Ejercicio resuelto de Velocidad · Química · Islas Baleares · 2021

a) El dióxido de nitrógeno ($\mathrm{NO_2}$), además de ser un gas corrosivo para la piel y el tracto respiratorio, es un gas contaminante, que se forma en las reacciones de combustión a alta temperatura y elevadas presiones. Los combustibles de origen fósil son los principales responsables de la contaminación por dióxido de nitrógeno, y este compuesto es uno de los causantes de la lluvia ácida.

El dióxido de nitrógeno ($\mathrm{NO_2}$) puede reaccionar con el ozono presente en la atmósfera según la reacción química ajustada siguiente:

$2\,\mathrm{NO_2(g)} + \mathrm{O_3(g)} \rightleftharpoons \mathrm{N_2O_5(g)} + \mathrm{O_2(g)}$

Diversos estudios experimentales han concluido que, a una determinada temperatura, esta reacción sigue una cinética de primer orden respecto del dióxido de nitrógeno y también de primer orden respecto del ozono.

i) Escriba la ecuación de velocidad de la reacción.

ii) Además del dióxido de nitrógeno, nombre dos sustancias tóxicas producidas por los motores de combustión interna.

b) Nombre las sustancias siguientes: $\mathrm{H_2NCH_2CH_2OH}$ y $\mathrm{Na_2CO_3}$.

$\textbf{a) i) Escriba la ecuación de velocidad de la reacción.}$

Los órdenes de reacción son datos experimentales y no se pueden leer de los coeficientes estequiométricos; el enunciado los proporciona: primer orden respecto del dióxido de nitrógeno y primer orden respecto del ozono.

$v = k\,[\mathrm{NO_2}]\,[\mathrm{O_3}]$

El orden total es $1 + 1 = 2$, y las unidades de la constante, deducidas de exigir que el producto tenga unidades de velocidad, son $\mathrm{L\ mol^{-1}\ s^{-1}}$.

Nótese que el orden respecto del $\mathrm{NO_2}$ es 1 y no 2, pese a que su coeficiente en la ecuación ajustada sea 2: es la prueba de que la reacción no transcurre en una sola etapa elemental.

$\textbf{a) ii) Además del dióxido de nitrógeno, nombre dos sustancias tóxicas producidas por los motores de combustión interna.}$

Bastan dos, y las más características son:

i) El $\textbf{monóxido de carbono}$, CO, que se forma cuando la combustión del hidrocarburo es incompleta por falta de oxígeno. Es un gas incoloro e inodoro que se une a la hemoglobina con mucha más afinidad que el oxígeno y le impide transportarlo.

ii) El $\textbf{dióxido de azufre}$, $\mathrm{SO_2}$, procedente del azufre que acompaña como impureza al combustible fósil. Es irritante para las vías respiratorias y, al oxidarse en la atmósfera, uno de los responsables de la lluvia ácida.

Valdrían igualmente los hidrocarburos sin quemar, las partículas en suspensión o el propio monóxido de nitrógeno, NO, que se oxida en el aire a $\mathrm{NO_2}$.

$\textbf{b) Nombre las sustancias siguientes: H₂NCH₂CH₂OH y Na₂CO₃.}$

$\mathrm{H_2N-CH_2-CH_2-OH}$ — $\textbf{2-aminoetanol}$, conocido también como etanolamina. Es una cadena de dos carbonos con un grupo hidroxilo en un extremo y un grupo amino en el otro; el alcohol es el grupo principal, de ahí la terminación $\textbf{-ol}$, y el amino aparece como prefijo.

$\mathrm{Na_2CO_3}$ — $\textbf{carbonato de sodio}$. El anión carbonato tiene carga $-2$ y el sodio actúa con $+1$, así que hacen falta dos cationes por cada anión.