Problema 9 · Química Bàsica I UB 2020

Problema 9. Determinació experimental de la llei de velocitat i mecanisme

Es considera la reacció redox en medi bàsic:

$$\text{ClO}^-\text{(aq)} + \text{I}^-\text{(aq)} \longrightarrow \text{IO}^-\text{(aq)} + \text{Cl}^-\text{(aq)}$$

A partir d'una sèrie d'experiments de velocitats inicials s'obtenen les dades següents:

Experiment · $[\text{ClO}^-]$ (M) · $[\text{I}^-]$ (M) · $[\text{OH}^-]$ (M) · $v$ ($\text{M}\cdot\text{s}^{-1}$)

1 · 0,004 · 0,002 · 1 · $4{,}8\cdot 10^{-4}$

2 · 0,002 · 0,002 · 1 · $2{,}4\cdot 10^{-4}$

3 · 0,002 · 0,004 · 1 · $4{,}8\cdot 10^{-4}$

4 · 0,002 · 0,002 · 0,5 · $4{,}8\cdot 10^{-4}$

a.

Determineu els ordres parcials de reacció respecte a $\text{ClO}^-$, $\text{I}^-$ i $\text{OH}^-$, i escriviu l'equació de la llei de velocitat.

b.

Calculeu el valor numèric de la constant de velocitat $k$ amb les seves unitats.

c.

Es proposa el següent mecanisme per a aquesta reacció:

Etapa 1 (ràpida, equilibri): $\text{ClO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HClO} + \text{OH}^-\quad (k_1, k_{-1})$

Etapa 2 (lenta): $\text{HClO} + \text{I}^- \longrightarrow \text{HIO} + \text{Cl}^-\quad (k_2)$

Etapa 3 (ràpida): $\text{HIO} + \text{OH}^- \longrightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{IO}^-\quad (k_3)$

Demostreu si aquest mecanisme és coherent amb la llei experimental de velocitat obtinguda.

d.

L'espècie $\text{HClO}$ actua com a catalitzador en aquesta reacció? Raoneu la resposta.