Otros · Nivel: 2-Bachillerato · Dificultad: alta

Leyes de velocidad: ejercicios resueltos

Determinar la ecuación de velocidad y el orden de reacción a partir de datos experimentales.

Las leyes de velocidad son fundamentales para entender cómo se desarrollan las reacciones químicas en función del tiempo. Estos ejercicios están diseñados para ayudarte a determinar el orden de reacción respecto a cada reactivo y calcular la constante de velocidad, utilizando el método de las velocidades iniciales.

Ejercicios resueltos

Ejercicio 1

Enunciado: Determina el orden de reacción respecto a cada reactivo y la constante de velocidad para la reacción de iodación de acetona: CH3COCH3 + I2 → CH3COCH2I + HI, utilizando los siguientes datos experimentales.

Datos:

Resolución paso a paso:

  1. Comparar experimentos 1 y 2 para determinar el orden respecto a I2:
    • La concentración de I2 se duplica, la velocidad también se duplica.
    • Orden respecto a I2 = 1.
  2. Comparar experimentos 1 y 3 para determinar el orden respecto a CH3COCH3:
    • La concentración de CH3COCH3 se duplica, la velocidad también se duplica.
    • Orden respecto a CH3COCH3 = 1.
  3. La ecuación de velocidad es: v = k [CH3COCH3]^1 [I2]^1.
  4. Usar datos del experimento 1 para calcular k:
    • 1.5 x 10^-5 = k (0.30)^1 (0.05)^1
    • k = 1.0 x 10^-3 M^-1 s^-1

Solución: Orden respecto a CH3COCH3 = 1, respecto a I2 = 1, k = 1.0 x 10^-3 M^-1 s^-1.

Ejercicio 2

Enunciado: La descomposición de N2O5 en NO2 y O2 sigue la reacción: 2 N2O5 → 4 NO2 + O2. Determina el orden de reacción y la constante de velocidad usando los siguientes datos.

Datos:

Resolución paso a paso:

  1. Comparar experimentos 1 y 2:
    • La concentración de N2O5 se duplica, la velocidad también se duplica.
    • Orden respecto a N2O5 = 1.
  2. La ecuación de velocidad es: v = k [N2O5]^1.
  3. Usar datos del experimento 1 para calcular k:
    • 4.8 x 10^-4 = k (0.10)^1
    • k = 4.8 x 10^-3 s^-1

Solución: Orden respecto a N2O5 = 1, k = 4.8 x 10^-3 s^-1.

Ejercicio 3

Enunciado: Para la reacción A + B → productos, se obtuvieron los siguientes datos experimentales. Determina el orden de reacción respecto a A y B.

Datos:

Resolución paso a paso:

  1. Comparar experimentos 1 y 2 para determinar el orden respecto a A:
    • La concentración de A se duplica, la velocidad se cuadruplica.
    • Orden respecto a A = 2.
  2. Comparar experimentos 1 y 3 para determinar el orden respecto a B:
    • La concentración de B se duplica, la velocidad no cambia.
    • Orden respecto a B = 0.

Solución: Orden respecto a A = 2, respecto a B = 0.

Ejercicio 4

Enunciado: La reacción 2 NO + O2 → 2 NO2 tiene los siguientes datos experimentales. Calcula la constante de velocidad.

Datos:

Resolución paso a paso:

  1. La ecuación de velocidad es: v = k [NO]^2 [O2]^1.
  2. Usar datos del experimento 1 para calcular k:
    • 2.4 x 10^-3 = k (0.01)^2 (0.01)^1
    • k = 2.4 x 10^3 M^-2 s^-1

Solución: k = 2.4 x 10^3 M^-2 s^-1.

Ejercicio 5

Enunciado: Para la reacción H2 + I2 → 2 HI, se obtuvieron los siguientes datos. Determina el orden de reacción y la constante de velocidad.

Datos:

Resolución paso a paso:

  1. Comparar experimentos 1 y 2 para determinar el orden respecto a H2:
    • La concentración de H2 se duplica, la velocidad también se duplica.
    • Orden respecto a H2 = 1.
  2. Comparar experimentos 1 y 3 para determinar el orden respecto a I2:
    • La concentración de I2 se duplica, la velocidad también se duplica.
    • Orden respecto a I2 = 1.
  3. La ecuación de velocidad es: v = k [H2]^1 [I2]^1.
  4. Usar datos del experimento 1 para calcular k:
    • 1.0 x 10^-4 = k (0.10)^1 (0.10)^1
    • k = 1.0 x 10^-2 M^-1 s^-1

Solución: Orden respecto a H2 = 1, respecto a I2 = 1, k = 1.0 x 10^-2 M^-1 s^-1.

Ejercicio 6

Enunciado: La reacción 2 A + B → C tiene los siguientes datos experimentales. Determina el orden de reacción respecto a A y B.

Datos:

Resolución paso a paso:

  1. Comparar experimentos 1 y 2 para determinar el orden respecto a A:
    • La concentración de A se duplica, la velocidad se cuadruplica.
    • Orden respecto a A = 2.
  2. Comparar experimentos 1 y 3 para determinar el orden respecto a B:
    • La concentración de B se duplica, la velocidad no cambia.
    • Orden respecto a B = 0.

Solución: Orden respecto a A = 2, respecto a B = 0.

Ejercicio 7

Enunciado: Para la reacción de descomposición de H2O2 en agua y oxígeno, se obtuvieron los siguientes datos. Calcula la constante de velocidad.

Datos:

Resolución paso a paso:

  1. La ecuación de velocidad es: v = k [H2O2]^1.
  2. Usar datos del experimento 1 para calcular k:
    • 1.2 x 10^-3 = k (0.50)^1
    • k = 2.4 x 10^-3 s^-1

Solución: k = 2.4 x 10^-3 s^-1.

Ejercicio 8

Enunciado: La reacción A + 2 B → productos tiene los siguientes datos experimentales. Determina el orden de reacción respecto a A y B.

Datos:

Resolución paso a paso:

  1. Comparar experimentos 1 y 2 para determinar el orden respecto a A:
    • La concentración de A se duplica, la velocidad también se duplica.
    • Orden respecto a A = 1.
  2. Comparar experimentos 1 y 3 para determinar el orden respecto a B:
    • La concentración de B se duplica, la velocidad se cuadruplica.
    • Orden respecto a B = 2.

Solución: Orden respecto a A = 1, respecto a B = 2.

Errores frecuentes

  1. Confundir el orden de reacción con los coeficientes estequiométricos: El orden de reacción no siempre coincide con los coeficientes de la ecuación química. Se debe determinar experimentalmente.
  2. No verificar la proporcionalidad de los cambios: Al comparar experimentos, es crucial observar cómo cambian las velocidades en relación con las concentraciones para determinar el orden correcto.
  3. Errores de cálculo en la constante de velocidad: Asegúrate de usar correctamente las unidades y realizar los cálculos con precisión.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el orden de reacción?
El orden de reacción indica cómo la velocidad de una reacción depende de la concentración de los reactivos. Se determina experimentalmente y puede ser un número entero o fraccionario.
¿Cómo se determina la constante de velocidad?
La constante de velocidad se calcula utilizando la ecuación de velocidad y datos experimentales. Se resuelve para k usando las concentraciones y la velocidad inicial.
¿Por qué es importante conocer el orden de reacción?
Conocer el orden de reacción es crucial para predecir cómo cambiará la velocidad de una reacción con diferentes concentraciones de reactivos, lo cual es esencial en el diseño de procesos químicos.
¿Puede el orden de reacción ser negativo?
Sí, en algunos casos el orden de reacción puede ser negativo, indicando que un aumento en la concentración de un reactivo disminuye la velocidad de reacción.

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