Ejercicio resuelto de Cinética química · Química · 2023

Para la reacción $2\,\text{HNO}_2 + 2\,\text{HI} \rightarrow \text{I}_2 + 2\,\text{NO} + 2\,\text{H}_2\text{O}$ se ha calculado experimentalmente la expresión de la velocidad de reacción, la cual es $v = k\,[\text{HNO}_2]\,[\text{HI}]^2$. Justifique cómo se modifica la velocidad de reacción si:

a) Duplicamos la concentración de $\text{HI}$ y se mantiene constante la de $\text{HNO}_2$. [0,5 puntos]

b) Se añade un catalizador positivo al medio. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Duplicamos la concentración de HI y se mantiene constante la de HNO₂. [0,5 puntos]}$

La ecuación de velocidad es de orden 2 respecto del HI, así que su concentración entra al cuadrado:

$v = k\,[\mathrm{HNO_2}]\,[\mathrm{HI}]^2$

Sustituyendo la nueva concentración y comparando con la inicial:

$v' = k\,[\mathrm{HNO_2}]\,(2\,[\mathrm{HI}])^2 = 4\,k\,[\mathrm{HNO_2}]\,[\mathrm{HI}]^2 = 4\,v$

La velocidad se $\textbf{cuadruplica}$.

Conviene subrayar que ese exponente 2 es un dato experimental. Aunque aquí coincida con el coeficiente estequiométrico del HI en la ecuación ajustada, esa coincidencia no se puede dar por supuesta: el HNO₂ también lleva coeficiente 2 y sin embargo su orden es 1.

$\textbf{b) Se añade un catalizador positivo al medio. [0,5 puntos]}$

Un catalizador positivo proporciona un camino de reacción alternativo con una $\textbf{energía de activación menor}$. Al bajar esa barrera, la fracción de choques con energía suficiente para ser eficaces crece de forma exponencial, según la ecuación de Arrhenius:

$k = A\,e^{-E_a/RT}$

Como $E_a$ disminuye, la constante $k$ aumenta, y con ella la velocidad. La reacción se hace $\textbf{más rápida}$.

Ahora bien, hay que precisar qué es lo que $\textbf{no}$ cambia: el catalizador no se consume, no altera la entalpía de la reacción ni la posición del equilibrio, y tampoco modifica los órdenes de reacción. Solo acelera; lo que se alcanzaría igualmente, se alcanza antes.