Cuestiones de exámenes de Cinética | Tema 4. Teoría de colisiones

2025

En la teoría simple de colisiones, el número de choques Z_AB entre átomos A y B por unidad de tiempo y unidad de volumen en una reacción bimolecular viene dado por:

siendo los N_i los números de átomos de A y B por unidad de volumen y d_AB la suma de los radios moleculares de A y B.

Supongamos que para cierta reacción bimolecular entre A y B se conoce el valor concreto de Z_AB. Si se duplicaran la masa del átomo A, la masa del átomo B y la temperatura absoluta, manteniéndose las demás variables sin modificar, ¿variaría el valor de Z_AB? En ese caso, ¿en qué proporción? 

(A). No variaría
(B). Se duplicaría
(C). Se reduciría a la mitad
(D). Sí variaría, pero de forma diferente a la indicada en las otras respuestas.

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El número de colisiones por unidad de tiempo y volumen (densidad de colisiones) en un gas formado por un solo tipo de moléculas A se puede expresar así:

Calcular la densidad de colisiones para el nitrógeno gaseoso a 25 ^oC y cuando la concentración de este gas es 40 mol m^–3 (p = 1 bar) y la llamada “sección eficaz”, σ, es de 0,43 nm². (La masa molecular del nitrógeno gaseoso es 28,02 uma; 1 uma = 1,661·10^–27 kg; la constante de Boltzmann es 1,381·10^–23 J K^–1; la constante de Avogadro (L) es 6,022·10²³ mol^–1).

(A). Unos 8,2·10³⁴ colisiones por m³ y segundo.
(B). Unas 8·10⁴³ colisiones por m³ y segundo.
(C). Unos 3,5 millones de colisiones por m³ y segundo.
(D). Se obtiene una cantidad muy diferente a las dadas.

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La densidad de colisiones en cierto gas en unas determinadas condiciones es del orden de 10³⁵ en un m³ por segundo. ¿Cuántos choques se producirán aproximadamente entre las moléculas de dicho gas contenidas en 1 dm³ durante 1 picosegundo?

(A). Del orden de 10⁵⁰
(B). Del orden de 10²⁶
(C). Del orden de 10²⁰
(D). Del orden de un millón

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2024

¿En todas las reacciones un aumento de T produce un aumento de la constante cinética k?

(A). Sí, en todas.
(B). En todas excepto en aquellas en las que el factor preexponencial de Arrhenius es negativo.
(C). La constante k aumenta con T solo si la energía de activación es negativa.
(D). No, en todas no.

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Solo una de las siguientes afirmaciones sobre el efecto túnel es incorrecta:

(A). No se produce en las reacciones de transferencia de electrones.
(B). Normalmente, su importancia relativa es mayor cuanto más baja es la temperatura.
(C). Se manifiesta mejor en el ¹H que en el ²H.
(D). Puede ser el proceso dominante en reacciones de transferencia de protones a temperaturas bajas.

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Según la teoría de colisiones, la constante de velocidad de una reacción bimolecular gaseosa entre A y B tiene la forma

k = C (T /μ)^½  exp (–E_a /(RT))

siendo C una constante y E_a la energía de activación. Para una determinada reacción de este tipo se ha representado k frente a T ^½ y se ha obtenido una recta de pendiente no nula. A propósito, solo una de las siguientes afirmaciones puede ser verdadera:

(A). C es función de T^–½.
(B). k no depende de T.
(C). La energía de activación es 0.
(D). Ninguna de las otras puede ser verdadera.

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2023

Una de las siguientes afirmaciones relacionadas conlas hipótesis de la teoría de colisiones es incorrecta.

(A). Durante la reacción no se mantiene la distribución de equilibrio de Maxwell-Boltzmann para las velocidades moleculares.
(B). Para que se produzca una reacción entre las moléculas estas deben chocar.
(C). No todos los choques entre moléculas de reactivos producen reacción.
(D). Cada molécula se considera esférica, con un radio constante.

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La teoría de colisiones predice que la constante de velocidad tiene la forma matemática k = CT^1/2 exp (–E_a / (RT)), siendo C una constante y E_a la energía de activación. Esto permite deducir que la derivada de ln k respecto a T sirve para encontrar el valor de E_a, conclusión que es generalizable a cualquier otra expresión matemática de k. Teniendo esto en cuenta, calcular la energía de activación a 300 K de una reacción cuyo valor de k en función de T se ajusta bien, en el entorno de 300 K, a la función k = 5,8·10⁶ – 5,0·10⁴ T + 1,1·10² T².

(A). Aprox. 15856 J mol^–1
(B). Aprox. 26456 J mol^–1
(C). Aprox. 156 kJ mol^–1
(D). El valor que se obtiene queda muy lejos de todos los otros.

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La siguiente figura muestra una trayectoria clásica calculada para el encuentro reactivo entre un átomo y una molécula diatómica. A propósito, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?   

(A). El cruce entre las líneas de R_BC y R_AC es indicativo de que la molécula producida en la reacción sale rotando.
(B). La reacción que se produce es A + BC → AB + C.
(C). La reacción se produce cuando transcurren unos 3·10^–14 s contados a partir de t = 0.
(D). La frecuencia de las vibraciones de los enlaces entre átomos en las moléculas es de unos 10 Hz.

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2022

Una de las siguientes no es una hipótesis de la teoría de colisiones.

(A). Cada molécula se considera esférica con un radio determinado y constante.
(B). Para que se produzca una reacción entre las moléculas estas deben chocar.
(C). Todos los choques entre moléculas de reactivos dan lugar a la reacción.
(D). Durante la reacción se mantiene la distribución de equilibrio de Maxwell-Boltzmann para las velocidades moleculares.

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Supóngase que se quiere estudiar la dinámica de la reacción H + F₂ → HF + F por quimioluminiscencia infrarroja. Una de las siguientes afirmaciones es falsa:

(A). El experimento debe hacerse a una presión alta para que la probabilidad de que los productos pierdan energía por colisión sea apreciable.
(B). La medida de la intensidad de las líneas de emisión infrarroja informará de cómo se distribuye la energía del producto HF.
(C). Los estudios de quimioluminiscencia infrarroja darán información sobre la superficie de energía potencial de la reacción.
(D). La quimioluminiscencia infrarroja no se considera una técnica de estudio de dinámicas con láseres.

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¿Cuánto vale la energía de activación típica para reacciones bimoleculares en fase gaseosa?

(A). Entre 0,03 y 0,3 kcal/mol
(B). Entre 0,3 y 3 kcal/mol
(C). Entre 3 y 30 kcal/mol
(D). Entre 30 y 300 kcal/mol

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2021

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

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Sobre el factor estérico, solo una de las siguientes afirmaciones es falsa:

(A). Se define como ρ = k(exp.) / k(calc.)
(B). Su valor será muy próximo a 1 en la reacción de hidrogenación del etileno.
(C). Da cuenta de hasta qué punto la energía de colisión se distribuye de forma adecuada para que se produzca la ruptura y formación de enlaces.
(D). Da cuenta de la fracción de choques reactivos.

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Según la teoría de colisión de esferas rígidas, para una reacción entre A y B, ¿cuál es la dependencia de k conla masa reducida de estas especies suponiendo las demás variables constantes?

(A). k ∝ μ
(B). k ∝ 1/μ
(C). k ∝ μ^1/2
(D). La dependencia es diferente de las señaladas en las otras respuestas.

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2020

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.

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Según la teoría de colisiones, el factor preexponencial A viene dado por:

Calcular su valor numérico a 500 K para la reacción NO + O₃ ⟶ NO₂ + O₂ si el radio molecular del NO es 1,4 Å y el del O₃ 2,0 Å. (Pesos atómicos: N: 14; O: 16. La constante de Boltzmann vale 1,38·10^–23 J K^–1;  es la base de los logaritmos neperianos (2,718)).

(A). 1,1·10^–5 cm³ mol^–1 s^–1
(B). 2,7·10^–5 cm³ mol^–1 s^–1
(C). 2,7·10⁸ cm³ mol^–1 s^–1
(D). El valor que se obtiene es muy diferente de los otros.

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Según la teoría de colisiones de esferas rígidas, ¿cómo afectan el volumen del reactor (a T constante) y la temperatura (a V constante) a la velocidad de una reacción entre las moléculas A y B en fase gaseosa en el caso en que la energía umbral de dicha reacción se pueda independiente de T?

(A). La velocidad aumenta al aumentar T (para V constante) y V (para T constante).
(B). La velocidad aumenta al aumentar T (para V constante) y disminuir V (para T constante).
(C). La velocidad aumenta al disminuir T (para V constante) y aumentar V (para T constante).
(D). La velocidad aumenta al disminuir T (para V constante) y V (para T constante).

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2019

Sobre la teoría de Arrhenius (TA) y la teoría simple de colisiones (TC) una de las siguientes afirmaciones es falsa:

(A). En la TA el factor preexponencial no depende de la temperatura; en la TC, sí.
(B). La energía de activación de la TA es menor que la energía de la barrera de potencial de la TC.
(C). En la TC se considera que el producto ½ μ v² (μ: masa reducida; v: velocidad relativa de acercamiento) ha de ser igual o superar a la energía umbral necesaria para alcanzar la cima de la barrera de potencial.
(D). Una de las hipótesis de la TC es que la distribución de partículas en función de su energía cumple la estadística de Maxwell-Boltzmann.

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En la teoría simple de colisiones, dadas dos moléculas A y B de radios r_A y r_B, si llamamos b al parámetro de impacto, la colisión es imposible cuando…

(A). b ≤ r_A + r_B
(B). b > r_A + r_B
(C). b = 0
(D). b = r_A – r_B

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Estúdiese la imagen bajo estas líneas. Corresponde a la reacción entre un átomo de hidrógeno H_a y una molécula de dihidrógeno (H_b–H_c), aproximándose el uno a la otra a lo largo de la línea que une los centros (es decir, con un ángulo  de 180 grados). Dígase cuál de las siguientes afirmaciones sobre la imagen es cierta.

A). El eje Z es la energía potencial; los ejes X e Y representan distancias; los puntos discontinuos 2 señalan el camino de reacción; el punto 3 representa a los átomos separados unos de otros (H_a, H_b, H_c).
(B). Si el eje Y es la distancia entre H_a y H_b, el punto 1 representa al estado inicial (H_a + H_b–H_c), el punto 3 al estado de transición y el punto 4 al estado final (H_a–H_b + H_c).
(C). Según qué distancias estén representadas en los ejes X e Y, el estado inicial de la reacción puede ser indistintamente el punto 1 o el 4; el punto 5 representa a los átomos separados unos de otros (H_a, H_b, H_c).
(D). Los puntos 3 y 5 son puntos de silla.

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