CINTICA DE REACCIN Y REACTORES

CINTICA QUMICA

1. a. Balancee la siguiente ecuacin y exprese la velocidad en trminos de los cambios de concentracin con el tiempo para cada sustancia:NO (g) + O2 (g) N2O3 (g)

b. Qu tan rpido decrece la [O2] cuando la [NO] disminuye a 1.60 x 10-4 mol/ls2. La velocidad de reaccin se expresa en trminos cambios en la concentracin de reactivos y productos. Escrbase la ecuacin balanceada para la reaccin:

3. Se estudi la isomerizacin del metil isonitrilo (CH3NC) a acetonitrilo (CH2CN) en fase gaseosa a 215 oC, y se obtuvieron los datos siguientes:[CH3CN] [CM]0.001650.01100.005910.003140.001370.00074

Tiempo [s]02 0005 0008 00012 00015 000

a. Calcular la velocidad media de reaccin, en el intervalo de tiempo en cada medicinb. Use la grfica de [CH3CN] en funcin de tiempo para determinar las velocidades instantneas a t = 5000 s y t = 8000 s.

c. Use los datos de modo directo para calcular la velocidad instantnea a t = 5000 s y t = 8000 s.4. Se tiene la reaccin siguiente:NH4+ (ac) + NO2 (ac) N2 (g) + 2 H2O (l)

Los datos de velocidad de la reaccin entre iones amonio y iones nitrito en agua a 25 oC son:

No. de experimento[NH4+]INICIAL [mol/l][NO2]INICIAL [mol/l]VELOCIDAD INICIAL [CM/s]

10.01000.2005.4 x 10(7

20.02000.20010.8 x 10(7

30.04000.20021.5 x 10(7

40.06000.20032.3 x 10(7

50.2000.020210.8 x 10(7

60.2000.040421.6 x 10(7

a. Escribir la ecuacin global de velocidad respecto a la concentracin de los reactivos.

b. Calcular la constante especfica de velocidad para la reaccin.c. Calcular la velocidad de reaccin para un conjunto de concentraciones.5. Determnese los rdenes de reaccin individuales para cada sustancia y el orden de reaccin total para la siguiente ley de velocidad:

6. Una reaccin A + B C obedece a la siguiente ecuacin de velocidad: velocidad = k[A]2[B]. a) Si se duplica [A], cmo cambia la velocidad? Cambia la constante de velocidad? Explique su respuesta. b) Cules son los rdenes de reaccin de A y B? Cul es el orden de reaccin global? c) Cules son las unidades de k para esta reaccin?7. Cada una de las siguientes reacciones aun pueden ocurrir en la atmsfera superior. Asumiendo que ellas son reacciones elementales, escribir la ecuacin de velocidad para esas reacciones.a. CH3 + O2 + M CH3O2 + M

c. 2O + M O2 + M

b. CH3 + O3 CH2O + O2 + H

d. 2NO3 2NO2 + O28. Determnese el orden de reaccin para la reaccin H2 + I2 2 HI a partir de los siguientes datos a 450 (C:

EXPERIMENTOVELOCIDAD INICIAL [mol/l(s][H2] INICIAL [mol/l][I2] INICIAL [MOL/L]

11.9 x 10(230.01130.0011

21.1 x 10(220.02200.0033

39.3 x 10(230.05500.0011

41.9 x 10(220.02200.0056

9. Se midi la velocidad inicial de la reaccin, A + B C con diversas concentraciones iniciales de A y B, los resultados son los siguientes:No. de experimento VELOCIDAD INICIAL [mol/l(s][A] INICIAL [mol/l][B] INICIAL [mol/l]

14.0 x 10(50.1000.100

24.0 x 10(50.1000.200

316.0 x 10(50.2000.100

Con base en estos datos, determnese:

a. La ecuacin de velocidad de esta reaccin

b. La constante especfica de velocidad de esta reaccin

c. La velocidad cuando [A] = 0.050 CM y [B] = 0.150 CM.

d. La ecuacin cintica de velocidad para esta reaccin10. Un individuo accidentalmente ingiere una bebida alcohlica, habindose realizado el ensayo de cromatografa se determin que prcticamente era propanol. Segn una etiqueta en el frasco se tiene que la solucin acuosa es 16 molar, de densidad 974.2 kg/m3 y un volumen de 100 ml, pero fue imposible leer la informacin de la pureza de la solucin. Determinar el tiempo para metabolizar la bebida, sabiendo que una persona es normalmente capaz de metabolizar 18.5 cm3 de propanol por hora.11. La constante especfica de velocidad de primer orden de la descomposicin de un insecticida en agua a 12 oC es de 1.45 1/ao. Cierta cantidad de este insecticida es arrastrado a un lago un determinado da alcanzando una concentracin de 5.0 x 107 g/cc de agua. A. Cul es la concentracin del insecticida despus de un ao? b. Cunto tiempo tardar la concentracin del insecticida en descender a 2.5 x 107g/cc. Asumiendo que la temperatura en media del lago es 12 oC.12. Una solucin X se mezcla con igual volumen de una solucin Y de igual molaridad que origina la reaccin X + YZ. Despus de que transcurre 1 hora se determina que queda por reaccionar el 25% de X. Calcular el porcentaje de X que queda por reaccionar al fin de 2 horas en los siguientes casos: a) cuando la reaccin es de orden cero con respecto a X y Y; b) cuando es de primer orden con respecto a X y Y; y, c) cuando es de primer orden con respecto a X y de orden cero con respecto a Y. d) Determinar grficamente el tiempo de vida media para cada caso. [a) 0%; b) 14.3%; y, c) 6.25%]13. Heppert y Mack dieron los siguientes datos de la descomposicin en fase gaseosa del xido de etano en metano y monxido de carbono a 14.5 oC. t [minutos]05791218

Presin [atmsferas]116.51122.56125.72128.74133.23141.37

Haciendo uso de la ecuacin cintica, demostrar que la descomposicin sigue una reaccin de primer orden14. Uno de los riesgos de las explosiones nucleares es la generacin de 90Sr y su subsiguiente incorporacin al calcio de los huesos. Este istopo emite rayos ( de energa 0.55 MeV, y su vida media es de 28.1 aos. Supngase que un recin nacido absorbi 1 (g. Cunto quedar despus de a. 18 aos, b. 70 aos?15. Un bioqumico estudia el rompimiento del insecticida DDT en el suelo y encuentra que decae en una reaccin de primer orden con una vida media de 12 aos. Cunto tardar para que el DDT disminuya de 275 ppbm a 10 ppbm en una muestra de suelo ("ppbm" es partes por billn por masa)? [57 aos]16. Cul es la actividad especfica (en Bq/g) si 8.58 (g de un istopo emite 7.4 x 104 partculas por minuto?[0.0106 Bq/g] 17. El estroncio-90 es un producto secundario radiactivo de los reactores nucleares que biolgicamente se comporta como el calcio, el elemento que est arriba de l en el grupo IIA. Cuando los mamferos ingieren 90Sr, ste se encuentra en su leche y finalmente en sus huesos de aquellos que beben la leche. Si una muestra de 90Sr tiene una actividad de 1.2 x 1012 d/s, cul es la actividad y la fraccin de ncleos que decaen despus de 59 aos? (t1/2 del 90Sr = 29 aos) 18. Un radio istopo artificial se descompone segn la ley de primer orden con un perodo de vida media de 15 minutos. En cunto tiempo se descompondr el 80% de la muestra?19. El istopo tiene una vida media de 1.01 aos. Qu masa en mg de una muestra de 2.00 mg permanece sin decaer despus de 3.75 x 103 horas? [1.49 mg]20. Qu porcentaje de una muestra de sabiendo que el tiempo de vida media es de 68.3 minutos, permanece luego de 3.00 horas? {16.2%}21. Si un recuento celular bacteriano aumenta de 103 a 108 en 7 horas, determnese el perodo de generacin.22. La descomposicin del ciclobutano, C4H8 2C2H4, es de primer orden con una vida media de 94.0 min a 700 K.a. Qu fraccin de una determinada cantidad de ciclobutano nos quedara despus de 376 min?b. Empezando con 1.5 g cuntos gramos quedaran despus de (i) 188 min, (ii) 235 min?c. Cuntas horas se necesitarn para reducir 50.0 mg a 6.25 mg?

[a. 6.25%; b. (i) 0.38 g, (ii) 0.27 g; c. 4.7 horas]23. Los siguientes datos son obtenidos para la reaccin siguiente: A + B productos.Experimentos(a)(b)(c)

Velocidad inicial (mol/ls) 0.030 0.059 0.060

[A]o0.100.200.20

[B]o0.200.200.30

Escribir la ecuacin de velocidad para la reaccin. Calcular el valor de la constante especfica de velocidad. {Velocidad = k1 [A]; k1 = 0.30 s(1}24. Dentro de la exactitud experimental, los siguientes datos se obtuvieron para la reaccin de degradacin: A Productos. Determnese el orden de la reaccin y el valor de la constante de velocidad.

[A] [mol/l]900720570360230120

t [minutos]01020406090

25. La actividad de una muestra de tritio diminuye 5.5% en un perodo de un ao. Cul es el tiempo de vida media del {12.2 aos}26. Por medio grfico, determine el orden de reaccin y la constante especfica de velocidad para la reaccin descrita por la ecuacin 27. 2Br (g) Br2 (g)Desde los siguientes datos:

t ((s)120220320420520620

[Br] ((mol/l)25.815.210.48.06.75.6

28. Muchas reacciones gaseosas tienen lugar en un motor y en los sistemas de escape de un automvil. Una de ellas es

NO2 (g) + CO (g) NO (g) + CO2 (g)

Use los siguientes datos para determinar la constante especfica de velocidad (los experimentos fueron realizados a la misma temperatura):EXPERIMENTOVELOCIDAD INICIAL [mol/l(s][NO2] INICIAL [mol/l][CO] INICIAL [MOL/L]

10.00500.100.10

20.08000.400.10

30.00500.100.10

29. Una reaccin de segundo orden determinada EXPERIMENTALMENTE, es aquella entre el bromuro de etileno y yoduro de potasio en metano al 99 %.C2H4Br + 3 HI C2H4 + 2 KBr + KI3

Escrbase la ecuacin integrada para esta reaccin?. Cul es el valor de la constante especfica de reaccin?30. Se dan los siguientes datos para la ozonacin del 1-penteno en tetracloruro de carbono a 27.4 oCC5H10 + O3 C5H10O3 (un ozoniuro)Velocidad de descomposicin del C5H10Concentracin de los reactivos

[C5H10]; (CM)[O3]; (CM)

2.11.00 x 1022.80 x 103

1.10.50 x 1022.80 x 103

4.31.00 x 1025.60 x 103

a. Escrbase la ecuacin de velocidad de reaccin. Cul es el orden de reaccin con respecto a C5H10 y a O3? Cul es el orden de reaccin?b. Calclese el valor de la constante especfica de velocidad para la reaccin a 27.4 oC.c. Calclese la velocidad, en mol/ls, a 27.4 oC en el instante en que [C5H5] = 0.75 x 102 y [O3] = 3.38 x 103.d. En el instante en que el C5H10 est reaccionando a una velocidad de 3.0 mol/ls; cul es la velocidad a la cual reacciona el O3 y se forma el C5H10O3?

[a. 1ro, 1ro, 2do orden; b. 7.7 x 104 l/mols; c. 2.0 mol/ls; d. 3.0 mol/ls] 31. Una reaccin que contribuye al agotamiento del ozono en la estratosfera es la reaccin directa de los tomos de oxgeno con el ozono:

O (g) + O3 (g) 2 O2 (g)

A 298 K la constante de velocidad de esta reaccin es de 4.8 x 105 CM1s1. (a) Escriba la ecuacin de velocidad probable de esta reaccin. (b) Es de esperar que esta reaccin se lleve a cabo en un solo paso elemental? Explique por qu? (c) Con base en la magnitud de la constante de velocidad, es de esperar que la energa de activacin de esta reaccin sea grande, o bien pequea? Explique su respuesta. (d) Use los valores de para estimar el cambio de entalpa de esta reaccin. Elevara o reducira esta reaccin la temperatura de la estratosfera?32. (unless) Excepto que la reaccin sea de primer orden, el tiempo de vida media de una reaccin depende de la concentracin. La relacin general entre el tiempo de vida media y la concentracin inicial es

donde n es el orden de reaccin. As, una grfica de log t1/2 contra log [A]o se obtiene una lnea recta con una pendiente igual a ((n(1). Para la reaccin

2 Br (g)

Br2 (g)los datos siguientes han sido obtenidos [Br]o (mol/l)2.58 x 10(51.51 x 10(51.04 x 10(5

t1/2 (s)1.4 x 10(42.2 x 10(43.4 x 10(4

Prepare una grafica de log t1/2 contra log [Br]o y determine el orden de reaccin.33. a. La energa de activacin de la isomerizacin del metil isonitrilo es de 160 kJ/mol. Calcule la fraccin de molculas de metil isonitrilo que tiene una energa de 160 kJ o ms a 500 K. b. Calcule esta fraccin a una temperatura de 510 K. Cul es la razn de la fraccin a 510 K respecto a la fraccin a 500 K?34. Calclese las fracciones del nmero total de molculas que tienen:35. Una energa de

b. Una energa de

36. La descomposicin trmica de CH3CHF2,

CH3CHF2 (g)

CH2CHF (g) + HF (g)

Tiene una energa de activacin de 260 kJ/mol. El valor reportado para la constante especfica de velocidad a 462( C es 5.8 x 10(6 s(1. Cul es el valor de la constante de velocidad a 487( C? {2.4 x 10(5 s(1}37. Calclese la relacin de las constantes de velocidad de reaccin, cuando se aumenta la temperatura de 300 K a 310 K.38. La constante de velocidad de una reaccin es 4.7 x 10(3 s(1 a 25 (C y la energa de activacin es 33.6 kJ/mol. Cul es el valor de k a 75 (C? [3.3 x x 10(3 s(1]39. La constante de velocidad para la reaccin de N2O5 en cloroformo

2 N2O5

4 NO2 + O2

Tiene mediciones a dos diferentes temperaturas: T1 = 25( C, k1 = 5.54 x 10(5 s(1 y T2 = 67( C, k2 = 9.30 x 10(3 s(1. Cul es la energa de activacin para esta reaccin? {1.0 x 105 J/mol}40. Los coeficientes de velocidad para la reaccin de segundo orden de tomos de oxgeno con hidrocarburos aromticos han sido medidos. En la reaccin con benceno los coeficientes de velocidad son 1.44 x 107 a 303 K, 3.03 x 107 a 341 K, y 6.9 x 107 a 392 K. todos en dm3(mol(1(s(1. Determnese el factor preexponencial y la energa de activacin de la reaccin. [1.14 x 1010 dm3(mol(1(s(1; 16.7 kJ(mol(1]

41. A 25 oC para la reaccin siguienteN2 (g) + O2 (g) 2 NO (g)

es Kp = 4.6 x 1031 y (Ho = 180.5 kJ/mol. Evaluar Kp a 2400 K. Despus comparar y qu se concluye?42. La energa de activacin de cierta reaccin es de 65.7 kJ/mol. Cuntas veces ms aprisa se llevar a cabo la reaccin a 50 oC que a 0 oC? [La reaccin ser 88 veces ms rpida a 50oC, suponiendo las mismas concentraciones iniciales]RESOLVER: EL PROBLEMA 4 Y SUS MLTIPLOSSF6

SF6

(

CHCl4

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