Examen de Cinética Química – Junio 2021 (1s)

La solución de cada pregunta puede verse pulsando sobre su enunciado

CUESTIONES

1. ¿Para qué orden de reacción el tiempo que debe transcurrir para que una determinada concentración de un reactivo se reduzca a la mitad es un valor constante a lo largo de toda la reacción?

(A). 0
(B). 1
(C). 2
(D). 3

Solución: B.

2. Supóngase una reacción compleja que responde a la siguiente ecuación de velocidad:
v = k₁[A] + k₂[A]²
De ella cabe decir…

(A). que es de orden 1.
(B). que es de orden 1,5.
(C). que es de orden 2.
(D). que para ciertos valores de [A] puede comportarse como de orden 1 y para otros valores como de orden 2.

Solución: D.

3. Para seguir la cinética de disociación en fase gaseosa 2 N₂O₅(g) ⟶ 4 NO₂(g) + O₂ (g) se va midiendo la presión en el interior del reactor (de volumen constante). Si la presión inicial, cuando solo había N₂O₅, es p₀, ¿cuál será la presión en cualquier momento en función del número inicial de moles de N₂O₅, n, y el grado de disociación, a?

(A). n(1 + (3/2)a)p₀
(B). (n + a)p₀
(C). (1 + (3/2)a)p₀
(D). 2(n + a)p₀

Solución: C.

4. En la reacción H₂ + C₂H₄ ⟶ C₂H₆ se mide un factor preexponencial de 1,26·10⁶ (en las unidades que le corresponden según el orden de la reacción) pero se calcula un valor de 7,4·10¹¹ (en las mismas unidades). Por otra parte, la energía de activación es de 180 kJ mol^-1. Determinar el factor estérico.

(A). 4,1·10⁹
(B). 6·10⁵
(C). 6,9·10³
(D). 1,7·10^-6

Solución: D.

5. ¿Cuál de las siguientes es la expresión para calcular la función de partición de vibración?

Solución: A. No es difícil identificarla porque es la única que contiene a la variable ν, que es la frecuencia de vibración. Dos de ellas son funciones de partición de rotación; se identifican por los momentos de inercia (I), que es una magnitud relacionada con la rotación. La otra es la de traslación; en ella figura la masa, variable con gran influencia en la traslación y equivalente al momento de inercia en la rotación.

6. Para las reacciones entre dos reactivos A y B en disolución se acepta, en general, este mecanismo:

del cual se deduce esta expresión de la ley de velocidad:

siendo

Según eso, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera?

(A). Las reacciones controladas por difusión son más probables en fases condensadas que en fase gaseosa.
(B). Si la reacción está controlada químicamente no habrá que tener en cuenta la constante del equilibrio de difusión.
(C). Si la energía de activación es muy alta se cumple  .
(D). Si la reacción está controlada por difusión se cumple  , siendo K la contante del equilibrio .

Solución: A. La expresión

puede simplificarse de dos modos. Si la reacción está controlada o limitada por activación (es decir, si la energía de activación es muy alta), eso supondría que la constante de velocidad k_r sería baja, con lo cual podremos escribir k_r ≪ k_–d. Por lo tanto, en el cociente anterior k_r + k_–d ≅ k_–d y quedaría: k = k_d k_r / k_–d. Pero k_d / k_–d = K, constante de equilibrio de la reacción A + B ⇌ (A··B). Entonces: d[P] / dt ≅ k_r [A] [B]. Una reacción limitada por activación también se dice que es “controlada químicamente”.  

Por el contrario, si k_r ≫ k_–d se dice que la reacción está controlada (o limitada) por difusión y el cociente sería igual simplemente a k_d.

Por otro lado, las reacciones controladas por difusión son mucho más comunes en fase sólida y líquida que en fase gaseosa, ya que en esta última la velocidad de difusión es generalmente muy alta y el control de la reacción lo ejerce la reacción química. Por el contrario, en las fases condensadas las velocidades de difusión son más lentas debido a las colisiones con las moléculas del solvente. Se sabe que la constante del equilibrio de difusión k_d es aproximadamente igual a (8RT)/(3η), lo que demuestra que, a mayor viscosidad del disolvente, menor k_d.

PROBLEMA (Consta de tres apartados)

7. Se llevó a cabo una reacción de orden 2 del tipo A + 2B ⟶ P. Las concentraciones iniciales de A y B fueron 0,075 mol dm^-3 y 0,080 mol dm^-3, respectivamente. Pasada una hora exacta de reacción, la concentración de A había descendido a 0,045 mol dm^-3. Sabiendo que la ley de velocidad de la reacción viene dada por:

calcular la constante de velocidad.

(A). 3,47·10^-3 mol^-1 L s^-1
(B). 12,51 mol^-1 L s^-1.
(C). 4,5·10⁴ mol^-1 L s^-1
(D). El valor que se obtiene difiere en más de un 10% de todos los anteriores.

Solución: A.

8. Calcular el tiempo de vida media en términos del reactivo B.

(A). Unos 10³ s
(B). Unas 0,44 h
(C). Unas 2,4 h
(D). El valor que se obtiene difiere de todos los anteriores en al menos un factor de 10.

Solución: B.

9. ¿Cuánto tiempo tiene que transcurrir para que se consuma el reactivo limitante?

(A). Unos 2·10³ s
(B). Unas 0,88 h
(C). Unas 4,8 h
(D). Teóricamente, infinito.

Solución: D.