activitats-finals.pdf

7/25/2019 activitats-finals.pdf

1/6

S O L U C I O N A R I Unitat 3

McGraw-Hill/Interamericana de Espaa, S.A.U Qumica 2. Batxillerat

Unitat 3. Cintica qumica

Qestions inicials

Sabeu qu s la -amilasa?

La -amilasa s un enzim contingut en la saliva que destrueix un tipus concret denlla dels midons.Nexisteix un de semblant, la -amilasa, que actua sobre uns altres enllaos especfics. Els midonsestan formats per unitats de glucosa. Hi ha dos subtipus de mid mesclats: lamilosa i lamilopectina,que tenen caracterstiques fsiques i qumiques lleugerament diferents. La -amilasa treballa a deter-minats pH. La saliva s lleument alcalina. Per tant, els midons o glcids de larrs o del pa shidrolit-zen dins la boca en un medi aproximadament neutre.

Per qu en els pastissos s millor posar-hi llevat en pols?

El llevat, microorganisme que produeix enzims, fa que la massa de farina humida, en fermentar, des-prengui dixid de carboni. Aquest gas fa esponjosa la massa i la fa ms compacta. El llevat de lespastisseries i fleques s massa de farina fermentada que cont microorganismes.

Laigua oxigenada es descompon en aigua i oxigen. Com s que la tenim a casa i no es descompon?El perxid dhidrogen comercial cont inhibidors de descomposici. La reacci de descomposici delaigua oxigenada s una reacci espontnia que es pot alentir notablement amb inhibidors.

Desprs de la verema, el most del ram fermenta espontniament. Sabeu quines sn les reaccions iper qu comencen?

El most del vi cont una bona proporci de sucres. Tamb cont uns microorganismes o llevats ano-menats Saccharomyces cerevisiae, que fermenten els sucres i els transformen en alcohol etlic i di-xid de carboni. Si un procs doxidaci posterior transforma una mica detanol en etanal, el vi es tornaagre i obtenim vi ranci. Si el procs doxidaci continua, letanol i letanal es transformen en cid ac-tic i sobt vinagre.

Com sho fan els adobers per ablanir fcilment les pells rgides de cabra i vaca?

Els adobers, tamb anomenats blaquers, afegeixen rendents a les pells rgides per ablanir-les. En elprocs dadobatge, les pells han de ser prviament tractades amb assaonadors de tanins o de cromper transformar-les en cuirs. Desprs es deixen una estona en remull amb els rendents (enzims pro-teoltics). Els rendents contenen pepsina, tripsina i carboxipeptidases que actuen sobre uns enllaospeptdics especfics formats per -aminocids concrets. Daquesta manera, sescura la cadena poli-peptdica i, aix, esdev menys rgida i el cuir obtingut s ms agradable al tacte.

Els cotxes moderns tenen un catalitzador al tub descapament. Sabeu quina funci fa i amb quinafinalitat?

El catalitzador dels tubs descapament dels motors cont plat, que s molt efica en el procs:2 NxOy$xN2 + yO2. Tots els xids de nitrogen sn fortament txics.

Us heu preguntat mai per qu a lestiu els aliments es malmeten ms rpidament?Totes les reaccions sacceleren amb la temperatura. Les fermentacions i les putrefaccions no en snuna excepci.

Qestions i problemes

1. Una reacci dordre zero depn de la concentraci dels reactius. Digueu si aquesta afirmaci

s certa o falsa. Raoneu la resposta.

v= k[A]0 [B]0

Les concentracions dels reactius no hi influeixen, perqu en elevar-les a zero sempre donen 1i la velocitat s sempre el valor de la constant cintica k.


2/6


2. En les reaccions dordre zero, com evoluciona la velocitat de reacci en el decurs del temps?

La velocitat roman constant en el decurs del temps.

3. Poden existir reaccions amb energies dactivaci, Ea, negatives? Raoneu la resposta.

Tal com hem explicat en la teoria cintica, s del tot impossible que lenergia dactivaci Easigui negativa. Altrament, en collocar els reactius en contacte, aquestes reaccions es produi-rien sempre espontniament i sense activar-les. Sabem que totes les reaccions, fins i tot lesespontnies, amb G < 0, necessiten una Ea positiva. Recordeu el cas de laigua a partir delhidrogen i loxigen gasosos.

4. Quines unitats t la constant de velocitat per a les reaccions dordre 0, 2 i 3?

Per a les reaccions dordre 0: mol/(L s)Per a les reaccions dordre 2: L/(mol s)Per a les reaccions dordre 3: L2/(mol2 s)

5. En una determinada reacci, quan es duplica la concentraci inicial dun reactiu tamb es

duplica la velocitat inicial de la reacci. De quin ordre s la reacci respecte a aquest reactiu?

I si la velocitat augmenta vuit vegades, de quin ordre s la reacci?

Si quan es duplica la concentraci inicial dun reactiu tamb es duplica la velocitat de la reacci:v= k[A] [B] [C]passa a 2v= k[2A] [B] [C]

Aix noms succeeix quan = 1, s a dir, quan la reacci s de primer ordre respecte del reac-tiu A.

Si la velocitat augmenta vuit vegades:v= k [A] [B] que passa a 8v= k [2A] [B], i aix noms succeeix quan = 3. En aquestsegon cas, hauria de valer 0, ja que lordre total duna reacci no pot ultrapassar de 3.

6. La sacarosa del sucre es pot degradar en sucres primaris mitjanant lenzim invertasa, o b,

cids. A temperatura constant, degradem una soluci de sacarosa que t una concentraci ini-

cial de 0,15 M amb els enzims adients. Al cap de 10 hores, la concentraci sha redut a 0,075 Mi, al cap de 20 hores, a 0,037 M. Calcula lordre de la reacci i el valor de la constant de velo-

citat a la temperatura de lassaig.

R: 1,9 105 s1.

Lexpressi general de la velocitat daquesta reacci s:v= k[Sacarosa] [H2O]

Com que hi ha una quantitat desproporcionada daigua respecte a la de la sacarosa, podemconsiderar que la concentraci daigua roman constant durant el procs. Per tant podemescriure:

v= k [Sacarosa]

Observem que, en duplicar-se el temps, la concentraci es redueix a la meitat:

Aix noms succeeix si = 1. s una reacci de primer ordre (en realitat, s de pseudoprimerordre).

Lequaci que relaciona la variaci de la concentraci en el decurs del temps en les reaccionsde primer ordre s:

ln [concentraci final/concentraci inicial] = k t

ln [0,15/0,075] = k 10 3600 sln 2 = k 36000 sk= 1,92 105 s1

Temps (h) 0 10 20

Concentraci (mol L1) 0,15 0,075 0,037


3/6


7. Tenim dues reaccions: A i B. Lenergia dactivaci de A s molt superior a la de B; s a dir,

EaA >> Ea

B. En augmentar la temperatura del sistema, com creieu que evolucionaran les velo-

citats dambdues reaccions?

EaB s molt menor que EaA i T1 < T2. En augmentar la temperatura, el percentatge de molcu-

les amb energia major que EaB creix molt ms rpidament que la reacci A. Per tant, en incre-mentar-se la T, la velocitat de la reacci B creix ms rpidament que la reacci A.

8. Una reacci A + B P ha donat, a una temperatura T, els segents valors de velocitat en fun-

ci de les concentracions de A i B:

Digues lexpressi de la llei de velocitat a aquesta temperatura T.R: v= 2,5 103 [A][B]2.

En lassaig 1 i lassaig 2, la concentraci de B roman constant.Quan la concentraci de A augmenta un 50%, la velocitat tamb creix un 50%:

Per tant, lordre de reacci respecte de lespcie A s 1.

En lassaig 1 i lassaig 3, dupliquem la concentraci de A i de B. Laugment de velocitat de lareacci s: (4 105/5 105) = 8 vegades.

Lexpressi general s v= k[A]1 [B] i no coneixem .

Substitum dades dels diferents assaigs:5 106 = k[0,2][0,1]

4 105 = k[0,4][0,2]

dividint el 2n pel 1r:8 = 2 [(0,2)/(0,1)] = 2

Lexpressi general de la velocitat s:v= k[A] [B]2

A partir daquesta equaci, i substituint en qualsevol dels tres assaigs, obtenim:5 106 = k 0,2 0,12 = k 0,2 0,01 = k 0,002 = 2 103 kk= 2,5 10 -3

Per tant, lexpressi completa de la velocitat s v= 2,5 103 [A][B]2

[A]o [B]o Velocitat de formaci(mol/L) (mol/L) P (mol/L s)

Assaig 1 0,2 0,1 7,5 106

Assaig 2 0,3 0,1 7,5 106

Assaig 3 0,4 0,2 7,4 105

[A]0 (mol/L) v(mol/L s)

Assaig 1 0,2 5 106

Assaig 2 0,3 7,5 106


4/6


9. Una reacci A + B P dna experimentalment els resultats cintics segents:

a) Quin s lordre respecte a cadascun dels reactius?

b) Quin s el valor de la constant de velocitat?

Sha de tenir en compte que les variacions de concentraci sn petites en el decurs dhores.

Per tant, podeu aproximar les velocitats mitjanes a velocitats instantnies.

R: Primer ordre respecte de A; segon ordre respecte de B;

k= 7,41 106 (mol L1)2 s1.

Calculem la variaci de concentraci [A] = [A]f [A]0 i la velocitat inicial de la reacci [A]/t.Tenim que:

Comparem els casos a i b. La [A] roman constant i la [B] es duplica. La velocitat passa de 0,005a 0,02; per tant, es quadruplica. Aix implica segon ordre respecte de B.

Comparem els casos a i c. La [B] roman constant. La [A] passa a la meitat i la velocitat passade 0,050 a 0,0025, s a dir, a la meitat. Per tant, lordre respecte de A s 1.

Lexpressi matemtica de la velocitat s:v= k[A][B]2

Per calcular kde forma aproximada, agafem qualsevol dels tres assaigs i fem una mitjana deles concentracions entre el principi i el final de lexperincia:

[A]/t= k[A][B]2

[A]/t 0,005 0,005k= = = = 0,026 L2 mol2/h

[A][B]2 (0,195 0,180)/2 12 0,187

k= 7,41 106 L2 mol2/s

Cas [A] (mol/L) t(h) Velocitat inicial [A]/ t

a 0,005 1 0,005

b 0,02 1 0,020

c 0,01 4 0,0025

[A]0 [B]0 Temps [A]

(mol/L) (mol/L) dexperimentaci (h) (mol/L)

0,20 1,0 1 0,195

0,20 2,0 1 0,180

0,10 1,0 4 0,09


5/6


10. Una reacci t una energia dactivaci, Ea, de 60 kJ/mol. A 1000 K la constant de velocitat val

9 103 (mol L1)1 s1. Quant valdr la constant a 1 200 K? De quin ordre s aquesta reacci?

R: k1200 K = 29,96 103 (mol L1)1 s1; segon ordre.

Hem dutilitzar lequaci dArrhenius:

k=A eEa/(R T)

k1000 =A eEa/(R1000)

k1200 = A eEa/(R1200)

dividint i fent logaritmes:6 104 J/mol (1200 1000) K

log (k1200/k1000) = (Ea/2,303) [(T2 T1)/(R T1 T2)] = 2,303 1200 1000 8,314

log (k1200/k1000) = 0,5223(k1200/k1000) = 100,5223 = 3,33k1200 = k1000 3,33 = 9 103 3,33 = 29,96 103 L/(mol s)k1200 = 29,96 103 L/(mol s)

Les unitats sn L/(mol s), que corresponen a una reacci de segon ordre.

11. Un anhdrid orgnic A (sanomena anhdridel compost format per la condensaci de dues

molcules dcid orgnic) es pot esterificar amb etanol B. El resultat de la reacci s un ster

P i aigua Q segons lestequiometria segent:A + 2 B 2 P + Q

La reacci es pot realitzar en diferents medis. Si sutilitza com a medi de reacci lhept, sob-

t una velocitat de reacci que segueix lequaci:

v= k[anhdrid] [etanol]

Per si la reacci sefectua en etanol, la velocitat segueix lequaci:

v= k[anhdrid]

A qu creus que pot ser deguda aquesta diferncia?

La reacci segent es pot realitzar en dos medis, hex o etanol:CH3 CO O CO CH3 + C2H5OH

Medi hex: vhex = k[anhdrid][etanol]

Medi etanol: vetanol = k[anhdrid][etanol]En medi etanol, la concentraci detanol s tan gran respecte de la danhdrid que [etanol]roman constant durant la reacci. Per tant:vetanol = k [anhdrid]

12. Una substncia R es descompon seguint una cintica de segon ordre. A una certa temperatu-

ra sha comprovat que la constant kde la reacci val 0,3 L/(mol s).

Calculeu la velocitat de descomposici quan la concentraci de reactiu R val:

a) 2 102 mol/L

b) 2 103 mol/L

R: a) 1,2 104 mol/(Ls); b) 1,2 106 mol/(Ls).

Sabem que:R$ 2Pv= k[R]2 = 0,3 L/(mol s) [R]2

a) v= 0,3 [2 102]2 = 0,3 4 104 = 1,2 104 mol/(L s)

b) v= 0,3 [2 103]2 = 0,3 4 106 = 1,2 106 mol/(L s)


6/6


13. Una reacci A B + C ha donat els valors segents de velocitat en funci de la concentraci:

a) Sabreu dir de quin ordre s aquesta reacci?b) Podreu calcular-ne la constant de velocitat?

R: a) 2; b) k= 1,7.

Quan la concentraci passa d1,0 a 0,8, la velocitat es redueix d1,7 a 1,09 mol/(L s)v= k[A]

1,7 = k 1

1,09 = k 0,8

dividint membre a membre:1,7/1,09 = 1,5596 = 1/0,8

operant amb logaritmes sarriba a = 2

Quan la concentraci passa de 0,8 a 0,6, la velocitat es redueix d1,09 a 0,61. Anlogament:

1,09 = k 0,80,61 = k 0,6

dividint membre a membre:1,78 = 0,8/0,6

operant amb logaritmes sarriba a = 2

Es pot anar repetint el mateix procediment amb la resta de velocitats i concentracions i sem-pre obtenim el mateix resultat: = 2.

El valor de la constant es troba agafant qualsevol valor de la velocitat:1,09 = k 0,82 = k 0,64 don k= 1,70,07 = k 0,22 = k 0,04 don k= 1,7

Concentraci en mol/L Velocitat en mol/(Ls)

1,0 1,7

0,8 1,09

0,6 0,61

0,5 0,42

0,4 0,27

0,3 0,15

0,2 0,07

0,1 0,02

activitats-finals.pdf

Documents

Transcript of activitats-finals.pdf