen recogidos en la siguiente tabla:

Encuentra su ecuación cinética así como las unidades de k

Solución

Puesto que esta reacción tiene 2 reactivos, su ecuación de velocidad será de la forma:
v=k·[A]^φ·[B]^β
Para calcular φ y β utilizaremos los datos que nos dan en los 4 experimentos que se han realizado.
Calculo φ:
Para ello tomaré dos experimentos en los que la concentración del reactivo B no varíe, de modo que la variación de la velocidad se deba únicamente a la variación del reactivo A.
v=k’·[A]^φ
Tomo los experimentos 1) y 3) y obtengo 3)/1) → 0,090/0,030 = (0,30/0,10)^φ → 3 = 3^φ → log 3 = φ·log3 → φ=1

Calculo β:
Para ello tomaré dos experimentos en los que la concentración del reactivo A no varíe, de modo que la variación de la velocidad se deba únicamente a la variación del reactivo B.
v=k”·[B]^β
Tomo los experimentos 1) y 2) y obtengo 2)/1) → 0,120/0,030 = (0,60/0,30)^β → 4 = 2^β → log 4 = β·log2 → β=2

Calculo k:
Una vez calculados los órdenes parciales de los dos reactivos, despejo k de cualquiera de los experimentos. Si tomo el experimento 1):
k = v/([A]^φ·[B]β^{) = 0,030/(0,10·0,30}2^^) = 3,33
Para calcular sus unidades, debo tener en cuenta el orden total de la reacción y las unidades de velocidad y de concentración:
mol/(L.s) = [k](mol/L)·(mol/L)² → [k] = L²/(s·mol²)

Solución: β=2; φ=1; k=3,33 L²/(s·mol²)