Examen 1Ev2009P5-J2000C4

Los siguientes datos describen 4 reacciones químicas del tipo A + B → C + D

Energía de activación (kJ/mol) ΔG(kJ/mol) ΔH(kJ/mol)
Reacción 1 1 -2 0,2
Reacción 2 0,5 5 -0,8
Reacción 3 0,7 0,7 0,6
Reacción 4 1,5 -0,5 -0,3

Se desea saber:
a) ¿Cuál es la reacción más rápida?
b) ¿Cuál o cuáles de estas reacciones son espontáneas?
c) ¿Cuál es la reacción más exotérmica?
d) ¿Qué valores de la tabla podrían modificarse por la presencia de un catalizador en cualquiera de las situaciones anteriores?
Justifica las respuestas:

Solución:

a) Reacción 2.- La velocidad de reacción sólo depende de la Ea. Puesto que la dependencia de la velocidad con Ea está incluida en k=A.e(-Ea/R.T),vemos que a menor Ea, mayor k y por lo tanto mayor v.

b) Reacciones 1 y 4.- La espontaneidad de una reacción se calcula a partir de la energía libre de Gibbs. Una reacción es espontánea si ΔG<0

c) Reacción 2.- Una reacción es exotérmica cuando libera calor al entorno, es decir cuando pierde entalpía, ΔH<0. Cuanto más energía pierda, mas calor libera al entorno y más exotérmica será.

d) Energía de ionización.- Un catalizador es una sustancia que sin modificar el estado inicial y final de la reacción, es capaz de cambiar el mecanismo de reacción, puediendo modificar la velocidad de esta. Por lo tanto, puesto que no afecta a la situación inicial y final, no puede alterar ninguna función de estado (ΔG o ΔH) y solo podrá modificar Ea.

Examen 1Ev2009P3-M2008C3

Un componente A se descompone según la reacción 2A → B + C que es exotérmica, espontánea a temperatura ambiente y con una alta energía de activación y cuya velocidad se multiplica por 4 cuando se duplica la concentración del reactivo A.

a) Representa, en un diagrama entálpico, energía de activación y entalpía de reacción
b) Determina si se trata de una reacción elemental, el orden de reacción y las unidades de la constante de velocidad.
c) Justifica qué proceso es más rápido, el directo o el inverso
d) Determina 3 modos distintos de aumentar la velocidad de reacción

Solución:

a)
entalpia
Se define entalpía de reacción como la diferencia de entalpía entre los productos y los reactivos. Como en este caso se trata de una reacción exotérmica, los reactivos tienen más energía que los productos, de modo que la entalpía de reacción será negativa.
Energía de activación es la energía que tienen que adquirir los reactivos para transformarse en los productos. En este caso es alta, por eso el pico es alto.

b) Para saber si se trata de una reacción elemental hemos de calcular el orden de reacción y ver si coincide con el ceficiente estequiométrico. Para ello, utilizamos los datos experimentales que nos da el enunciado:
V1=k.[A]α
V2=4V1=k.(2[A])α
Partimos la una por la otra:
1/4 =(1/2)α; α=2 → coincide con el coeficiente estequiométrico →reacción elemental

Y por lo tanto, el orden de reacción = 2

Las unidades de la constante de velocidad dependen de la ecuación de velocidad.

v=k.[A]2; (mol/L.s)=[k].(mol/L)2; [k]=L/mol.s

c) Como se muestra en la imagen del apartado a) Ea(directa)<Ea(inversa), es decir, la energía que tienen que adquirir los reactivos para transformarse en los productos es menor que la que tienen que adquirir los productos para transformarse en los reactivos. Puesto que la velocidad de reacción depende de la energía de activación, es decir, del mecanismo de reacción, la reacción inversa será más lenta que la reacción directa.

d) Puesto que la velocidad de reacción depende de temperatura, concentración de los reactivos y presencia de catalizadores, estos serán los modos de aumentar la velocidad de reacción.
La constante de velocidad tiene las siguientes dependencias: k=A.e(-Ea/R.T)
1.- aumento de T.- un aumento de temperatura hace que aumente k y por lo tanto, que aumente v.
2.- disminución de volumen.- si disminuimos el volumen, aumenta la concentración de los reactivos, y por lo tanto, la v.
3.- catalizador positivo.- Un catalizador modifica el mecanismo de reacción, haciendo que disminuya la Ea y por lo tanto que aumente k, aumentando también v.

Le Chatelier y cinética química-S2001C2

Considere el equilibrio: 2NOBr (g) ↔ 2 NO (g) + Br2 (g)
Razone cómo variará el número de moles de Br2 en el recipiente si:
a) se añade NOBr.
b) se aumenta el volumen del recipiente.
c) se añade NO.
d) se pone un catalizador.

Solución:

El Principio de Le Chatelier, dice que si sobre un sistema en equilibrio se introduce una
modificación externa, el equilibrio evoluciona en el sentido en que se oponga a tal
modificación:
a) Si se añade NOBr, en este caso el reactivo, el equilibrio tiende a consumir este NOBr,
luego evolucionará en el sentido de los productos, esto es, hacia la derecha.
b) Un aumento en el volumen del recipiente, implica una disminución en la presión total del
sistema. En un sistema gaseoso, debe mantenerse: P · V = cte, luego una disminución de
presión, conlleva un aumento de volumen, es decir, el equilibrio se desplaza en el sentido en
que haya más moles, que sería hacia la derecha.
c) Si se añade NO, el sistema tenderá a consumirlo, para lo cual evolucionará hacia el
reactivo, es decir, hacia la izquierda.
d) La adición de un catalizador no altera los equilibrios, solamente modifica las velocidades
de reacción.