Pregunta 1 · Química PAU Aragón Extraordinaria 2025

PREGUNTA 1. (2 puntos)

Las reacciones químicas fusionadas ("fused chemical reactions") son reacciones químicas, que después de iniciarse, tardan un tiempo antes de que se empiecen a producir cantidades significativas de los productos finales, es decir, no tienen lugar nada más mezclarse los reactivos. Este tipo de reacciones tienen aplicaciones en la industria farmacéutica para la liberación de fármacos de forma controlada, en la industria agrícola en la gestión de fertilizantes, y también tienen uso en la industria petrolera para tratar problemas de obstrucción de tuberías, especialmente en aguas profundas donde las temperaturas son extremadamente bajas y se forman depósitos de parafinas (ceras) y asfaltenos (compuestos pesados del petróleo). Para solucionar el problema de la obstrucción de las tuberías se pueden utilizar reacciones químicas fusionadas altamente exotérmicas que suministren mucho calor en las zonas donde sea necesario y así se fundan y redisuelvan los depósitos de cera.

Un ejemplo de este tipo de reacciones usadas en la industria petrolera es la reacción de los cationes amonio con los aniones nitrito en disolución acuosa a 25 °C:

$$\mathrm{NH_4^+\,(aq) + NO_2^-\,(aq) \rightarrow N_2\,(g) + 2H_2O\,(l)}$$

Un estudio previo sobre la cinética de esta reacción indicó que es de orden 1 respecto a los cationes amonio, y ahora se han realizado dos experimentos más para determinar el orden de reacción respecto a los nitritos:

Experimento · $[\mathrm{NH_4^+}]_0\ (\mathrm{mol\cdot L^{-1}})$ · $[\mathrm{NO_2^-}]_0\ (\mathrm{mol\cdot L^{-1}})$ · $v_0\ (\mathrm{mol\cdot L^{-1}\cdot s^{-1}})$

1 · 0,01 · 0,20 · $5,40\cdot 10^{-7}$

2 · 0,01 · 0,40 · $1,08\cdot 10^{-6}$

a)

Determine el orden de reacción respecto a los aniones nitritos, así como el orden total de la reacción, y escriba la ecuación de velocidad para esta reacción. [0,75 puntos]

b)

Calcule la constante de velocidad, $k$, y especifique sus unidades. [0,5 puntos]

c)

Calcule el valor de la velocidad de reacción en el momento en el que $[\mathrm{NH_4^+}] = 5\cdot 10^{-3}\ \mathrm{M}$ y $[\mathrm{NO_2^-}] = 0,1\ \mathrm{M}$. ¿Cómo afecta la disminución de las concentraciones a la velocidad de la reacción?, y ¿cómo afectaría a la velocidad la adición de un catalizador? [0,75 puntos]