UNI FIQT AACB Cintica Qumica

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II. PROBLEMAS DE CINTICA QUMICA

1. Para la reaccin: N2O5 (g) 2 NO2 (g) + 0,5 O2 (g)

Se obtiene los siguientes datos experimentales:Tiempo (s)0,00319867187723153144

M (N2O5)2,331,911,360,720,550,34

Determine:

a) El orden de la reaccin por el mtodo grfico.

b) La constante especfica de velocidad a partir de la grfica.

c) La concentracin del pentxido de dinitrgeno, cuando ha transcurrido 2500 segundos.

d) La ley de velocidad.

2. Considere la reaccin hipottica, en un volumen de 100 mL

A (aq) 2 B (aq)

Tiempo (min)010203040

Moles de A0,0650,0510,0420,0360,031

a) Calcule el nmero de moles de B en cada tiempo establecido, suponga que no hay molculas de B al inicio.b) Cul es el orden de la reaccin?

c) Cul es la ecuacin de la velocidad?

d) Cul es la vida media de los reactivos?

e) Cul es la molaridad de A en una hora?

f) Cul es la molaridad de B en una hora?3. Se estudia la velocidad de descomposicin del azometano, midiendo la presin parcial del reactivo en funcin del tiempo.

CH3-NN-CH3 (g) N2 (g) + C2H6 (g)

A continuacin se muestra los valores obtenidos a 300C

Tiempo(s)0100150200250

Presin del azometano (mmHg)284220193170150

Cul es la constante y ecuacin de la velocidad?

4. La descomposicin del dimetiter a 540C es:

2(CH3)2O(g) 3CH4(g) + CO2(g)

Los siguientes datos son presiones parciales del dimetil ter (DME) en funcin del tiempo:

Tiempo (s)039077711953155

PDME (mmHg)31226422418778,5

a) Cul es el orden de la reaccin?

b) Cul es la presin total, transcurrido 390 segundos?

5. En la descomposicin del N2O5 a 45 C segn la ecuacin

2N2O5 (g) 4NO2 (g) + O2 (g)

Se obtuvieron los siguientes datos de concentracin.

Tiempo(s)020040060080010001200

[N2O5](mol/L0,2500,2230,1980,1740,1520,1340,120

a) Cul es la ley de velocidad?

b) Cul es la velocidad de reaccin a 500 segundos?6. La descomposicin de NO2 en fase gaseosa para formar NO y O2 se estudia a 383C y se obtiene los datos siguientes:

Tiempo (S)[NO2] (mol/L)

0,0

5,0

10,0

15,0

20,00,100

0,017

0,0090

0,0062

0,0047

a) Cul es el orden de la reaccin?

b) Cul es el valor de la constante de velocidad?

7. La constante de velocidad para la reaccin entre el bromoetano y los iones hidrxido en el agua, C2H5Br(aq) + OH- (aq) ( C2H5OH(aq) + Br - (aq) se midi a diversas temperaturas y aqu se muestra los resultados:Temperatura (C)k (L.mol-1.s-1)

258,8 x 10-5

301,6 x 10-4

352,8 x 10-4

405,0 x 10-4

458,5 x 10-4

501,4 x 10-3

a) Mediante un grfico determine la energa de activacin.

b) Determine la constante de velocidad a 60 C.

c) Escriba la ecuacin de la velocidad posible a 25 C.

8. A 328 K, la presin total de la mezcla de reaccin en la cual el pentxido de dinitrgeno se descompone a NO2 y O2 vari con el tiempo, como se muestra en el cuadro adjunto.

a) Determine la constante de la velocidad de reaccin a 328 K.

b) Determine la presin de la mezcla gaseosa a los 35 minutos en Kpa.

Tiempo (min)

Presin ( kPa)

0 27,3

5 43,7

10 53,6

15 59,4

20 63,0

30 66,39. La descomposicin trmica de la arsina es,2 AsH3 (g) 2 As (s) + 3 H2 (g)

y se encontr que la presin total del sistema vara con el tiempo como se indica a continuacin a 380 C

Tiempo (h)04,431625,537,6644,75

Presin (atm)39,240,343,6545,3548,0548,85

a) Determinar la presin parcial del hidrgeno en atmsferas, luego de 50 horas de iniciado el proceso a 380 C.

b) Determinar la constante de velocidad especfica a 500 C, considere que la energa de activacin no vara en el proceso y cuyo valor determinado en otros experimentos cinticos es 83,72 kJ/mol.

10. Se ha estudiado la velocidad de reaccin a 328 K.

2 N205 (g)

4 NO2 (g) + O2 (g)

Inyectando N205 (g) en un reactor y midiendo la presin a volumen constante

Tiempo (min) 0 5 10 15 20 30

Presin (kPa)27,3 43,7 53,6 59,4 63,0 66,3

Determine la presin parcial del dixido de nitrgeno en el reactor a 328 K luego de 2400 segundos de iniciado el proceso, en kilopascal.

11. La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de reaccin

CO (g) + NO2 (g) CO2 (g) + NO (g)

Se muestra a continuacin:

Temperatura (C) 327 377 427 477 527

K (M-1s-1)

0,028 0,22 1,3 6,0 23

Determine la constante de velocidad de reaccin a 557 C12. Indique verdadero (V) o falso (F) a las proposiciones siguientes: a) Segn la funcin de distribucin de las energas de Maxwell- Boltzman para 200 K y 500 K. A 200 K no puede existir ninguna molcula con una energa igual a la energa de activacin.

b) Mediante la termodinmica podemos determinar experimentalmente la energa de activacin de un proceso.

d) c) Los altropos de un mismo elemento tienen la misma rapidez, a las mismas condiciones.

e) Para el siguiente proceso:

2 A + 3 B D

La rapidez de B es 50 % mayor que d A

e) La molecularidad y el orden de la reaccin son iguales.

13. La fosfina, PH3 se descompone trmicamente segn la reaccin:

PH3 (g) 0,25 P4 (g) + 1,5 H2 (g)

La tabla siguiente muestra la evolucin temporal de la presin total cuando dicha sustancia se descompone en un recipiente a volumen constante a 600 C. Determine la presin parcial de la fosfina luego de 2 minutos de iniciado el proceso de descomposicin.

Tiempo (s)203040506080100

P(mm de Hg)625670705735760800825875

14. Indique verdadero (V) o falso (F) a las proposiciones siguientes: a) La temperatura de los insectos siguen las oscilaciones del medio ambiente, por ello la actividad de la abeja es superior en invierno.

b) La mayora de las reacciones son elementales.

c) Los reactivos deben superar la barrera de la energa de activacin para poder convertirse en productos en una reaccin endotrmica.

d) Mediante la ecuacin de Arrhenius se puede determinar la energa de activacin, empleando datos experimentales.

e) Los valores de Hr, Sr y Gr no se ven afectados con la presencia del catalizador.

f) Las propiedades del catalizador son actividad, selectividad, estabilidad y alta rea superficial.

g) Los catalizadores inorgnicos son ms especficos y aumentan ms la velocidad de una reaccin que las enzimas.

h) El cambio de entalpa se determina mediante la cintica qumica.

15. El azometano, CH3N2CH3, se descompone en etano y gas nitrgeno en la reaccin CH3N2CH3 (g) CH3CH3 (g) + N2 (g), la reaccin se sigui a 460 K midiendo la presin parcial del azometano en los tiempos:Tiempo (s)01000200030004000

Presin (torr)x1028,205,723,992,781,94

Cul es la presin total de la mezcla gaseosa en torr, luego de 75 min de iniciado el proceso?

16. El ciclobutano se descompone en etileno, de acuerdo con la ecuacin:

C4H8 (g) 2 C2H4 (g)

Determine la presin total de la mezcla gaseosa presente, luego de 3 h

(en mm de Hg), Para determinar el orden de la reaccin, emplear el mtodo grfico en papel milimetrado.Tiempo (s)0200040006000800010 000

P (C4H8), mm Hg400316248196155122

17. La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de la reaccin:CO (g) + NO2 (g) CO2 (g) + NO (g) Se muestra tabulada a continuacin, determine:

a) La energa de activacin en J/mol

b) Al adicionar un catalizador a la reaccin anterior a 850 K, la energa de activacin disminuye en 25 %, determine en cuanto se ha incrementado la rapidez de la reaccin.Temperatura (K)600650700750800

K (M-1 . s-1)0,0280,221,36,023

18. La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de la reaccin CO(g) + NO2(g) CO2(g) + NO(g)

se muestra a continuacin: Temperatura( C) 327

377

427 477 527

K (M-1s-1)

0,028

0,22

1,3 6,0 23

a) Determine la constante de velocidad de reaccin a 557 C por el mtodo grfico y analtico.

b) Determine la energa de activacin del proceso19. A 55 C, la presin total de la mezcla de reaccin en la cual el componente A se descompone en B y C segn la ecuacin:

2 A (g)4 B (g) +C (g)

Vari con el tiempo, como se muestra en el cuadro adjunto.

a) Determine la ley de velocidad.

b) Cul es la presin total en 40 minutos, dar la respuesta en kilopascal?

c) Cul es la presin parcial de A, B y C en 35 minutos, dar la respuesta en kilopascal

Tiempo (min)0510152030

Presin total (kPa)27,343,753,659,463,066,3

20. La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de reaccinCH3CHO (g) CH4 (g) + CO (g)

Se muestra a continuacin:

Temperatura (C) 427 457 487 517 537

K (M-1/2s-1) 0,0110,035

0,105 0,343 0,789

Determine:

a) La energa de activacin en kJ.mol-1

b) La constante de velocidad de la reaccin a 577 C.

21. La descomposicin del perxido de hidrgeno en presencia de un catalizador reporta los siguientes resultados experimentales (min)0,0015,0030,00

a-x25,49,833,81

a) Determine la constante velocidad por el mtodo analtico.b) Cul es la concentracin del perxido de hidrgeno remanente, luego de 600 segundos?22. Con los datos experimentales dados para la descomposicin del xido nitroso (s)900180031803900

X (%)16,5325057

a) Determine el orden de la reaccin y la constante de velocidad especfica.b) El porcentaje de descomposicin cuando transcurrieron 2500 segundos.

c) Represente el perfil de la reaccin en una grfica, energa versus avance de la reaccin.23. El fosfano, PH3 se descompone trmicamente segn la reaccin:

PH3 (g) 1/4 P4 (g) + 3/2H2 (g)

La tabla siguiente muestra la evolucin temporal de la presin total cuando dicha sustancia se descompone en un recipiente a volumen constante a una temperatura de 600 C.

Tiempo (s)203040506080100

Presin total (torr)625670705735760800825875

Comprobar que la cintica es de primer orden, mediante un grfico en papel milimetrado y con el cual determine:

a) La constante especfica de la velocidad de reaccin a 600 C.

b) Determine un grfico en papel milimetrado para determinar la vida media del reactivo en segundos.

c) Con ayuda del grfico de la pregunta anterior, determine la presin parcial del del fosfano luego de 120 segundos.

24. La variacin de la constante de velocidad con la temperatura para la reaccin de primer orden, 2 N2O5 (g)2 N2O4 (g) + O2 (g)

est dada en la siguiente tabla. Determine la energa de activacin para la reaccin.

Temperatura (C)2535455565

k (s-1)1,74.10-56,61.10-52,51.10-47,59.10-42,40.10-3

25. Indique verdadero (V) o falso (F) a las proposiciones siguientes:

a) La temperatura de los insectos siguen las oscilaciones del medio ambiente, por ello la actividad de la abeja es superior en invierno.

( )

b) La mayora de las reacciones son elementales.

( )

c)El aumento del rea superficial incrementa la velocidad de la rxn. ( )

d) Mediante la ecuacin de Arrhenius se puede determinar la energa de activacin, empleando datos experimentales.

( )

e) Los valores de Hr, Sr y Gr no se ven afectados con la presencia del catalizador.

( )

f) Las propiedades del catalizador son actividad, selectividad, estabilidad y alta rea superficial.

( )

g) Los catalizadores inorgnicos son ms especficos y aumentan ms la velocidad de una reaccin que las enzimas.

( )

h) El cambio de entalpa se determina mediante la cintica qumica.( )

26. El azometano, CH3N2CH3, se descompone en etano y gas nitrgeno en la reaccin CH3N2CH3 (g) CH3CH3 (g) + N2 (g), la reaccin se sigui a 460 K midiendo la presin parcial del azometano en los tiempos:

Tiempo (s)01000200030004000

Presin (torr)x1028,205,723,992,781,94

Cul es la presin total de la mezcla gaseosa en torr, luego de 75 min de iniciado el proceso?

27. Se ha estudiado la velocidad de reaccin a 328 K.

2 N205 (g)

4 NO2 (g) + O2 (g)

Inyectando N205 (g) en un reactor y midiendo la presin a volumen constante

Tiempo (min) 0 5 10 15 20 30

Presin (kPa)27,3 43,7 53,6 59,4 63,0 66,3

Determine la presin parcial del dixido de nitrgeno en el reactor a 328 K luego de 2400 segundos de iniciado el proceso, en kilopascal.

28. Cul de las siguientes afirmaciones es correcta? Justifique su respuesta. Para iniciar el proceso de combustin del carbn, ste debe calentarse previamente porque:

a) la reaccin de combustin es endotrmica

b) se necesita superar la energa de activacin

c) la reaccin de combustin es exotrmica

d) la reaccin de combustin no es espontnea a temperatura ambiente.29. Determina el orden de reaccin y la ley de velocidad para un proceso en el cul la velocidad vale 1.10-5mol/L.s cuando la concentracin del reactivo A es 0,5 M y 27.10-5mol/L.s cuando la concentracin es 1,5 M.30. Una sustancia se descompone segn una cintica de segundo orden. Si la velocidad especfica es de 6,8.10-4 dm3/(mol.s), calcular el tiempo de vida media de la sustancia si:

a) la concentracin inicial es 0,05 M

b) la concentracin inicial es 10-5 M

31. Para distintas concentraciones de los reactivos A y B se ha determinado la velocidad de reaccin r. En base a los siguientes datos calcular los rdenes parciales, el orden total de la reaccin y la velocidad especfica de la misma.Molaridad de AMolaridad de BVelocidad de la reaccin (M.s-1)

2,3.10-43,1.10-55,2.10-4

4,6.10-46,2.10-54,16.10-3

9,2.10-46,2.10-51,664.10-2

32. El NH3 se descompone sobre un filamento de tungsteno caliente dando como productos N2 e H2. La reaccin puede seguirse midiendo el aumento de presin a volumen constante. Cuando la reaccin tiene lugar a 900 C con una presin inicial de 200 mm de Hg, se obtienen los siguientes valores:Tiempo (s)1002004006009001000

p (mm Hg)1122,14466,397,8110

Determinar el orden de la reaccin y la constante de velocidad especfica.

33. La descomposicin trmica de la arsina es:

2 AsH3 (g) 2 As (s) + 3 H2 (g)

y se encontr que la presin total del sistema vara con el tiempo como se indica a 380C

Tiempo (h)04,331625,537,6644,75

Presin (kPa)39,240,343,6545,3548,0548,85

a).Determinar el orden de la reaccin con respecto a la arsina y la constante de velocidad especfica.

b) Cmo variar la constante de velocidad especfica a 500C si E = 20 Kcal/mol.34. Considere la reaccin de orden cero A productos.

a) Escriba la ley de velocidad.

b) Cules son las unidades de la constante de velocidad?

c) Dibuje la grfica que represente la variacin de la velocidad con la concentracin de A.

d) Puede ser la molecularidad cero?

35. A partir de los datos de temperatura y constante de velocidad que aparecen en la tabla, calcule grficamente el valor de aquel o aquellos parmetros cinticos que considere oportunos, indicando de qu parmetro o parmetros se trata y cules son sus unidades. Temperatura (K)338328318308

k . 104 (s-1)48,715,04,981,35

36. La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de la reaccin:

CO (g) + NO2 (g) CO2 (g) + NO (g)

Se muestra tabulada a continuacin, determine:

c) La energa de activacin en J/mol

d) Al adicionar un catalizador a la reaccin anterior a 850 K, la energa de activacin disminuye en 25 %, determine en que porcentaje se ha incrementado la rapidez (velocidad) de la reaccin.Temperatura (K)600650700750800

K (M-1 . s-1)0,0280,221,36,023

Reaccin exotrmica

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Ing. J. J. Flores Ramos34

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