Ejercicio resuelto de Velocidad · Química · 2020

3. Una reacción química transcurre a través las siguientes etapas elementales:
i) $\mathrm{H_2\ +\ ICl\ \longrightarrow\ HI\ +\ HCl}$ lenta
ii) $\mathrm{HI\ +\ ICl\ \longrightarrow\ I_2\ +\ HCl}$ rápida

a) Escriba la ecuación global para la reacción. (0,4 p.)
b) ¿Cuál será la ecuación de velocidad de la reacción, el orden de reacción global y las unidades de la constante de velocidad? (0,9 p.)
c) Explique si alguna de las especies involucradas en la reacción es un intermedio. (0,3 p.)
d) ¿Qué le ocurre a la velocidad de reacción (v) durante el transcurso de la reacción (aumenta, disminuye o permanece constante)? Explique su respuesta. (0,4 p.)

$\textbf{a) Escriba la ecuación global para la reacción. (0{,}4 p.)}$

Se suman las dos etapas y se cancela lo que aparece a los dos lados:

$\mathrm{H_2} + \mathrm{ICl} + \mathrm{HI} + \mathrm{ICl} \rightarrow \mathrm{HI} + \mathrm{HCl} + \mathrm{I_2} + \mathrm{HCl}$

Eliminando el HI:

$\mathrm{H_2} + 2\,\mathrm{ICl} \rightarrow \mathrm{I_2} + 2\,\mathrm{HCl}$

$\textbf{b) ¿Cuál será la ecuación de velocidad de la reacción, el orden de reacción global y las unidades de la constante de velocidad? (0{,}9 p.)}$

La velocidad global la marca la etapa lenta. La etapa i) es elemental, así que su ley se lee directamente de su estequiometría:

$v = k\,[\mathrm{H_2}]\,[\mathrm{ICl}]$

El orden es 1 respecto de cada reactivo y el orden global, $\textbf{2}$. Nótese que no coincide con el coeficiente del ICl en la ecuación global, que es 2.

Las unidades de $k$ se deducen exigiendo que el producto tenga unidades de velocidad:

$[k] = \frac{\mathrm{mol\cdot L^{-1}\cdot s^{-1}}}{(\mathrm{mol\cdot L^{-1}})^2} = \mathrm{L\cdot mol^{-1}\cdot s^{-1}}$

$\textbf{c) Explique si alguna de las especies involucradas en la reacción es un intermedio. (0{,}3 p.)}$

Sí: el $\mathrm{HI}$. Se forma en la primera etapa y se consume íntegramente en la segunda, de modo que no aparece ni entre los reactivos ni entre los productos de la ecuación global.

Además, al producirse en la etapa lenta y consumirse en la rápida, su concentración se mantiene siempre muy pequeña.

$\textbf{d) ¿Qué le ocurre a la velocidad de reacción durante el transcurso de la reacción? (0{,}4 p.)}$

$\textbf{Disminuye}$. La velocidad es proporcional a las concentraciones de $\mathrm{H_2}$ y de ICl, y ambas van bajando conforme los reactivos se consumen.

La reacción empieza siendo rápida y se va frenando a medida que avanza. Lo que no cambia es la constante $k$, que solo depende de la temperatura.