TALLER PRE UNIVERSITARIO – PROMOCIÓN “FIDES ET RATIO”

TEMA 11:CINÉTICA QUÍMICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO

1. CINÉTICA QUÍMICAEs el estudio de la velocidad de las reacciones químicas y los factores que sobre ésta influyen.

1.1Velocidad de ReacciónSon una medida del cambio en la concentración (mo-laridad) por unidad de tiempo (segundo) de un deter-minado reactivo o producto durante una reacción quí-mica. Por ejemplo, para la reacción química genérica:

la velocidad de reacción (v), para cada sustancia, se puede expresar como:

en donde el signo (–) indica que la concentración de A o B disminuye, es decir es una velocidad de desaparición; mientras que, el signo (+) indica que la concentración de D o E aumenta, es decir es una velocidad de aparición.1.2Velocidad de Reacción y EstequiometríaPara la reacción química genérica anterior, las velo-cidades de los reactivos (desaparición) y productos (aparición) se relacionan como sigue:

1.3Ecuación o Ley de VelocidadViene a ser una fórmula (obtenida de forma experi-mental) que expresa la velocidad de una reacción química como una constante multiplicada por la concentración (molaridad) de los reactivos elevada a alguna potencia. Por ejemplo, para la reacción quí-mica genérica anterior, la ecuación o ley de velo-cidad se puede expresar como:

donde la constante k se conoce como constante de velocidad; m y n se conocen como orden de reacción parcial de A y B, respectivamente; y la suma m + n, como orden de reacción total.1.4Mecanismo de ReacciónLa ruta o secuencia de pasos mediante los cuales se efectúa una reacción química recibe el nombre de mecanismo de reacción.Un mecanismo de reacción expone en detalle los pasos elementales o individuales que se dan en el curso de una reacción. Cada paso elemental tiene una ecuación o ley de velocidad bien definida. Si un mecanismo tiene varios pasos elementales, la velocidad global está determinada por el paso más

lento, conocido como paso determinante de la velocidad.1.5Teoría de ColisionesExplica las velocidades de reacción a partir de las colisiones o choque que deben de producirse entre las moléculas o iones de los reactivos para que se lleve a cabo su transformación en productos.

1.5.1 FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD Frecuencia de Colisión: Cuanto más

concentrados (molaridad) estén los reactivos, con mayor frecuencia chocarán sus partículas.

Orientación de Colisión: Las partículas que colisionan deben adoptar una orientación es-pacial adecuada para los choques sean efec-tivos (permitan la transformación de reactivos en productos).

Energía de Activación: Es la energía mínima que las partículas deben superar, después de producirse un choque efectivo, para que se lleve a cabo la transformación de reactivos en productos.

Conclusión: Para la determinación de la Veloc.-dad de reacción, deben tenerse en cuenta los 3 factores antes señalados de manera simultánea:

1.5.2 FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD Efecto de la Concentración: A mayor

concentración de los reactivos, mayor será la velocidad de reacción.

Efecto de la Temperatura: Para una reacción endotérmica, la velocidad de reacción aumenta al incrementarse la temperatura. Para una reacción exotérmica la velocidad de reacción disminuye al aumentar la temperatura.

Efecto de los Catalizadores: Los catalizado-res diminuyen la energía de activación y, por lo tanto, aumentan la velocidad de reacción. Los inhibidores, aumentan la energía de acti-vación y, por lo tanto, disminuyen la velocidad de reacción.

Efecto del Área Superficial: Cuando los re-activos se encuentran en dos estados físicos diferentes, un área superficial de contacto grande, permite aumentar la velocidad de reacción.

2. EQUILIBRIO QUÍMICOEs un estado que alcanzan las sustancias involucradas en una reacción química cuando las concentraciones de los reactivos y productos han dejado de cambiar con el tiempo, como resultado que, la velocidad de la reacción directa se ha hecho igual a la velocidad de la reacción inversa.

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EQUILIBRIO QUÍMICO2.1Principio de Le Chatelier“Si se aplica una perturbación (cambio en las condi-ciones) a un sistema en equilibrio químico, el sistema se desplaza en el sentido que alivia o anula dicha perturbación”.

CONDICIÓN PERTURBACIÓNDESPLAZAMIENTO DEL SISTEMA

Concentración + reactivos Rx. Directa– reactivos Rx. Inversa+ productos Rx. Inversa– productos Rx. Directa

Presión o Volumen

+ P o –V – moles gas–P o +V + moles gas

Temperatura RX. ENDOTÉRMICA

+T Rx. Directa (>K)–T Rx. Inversa (<K)

RX. EXOTÉRMICA

+T Rx. Inversa (<K)–T Rx. Directa (>K)

Catalizador + velocidad Sin efecto

2.2Constante de EquilibrioPara la reacción química genérica:

la constante de equilibrio se expresa como:

en donde el símbolo indica la molaridad de una sustancia (reactivo o producto) y, los exponentes son iguales a los coeficientes estequiométricos para cada reactivo o producto.

2.2.1 EXPRESIONES DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO Equilibrios Homogéneos: Se aplica a las

reacciones en las que todos los reactivos y productos se encuentran en la misma fase o estado físico. Si todas las sustancias se encuentran disueltas en agua, la constante se expresa en función de las concentraciones; y si

todas se encuentran en fase gas, la constante se expresa en función de las presiones. Así, para las reacciones genéricas:

Equilibrios Heterogéneos: Se aplica a las reacciones en las que los reactivos y/o produc-tos que participan en ella se encuentran en diferentes fases o estados físicos. Cuando exis-ten sustancias en estado sólido o líquido se asu-me que su concentración es igual a 1, por lo que no se les incluye en la expresión de la constante. Así, para la reacción genérica:

Equilibrios Sucesivos: Existen sistemas en equilibrio en los que las moléculas de producto de un sistema en equilibrio participan en un segundo proceso en equilibrio. Por ejemplo:

Entonces, es posible expresar dos constantes de equilibrio:

Y, la reacción global, suma de las dos reac-ciones, tiene por constante de equilibrio:

2.2.2 INTERPRETACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO El valor de la constante de equilibrio se puede utilizar para determinar la posición aproximada cuando un sistema alcanza el equilibrio:a) Si K >> 1 la posición del sistema en equilibrio se

encuentra desplazada hacia la derecha.b) Si K = 1 la posición del sistema en equilibrio se

encuentra exactamente en el centro.c) Si K << 1 la posición del sistema en equilibrio se

encuentra desplazada hacia la izquierda.

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1. Los factores que afectan la rapidez de una reacción química son:

A. Catalizador.B. Concentración.

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C. Temperatura.D. Superficie de los reactantes.E. Todas las anteriores.

2. Para la reacción:

¿Qué sucede con la velocidad si la concentración de cada uno de los reactantes se duplica?A. Se duplica.B. Se reduce a la mitad.C. Aumenta 4 veces.D. Disminuye 4 veces.E. Aumenta 8 veces.

3. Sustancias que modifican la velocidad de reacción…A. Reactivos.B. Gases.C. CatalizadoresD. Productos.E. Ninguna de las anteriores.

4. Se tienen los siguientes valores para las energías de activación de algunas reacciones químicas:

Reacción I II III IVEa (kJ) 145 201 48 96

¿Cuál de ellas es la más rápida?A. I.B. II.C. III.D. IV.E. Todas son igualmente rápidas.

5. Para el sistema en equilibrio:

Se determina que las concentraciones en el equilibrio son 0.02 mol/L para el CO; 0.05 mol/L para el O2; y 0.08 mol/L para el CO2. Calcula K.A. 320 mol/LB. 320 L/molC. 160 mol/LD. 160 L/molE. 80 L/mol

6. Indica si cada proposición es verdadera (V) o falsa (F):( ) Los inhibidores son retardadores o

catalizadores negativos.( ) En la catálisis homogénea el catalizador se

encuentra en el mismo estado físico que los reactantes.

( ) Los catalizadores positivos aceleran la reacción.

( ) En la catálisis heterogénea, el catalizador no se encuentra en el estado físico de los reactantes.

A. VFVF.

B. VVFF.C. VVVV.D. FFFF.E. FVFF.

7. El equilibrio químico es:A. Estático.B. Dinámico.C. Indeterminado.D. Irreversible.E. Todas las anteriores.

8. Si Vd es la velocidad de la reacción directa y Vi la velocidad de la reacción inversa, en el equilibrio se cumple que:A. Vd > Vi

B. Vd < Vi

C. Vd = Vi

D. Vd Vi

E. Vd Vi

9. El efecto de la presión sobre el equilibrio solamente se cuando se tienen sustancias…A. Sólidas.B. Líquidas.C. Gases.D. Coloides.E. Plasma.

10.El denominado Proceso Haber, es un método industrial para obtener…A. Agua.B. Metano.C. Dióxido de carbono.D. Ozono.E. Amoníaco.

11.En la descomposición:

¿Qué sucede con el equilibrio si aumentamos la temperatura?A. No se modifica.B. Se desplaza a la izquierda.C. Se desplaza a la derecha.D. Queda igual.E. Ninguna de las anteriores.

12.La constante de equilibrio es:

¿A cuál de las siguientes reacciones corres-ponde?A. A + B CB. A + 2 B 2 CC. 3 A + 2 B 4 CD. 2 A + B 2 CE. A + B 2 C

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13.Si el valor de la constante de equilibrio de una reacción es 0.01, entonces es posible afirmar…A. Se alcanzó el equilibrio teniendo mayor

concentración de reactivos que de productos.B. Se alcanzó el equilibrio teniendo igual

concentración de reactivos que de productos.C. Se alcanzó el equilibrio teniendo mayor

concentración de productos que de reactivos.D. No se ha alcanzado el equilibrio.E. Ninguna es correcta.

14.Si a una reacción se le añade un catalizador su velocidad aumenta porque…A. El área superficial aumenta.B. La concentración de los reactivos disminuye.C. Aumenta la temperatura.D. Disminuye la energía de activación.E. Ninguna de las anteriores.

15.Si el recipiente en donde se lleva a cabo una reacción exotérmica en equilibrio es colocado una congeladora, entonces:A. El equilibrio se desplaza hacia los reactivos.B. El equilibrio no se altera.C. El equilibrio se desplaza hacia los productos.D. No se puede saber.E. Depende de si participan o no gases.

16.Se tienen las siguientes reacciones:A + B C + D K1C + D E + F K2E + F G + H K3

Entonces, para la reacción global, la constante de equilibrio será:

A + B E + F K = ¿?A. K1 + K2 + K3B. K1.K2 + K3C. K1 + K2.K3

D. K1.K2.K3E. K1.K3 – K2

17.Teoría que explica las velocidades de reacción:A. Teoría cinética.B. Teoría de colisiones.C. Teoría cuántica.D. Teoría ondulatoria.E. Teoría de la relatividad.

18.Si se aumenta la presión, ¿cuál será el efecto sobre el equilibrio de la reacción…

?A. Aumenta la formación de etileno.B. No se altera el equilibrio.C. Disminuye la formación de etileno.D. Aumenta la formación de acetileno.E. Aumenta la formación de hidrógeno.

19.El principio que gobierna o define lo que sucede a los sistemas en equilibrio cuando sufren una perturbación se llama…A. Principio de incertidumbre.B. Principio de Le Chatelier.C. Ley de Lenz.D. Principio de Arquímedes.E. Principio de Pascal.

20.En el siguiente sistema en equilibrio, indique cuál de las proposiciones es falsa:

A. Es una reacción endotérmica.B. Las variaciones de presión no alteran el equilibrio.C. La refrigeración del sistema donde se realiza la

reacción favorecerá el rendimiento.D. La disminución de la concentración de NO(g)

desplazará la reacción hacia la derecha.E. Todas son verdaderas.

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