Cinética química — Química PEvAU Andalucía

Ley de velocidad y órdenes de reacción

Problema

2025 · Ordinaria · Suplente

2B

La reacción $\ce{A + 2B -> C}$ es de primer orden respecto a cada uno de los reactivos. Cuando la concentración de $\ce{A}$ es $0,2\text{ M}$ y la de $\ce{B}$ es $0,8\text{ M}$ , la velocidad de formación de $\ce{C}$ es $5,6 \cdot 10^{-1} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$ .

a) Determine la constante de velocidad.b) ¿Cuánto valdrá la velocidad en el momento en que

[\ce{A}] = 0,1 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}

y

[\ce{B}] = 0,4 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}

?c) ¿Cuál es el orden total de la reacción?d) Razone cómo afectaría a la velocidad de la reacción la adición de un catalizador.

Cinética químicaLey de velocidad

a) Determine la constante de velocidad.

A partir de la ecuación química $\ce{A + 2B -> C}$ y la información sobre los órdenes parciales (primer orden respecto a $\ce{A}$ y a $\ce{B}$ ), establecemos la ley de velocidad:

v = k [\ce{A}] [\ce{B}]

Sustituimos los datos experimentales: $v = 5,6 \cdot 10^{-1} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$ , $[\ce{A}] = 0,2 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}$ y $[\ce{B}] = 0,8 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}$ para despejar la constante de velocidad $k$ :

5,6 \cdot 10^{-1} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1} = k (0,2 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}) (0,8 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1})

k = \frac{5,6 \cdot 10^{-1} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{0,16 \text{ mol}^2 \cdot \text{L}^{-2}}

k = 3,5 \text{ L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

b) ¿Cuánto valdrá la velocidad en el momento en que [

\ce{A}

] = 0,1 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} y [

\ce{B}

] = 0,4 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}?

Utilizando el valor de la constante $k$ obtenido y las nuevas concentraciones, calculamos la nueva velocidad de reacción:

v = 3,5 \text{ L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1} \cdot 0,1 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot 0,4 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}

v = 0,14 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

c) ¿Cuál es el orden total de la reacción?

El orden total de la reacción se calcula como la suma de los exponentes de las concentraciones de los reactivos en la ley de velocidad, es decir, la suma de los órdenes parciales:

\text{Orden total} = 1 + 1 = 2

d) Razone cómo afectaría a la velocidad de la reacción la adición de un catalizador.

La adición de un catalizador proporciona una ruta de reacción alternativa que posee una menor energía de activación ( $E_a$ ). De acuerdo con la ecuación de Arrhenius, $k = A \cdot e^{-E_a/RT}$ , una disminución de la energía de activación resulta en un aumento del valor de la constante de velocidad $k$ . Dado que la velocidad es directamente proporcional a esta constante ( $v = k [\ce{A}] [\ce{B}]$ ), la velocidad de la reacción aumenta.

T4: Cinética química

Velocidad de reacción

Teoría

2025 · Ordinaria · Titular

2B

La reacción química $\ce{2A + B -> C}$ tiene como ecuación de velocidad $v = k \cdot [A]^2 \cdot [B]$ . Responda razonadamente:

a) ¿Cuál es el orden total de la reacción?b) Determine las unidades de la constante de velocidad.c) ¿Se puede considerar que, durante el transcurso de la reacción química, la velocidad de la reacción permanece constante?d) ¿La velocidad de desaparición de

B

es igual que la velocidad de aparición de

C

?

Ecuación de velocidadOrden de reacción

a) El orden total de la reacción se calcula sumando los exponentes a los que están elevadas las concentraciones de los reactivos en la ecuación de velocidad. La ecuación de velocidad es

v = k \cdot [A]^2 \cdot [B]^1

. El orden respecto a A es 2, y el orden respecto a B es 1. Por lo tanto, el orden total de la reacción es

2 + 1 = 3

.b) Para determinar las unidades de la constante de velocidad (

k

), se despeja

k

de la ecuación de velocidad

v = k \cdot [A]^2 \cdot [B]

:

k = \frac{v}{[A]^2 \cdot [B]}

. Las unidades de la velocidad (

v

) son

\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

, y las unidades de concentración son

\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}

. Sustituyendo estas unidades en la expresión de

k

:

k = \frac{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{(\text{mol} \cdot \text{L}^{-1})^2 \cdot (\text{mol} \cdot \text{L}^{-1})} = \frac{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{\text{mol}^3 \cdot \text{L}^{-3}} = \text{mol}^{-2} \cdot \text{L}^2 \cdot \text{s}^{-1}

c) La velocidad de la reacción no permanece constante durante el transcurso de la reacción química. La ecuación de velocidad es

v = k \cdot [A]^2 \cdot [B]

. A medida que la reacción avanza, los reactivos A y B se consumen, lo que significa que sus concentraciones

[A]

y

[B]

disminuyen. Dado que la velocidad es directamente proporcional a las concentraciones de los reactivos (elevadas a sus respectivos órdenes de reacción), una disminución en

[A]

y

[B]

provocará una disminución en la velocidad de la reacción.d) No, la velocidad de desaparición de B no es igual que la velocidad de aparición de C. Para una reacción estequiométrica

\ce{2A + B -> C}

, las velocidades de desaparición de los reactivos y aparición de los productos están relacionadas por los coeficientes estequiométricos de la siguiente manera:

-\frac{1}{2}\frac{d[A]}{dt} = -\frac{d[B]}{dt} = \frac{d[C]}{dt}

De esta relación se obtiene que la velocidad de desaparición de B es $-\frac{d[B]}{dt}$ y la velocidad de aparición de C es $\frac{d[C]}{dt}$ . Por lo tanto, se cumple que $-\frac{d[B]}{dt} = \frac{d[C]}{dt}$ , lo que significa que la velocidad de desaparición de B es igual a la velocidad de aparición de C. Esta afirmación es, por tanto, Verdadero.

T4: Cinética química

Velocidad de reacción y orden de reacción

Problema

2024 · Ordinaria · Reserva

B6

La reacción $\ce{A + B -> C}$ es de orden cero con respecto a A, orden 2 con respecto a B y su constante de velocidad vale $0,027 \text{ mol}^{-1} \cdot \text{L} \cdot \text{s}^{-1}$ . Responda a las siguientes preguntas, justificando la respuesta:

a) ¿Cuál es el orden total de la reacción?b) ¿Cuál es la velocidad si las concentraciones iniciales de A y de B son

0,48 \text{ M}

y

0,35 \text{ M}

, respectivamente?c) ¿Cómo se modifica la velocidad si la concentración inicial de A se reduce a la mitad?

orden de reacciónvelocidad de reacción

a) El orden total de la reacción se define como la suma de los órdenes parciales (exponentes de las concentraciones en la ley de velocidad) de todos los reactivos. Dado que el orden respecto a

\ce{A}

es 0 y respecto a

\ce{B}

es 2, la ley de velocidad se expresa como

v = k[\ce{A}]^0[\ce{B}]^2 = k[\ce{B}]^2

.

n = 0 + 2 = 2

b) Para calcular la velocidad de la reacción con las condiciones dadas, sustituimos la constante de velocidad

k = 0,027 \text{ mol}^{-1} \cdot \text{L} \cdot \text{s}^{-1}

y la concentración de

\ce{B}

en la ley de velocidad. La concentración de

\ce{A}

no afecta al cálculo por ser de orden cero.

v = 0,027 \text{ mol}^{-1} \cdot \text{L} \cdot \text{s}^{-1} \cdot (0,35 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1})^2

v = 0,027 \cdot 0,1225 = 3,31 \cdot 10^{-3} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

c) Al ser la reacción de orden cero con respecto al reactivo

\ce{A}

, la velocidad es independiente de su concentración. Esto implica que cualquier cambio en

[\ce{A}]

, como reducirla a la mitad, no producirá ninguna modificación en la velocidad de la reacción, que permanecerá constante siempre que

[\ce{B}]

y la temperatura no varíen.

T4: Cinética química

Ecuación de velocidad y factores que afectan

Problema

2024 · Ordinaria · Suplente

B2

La reacción en fase gaseosa: $\ce{2A + B -> 3C}$ es de orden dos respecto de A y de orden uno respecto de B.

a) Escriba la ecuación de velocidad en función de las concentraciones de A y B e indique el orden total de la reacción.b) Indique las unidades de la velocidad de reacción y de la constante cinética para esta reacción.c) Razone cómo afectará a la velocidad de reacción un aumento de la temperatura a volumen constante.

Cinética químicaVelocidad de reacciónOrden de reacción

a) La ecuación de velocidad para la reacción

\ce{2A + B -> 3C}

es

v = k[A]^2[B]^1

. El orden de la reacción respecto a A es dos y respecto a B es uno. El orden total de la reacción es la suma de los órdenes parciales, por lo tanto, el orden total es

2 + 1 = 3

.b) Las unidades de la velocidad de reacción (

v

) son

\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

(o

\text{M} \cdot \text{s}^{-1}

). Para determinar las unidades de la constante cinética

k

, se utiliza la ecuación de velocidad

v = k[A]^2[B]

. Despejando

k

:

k = rac{v}{[A]^2[B]}

. Sustituyendo las unidades:

k = rac{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{(\text{mol} \cdot \text{L}^{-1})^2 \cdot (\text{mol} \cdot \text{L}^{-1})} = rac{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{\text{mol}^3 \cdot \text{L}^{-3}}

. Simplificando las unidades se obtiene:

k = \text{mol}^{1-3} \cdot \text{L}^{-1-(-3)} \cdot \text{s}^{-1} = \text{mol}^{-2} \cdot \text{L}^2 \cdot \text{s}^{-1}

.c) Un aumento de la temperatura a volumen constante incrementa la energía cinética promedio de las moléculas de los reactivos. Esto provoca un incremento en la frecuencia de las colisiones moleculares y, lo que es más importante, un aumento significativo en la fracción de moléculas que poseen una energía igual o superior a la energía de activación (

E_a

) necesaria para que las colisiones sean efectivas. Como resultado, la constante de velocidad

k

aumenta exponencialmente con la temperatura (según la ecuación de Arrhenius), lo que conlleva a un incremento global de la velocidad de reacción.

T4: Cinética química

Velocidad de reacción y factores que influyen

Teoría

2023 · Extraordinaria · Reserva

B6

Para la reacción $\ce{A(g) + B(g) -> C(g) + D(g)}$ , que no es de orden cero, explique de forma razonada si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) El reactivo A se consume más rápido que el reactivo B.b) A temperatura constante, al aumentar la presión aumenta la velocidad de la reacción.c) Iniciada la reacción, si la temperatura no cambia, su velocidad se mantendrá constante.

Velocidad de reacciónCinética química

a) Falso. Según la estequiometría de la reacción química ajustada

\ce{A(g) + B(g) -> C(g) + D(g)}

, la relación molar de reacción entre los reactivos es 1:1.

La velocidad de una reacción en función de la desaparición de los reactivos se define como la variación de la concentración respecto al tiempo dividida por su coeficiente estequiométrico:

v = -\frac{1}{1} \frac{d[\ce{A}]}{dt} = -\frac{1}{1} \frac{d[\ce{B}]}{dt}

Al ser ambos coeficientes iguales a la unidad, la velocidad de consumo de A es exactamente igual a la velocidad de consumo de B, por lo que ninguno se consume más rápido que el otro.

b) Verdadero. Considerando el comportamiento de los gases ideales, la concentración molar de una especie gaseosa se relaciona con la presión mediante la expresión

c = \frac{n}{V} = \frac{P}{R \cdot T}

.

A temperatura constante, un aumento de la presión conlleva un aumento proporcional de la concentración de los reactivos. La ley diferencial de velocidad para esta reacción es:

v = k [\ce{A}]^m [\ce{B}]^n

Dado que el enunciado especifica que la reacción no es de orden cero, al menos uno de los exponentes ( $m$ o $n$ ) es mayor que cero. Por tanto, al aumentar la concentración de los reactivos por el incremento de presión, el valor de la velocidad de reacción $v$ aumentará necesariamente.

c) Falso. A medida que la reacción progresa, los reactivos A y B se transforman en productos, lo que implica que sus concentraciones molares,

[\ce{A}]

y

[\ce{B}]

, disminuyen con el tiempo.

Si la temperatura permanece constante, la constante de velocidad $k$ no varía. Sin embargo, al depender la velocidad de las concentraciones de los reactivos según la ecuación:

v = k [\ce{A}]^m [\ce{B}]^n

Y siendo los órdenes de reacción distintos de cero, la disminución de $[\ce{A}]$ y $[\ce{B}]$ provoca una disminución continua de la velocidad de la reacción a medida que esta avanza, por lo que no puede mantenerse constante.

T4: Cinética química

Ecuación de velocidad

Problema

2023 · Ordinaria · Reserva

B6

La reacción $\ce{X + 2Y -> M}$ , es de orden dos respecto a $Y$ , de orden cero respecto a $X$ y su constante de velocidad es $0,053 \text{ mol}^{-1} \cdot \text{L} \cdot \text{s}^{-1}$ .Justifique:

a) ¿Cuál es el orden total de la reacción?b) ¿Cuál es la velocidad si las concentraciones iniciales de

X

y de

Y

son

0,4 \text{ M}

y

0,5 \text{ M}

, respectivamente?c) ¿Cómo se modificaría la velocidad si la concentración inicial de

X

se redujera a la mitad?

Orden de reacciónConstante de velocidad

Cinética de la reacción química

A partir de los órdenes parciales proporcionados para los reactivos $\ce{X}$ e $\ce{Y}$ , se establece la ley diferencial de velocidad para la reacción $\ce{X + 2Y -> M}$ :

v = k [\ce{X}]^0 [\ce{Y}]^2 = k [\ce{Y}]^2

a) El orden total de la reacción (

n

) se obtiene mediante la suma de los órdenes parciales de los reactivos involucrados en la ley de velocidad.

n = 0 + 2 = 2

b) Para calcular la velocidad de la reacción con las concentraciones iniciales dadas, se sustituyen los valores de la constante

k

y de la concentración de

\ce{Y}

en la expresión de velocidad, dado que el orden cero respecto a

\ce{X}

hace que su concentración no afecte a la velocidad.

v = 0,053 \text{ mol}^{-1} \cdot \text{L} \cdot \text{s}^{-1} \cdot (0,5 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1})^2

v = 0,01325 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

c) Puesto que el orden de reacción respecto al reactivo

\ce{X}

es cero, la velocidad es independiente de la concentración de este reactivo.

En consecuencia, si la concentración inicial de $\ce{X}$ se reduce a la mitad, la velocidad de la reacción no experimentará ningún cambio y se mantendrá constante en el valor calculado de $0,01325 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$ .

T4: Cinética química

Cinética química

Cuestión

2022 · Ordinaria · Titular

B2

La reacción $\ce{A + B -> C + D}$ es de primer orden con respecto a A y de segundo orden con respecto a B.

a) Escriba la ecuación de velocidad de dicha reacción.b) Determine el orden total de la reacción.c) Deduzca las unidades de la constante de velocidad.

CinéticaEcuación de velocidadOrden de reacción

a) Escriba la ecuación de velocidad de dicha reacción.

La ecuación de velocidad para una reacción química relaciona la velocidad de reacción con las concentraciones de los reactivos elevadas a sus respectivos órdenes parciales de reacción. Dado que la reacción es de primer orden respecto a $\ce{A}$ y de segundo orden respecto a $\ce{B}$ , la expresión es la siguiente:

v = k [A]^1 [B]^2

b) Determine el orden total de la reacción.

El orden total de la reacción se calcula sumando los órdenes parciales correspondientes a cada uno de los reactivos que aparecen en la ecuación de velocidad:

n = 1 + 2 = 3

c) Deduzca las unidades de la constante de velocidad.

Para obtener las unidades de la constante $k$ , se despeja dicha magnitud de la ecuación de velocidad y se sustituyen las unidades correspondientes a la velocidad ( $v$ ) en $\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$ y a las concentraciones en $\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}$ :

k = \frac{v}{[A] [B]^2}

Sustituyendo las unidades en la expresión anterior:

\text{unidades de } k = \frac{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{(\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}) \cdot (\text{mol} \cdot \text{L}^{-1})^2} = \frac{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{\text{mol}^3 \cdot \text{L}^{-3}}

Simplificando las unidades, se obtiene el resultado final para una reacción de tercer orden:

\text{unidades de } k = \text{L}^2 \cdot \text{mol}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}

T4: Cinética química

Ecuación de velocidad

Teoría

2021 · Extraordinaria · Reserva

B6

La reacción $\ce{CO(g) + NO2(g) -> CO2(g) + NO(g)}$ tiene la siguiente ley de velocidad, obtenida experimentalmente: $v = k \cdot [\ce{NO2}]^2$ Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) La velocidad de desaparición del

\ce{CO}

es igual a la velocidad de desaparición del

\ce{NO2}

b) La constante de velocidad no depende de la temperatura porque la reacción se produce en fase gaseosa.c) El orden total de la reacción es 1 porque la velocidad solo depende de la concentración de

\ce{NO2}

Ley de velocidadOrden de reacción

a) Verdadero. La velocidad de una reacción química, en función de la desaparición de los reactivos, se define como la variación de la concentración de la especie respecto al tiempo dividida por su respectivo coeficiente estequiométrico. Dada la reacción ajustada

\ce{CO(g) + NO2(g) -> CO2(g) + NO(g)}

, la relación entre las velocidades de desaparición es

v = - rac{\Delta[\ce{CO}]}{\Delta t} = - rac{\Delta[\ce{NO2}]}{\Delta t}

. Debido a que ambos reactivos poseen un coeficiente estequiométrico igual a 1, sus velocidades de desaparición son idénticas.b) Falso. La constante de velocidad

k

de cualquier reacción química depende de la temperatura según la ecuación de Arrhenius:

k = A \cdot e^{-E_a / (RT)}

, donde

E_a

es la energía de activación y

R

la constante de los gases ideales. Un incremento de la temperatura provoca un aumento de la energía cinética de las partículas, lo que incrementa la fracción de colisiones eficaces con energía igual o superior a la de activación, aumentando así el valor de

k

independientemente de que la fase sea gaseosa.c) Falso. El orden total de una reacción se calcula como la suma de los órdenes parciales (los exponentes de las concentraciones en la ley de velocidad). Según la ley de velocidad proporcionada,

v = k \cdot [\ce{NO2}]^2

, el orden parcial respecto al

\ce{NO2}

es 2 y el orden parcial respecto al

\ce{CO}

es 0. Por lo tanto, el orden total de la reacción es

2 + 0 = 2

.

T4: Cinética química

Ecuación de velocidad y factores que afectan a la velocidad

Problema

2021 · Ordinaria · Suplente

B2

Para la siguiente reacción: $\ce{2 NO(g) + 2 H2(g) -> N2(g) + 2 H2O(g)}$ , la ecuación de velocidad hallada experimentalmente es:

v = k [\ce{NO}]^{2} [\ce{H2}]

a) ¿Cuáles son los órdenes parciales de reacción? ¿Y el orden total?b) Si la constante de velocidad para esta reacción a

1000 \text{ K}

es

6,0 \cdot 10^{4} \text{ L}^{2} \cdot \text{mol}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}

, calcule la velocidad de reacción cuando

[\ce{NO}] = 0,015 \text{ M}

y

[\ce{H2}] = 0,035 \text{ M}

.c) ¿Cómo afectará a la velocidad de reacción un aumento de la presión, si se mantiene constante la temperatura? Justifique la respuesta.

Cinética químicaVelocidad de reacción

a) ¿Cuáles son los órdenes parciales de reacción? ¿Y el orden total?

Dada la ecuación de velocidad $v = k [\ce{NO}]^{2} [\ce{H2}]$ , los órdenes parciales son los exponentes a los que están elevadas las concentraciones de los reactivos en dicha ley experimental:Orden parcial respecto al $\ce{NO}$ : 2.Orden parcial respecto al $\ce{H2}$ : 1.El orden total de la reacción es la suma de los órdenes parciales:

n = 2 + 1 = 3

b) Si la constante de velocidad para esta reacción a

1000 \text{ K}

es

6,0 \cdot 10^{4} \text{ L}^{2} \cdot \text{mol}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}

, calcule la velocidad de reacción cuando

[\ce{NO}] = 0,015 \text{ M}

y

[\ce{H2}] = 0,035 \text{ M}

.

Sustituimos los valores proporcionados en la ecuación de velocidad:

v = k [\ce{NO}]^2 [\ce{H2}] = 6,0 \cdot 10^{4} \cdot (0,015)^2 \cdot 0,035

v = 6,0 \cdot 10^{4} \cdot 2,25 \cdot 10^{-4} \cdot 0,035 = 0,4725 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

c) ¿Cómo afectará a la velocidad de reacción un aumento de la presión, si se mantiene constante la temperatura? Justifique la respuesta.

Para una mezcla gaseosa, la presión y la concentración de los componentes están directamente relacionadas a través de la ecuación de los gases ideales $P \cdot V = n \cdot R \cdot T$ . Despejando la concentración molar $C = \frac{n}{V}$ :

[X] = \frac{P_X}{R \cdot T}

Si se aumenta la presión total del sistema a temperatura constante, el volumen disminuye, lo que provoca un aumento en las concentraciones molares de los reactivos gaseosos, $\ce{NO}$ y $\ce{H2}$ . Dado que la velocidad de reacción es proporcional al producto de estas concentraciones elevadas a sus respectivos órdenes, un aumento de la presión se traduce en un incremento de la velocidad de reacción.

T4: Cinética química

Velocidad de reacción y catalizadores

Teoría

2020 · Ordinaria · Suplente

B2

Indique de forma razonada si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) La velocidad de una reacción es independiente de la concentración de reactivos.b) La unidad de la constante de velocidad de una reacción de orden uno es

s^{-1}

.c) El uso de catalizadores aumenta la energía de activación de la reacción.

cinéticacatalizadores

a) Falso. Según la ley diferencial de velocidad, la velocidad de una reacción química depende de las concentraciones de los reactivos según la siguiente expresión general:

v = k [A]^m [B]^n

En esta ecuación, $k$ representa la constante de velocidad y los exponentes $m$ y $n$ son los órdenes parciales de reacción. Un aumento en la concentración de los reactivos conlleva un incremento en el número de colisiones por unidad de volumen y tiempo. Al aumentar la frecuencia de choques, se incrementa la probabilidad de colisiones eficaces (aquellas con orientación adecuada y energía superior a la de activación), lo que resulta en un aumento de la velocidad de reacción $v$ .

b) Verdadero. La unidad de la constante de velocidad depende del orden global de la reacción. Para una reacción de orden uno, la ley de velocidad es:

v = k [A]

Sustituyendo las unidades de velocidad ( $\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$ ) y de concentración ( $\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}$ ), podemos despejar las unidades de $k$ :

[k] = \frac{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}} = \text{s}^{-1}

c) Falso. Los catalizadores son sustancias que modifican la velocidad de una reacción química sin consumirse en el proceso. Su función principal es disminuir la energía de activación (

E_a

) de la reacción.

El catalizador proporciona un mecanismo de reacción alternativo (una ruta distinta) que presenta un estado de transición de menor energía. Al reducirse la barrera energética de la energía de activación, una mayor fracción de las moléculas reactivas posee la energía cinética suficiente para superar dicho umbral, lo que acelera la formación de productos.

T4: Cinética química

Velocidad de reacción

Problema

2019 · Ordinaria · Reserva

3A

3.- La reacción elemental $\ce{A + B -> C}$ es de orden 1 para cada reactivo.

a) Escriba la ecuación de velocidad correspondiente a dicha reacción.b) A una determinada temperatura la velocidad inicial es de

6,8 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

y las concentraciones de A y B son

0,17 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}

, calcule la constante de velocidad indicando sus unidades.c) Justifique qué le ocurriría a la velocidad de la reacción si se adiciona un catalizador.

Ecuación de velocidadCinética

a) La reacción es elemental y de orden 1 para cada reactivo. La ecuación de velocidad es:

v = k \left[ \ce{A} \right] \left[ \ce{B} \right]

b) Para calcular la constante de velocidad

k

, se utiliza la ecuación de velocidad obtenida en el apartado a) y los datos proporcionados:

v = 6,8 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

\left[ \ce{A} \right] = 0,17 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}

\left[ \ce{B} \right] = 0,17 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}

Despejando $k$ de la ecuación de velocidad:

k = \frac{v}{\left[ \ce{A} \right] \left[ \ce{B} \right]}

k = \frac{6,8 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{(0,17 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}) (0,17 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1})}

k = \frac{6,8 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{0,0289 \text{ mol}^2 \cdot \text{L}^{-2}}

k = 235,29 \text{ L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

Las unidades de la constante de velocidad $k$ son $\text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$ .

c) La adición de un catalizador a una reacción química aumenta la velocidad de la reacción. Un catalizador actúa proporcionando un mecanismo o ruta de reacción alternativa con una energía de activación (

E_a

) menor. Al disminuir la energía de activación, una mayor fracción de las moléculas reaccionantes tiene suficiente energía para superar la barrera y formar productos, lo que se traduce en un aumento de la velocidad de reacción. Un catalizador no se consume en la reacción y no afecta la posición del equilibrio químico ni el cambio de energía libre de Gibbs (

\Delta G

) global de la reacción, solo el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio.

T4: Cinética química

Velocidad de reacción

Teoría

2019 · Ordinaria · Suplente

4B

Si la reacción $2A \to B + C$ es de primer orden, justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) La velocidad de la reacción disminuye al formarse cantidades crecientes de B y C.b) La ecuación de velocidad es

v = [A]^2

.c) Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de la reacción.

Orden de reacciónFactores de velocidad

a) Verdadero. La velocidad de una reacción de primer orden con respecto al reactivo A se expresa como

v = k[A]

. A medida que la reacción transcurre, el reactivo A se consume, lo que provoca una disminución de su concentración

[A]

. Dado que la velocidad es directamente proporcional a la concentración de A, la velocidad de la reacción disminuye a medida que se forman los productos B y C y se reduce la concentración del reactivo.b) Falso. La ecuación de velocidad para una reacción de primer orden, tal como se indica en el enunciado, es

v = k[A]

. El orden de reacción se determina experimentalmente y no necesariamente coincide con el coeficiente estequiométrico del reactivo en la ecuación ajustada. Aunque la reacción sea

2A \to B + C

, el hecho de que sea de primer orden significa que la velocidad solo depende de la concentración de A elevada a la primera potencia, no a la segunda.c) Verdadero. El aumento de la temperatura incrementa la energía cinética promedio de las moléculas de los reactivos. Esto conlleva a que un mayor número de moléculas posean una energía igual o superior a la energía de activación (

E_a

), aumentando así la frecuencia de colisiones efectivas. Como resultado, la constante de velocidad (

k

) aumenta con la temperatura, lo que se traduce en un incremento de la velocidad global de la reacción.

T4: Cinética química

Ecuación de velocidad

Problema

2018 · Ordinaria · Reserva

3A

Experimentalmente se halla que la reacción $\ce{A -> B + C}$ , en fase gaseosa, es de orden 2 respecto de A.

a) Escriba la ecuación de velocidad.b) Explique cómo variará la velocidad de reacción si el volumen disminuye a la mitad.c) Calcule la velocidad cuando

[\ce{A}]=0,3 \text{ M}

, si la constante de velocidad es

k=0,36 \text{ L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

Orden de reacciónConstante de velocidad

a) La ecuación de velocidad para una reacción de orden 2 respecto a

\ce{A}

es:

v = k[\ce{A}]^2

b) Si el volumen disminuye a la mitad, la concentración de

\ce{A}

se duplica (asumiendo que el número de moles de

\ce{A}

no cambia). Como la reacción es de orden 2 respecto a

\ce{A}

, la velocidad de reacción es directamente proporcional al cuadrado de la concentración de

\ce{A}

. Si la concentración de

\ce{A}

se duplica (

2[\ce{A}]

), la nueva velocidad

v'

será:

v' = k(2[\ce{A}])^2 = k \cdot 4[\ce{A}]^2 = 4v

Por lo tanto, la velocidad de reacción aumentará en un factor de 4.

c) Para calcular la velocidad, se utiliza la ecuación de velocidad obtenida en el apartado a) y se sustituyen los valores dados:

v = k[\ce{A}]^2

v = (0,36 \text{ L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1})(0,3 \text{ M})^2

v = (0,36 \text{ L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{s}^{-1})(0,09 \text{ mol}^2 \cdot \text{L}^{-2})

v = 0,0324 \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}

T4: Cinética química

Velocidad de reacción

Teoría

2018 · Ordinaria · Suplente

4B

La reacción $\ce{CO (g) + NO2 (g) -> CO2 (g) + NO (g)}$ tiene la siguiente ecuación de velocidad obtenida experimentalmente: $v = k [\ce{NO2}]^2$ . Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) La velocidad de desaparición del

\ce{CO}

es igual a la velocidad de desaparición del

\ce{NO2}

.b) La constante de velocidad no depende de la temperatura porque la reacción se produce en fase gaseosa.c) El orden total de la reacción es 1 porque la velocidad solo depende de la concentración de

\ce{NO2}

.

Cinética químicaOrden de reacción

a) Verdadero.

La velocidad de desaparición de un reactivo es proporcional al coeficiente estequiométrico de dicho reactivo en la ecuación ajustada. Para la reacción:

\ce{CO (g) + NO2 (g) -> CO2 (g) + NO (g)}

La velocidad de la reacción se puede expresar en términos de la desaparición de los reactivos o la aparición de los productos, dividiendo por sus respectivos coeficientes estequiométricos. Puesto que los coeficientes estequiométricos del $\ce{CO}$ y del $\ce{NO2}$ son ambos 1, sus velocidades de desaparición son iguales.

v = -\frac{d[\ce{CO}]}{dt} = -\frac{d[\ce{NO2}]}{dt}

b) Falso.

La constante de velocidad ( $k$ ) es un parámetro que depende de la temperatura para la gran mayoría de las reacciones químicas. Esta dependencia se describe mediante la ecuación de Arrhenius, que establece que la constante de velocidad aumenta con la temperatura. La fase en la que se produce la reacción (gaseosa, líquida, etc.) no anula esta dependencia térmica.

k = A e^{-E_a/RT}

Donde $A$ es el factor preexponencial, $E_a$ es la energía de activación, $R$ es la constante de los gases ideales y $T$ es la temperatura absoluta.

c) Falso.

El orden total de una reacción se calcula como la suma de los exponentes de las concentraciones de los reactivos en la ecuación de velocidad obtenida experimentalmente. La ecuación de velocidad dada es:

v = k [\ce{NO2}]^2

En esta ecuación, la concentración de $\ce{NO2}$ está elevada a la potencia 2, por lo que el orden respecto al $\ce{NO2}$ es 2. La concentración de $\ce{CO}$ no aparece en la ecuación de velocidad, lo que implica que el orden respecto al $\ce{CO}$ es 0. Por lo tanto, el orden total de la reacción es la suma de estos órdenes parciales: $2 + 0 = 2$ .

T4: Cinética química

Velocidad de reacción

Teoría

2017 · Extraordinaria · Titular

4B

La reacción: $\ce{A + 2B + C -> D + E}$ tiene como ecuación de velocidad $v = k \cdot [\ce{A}]^2 \cdot [\ce{B}]$

a) ¿Cuáles son los órdenes parciales de la reacción y el orden total?b) Deduzca las unidades de la constante de velocidad.c) Justifique cuál es el reactivo que se consume más rápidamente.

Orden de reacciónConstante de velocidadCinética

a) El orden parcial respecto a

\ce{A}

es 2, ya que su exponente en la ecuación de velocidad es 2. El orden parcial respecto a

\ce{B}

es 1, ya que su exponente es 1. El reactivo

\ce{C}

no aparece en la ecuación de velocidad, por lo que su orden parcial es 0. El orden total de la reacción es la suma de los órdenes parciales:

2 + 1 + 0 = 3

.b) Para deducir las unidades de la constante de velocidad (

k

), se despeja

k

de la ecuación de velocidad

v = k \cdot [\ce{A}]^2 \cdot [\ce{B}]

.

k = rac{v}{[\ce{A}]^2 \cdot [\ce{B}]}

Las unidades de la velocidad ( $v$ ) son $\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}$ y las unidades de la concentración son $\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}$ . Sustituyendo estas unidades en la expresión para $k$ :

k = rac{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{(\text{mol} \cdot \text{L}^{-1})^2 \cdot (\text{mol} \cdot \text{L}^{-1})} = rac{\text{mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot \text{s}^{-1}}{\text{mol}^3 \cdot \text{L}^{-3}} = \text{mol}^{1-3} \cdot \text{L}^{-1-(-3)} \cdot \text{s}^{-1} = \text{mol}^{-2} \cdot \text{L}^2 \cdot \text{s}^{-1}

Por lo tanto, las unidades de la constante de velocidad $k$ son $\text{L}^2 \cdot \text{mol}^{-2} \cdot \text{s}^{-1}$ .

c) La estequiometría de la reacción global es

\ce{A + 2B + C -> D + E}

. Los coeficientes estequiométricos de los reactivos en la ecuación global indican sus velocidades relativas de consumo. La relación de velocidades de consumo es:

-rac{d[\ce{A}]}{dt} = -rac{1}{2}rac{d[\ce{B}]}{dt} = -rac{d[\ce{C}]}{dt}

Esto implica que por cada mol de $\ce{A}$ que reacciona, se consumen 2 moles de $\ce{B}$ y 1 mol de $\ce{C}$ . Por lo tanto, la velocidad de consumo de $\ce{B}$ es el doble que la de $\ce{A}$ y la de $\ce{C}$ . Así, el reactivo $\ce{B}$ se consume más rápidamente debido a su mayor coeficiente estequiométrico.

T4: Cinética química

Velocidad de reacción y equilibrio

Teoría

2017 · Ordinaria · Reserva

3A

Indique verdadero o falso para las siguientes afirmaciones, justificando la respuesta:

a) En una reacción del tipo

\ce{A + B -> C}

, el orden total es siempre 2.b) Al aumentar la temperatura a la que se realiza una reacción aumenta siempre la velocidad.c) En un equilibrio la presencia de un catalizador aumenta únicamente la velocidad de la reacción directa.

catalizadorenergía de activación

a) Falso. El orden de reacción es una magnitud experimental que no se puede deducir de la estequiometría de la reacción. El orden total de una reacción es la suma de los órdenes parciales con respecto a cada reactivo, y estos órdenes parciales se determinan experimentalmente. Por ejemplo, la reacción

\ce{H2(g) + I2(g) -> 2HI(g)}

es de orden 2, con un orden de 1 respecto a

\ce{H2}

y 1 respecto a

\ce{I2}

, pero la reacción

\ce{2NO2(g) -> 2NO(g) + O2(g)}

también es de segundo orden global, siendo el orden de 2 respecto al

\ce{NO2}

. Existen reacciones elementales donde la estequiometría coincide con el orden, pero no es una regla general para reacciones complejas.b) Verdadero. El aumento de la temperatura incrementa la energía cinética de las moléculas de los reactivos. Esto provoca un mayor número de colisiones entre ellas y, lo que es más importante, aumenta la proporción de moléculas que poseen una energía igual o superior a la energía de activación (

E_a

). Una mayor frecuencia de colisiones efectivas conlleva un aumento en la velocidad de la reacción, según la ecuación de Arrhenius, que relaciona la constante de velocidad (

k

) con la temperatura y la energía de activación:

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

.c) Falso. La presencia de un catalizador aumenta la velocidad de la reacción tanto directa como inversa en la misma proporción, ya que disminuye la energía de activación para ambas reacciones por igual. Un catalizador proporciona un camino alternativo con una energía de activación menor. Por tanto, un catalizador no altera la posición del equilibrio químico, sino que permite que el equilibrio se alcance más rápidamente, es decir, aumenta la velocidad con la que el sistema alcanza el equilibrio, según el Principio de Le Chatelier.