Ejercicio resuelto de Velocidad · Química · Navarra · 2026

Se han medido por separado las velocidades de las reacciones fundamentales (transcurren en una sola etapa) [1] y [2], siendo $2{,}0\cdot 10^{-4}\ \text{M}\cdot\text{s}^{-1}$ y $1{,}0\cdot 10^{-3}\ \text{M}\cdot\text{s}^{-1}$ respectivamente.

a) Indique cuál es la reacción limitante de la velocidad de reacción global [3]. [0,50 puntos]

b) Escriba la ley de velocidad para dicha reacción [3]. [0,25 puntos]

c) Razone cuáles serían las unidades de la constante cinética correspondiente. [0,50 puntos]

d) Defina catalizador e indique gráficamente cómo afecta a la velocidad de reacción. [0,50 puntos]

e) Indique cómo afecta el catalizador a las concentraciones en el equilibrio químico. [0,25 puntos]

$[1]\quad \text{A}(g) + \text{B}(g) \longrightarrow \text{C}(g)$

$[2]\quad \text{A}(g) + \text{C}(g) + \text{D}(g) \longrightarrow \text{E}(g)$

$[3]\quad 2\,\text{A}(g) + \text{B}(g) + \text{D}(g) \longrightarrow \text{E}(g)$

$\textbf{a) Indique cuál es la reacción limitante de la velocidad de reacción global [3]. [0,50 puntos]}$

La reacción global [3] es la suma de las dos etapas [1] y [2], y en un mecanismo por etapas la velocidad global la impone siempre la etapa $\textbf{más lenta}$: es el cuello de botella por el que tiene que pasar todo el proceso, por rápido que sea el resto.

$v_1 = 2{,}0 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{M\cdot s^{-1}} \qquad v_2 = 1{,}0 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{M\cdot s^{-1}}$

Como $v_1 < v_2$, la etapa limitante es la $\textbf{reacción [1]}$, cinco veces más lenta que la segunda.

$\textbf{b) Escriba la ley de velocidad para dicha reacción [3]. [0,25 puntos]}$

La etapa [1] es elemental —el enunciado dice que transcurre en una sola etapa—, y solo en ese caso los órdenes de reacción coinciden con los coeficientes estequiométricos:

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

El orden es 1 respecto de A, 1 respecto de B y 2 en total. Nótese que la especie D, que sí aparece en la ecuación global [3], no figura en la ley de velocidad: interviene después de la etapa lenta y por eso no la condiciona.

$\textbf{c) Razone cuáles serían las unidades de la constante cinética correspondiente. [0,50 puntos]}$

Las unidades de $k$ no se memorizan: se deducen exigiendo que el producto $k\,[\mathrm{A}][\mathrm{B}]$ tenga unidades de velocidad. Despejando:

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

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

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

En general, para una reacción de orden total $n$ las unidades son $\mathrm{L}^{n-1}\cdot\mathrm{mol}^{1-n}\cdot\mathrm{s}^{-1}$; con $n = 2$ se obtiene lo anterior.

$\textbf{d) Defina catalizador e indique gráficamente cómo afecta a la velocidad de reacción. [0,50 puntos]}$

Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción sin consumirse en ella: se recupera inalterada al final. No lo consigue empujando la reacción, sino ofreciendo un $\textbf{mecanismo alternativo}$ con una energía de activación menor, de modo que una fracción mucho mayor de choques resulta eficaz.

En el diagrama energético del avance de la reacción, eso se traduce en una joroba más baja. Los niveles de reactivos y de productos $\textbf{no se mueven}$, así que $\Delta H$ es el mismo con catalizador y sin él:



$\textbf{e) Indique cómo afecta el catalizador a las concentraciones en el equilibrio químico. [0,25 puntos]}$

No las afecta en absoluto. El catalizador rebaja por igual la energía de activación de la reacción directa y de la inversa, así que acelera las dos en la misma proporción y la constante de equilibrio no cambia:

$K = \frac{k_{\text{directa}}}{k_{\text{inversa}}}$

Lo único que se consigue es alcanzar el mismo equilibrio, con las mismas concentraciones, en menos tiempo.