Examen de Cinética Química – Junio 2020 (1s)

La solución de cada pregunta puede verse pulsando sobre su enunciado

CUESTIONES

1. Se sabe que muchas reacciones químicas siguen la siguiente ley de velocidad:
v = k[A]^α [B]^β
en la que los exponentes α, β… a los que están elevadas las concentraciones de los reactivos A, B… se denominan órdenes de reacción en A, B…, respectivamente, siendo el orden total la suma α + β + ···. Según eso, decir cuál sería el orden total de la reacción H₂ + Br₂ ⟶ 2 HBr, cuya ley de velocidad viene dada por

(A). –1/2
(B). 3/2
(C). 5/2
(D). No está definido

Solución: D.

2. Supóngase la siguiente reacción:

¿Qué relación tiene que darse entre las constantes para que se pueda aplicar la aproximación de preequilibrio?

(A). k₂ ≫ k_–1
(B). k₁ ≅ k_–1
(C). k₂ ≫ k₁
(D). k_–1 ≫ k₂

Solución: D. La condición de preequlibrio es aquella en la que la velocidad de descomposición del intermedio I en los reactivos A y B es mucho mayor que la velocidad a la que dicho intermedio forma los productos. Esto se cumple cuando k_–1 ≫ k₂. Si sucediera lo contrario (k₂ ≫ k_–1), cada vez que se formara una molécula I a partir de A + B, esta molécula tendería a evolucionar rápidamente hacia el producto P. No podría alcanzarse el equilibrio entre A + B e I, ya que I continuamente estaría desapareciendo, lo que provocaría que A y B siguieran reaccionando. Sin embargo, si k₂ es pequeña (mucho más pequeña que k_–1), entonces el sistema tiene tiempo para alcanzar el equilibrio:

Que k₂ fuera mucho mayor que k₁ también tendería a romper la condición de preequilibrio ya que eso supondría, en principio, que cada molécula de I que se formara a partir de A + B tendería a evolucionar rápidamente hacia P. Pero solo ocurriría así si k_–1 fuese muy pequeña. Por el contrario, como se ha dicho, si k_–1 es muy grande (tan grande como para que se dé la desigualdad k_–1 ≫ k₂), I tenderá a volver a dar A + B antes de descomponerse en P. Es decir, lo importante no es la relación entre k₁ y k₂, sino entre k_–1 y k₂.

          Por otro lado, si k₁= k_–1 hay dos posibilidades: que ambas constantes tengan valores altos (lo que significaría que el equilibrio se alcanzaría pronto) o que ambas tengan valores bajos (el equilibrio tardaría en alcanzarse). Pero, en uno u otro caso, lo que importa es su valor relativo respecto al de k₂. Y, como se ha dicho, al menos k_–1 tiene que ser mucho mayor que k₂ para que se alcance la condición de preequlibrio.

3. La hidrólisis de un éster conduce al ácido y al alcohol correspondientes. Se ha seguido la hidrólisis del acetato de etilo con hidróxido sódico por conductimetría, recogiéndose la siguiente tabla de datos:

¿Por qué la conductividad va disminuyendo con el progreso de la reacción?

(A). Porque uno de los productos tiene carga positiva.
(B). Porque la velocidad de la reacción va disminuyendo.
(C). Porque los iones acetato tienen menos conductividad que los hidróxidos.
(D). Porque el sistema va evolucionando hacia el equilibrio.

Solución: C.

4. Según la teoría de colisiones, el coeficiente de velocidad de una reacción bimolecular se puede calcular a partir de:

Si para cierta reacción química el valor de la expresión anterior es 171 kJ mol^–1, la sección eficaz de colisión vale 0,36 nm² y la masa reducida de las moléculas reaccionantes es 3,32·10^–27 kg, ¿cuánto valdría el coeficiente cinético a 650 K asumiendo que el factor estérico fuera la unidad? (Dato: La constante de Boltzmann vale 1,38·10^–23 J K^–1).

(A). Aproximadamente10^–5 mol^–1 m³ s^–1
(B). 0,027 mol^–1 m³ s^–1
(C). 1,03·10⁴ mol^–1 m³ s^–1
(D). El valor que se obtiene es muy diferente a todos los demás.

Solución: A. Solo hay que sustituir los valores numéricos: r (factor estérico) = 1; sección eficaz = 0,36 nm² = 3,6·10^–19 m²; L (constante de Avogadro) = 6,022·10²³ mol^–1; k_B = 1,38·10^–23 J K^–1 = 1,38·10^–23 kg m² s^–2 K^–1; μ = 3,32·10^–27 kg; E_a = 171 kJ mol^–1;  (constante de los gases) = 8,314 J mol^–1K^–1; T = 650 K:

≅ 10^–5 mol^–1m³s^–1

5. Lindemann dio una explicación al hecho de que las reacciones unimoleculares…   

(A). son menos frecuentes que las trimoleculares.
(B). tienen un orden de reacción que depende de la presión.
(C). transcurren siempre en una sola etapa.
(D). son siempre isomerizaciones.

Solución: B.

6. La ley límite de Debye–Hückel se expresa matemáticamente así:

¿Qué es A_DH?

(A). Una constante que depende de la temperatura
(B). La sección eficaz de colisión de las moléculas A
(C). El factor preexponencial de Arrhenius
(D). El factor preexponencial de la teoría de colisiones

Solución: A. La ley límite de Debye-Hückel tiene aplicación en el tratamiento de reacciones de iones inmersos en un medio dieléctrico, relacionando el coeficiente de actividad con la carga de los iones y la fuerza iónica a través de una constante (A_DH).

PROBLEMA (Consta de tres apartados)

7. Se aplica el método de las velocidades iniciales a la reacción A + 2 B ⟶ P para conocer el orden en A. La concentración de B se puede considerar constante e igual a 1 mol dm^–3. Se obtiene la siguiente tabla de medidas.

¿Cuál es el orden de la reacción en A?

(A). 1
(B). 2
(C). 3
(D). 10

Solución: B.

8. ¿Cuál es el valor numérico aproximado del coeficiente de velocidad (basado en las unidades molⁿ dm^3m min^ñ que le correspondan según el orden de la reacción)?

(A). 2·10^–18
(B). 1,2
(C). 11,6
(D). No se puede conocer / No es ninguno de los valores anteriores

Solución: C.

9. ¿Cuánto tiempo aproximado tiene que transcurrir para que una concentración inicial de A de 10^–3 mol dm^–3 se reduzca a la cuarta parte, aplicando la aproximación de que la concentración de B permanece constante e igual a 1 mol dm^–3?

(A). Aprox. 11 min
(B). 4,3 h
(C). 2,5·10³ min
(D). No se puede conocer / No es ninguno de los valores anteriores

Solución: B.