Ejercicio resuelto de Cinética química · Química · 2025

En una reacción genérica del tipo:

$\text{A} + \text{B} \rightleftharpoons \text{C} + \text{D}$

la energía de activación para la reacción directa es de 30 kJ/mol y la energía de activación para la reacción inversa es de 55 kJ/mol.

a) Realice un esquema del diagrama energético de la reacción indicando la energía de activación directa e inversa, así como la diferencia de energía entre reactivos y productos $(\Delta H^{o})$. (1 punto)

b) Si se añade un catalizador que acelera la reacción, indique cómo variarán las energías de activación directa e inversa. (0,5 puntos)

c) Si se añade un catalizador, razone cómo variará la diferencia de energía $(\Delta H^{o})$ entre reactivos y productos. (0,5 puntos)

$\textbf{a) Realice un esquema del diagrama energético de la reacción indicando la energía de activación directa e inversa, así como la diferencia de energía entre reactivos y productos (ΔH°). (1 punto)}$

El diagrama representa la energía frente a la coordenada de reacción: se sube desde los reactivos hasta el complejo activado y se baja desde ahí hasta los productos. La subida es la energía de activación directa y la bajada, la inversa. La diferencia entre los extremos es la variación de entalpía:

$\Delta H^0 = E_a(\text{directa}) - E_a(\text{inversa}) = 30 - 55 = -25 \text{ kJ/mol}$

Tomando como origen de energías el nivel de los reactivos:

Punto del diagrama	Energía relativa
Reactivos (A + B)	0 kJ/mol
Complejo activado	$+30$ kJ/mol
Productos (C + D)	$-25$ kJ/mol

En el esquema, la flecha de $E_a$ directa va del nivel de los reactivos al máximo y mide 30 kJ/mol; la de $E_a$ inversa va del nivel de los productos al mismo máximo y mide 55 kJ/mol; y la de $\Delta H^0$ va de los reactivos a los productos, hacia abajo, y mide 25 kJ/mol. El máximo de la curva es el complejo activado o estado de transición.

Como $\Delta H^0 < 0$, la reacción directa es $\textbf{exotérmica}$: los productos son más estables que los reactivos y se desprende energía.

$\textbf{b) Si se añade un catalizador que acelera la reacción, indique cómo variarán las energías de activación directa e inversa. (0,5 puntos)}$

Un catalizador acelera la reacción porque ofrece un $\textbf{camino alternativo}$ con un complejo activado de menor energía. Al bajar el máximo de la curva, y como los niveles de reactivos y productos no se mueven, $\textbf{las dos energías de activación disminuyen}$, y además lo hacen exactamente en la misma cantidad.

Si, por ejemplo, el catalizador rebajase el máximo en 10 kJ/mol:

$$	Sin catalizador	Con catalizador
$E_a$ directa	30 kJ/mol	20 kJ/mol
$E_a$ inversa	55 kJ/mol	45 kJ/mol
$\Delta H^0$	$-25$ kJ/mol	$-25$ kJ/mol

La consecuencia importante es que el catalizador acelera $\textbf{por igual}$ la reacción directa y la inversa, de modo que no altera la posición del equilibrio: solo hace que se alcance antes.

$\textbf{c) Si se añade un catalizador, razone cómo variará la diferencia de energía (ΔH°) entre reactivos y productos. (0,5 puntos)}$

$\textbf{No varía}$:

$\Delta H^0 = -25 \text{ kJ/mol}$

La razón de fondo es que la entalpía es una $\textbf{función de estado}$: su variación depende solo de los estados inicial y final, no del camino que se siga para ir de uno a otro. El catalizador cambia el camino —el mecanismo, el complejo activado, la velocidad— pero no toca ni a los reactivos ni a los productos, porque se recupera intacto al final.

Se ve también en la propia relación del apartado a): si las dos energías de activación bajan en la misma cantidad, su diferencia queda igual.