Ejercicio resuelto de Velocidad · Química · Navarra · 2020

Para la reacción en fase gaseosa: $2\,\text{HI}(g) \rightarrow \text{I}_2(g) + \text{H}_2(g)$ la ecuación de la velocidad es $v = k\,[\text{HI}]^{2}$. Indique, justificando su decisión, si afectan a la velocidad de la reacción las siguientes circunstancias y, en caso afirmativo, de qué manera:

i) La presencia de un catalizador. [0,50 puntos]

ii) Una disminución del volumen del recipiente. [0,50 puntos]

iii) Un aumento de la concentración de $\text{I}_2$. [0,50 puntos]

iv) Un aumento de la temperatura. [0,50 puntos]

$\textbf{i) La presencia de un catalizador. [0,50 puntos]}$

$\textbf{Sí afecta}$: aumenta la velocidad. El catalizador abre un mecanismo alternativo con una energía de activación menor, de modo que a la misma temperatura una fracción mucho mayor de choques resulta eficaz. Formalmente, lo que crece es la constante cinética $k$, no las concentraciones.

Lo que no cambia es el punto final: los niveles de reactivos y productos son los mismos y las cantidades obtenidas en el equilibrio, también.

$\textbf{ii) Una disminución del volumen del recipiente. [0,50 puntos]}$

$\textbf{Sí afecta}$: al reducir el volumen aumenta la concentración de HI, y la velocidad depende de ella al cuadrado. Si el volumen se redujera a la mitad, la concentración se duplicaría y

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

la velocidad se multiplicaría por cuatro.

$\textbf{iii) Un aumento de la concentración de I₂. [0,50 puntos]}$

$\textbf{No afecta}$. El yodo es un producto y no figura en la ecuación de velocidad, que solo depende del HI. Añadir yodo no cambia ni $k$ ni $[\mathrm{HI}]$, así que la velocidad de la reacción directa es la misma.

$\textbf{iv) Un aumento de la temperatura. [0,50 puntos]}$

$\textbf{Sí afecta}$: la aumenta, y mucho. La constante cinética depende de la temperatura según la ecuación de Arrhenius,

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

de modo que al calentar el exponente se hace menos negativo y $k$ crece exponencialmente. Molecularmente, las moléculas chocan con más frecuencia, pero sobre todo crece la fracción de choques cuya energía supera la de activación, que es el factor determinante.