Problemas resueltos de Cinetica Quimica

Problemas resueltos de Cinética Química

1. TEMA 5.- CINÉTICA QUÍMICA
LEY DE VELOCIDAD
1. La ley de velocidad para la reacción
NH4
+
(ac) + NO2
-
(ac)  N2 (g) + 2 H2O (l)
está dada por
v = k · [NH4
+
] · [NO2
-
]
A 25
o
C la constante de velocidad es 3,0·10
-4
/M·s. Calcula la velocidad de la reacción
a esa temperatura si [NH4
+
] = 0,26 M y [NO2
-
] = 0,080 M.
�=�·[�??????
4
+
]·[��
2
−
]

�=�,�· ��
−�
(??????· �??????�
−�
· �
−�
)

si [�??????
4
+
]=0,26 � ;[��
2
−
]=0,080 �

??????=(3,0·10
−4
)·0,26·0,080=�,��·��
−�

�
�

2. 2. Con los datos de la Tabla:
[F2] (M) [ClO2] (M) v (M/s)
0,1 0,01 1,2·10
-3

0,1 0,04 4,8·10
-3

0,2 0,01 2,4·10
-3


Calcula la velocidad de la reacción en el momento en que [F2] = 0,010 M y [ClO2] =
0,020 M.

�=�·[�
2]
�
·[���
2]
�


4,8·10
−3
=�·[0,1]
�
·[0,04]
�

1,2· 10
−3
=�·[0,1]
�
·[0,01]
�

�=�

2,4·10
−3
=�·[0,2]
�
·[0,01]
�

1,2· 10
−3
=�·[0,1]
�
·[0,01]
�

�=�

Ecuación de velocidad: �=�·[�
2]·[���
2]

1,2·10
−3
=�·0,1·0,01; �=�,�
�
�??????�·�


�?????? [�
2]=0,010 � ?????? [���
2]=0,020 �:
??????=1,2·0,010·0,020=�,�· ��
−�

�??????�
�·�

3. 3. Una de las reacciones que participan en la destrucción de la capa de ozono es:
[NO] inicial (M) [O3] inicial (M) Velocidad
inicial (M/s)
Experiencia 1 1,5·10
-5
2,3·10
-5
7,6·10
-3

Experiencia 2 1,5·10
-5
6,9·10
-5
2,3·10
-2

Experiencia 3 4,5·10
-5
6,9·10
-5
6,8·10
-2


Calcula el valor de la constante de velocidad a 25
o
C y determina la ecuación de
velocidad.

�=�·[��]
�
·[�
3]
�


6,8· 10
−2
=�·[4,5· 10
−5
]
�
·[6,9· 10
−5
]
�

2,3· 10
−2
=�·[1,5· 10
−5
]
�
·[6,9· 10
−5
]
�

�=�

2,3· 10
−2
=�·[1,5· 10
−5
]·[6,9· 10
−5
]
�

7,6· 10
−3
=�·[1,5· 10
−5
]·[2,3· 10
−5
]
�

�=�

�=�·[��]·[�
3] (���??????�??????ó� �� �����??????�??????�)

7,6· 10
−3
=�·[1,5· 10
−5
]·[2,3· 10
−5
] ; �=�,�· ��
�

�
�??????�·�

4. 4. El estudio de la reacción de reducción de monóxido de nitrógeno a una
determinada temperatura ha permitido obtener la siguiente información:
H2 (g) + NO (g)  H2O (g) + ½ N2 (g)
[H2] inicial (M) [NO] inicial (M) Velocidad
inicial (M/s)
Experiencia 1 1,5·10
-2
1,4·10
-3
2,0·10
-6

Experiencia 2 1,5·10
-2
2,8·10
-3
8,0·10
-6

Experiencia 3 4,5·10
-2
1,4·10
-3
6,0·10
-6


a) Determina la ecuación de velocidad.
b) ¿Cuál es la velocidad de reacción cuando las concentraciones de
hidrógeno y monóxido de nitrógeno son 3,0·10
-3
M y 4,4·10
-2
M
respectivamente?
�=�·[??????
2]
�
·[��]
�


6,0· 10
−6
=�·[4,5· 10
−2
]
�
·[1,4· 10
−3
]
�

2,0· 10
−6
=�·[1,5· 10
−2
]
�
·[1,4· 10
−3
]
�

�=�

8,0· 10
−6
=�·[1,5· 10
−2
]·[2,8· 10
−3
]
�

2,0· 10
−6
=�·[1,5· 10
−2
]·[1,4· 10
−3
]
�

�=�

���??????�??????ó� �� �����??????�??????�: �=�·[??????
2]·[��]
2


2,0· 10
−6
=�·[1,5· 10
−2
]·[1,4· 10
−3
]
2
; �=��,��
�
�
�??????�
�
·�


??????=68,03·[3,0· 10
−3
]·[4,4· 10
−2
]
2
=�,��·��
−�

�??????�
�·�

5. 5. La reacción 2 A + B  C es de orden 1 respecto de A y de orden 2 respecto de B, y
la constante de velocidad vale 5,1·10
-3
/M
2
·s a cierta temperatura. Calcula la
velocidad de reacción cuando las concentraciones de A y B son respectivamente,
0,01 M y 0,02 M.
REACCIÓN: 2 A + B  C
??????=5,1· 10
−3
·[0,01]·[0,02]
2
=�,��· ��
−�

�??????�
�·�





6. Se ha comprobado que la reacción A + B  C + D es de primer orden, tanto
respecto de A como de B. Cuando [A] = 0,2 M y [B] = 0,8 M, la velocidad de reacción
es 5,6·10
-3
M/s. Calcula el valor de la constante de velocidad y la velocidad de
reacción cuando [A] = 0,2 M y [B] = 0,2 M.

REACCIÓN: A + B  C + D

�=�·[0,2]·[0,8] ; �=�,���
�
�??????�·�


??????=0,035·[0,2]·[0,2]=�,�· ��
−�

�??????�
�·�

6. RELACIÓN ENTRE LA CONCENTRACIÓN DE REACTIVOS Y EL TIEMPO
7. La constante de rapidez para la reacción de segundo orden:
2 NO2 (g)  2 NO (g) + O (g)
es de 0,54 /M·s a 300
o
C. ¿Cuánto tiempo tomará (en segundos) para que la
concentración de NO2 disminuya desde 0,62 M hasta 0,28 M?
REACCIÓN: 2 NO2 (g)  2 NO (g) + O (g)

� (300
??????
�)=0,54
�
���·�


�=�·[��
2]
2


1
[��
2]
−
1
[��
2]
??????
= �· �

1
0,28
−
1
0,62
=0,54·�; �=�,�� �

7. CUESTIONES Y PROBLEMAS GENERALES
8. Una alternativa para eliminar el sulfuro de hidrógeno, H2S, de las aguas residuales
industriales es el tratamiento con cloro:
H2S (ac) + Cl2 (ac)  S (s) + 2 H
+
(ac) + 2 Cl
-
(ac)
La ecuación de velocidad indica que la reacción es de primer orden respecto a cada
reactivo. La constante de velocidad es 3,0·10
-2
M/s a 25
o
C. En un instante se
determina que la concentración de H2S es 3,2·10
-4
M y la de Cl2 es 0,14 M. ¿Cuál es la
velocidad de formación de Cl
-
?

REACCIÓN: H2S (ac) + Cl2 (ac)  S (s) + 2 H
+ (ac) + 2 Cl
- (ac)

�=�·[??????
2??????]·[��
2]

�=3,0· 10
−2

�
���·�


??????=(3,0· 10
−2
)·(3,2· 10
−4
)·(0,14)=�,���· ��
−�

�??????�
�·�


?????? (??????�
−
)=
1
2
·�=�,��· ��
−�

�??????�
�·�

8. 9. La reacción en fase gaseosa entre A y B es de orden cero respecto al reactivo 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 7,75·10
-4
M/s.
a) Calcula la velocidad inicial cuando las concentraciones de A y B son 2,0 y 3,0
M respectivamente.
b) ¿Cómo se modifica la velocidad si:
- el volumen del recipiente de reacción se hace tres veces mayor?
- la presión de B se duplica?

REACCIÓN: A + B  Productos

�=�·[�]
0
·[�]
2
=�·[�]
2


7,75· 10
−4
=�·(1,5)
2
; �=�,��· ��
−�

�
�??????�·�


??????=3,44· 10
−4
·(3,0)
2
=�,�· ��
−�

�??????�
�·�


Al aumentar el volumen del recipiente, disminuye la concentración de
reactivos y, por ello, la velocidad de reacción. Como la reacción es de
segundo orden respecto de B, la velocidad será nueve veces menor.

Al duplicar la presión parcial de B, aumenta la velocidad de reacción. Se
hace cuatro veces mayor.

9. 10. Los datos siguientes corresponden a la reacción:
Br2 (ac) + HCOOH (ac)  2 Br
-
(ac) + 2 H
+
(ac) + CO2 (g)
y se han obtenido a 25
o
C:
Tiempo (s) 0 50 100 150 200
[Br2] (M) 0,0120 0,0101 0,0085 0,0071 0,0060

Calcula la velocidad media de reacción en los primeros 50 s de reacción, entre t = 50
s y t = 100 s, entre t = 100 s y t = 150 s, y entre t = 150 s y t = 200 s.

??????= −
∆[��
2]
∆�
= −
[��
2] −[��
2]
??????
�
??????− �
0
= −
0,0101−0,0120
50−0
= �,�·��
−�

�??????�
�·�


??????=−
0,0085−0,0101
100−50
= �,�·��
−�

�??????�
�·�


??????=−
0,0071−0,0085
150−100
= �,�·��
−�

�??????�
�·�


??????=−
0,0060−0,0071
200−150
= �,�·��
−�

�??????�
�·�

10. 11. Se tienen los siguientes datos para la reacción entre hidrógeno y óxido nítrico a
700
o
C:
Experimento [H2] [NO]
Velocidad inicial
(M/s)
1 0,010 0,025 2,4·10
-6

2 0,005 0,025 1,2·10
-6

3 0,010 0,0125 0,60·10
-6


a) Determina el orden de la reacción.
b) Calcula la constante cinética.
�=�·[??????
2]
�
·[��]
�


2,4· 10
−6
=�·[0,010]
�
·[0,025]
�

1,2· 10
−6
=�·[0,005]
�
·[0,025]
�

�=�

2,4· 10
−6
=�·[0,010]·[0,025]
�

0,60· 10
−6
=�·[0,010]·[0,0125]
�

�=�

2,4· 10
−6
=�·[0,010]
1
·[0,025]
2
; �=�,���
�
�
�??????�
�
·�

11. 12. La reacción 2 A + 3 B  C es de primer orden respecto de A y de B. Cuando las
concentraciones iniciales son [A] = 1,6·10
-2
M y [B] = 2,4·10
-3
M, la velocidad es de
4,1·10
-4
M/s. Calcula la constante cinética para la reacción.

REACCIÓN: 2 A + 3 B  C

�=�·[�]·[�]

4,1· 10
−4
=�·[1,6· 10
−2
]·[2,4· 10
−3
] ; �=��,��
�
�??????�·�

12. 13. La bromación de la acetona es catalizada en medio ácido:


Se midió la rapidez de desaparición del bromo para diferentes concentraciones de
acetona, bromo y iones H
+
, a cierta temperatura:
[CH3COCH3] [Br2] [H
+
]
Velocidad de
desaparición del
Br2 (M/s)
0,3 0,05 0,05 5,7·10
-5

0,3 0,1 0,05 5,7·10
-5

0,3 0,05 0,1 1,2·10
-4

0,4 0,05 0,2 3,1·10
-4

0,4 0,05 0,05 7,6·10
-5


a) ¿Cuál es la ecuación de velocidad para la reacción?
b) Determina la constante cinética.

�=�·[�??????
3���??????
3]
�
·[��
2]
�
·[??????
+
]
�


7,6· 10
−5
=�·[0,4]
�
·[0,05]
�
·[0,05]
�

5,7· 10
−5
=�·[0,3]
�
·[0,05]
�
·[0,05]
�

�=�

5,7· 10
−5
=�·[0,3]·[0,1]
�
·[0,05]
�

5,7· 10
−5
=�·[0,3]·[0,05]
�
·[0,05]
�

�=�

1,2· 10
−4
=�·[0,3]·[0,1]
�

5,7· 10
−5
=�·[0,3]·[0,05]
�

�=�

13. ??????=�·[????????????
�????????????????????????
�]·[??????
+
]

5,7· 10
−5
=�·0,3·0,05 ; �=�,�· ��
−�

�
�??????�·�