Ejercicio resuelto de Cinética química · Química · Aragón · 2023

Se ha determinado que para la reacción $\text{A}\,(g) + 2\,\text{B}\,(g) + \text{C}\,(g) \rightarrow 2\,\text{D}\,(g) + \text{E}\,(g)$ la ecuación de velocidad es $v = k\,[\text{A}]^2\,[\text{B}]$. Responda a las siguientes cuestiones razonando las respuestas:

a) Indique el orden parcial de los reactivos y el orden global de la reacción. (0,5 puntos)

b) ¿Cómo variará la velocidad de reacción si se duplica la concentración de A manteniendo constante la concentración de B? (0,5 puntos)

c) El reactivo C no aparece en la ecuación de velocidad, ¿se puede afirmar que no se consume durante la reacción? (0,5 puntos)

d) ¿Cómo afectará a la velocidad de reacción un aumento de volumen a temperatura constante? (0,5 puntos)

$\textbf{a) Indique el orden parcial de los reactivos y el orden global de la reacción. (0,5 puntos)}$

Los órdenes parciales son los exponentes con que cada concentración aparece en la ecuación de velocidad, y son datos experimentales que no se leen de la ecuación ajustada.

$v = k\,[\mathrm{A}]^2\,[\mathrm{B}]$

Orden respecto de A: 2. Orden respecto de B: 1. Y respecto de C: 0, porque su concentración no figura en la expresión.

El orden global es la suma de los parciales:

$2 + 1 + 0 = 3$

$\textbf{b) ¿Cómo variará la velocidad de reacción si se duplica la concentración de A manteniendo constante la concentración de B? (0,5 puntos)}$

Basta sustituir la nueva concentración en la ecuación de velocidad y comparar con la original:

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

La velocidad se multiplica por cuatro. El factor es 4 y no 2 porque A entra elevado al cuadrado.

$\textbf{c) El reactivo C no aparece en la ecuación de velocidad, ¿se puede afirmar que no se consume durante la reacción? (0,5 puntos)}$

No, no se puede afirmar. Son dos cosas distintas.

Que el orden respecto de C sea cero significa únicamente que su concentración no influye en la velocidad, y eso ocurre cuando C no interviene en la etapa lenta del mecanismo, que es la que gobierna el proceso global.

Pero C figura como reactivo en la ecuación ajustada, de modo que se consume en la proporción estequiométrica que esta indica: un mol de C por cada mol de A. La cinética y la estequiometría son informaciones independientes.

$\textbf{d) ¿Cómo afectará a la velocidad de reacción un aumento de volumen a temperatura constante? (0,5 puntos)}$

La disminuirá.

La constante de velocidad solo depende de la temperatura, que aquí no cambia, así que $k$ permanece igual. Lo que sí cambia son las concentraciones, porque los mismos moles ocupan ahora más volumen:

$c = \frac{n}{V}$

Al aumentar $V$ bajan $[\mathrm{A}]$ y $[\mathrm{B}]$, y con ellas el producto $k\,[\mathrm{A}]^2[\mathrm{B}]$. En términos moleculares, las partículas están más dispersas y chocan con menos frecuencia.