Ejercicio resuelto de Cinética química · Química · Aragón · 2026

a) Se lleva a cabo una misma reacción química en dos condiciones experimentales distintas, A y B. Si en el Experimento A se determina que la energía de activación tiene un valor de 2 kJ/mol y en el Experimento B la energía de activación es de 0,5 kJ/mol. Explique en cuál de los dos experimentos la reacción es más lenta. [0,5 puntos]

b) En uno de los experimentos anteriores (A o B) se ha utilizado un catalizador ¿en cuál de ellos ha sido? Razone la respuesta. [0,5 puntos]

c) Con el transcurso del tiempo, sin modificar la temperatura, la velocidad de una reacción química ¿disminuye, aumenta o se mantiene constante? Razone la respuesta. [0,5 puntos]

d) La constante de velocidad ($k$) de una reacción tiene un valor de 0,24 s$^{-1}$, ¿se puede decir que el orden global de esta reacción es 1? Justifique la respuesta. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Si en el Experimento A la energía de activación tiene un valor de 2 kJ/mol y en el Experimento B es de 0,5 kJ/mol, explique en cuál de los dos experimentos la reacción es más lenta. [0,5 puntos]}$

La relación entre la energía de activación y la rapidez de una reacción la da la ecuación de Arrhenius:

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

A temperatura constante, cuanto mayor es $E_a$ más negativo es el exponente y menor resulta la constante de velocidad $k$. Y como la velocidad es proporcional a esa constante, una barrera más alta significa una reacción más lenta: menos moléculas alcanzan la energía necesaria para que el choque sea eficaz.

El experimento A tiene la energía de activación mayor, 2 kJ/mol frente a 0,5 kJ/mol, así que la reacción es más lenta en el $\textbf{experimento A}$.

$\textbf{b) En uno de los experimentos anteriores (A o B) se ha utilizado un catalizador ¿en cuál de ellos ha sido? Razone la respuesta. [0,5 puntos]}$

Un catalizador no altera las concentraciones, ni la temperatura, ni la entalpía de la reacción, ni la posición del equilibrio. Lo único que hace es ofrecer un camino de reacción alternativo cuya energía de activación es menor, con lo que la constante de velocidad aumenta.

Por tanto, el experimento catalizado es aquel en el que se mide la barrera más baja: el $\textbf{experimento B}$, con 0,5 kJ/mol frente a los 2 kJ/mol del A.

$\textbf{c) Con el transcurso del tiempo, sin modificar la temperatura, la velocidad de una reacción química ¿disminuye, aumenta o se mantiene constante? Razone la respuesta. [0,5 puntos]}$

La velocidad depende de dos factores, y conviene separarlos:

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

La constante $k$ solo depende de la temperatura, que el enunciado mantiene fija, de modo que no cambia con el tiempo.

Las concentraciones de los reactivos, en cambio, van disminuyendo conforme estos se consumen. Al bajar los factores $[\mathrm{A}]$ y $[\mathrm{B}]$, el producto entero se hace menor.

La velocidad de reacción, por tanto, $\textbf{disminuye}$ con el tiempo. Es lo que se observa en cualquier curva de concentración frente a tiempo: su pendiente es máxima al principio y se va suavizando.

$\textbf{d) La constante de velocidad (k) de una reacción tiene un valor de 0,24 s⁻¹, ¿se puede decir que el orden global de esta reacción es 1? Justifique la respuesta. [0,5 puntos]}$

Sí, y la prueba está en las unidades, que no son las mismas para todos los órdenes: se deducen exigiendo que la ecuación de velocidad tenga siempre unidades de concentración partido por tiempo.

Para una reacción de orden global 1:

$v = k\,[\mathrm{A}] \quad \Rightarrow \quad k = \frac{v}{[\mathrm{A}]}$

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

Como la constante del enunciado viene expresada precisamente en $\mathrm{s^{-1}}$, el orden global de la reacción es efectivamente 1. Si fuera de orden 2, por ejemplo, sus unidades tendrían que ser $\mathrm{L\ mol^{-1}\ s^{-1}}$, y de orden cero, $\mathrm{mol\ L^{-1}\ s^{-1}}$.