Cinética Química 2015

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Guías de Ejercicios Cinética Química Problema 1. Deducir las unidades de la constante de velocidad para una reacción de orden total cero, uno y dos. Problema 2. Razonar las siguientes sentencias:

a) Una reacción química fuertemente exotérmica se realiza a gran velocidad. b) Cuando a una reacción química se le añade un catalizador disminuye el

calor de reacción c) Si se añade un catalizador a una reacción química aumenta en la misma

proporción las velocidades directa e inversa y se alcanza antes el estado de equilibrio. Comente

d) ¿La velocidad de una reacción en un sistema homogéneo depende de que propiedades?.

e) En que se diferencia una reacción elemental de una no elemental. f) El orden de una reacción vienen determinado por que factor. g) Ejemplo de diferentes tipos de reacciones. h) De ejemplos de reactores para reacciones elementales. i) Mencione ejemplo de reactores para reacciones consecutivas. j) Ejemplo de reactores para reacciones reversibles. k) Ejemplo Industriales para reacciones homogéneas y heterogéneas. l) Dificultades que se presentan en los reactores para reacciones simples y

múltiples.

Problema 3. Completar la siguiente tabla de valores correspondientes a una reacción:

A + B → C la cual es de primer orden respecto a A y respecto a B. [A] (M) [B] (M) Velocidad inicial (M/s) Experimento 1 0.05 0.05 1.27 x 10-4 Experimento 2 0.10 0.05 2.54 x 10-4 Experimento 3 0.10 0.10 2.02 x 10-3 Determinar: a) la ecuación de velocidad, b) el valor de la constante de velocidad.

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Problema 4. Exprese la velocidad de las siguientes reacciones, calculada como variación del número de moles de reacción por unidad de volumen y de tiempo, en función del parámetro medido experimentalmente en cada caso:

Problema 5. Usando los siguientes datos para la reacción ilustrada en la Ecuación:

determine el orden de la reacción con respecto a “A y B”, y la constante de velocidad de la reacción: [A] (M) [B] (M) Velocidad inicial (M/s) 2.30 x 10-4 3.10 x 10-5 5.25 x 10-4 4.60 x 10-4 6.20 x 10-5 4.20 x 10-3 9.20 x 10-4 6.20 x 10-5 1.70 x 10-2 Problema 6. La descomposición de N2O5 es un proceso importante en la química troposférica. La vida media de la descomposición de primer orden de este compuesto es 2,05 x 104 s. ¿Cuánto tiempo transcurrirá para que una muestra de N2O5 decaiga al 60% de su valor inicial? Problema 7. Considere la reacción:

a) Experimentalmente se observa que duplicando la concentración inicial de Cl2 la velocidad inicial aumenta al doble, mientras que si se duplica la concentración inicial de NO, la misma se cuadruplica. ¿Cuáles son los órdenes de reacción con respecto del cloro y del óxido nítrico que justifican lo observado?

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b) ¿Cuál es el orden de reacción total? c) ¿Cuánto aumenta la velocidad inicial si se duplica la concentración de ambos reactivos? Problema 8. Cuando se descompone NH3 gaseoso en N2 e H2 por calentamiento a 1123 K mediante el pasaje de electricidad a través de un alambre de wolframio (tungsteno), se encuentra que después de 100 s la presión parcial de NH3 decrece 13.51 Torr cuando la presión inicial es 100 Torr y 13.56 Torr cuando la presión inicial es 200 Torr. ¿Cuál es el orden de reacción? Problema 9. Durante la síntesis de urea a partir de catión amonio y anión cianato:

se encuentra en ciertas condiciones experimentales que la reacción es de primer orden en ambos reactivos y que su constante de velocidad vale 2,5 × 10–4 M–1 s–1 a 300 K. ¿Cuál es la velocidad inicial de formación de urea a dicha temperatura si se parte de amonio 0,1 M y cianato 10–4 M? Problema 10. El ácido fórmico se descompone sobre ácido sulfúrico dando monóxido de carbono y agua. Los siguientes datos se obtuvieron a 25°C, determine el orden de reacción y la k.

t(s) 0.00 25.00 50.00 75.00 100 200.0 250.0 ∞ V(cm3) 0.00 6.300 11.60 16.30 20.2 30.40 33.50 41.5

CO x 104 (mol) 0.00 2.810 5.180 7.280 9.02 13.60 15.00 18.5 F x 104 (mol) 18.5 15.70 13.30 11.20 9.48 4.930 3.540 0.00

k0 x 104 (M/s) ---- 0.112 0.104 0.097 0.09 0.680 0.600 ----- ln(a/a-x) 0.00 0.165 0.330 0.500 0.67 1.320 1.650 ----

k1 x 104 (1/s) --- 0.660 0.660 0.660 0.68 0.630 0.610 ----- (1/a-x)-(1/a) 0.00 97.00 210.0 350.0 514 1490 2280 -----

k2 (1/Ms) ---- 3.880 4.200 4.670 5.14 7.440 9.120 ----- Problema 11. Se aisló una cepa de S. aureus de un producto lácteo contaminado, se resembró en un medio de Baird Parker e incubó a 35°C durante 48 hrs, después de este tiempo se contaron 500 colonias, en ese momento se le agregó un antibiótico efectivo contra este microorganismo y se observó una disminución en el número de colonias. En las 24 hrs posteriores a la adición de antibiótico la muerte microbiana presentó una constante de rapidez de 0.0077 hrs-1. Después de este tiempo se observó un cambio en el comportamiento cinético del fenómeno y para el mismo cultivo se determinó una constante de rapidez de 25 colonias/hrs hasta la total eliminación de los

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microorganismos. Calcule el tiempo en que se eliminaron todos los microorganismos de este cultivo. Problema 12. Se sabe que un medicamento es inefectivo cuando se ha descompuesto un 35% del mismo. Si consideramos que la concentración inicial es 5.5 mg/ml y suponemos que la descomposición sigue una cinética de primer orden, calcular el tiempo de expiración y el tiempo de vida media, sabiendo que al analizar el medicamento 20 meses después de preparado, su concentración era 4.2 mg/ml. Problema 13. Si se ponen 100 bacterias en un matraz de 1 L, con el medio de cultivo apropiado, a una temperatura de 40oC, encontrará: a) Prediga el número de bacterias que habrá a los 150 min. b) ¿Cuál es el orden de la cinética del proceso?, c) ¿Cuál es el tiempo en que se ha duplicado la población?, d) ¿En cuanto tiempo se habrá incrementado la población hasta 106 bacterias? e) ¿Cuál es el valor de k?

t(min.) 0 30 60 90 120 # bacterias 100 200 400 800 1600

k0 (#bact/min) ----- 6.67 6.67 8.89 13.33 k1 (1/min) ----- 0.0231 0.0231 0.0231 0.0231

k2 x 104 (1/#bact min) ----- 1.67 1.25 0.97 0.78 Problema 14. La preparación farmacéutica de un jarabe, muestra la siguiente degradación a 55°C. Determine el orden de la descomposición y el tiempo de vida media del producto.

t(meses) 5 10 20 mg droga/5 ml 37.1 29.8 19.2 k0 (mg/meses) 1.143 1.143 2.21

ln(mg/5mL) 3.61 3.39 2.95 k1 (1/meses) 0.044 0.044 0.044

1/mg 0.027 0.034 0.052 k2 (1/mg*meses) 0.0011 0.0012 0.0015

τ 15.77 15.79 15.77

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Problema 15. Walker estudió la saponificación del acetato de etilo a 25°C. La reacción es la siguiente:

CH3COO2CH5 + NaOH → CH3COONa + C2H5OH. Las concentraciones iniciales de ambos en la mezcla eran 0.10 M. La variación de la concentración de álcali durante 20 min. fué 0.00566 M por lo tanto la concentración residual era 0.00434 M. Calcule la k y el t1/2.

Problema 16. Una reacción bioquímica en la carne de pescado es del tipo:

S acción bacteriana

P Se estudió la cinética de descomposición a concentraciones bajas del sustrato, determinándose una constante de rapidez de 1.035 x 10-5 s-1 a 308 °K ¿Qué porcentaje de una muestra de sustrato se transforma a productos después de 48 horas? Problema 17. A continuación se proporcionan los datos de concentración y tiempo para la oxidación del ácido láctico. Determine el orden de la reacción y la constante de rapidez.

t (min.) 0 5 8 10 13 16 C (mol/L) 0.3200 0.3175 0.3159 0.3149 0.3133 0.3118

k0 x 104 ------ 5.0 5.12 5.10 5.15 5.12 ln(a/a-x) 0 0.00784 0.0129 0.01607 0.02116 0.02596 k1 x 104 ------ 15.7 16.1 16.1 16.3 16.2

(1/a-x) - (1/a) 0 0.025 0.040 0.051 0.067 0.082 k2 x 104 ------ 49.2 50.7 50.6 51.4 51.4

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Problema 18. A 140°C, el régimen de descomposición de una solución acuosa 0.056 M de glucosa, que contiene HCl 0.35 N, se ha encontrado que es como se indica en la tabla de datos. Determine el orden de la reacción y la constante de rapidez.

t (h) 0.50 2.000 3.000 4.000 6.00 8.00 12.0 [Gluc] x 102 (M) 5.52 5.420 5.320 5.020 4.80 4.52 4.10

k0 x 103 0.00 1.000 2.000 5.000 7.20 10.0 14.2 ln(a/a-x) 0.00 0.183 0.037 0.095 0.14 0.20 0.30 k1 x 103 0.00 9.100 12.30 2.400 2.30 2.50 2.50

(1/a-x) – (1/a) 0.00 0.330 0.680 1.800 2.72 4.00 6.27 k2 0.00 0.170 0.230 0.450 0.45 0.50 0.52

Problema 19. En condiciones ácidas, la bencil penicilina (BP) sufre las siguientes reacciones en paralelo:

En las estructuras moleculares, R1 y R2 indican sustituyentes alquilo. En una solución en la que pH = 3, las constantes de velocidad para el proceso a 22°C son k1 = 7.0 x 10-4 s-1, k2 = 4.1 x 10-3 s-1 y k3 = 5.7 x 10-3 s-1. ¿Cuál es el rendimiento de la formación de P1?