A orde total da reacción é 1 + 2 = 3 a suma das ordes da reacción respecto aos reactivos
description
Transcript of A orde total da reacción é 1 + 2 = 3 a suma das ordes da reacción respecto aos reactivos
Nunha reacción do tipo aA + bB productos, estudiada experimentalmente no laboratorio, obtivéronse os dados da táboa. Con eles calcula:
1.- A orde da reacción respecto de A e B. 2.-A orde total da reacción.3.- A constante da velocidade. 4.-A ecuación da velocidade
Experimento
A(mol.l-1)
B(mol.l-1)
v(mol.l-1.s-1)
1 0,02 0,01 4,4.10-4
2 0,02 0,02 17,6.10-4
3 0,04 0,02 35,2.10-4
4 0,04 0,04 140,8.10-4
Con os valores dos experimentos 2 e 3 vemos que ao duplicarse o valor de [A] tamén se duplica o da velocidade o que nos indica que son directamente proporcionais A reacción é de orde 1 respecto a A
Con os valores dos experimentos 1 e 2 vemos que ao duplicarse o valor de [B] o da velocidade aumenta cuadriplicándose; o que nos indica que a velocidade depende do cadrado da concentración de B. Corroboramos esta hipótese con os valores dos exp. 3 e 4, nos que comprobamos que 140,8.10-4 = 4 . 35,2.10-4 A reacción é de orde 2 respecto a B
A orde total da reacción é 1 + 2 = 3 a suma das ordes da reacción respecto aos reactivos
Cinética (páx.:2)
v k A B . . 2
2. BA
vk
k
4 410
0 02 0 012 2 10
4
22, .
, . ,, .
k
17 610
0 02 0 022 210
4
22, .
, . ,, .
k
35 2 10
0 04 0 022 2 10
4
22, .
, . ,, .
k
140 810
0 04 0 042 210
4
22, .
, . ,, .
Resultando o valor da constante da velocidade k= 2,2.102
v A B2 2 102 2, . . .
4.- A expresión da ecuación da velocidade para esta reacción será:
Unha substancia A descomponse seguindo unha cinética de segundo orde. A 600K o valor da cte. de velocidade é k= 0,55 l.mol-1.s-1
Calcula a velocidade de descomposición a esta Tª se A=3.10-3 mol.l-1
Se a 625 K a constante de velocidade é k= 1,50l.mol-1.s-1, calcula a enerxía de activación no intervalo de temperaturas considerado
2Akv
Segundo a ecuación de Arrhenius
6623 10.95,410.9.55,010.3.55,0 v
K A eE
RTa
.Temos dúas incógnitas “A” e “Ea”, e tamén dous valores de K e a temperatura correspondente, o que equivale a dicir que temos dúas ecuacións con dúas
incógnitas: Sistema compatible determinadoUtilizamos logaritmos neperianos para simplificar o cálculo, resultando:
LnK LnAE
RTa
Onde substituímos os valores de K e de T ; obtendo as ecuacións:
cinética4
Ln LnE
R
E
R
RE RE
R R
E
Ra a a a a150 0 55
625 600
600 625
625 600 15000, ,
. . .
kJJLnE
LnRLnLnRE
a
a
125124897727,2.3,8.15000
55,0
50,1..15000)55,050,1.(.15000
Restando as ecuacións eliminamos a incógnita A,
e pasamos a ter unha ecuación con unha incógnita: Ea
Ln LnAE
Ra150
625, Ln LnA
E
Ra0 55
600,
1.-Un recipiente contén, en equilibrio, 3´6 moles deH2 , 13´5 moles de N2 e un mol de NH3 , a presión total de 1 atm. Calcular: a)Presión parcial de cada un dos gasesb) Kp e Kc a 25ºC para o equilibrio N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
atmatmp
atmatmp
atmatmp
Pn
np
Pxp
NH
N
H
TT
HH
THH
0501153163
1
7501153163
531
2001153163
63
3
2
2
2
2
22
8025)298.0820(420
)(
)(
420750.200
050
.
)132(
3
2
3
2
22
3
c
npc
ncp
p
NH
NHp
K
RTKK
RTKK
K
pp
pK
2.-Cando se quenta unha mestura gasosa de 9 moles de hidróxeno e 6 moles de iodo a 500ºC, fórmanse no equilibrio 10 moles de ioduro de hidróxeno.a) Calcula a composición do equilibrio se á mesma temperatura se mesturan 5 moles de hidróxeno e 5 de iodo.b) ¿Como actúan a temperatura e a presión sobre o posible desprazamento do equilibrio?.Razóao.
25
4
10014
102
22
2
VV
VIH
HIKc
H2 + I2 2 HI
9 6 0 moles iniciais
9-X 6-X 2X moles no eq.
4 1 10 moles no eq.
7
25,..,725,..,2525,..,
5
25
5
2
5
)2(5
.5
2
252
2
2
2
xxxxx
x
x
x
x
x
Vx
VxVx
Kc
5 5 0 moles iniciais
5-X 5-X 2X moles no eq.
H2 + I2 2 HI
Resultando nH2 = n I2 = 5 - 25/7= 1,43 moles ; e nHI = 7,14 moles
b) ¿Como actúan a temperatura e a presión sobre o posible desprazamento o equilibrio?.Razóao. H2 + I2 2 HI
Os cambios de presión no afectan ao equilibrio porque o número de moles gasosos de reactivos é igual ao número de moles gasosos de productos.
A influencia dos cambios na temperatura, no equilibrio químico, non se pode predicir sen coñecer o signo de ΔH
Nas reaccións exotérmicas lnK diminúe ao aumentar a temperatura
Nas endotérmicas lnK aumenta ao aumentar a temperatura
3.-Introdúcense 2 moles de bromo nun balón de 2 litros e quéntanse a 1756 K, temperatura á que as moléculas de bromo se disocian en átomos do mesmo elemento.a) Escribe a ecuación para a constante de equilibrio referida ás concentracións.b) Se á citada temperatura, o 1% das moléculas de bromo se atopan disociadas en átomos, determina a composición do equilibrio.c) Determina o valor de Kc
2
2
Br
BrKc Br 2(g) 2Br (g)
2 0 moles iniciais
c(1 - α) 2 c α onde c=1 e α=0,01
1(1 -0,01) 0,02 moles/litro no eq.
Resultando a composición no equilibrio 0,99 M de Br2 , e 0,02 M de Br
4
222
10.04,499,0
10.2
99,0
02,0
cK
5.10-3 10-2 0 moles iniciais
5.10-3 – x 10-2 – x 2x moles no eq. n = v.[HI] 2x=1,8.10-3 moles/litro . 5 litros 2x =9.10-3moles; x = 4,5.10-3 moles
0,5.10-3 5,5.10-3 9.10-3 moles no eq.
4.- Nun balón de 5 litros de capacidade introdúcense 5.10-3 moles de H 2(g) e 10-
2 moles de I 2(s). Quentamos a mestura ata 450ºC ( a esta Tª o iodo é gasoso) e permitimos que se acade o equilibrio entre estas especies e o ioduro de hidróxeno gas. Unha vez en equilibrio observamos que a concentración de HI é 1,8.10-3 M.a) Escribe a ecuación química do equilibrio que ten lugar e deduce a expresión da constante do equilibrio referida a concentracións molares.b) Determina a concentración das distintas especies no equilibrio.c) Determina o valor de Kc
45,295,5.5,0
81
510.5,5
510.5,0
510.9
33
23
cK
22
2
IH
HIKc H 2(g) + I 2(g) 2 HI (g)
ML
molHI
ML
molI
ML
molH
eq
eq
eq
33
43
2
43
2
810,15
10.9
10.1,15
10.5,5
105
10.5,0
5.-Para determinar o valor de Kc para a reacción 2AB(g) 2A (g) + B 2(g) introducen 2 moles de AB nun recipiente de 2L de capacidade. Unha vez acadado o equilibrio o número de moles de AB existentes é 0,06.a) Determina a composición da mestura unha vez acadado o equilibrio b) Calcula o valor de Kc para o devandito equilibrio
2AB(g) 2A (g) + B 2(g)
2 0 0 moles iniciais Se quedan 0,06, disociáronse . . 2-0,06=1,94, formándose outros . . tantos de A e a metade e B
0,06 1,94 0,97 moles unha vez acadado o equilibrio .
507
206,0
297,0
294,1
2
2
2
2
AB
BAKc
6.-Nun recipiente, inicialmente baleiro, de 5 litros, que se mantén a 300ºC, introdúcense 261g de PCl5 e péchase. Cando se alcanza a presión de equilibrio esta é de 16,45 atm.A) Calcúlese o grao de disociación térmica en PCl3 e Cl2
b) ¿Canto valen Kc e Kp ?
molK
molKlatm
latm
TR
VPxxx 75,1
573..
.082,0
5.45,16
.
.25,1
mol
molgg
n 25,1208
261
5,0
75,125,1
75,125,1
x
x
xxx
PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl2(g)
1,25-x x x moles no eq.
O número total de moles no equilibrio cumprirá PV=nRT. Por tanto:
%40100.25,1
5,0O grado de disociación porcentuado será
066,0
575,0
55,0
55,0
5
23
PCl
ClPClKc
13,3573.082,0.066,01 RTKRTKK cn
cp
7.- 10 moles de dióxido de carbono introdúcense nun balón de 224 litros e quéntanse ata 300ºC. A presión estabilízase a 2,5 atm. Calcula:a) Composición do equilibrio, sabendo que o CO2 se disocia en CO e O2
b) Kc e Kp
c) Se a temperatura se tivese elevado a 500ºC, ¿terían aumentado as constantes? ¿ Por que?
molx
n
molxn
molxn
x
molx
xx
molK
molKlatm
latm
TR
VPn
TRnVP
O
CO
CO
92,12
84,3
16,610
84,3)1092,11.(2
92,112
10
92,11573.
..
082,0
224.5,2
.
.
...
2
2
CO2 CO + ½ O2
10 0 0 moles iniciais
10-x x x/2 moles no eq.
Composición do equilibrio
40,0)()(
058,0
22416,6
22492,1
22484,3
2
1
2
1
2
2
1
2
RTKRTKRTKK
CO
OCOK
ccn
cp
c
7.-(continuación)
b) Determinación das constantes
c) Un aumento na Temperatura implica unha diminución no número de moles xa que segundo a lei dos gases perfectos, son inversamente proporcionais.
Por tanto, a máis Tª o equilibrio desprázase cara á formación de reactivo: O valor das constantes diminuiría
8.-Nun matraz de 1 litro no que se fixo o baleiro, introdúcense 0,1724 moles de N2O4 e quéntase a 35ºC. Parte do N2O4 disóciase en NO2. Cando se acada o equilibrio a presión total é de 2,1718 atm. Calcular:a) O grado de disociación.b) As presións parciais no equilibrio.c) Kc
N2O4 2 NO2
i) 0,1724 0
eq) 0,1724-x 2x
V=1 litro
T=308 K
P=2,1718 atm
Nestes datos hai un erro. Substitúeo por V=3 litros
085,0
258,0308
..
082,0
3.1718,2
.
.1724,0
x
molK
molKlatm
latm
TR
VPxnT
Moles que reaccionaron , dos 0,1724 iniciais, o que implica un grado de disociación do 49%.
8 continuación
Cálculo das presións parciais no equilibrio
atmatmPxp
atmatmPxp
TNONO
TONON
4400,11718,2.2579,0
0855,0.2.
7318,01718,2.2579,0
0855,01724,0.
22
4242
Cálculo de Kc
112,0
30855,01724,0
30855,0.2
2
42
22
ON
NOKc Sempre supoñendo
que V=3 litros
9.-A constante de equilibrio Kc para a reacción Br 2(g) 2Br Vale 1,04.10-3 , a 1285ºC. Un recipiente de 200 cm3, en equilibrio, contén 4,5.10-2 moles de Br2
a) ¿Cantos moles de Br están presentes no matraz?b) Se a reacción é endotérmica, ¿Que podes facer para aumentar a cantidade de Br?
3
2
2
2
2
10.04,1
2,010.5,4
2,0
Br
c
n
Br
BrK
Br2(g) 2Br
eq) 4,5.10-2 n
Kc=1,04.10-3
T=1558 K
V=0,2 l
32
3 10.06,32,0
10.5,410.04,12,0
BrnO número de moles de Br é
b) Subindo a Temperatura, as reaccións endotérmicas desprazan o equilibrio, favorecendo a formación de productos, neste caso de Br. Para aumentar a cantidade de Br, aumentaría T
10.- Nun recipiente de 10 litros a 800 K introdúcense 1 mol de CO e 1 mol de H2O. Cando se acada o eq. CO (g) + H 2O (g) CO 2(g) + H 2(g)
se atopan presentes 0,665 moles de CO2 e 0,665 moles de H2.a) ¿Cales son as concentracións dos catro gases no equilibrio?b) ¿Cal é o valor de Kc para a devandita reacción a 800 K?
MV
nHCO
MCOOH
Ml
mol
V
nCO
222
2
10.65,610
665,0
0335,0
0335,010
665,01
CO (g) + H 2O (g) CO 2(g) + H 2(g)
i) 1 1 0 0 moles
eq) 1-x 1-x x=0,665 x=0,665 moles
94.30335,0
0665,02
2
2
22 OHCO
HCOKcO valor de Kc a 800 K será:
Son as concentracións molares dos catro gases durante o equilibrio
11.- Con respecto ao seguinte equilibrio en fase gasosa 2A (g) B (g) + C (g) Comenta as seguintes afirmacións, indicando de forma razoada se che parecen correctas, ou corrixíndoas no seu caso.
a) O número de moles de C increméntase ó diminuír o volume do recipiente que contén aos gases.
Falso: As variacións de volume non desprazan ao equilibrio por haber o mesmo número de moles de producto que de reactivo
b) O número de moles de B increméntase o engadir unha nova cantidade de C á mestura en equilibrio
Falso: Engadindo C ao equilibrio, favorécese a formación de A, en detrimento do número de moles de B
c) O número de moles de C e de B increméntase se engadimos un catalizador
Falso: O catalizador modifica a velocidade da reacción, para acadar o equilibrio. Unha vez en equilibrio, o catalizador non inflúe.
Ao medir a velocidade da reacción de descomposición do N2O5 en función da concentración e seguindo a reacción: 2N2O 5 4NO2 + O2, resultaron os datos da táboa. Determina a orde de reacción e a constante da velocidade
Por ser a velocidade de reacción directamente proporcional á concentración, podemos decir que se trata dunha reacción de primeira orde.
Para determinar K utilizamos unha parella de datos
14
4
min10.2,63,0
min.1086,1
Lmol
Lmol
A
vk
[N2O5](mol.L-1) 0,1 0,2 0,3 0,4
V(mol.L-1.min-1) 6,20.10-5 1,24.10-4 1,86.10-4 2,48.10-4
Da análise da reacción: CO + NO2 CO2 + NO, a 270ºC, resultaron os datos da táboa. Determina a) a orde de reacción b)a constante de velocidade a 270ºCc) a velocidade cando a concentración dos dous reactivos é 2.10-4 M
Nas exp que [NO2] é constante , vemos que v é directamente proporcional a [CO]
Nas exp que [CO] é constante , vemos que v é directamente proporcional a [NO2]
V = k[CO][NO2]. É de orde 2
[CO](M) [NO2 ](M) Velocidade(Mh-1) Exp.
3.10-4 0,4.10-4 2,28.10-8 1
3.10-4 0,8.10-4 4,56.10-8 2
3.10-4 0,2.10-4 1,14.10-8 3
6.10-4 0,4.10-4 4,56.10-8 4
18.10-4 0,4.10-4 13,68.10-8 5
Para calcular a constante utilizamos os valores dunha das experiencias
V = k[CO][NO2]. 2,28.10-8= k (3.10-4)(0,4.10-4) ; k = 1,9L.mol-1.h-1.
Para calcular a velocidade:
V = k[CO][NO2] = 1,9 L.mol-1.h-1. (2.10-4)(2.10-4) =7,6.10-8 M.h-1.
Introdúcense 1,5 moles de pentacloruro de fósforo (g) nun recipiente de 3 litros. Ao acadar o equilibrio, a 390 K e 25,6 atm., o pentacloruro está disociado nun 60% en tricloruro de fósforo (g) e cloro molecular (g). Calcula Kc e Kp.
PCl5 PCl3 + Cl2
i) 1,5 0 0 mol iniciais
eq) 1,5(1-α) 1,5α 1,5α mol no equilibrio
eq) 0,6 0,9 0,9 mol no eq.
4,14390082,045,0
45,0
36,0
39,0
2
5
23
ncp
c
RTKK
PCl
ClPClK
Unha mestura gasosa constituída inicialmente por 3,5 mol de hidróxeno e 2,5 mol de iodo quéntase a 400ºC, acádase o equilibrio obtendo 4,5 mol de HI , sendo o volume do reactor 10 litros. Calcula a) Kc e Kp. b) a concentración dos compostos se o volume se reduce a metade, mantendo a temperatura
8,64673082,08,64
0)11(2
8,64
1025,1
1025,0
105,4
0
2
22
2
ncp
c
RTKK
n
IH
HIK
H2 + I2 2 HI
i) 3,5 2,5 0 mol iniciais
eq) 3,5-x 2,5-x 2x mol no eq.
eq) 1,25 0,25 4,5 mol no eq.
Segundo o ppo de Le Châtelier ao diminuír o volume desprázase o equilibrio cara a onde haxa menos moles gasosos. Neste caso ∆n=0 así que non cambia o número de moles presentes no eq. Resultando
MIMHMHI 05,05
25,025,0
5
25,19,0
5
5,422
A constante de equilibrio Kc da reacción N2O4 2NO2 vale 0,671 a 45ºC. Calcule a presión total no equilibrio nun recipiente que se encheu con N2O4 a 10 atmosferas e a temperatura referida.Datos R= 0,082 atm.l.mol-1.K-1. Selectivo Xuño 97. Madrid
N2O4 2NO2
i) c 0 conc. inicial
eq) c(1-α) 2c α conc. de equilibrio
5,1740102
5,17318082,0671,0
1
2671,0
22
2222222
2
42
22
42
2
42
2
42
2
42
2
xn
x
xnxn
x
n
P
n
nP
x
x
Px
Px
p
pK
RTKK
c
c
ON
NOK
T
T
ON
NO
TON
NO
TON
TNO
ON
NO
p
ncp
c
N2O4 2NO2
i) n 0 conc. inicial
eq) n-x 2x conc. de equilibrio
Nos dous casos temos dúas incógnitas e o problema resulta irresoluble. Teríamos que supor un valor para o volume.
Para unha certa cantidade de pentacloruro de fósforo á presión de 2atm e 473K de temperatura, a metade das súas moléculas están disociadas. Determina Kp.
PCl5 (g) PCl3(g) + Cl2(g)
n0 0 0 mol iniciais
n0(1-α) n0 α n0 α mol no eq. nT= n0(1+ α)
A presión parcial de cada unha das especies, no equilibrio é:
3
2
3
22
5,1
5,0
1)1(
3
22
5,1
5,0
1)1(
3
22
5,1
5,0
1
1
)1(
)1(
5
23
0
0
0
0
0
0
2
22
3
33
5
55
PCl
ClPClK
atmPPn
nP
n
nPxp
atmPPn
nP
n
nPxp
atmPPn
nP
n
nPxp
p
T
ClClCl
T
PClPClPCl
T
PClPClPCl
Nun recipiente de un litro de capacidade se introduce amoníaco a 20ºC e 14,7 atm. A continuación , quéntase o recipiente a ta 300ºC e aumenta a presión a 50 atm. Determina o grado de disociación do amoníaco
2 NH3 (g) N2 (g) + 3 H2 (g)
n0 0 0 mol iniciais
n0-2x x 3x mol no eq. nT= n0+2x
%7474,061,0
44,02
22,061,0
06,1573
..
082,0
1502
61,0293
..
082,0
17,14
0
0
0
0
n
x
iniciaismoles
disociadosmoles
xiniciaismoln
molK
molKLatm
Latmxn
molK
molKLatm
Latmn
RT
PVn
A constante de equilibrio Kp da reacción N2O4 2NO2 vale 1,74.10-1 a 27ºC. Calcule o valor de kp a 327ºC. Sendo ∆H0= 57.1kJ mol-1
N2O4 2NO2
4
44,111
44,111
11
3
1
121
12
0
10.62,1
.10.74,1
10.74,1
44,11300
1
600
1
..314,8
10.1,57
10.74,1ln
10.74,160030011
ln
2
2
2
2
1
1
2
p
p
p
p
pp
p
K
eK
eK
KKKmolJ
JK
KKTKTOndeTTR
H
K
K
Dada a reacción N2(g) + O2(g) 2NO(g). Calcula Kp a 25ºC. Datos: ∆H0
f[NO(g)] =90,2kJ.mol-1; S0[N2(g)]=191,5J.mol-1K-1 ; S0[O2(g)]=204,8J.mol-1K-1 ; S0[NO(g)]=210,5J.mol-1K -1.
RT
G
p eK
0
N2 + O2 2NOA relación entre kp e os valores termodinámicos é
3194,69298.3,8
.10.73,1
5150
1111111
000
513000
000
10.2,4
10.73,17,2429810.8,1
7,248,2045,1915,2102
10.8,1010.2,902
11
15
pKKmolJ
molJ
p
reactivosproductos
reactivosproductos
KeeK
reactivodemolporJJKKJG
JKKJmolKJmolKJmolmol
SSS
JJmolmolHHH
STHG
Na descomposición de carbonato de calcio en óxido de calcio mais dióxido de carbono, calcula a constante do equilibrio Kpa 25ºC; e a presión parcial do dióxido de carbono no equilibrio.Datos: ∆G0
f [CO2(g)]= - 394,4kJ.mol-1. ∆G0f [CaCO3(s)]= -1128,8kJ.mol-1.
∆G0f [CaO(s)]=- 604,1kJ.mol-1
10
)(0
)(00
.3,1298,112811,60414,3941
molkJmol
kJmol
mol
kJmol
mol
kJmolG
GGG reactivosproductos
RT
G
p eK
0
CaCO3(s) CO2(g) + CaO(s)
Dado que dúas substancias están en fase sólida: Kp=pCO2
Presión parcial do dióxido de carbono 2,16.10-23atm
23298..314,8
.129300
10.16,211
10
KKmolJ
molJ
RT
G
p eeKf
Nun recipiente de 1l introdúcense 2 moles de N2 e 6 moles de H2 a 400ºC, establecéndose o equilibrio N2 (g) + 3 H2(g) 2NH3(g). Se a presión do gas no equilibrio é 288´2 atm, calcule o valor de Kc e Kp a esa temperatura.
Selectivo Xuño 97. Madrid
Fanse reaccionar 5 moles de aluminio metal con cloruro de hidróxeno en exceso para dar tricloruro de aluminioe hidróxeno gas(a) ¿Que volume de hidrçoxeno medido en condicións normais , se obtén?(b) Se todo o hidróxeno pasa sobre monóxido de cobre, en exceso, producíndose cobre metal e auga. ¿Que cantidade de cobre metal se obtén se o rendemento da reacción é do 60%? Selectivo Sept 97.
Nunha reacción A+B == AB , en fase gasosa, a constante Kp vale 4,3 á temperatura de 250ºCe ten un valor de 1,8 a 275ºC. (a) Enuncie o principio de Le Chatelier (b) Razoe se a devandita reacción é exotérmica ou endotérmica.(c) En que senso se despraza a reacción ao aumentar a temperatura
Selectivo Xuño 04.
PAAU 2004 Nunha Reacción A + B AB en fase gasosa, a constante Kp vale 4,3 á temperatura de 250ºC e ten un valor de 1,8 a 275ºC. (a) Enuncie el Principio de Le Chatelier.(b) Razoe se a devandita reacción é exotérmica ou endotérmica. (c) ¿En que senso se despraza o equilibrio ao aumentar a temperatura?