Problema 1 · Química Selectividad Cataluña Juny Serie 2 2022

Quina de les dues etapes determina la velocitat de la reacció química?

Solución: Etapa 1 (lenta)

Escriviu l'equació de la velocitat

Solución: $v = k [\mathrm{NO}]^2 [\mathrm{H_2}]$

Justifiqueu l'equació de velocitat

Solución: En les etapes d'un mecanisme de reacció, els exponents de cada concentració coincideixen amb els coeficients estequiomètrics de l'etapa determinant (etapa elemental).

Ordre respecte a NO

Solución: 2

Ordre respecte a H2

Solución: 1

Ordre total de la reacció

Solución: 3

Unitats de la constant de velocitat

Solución: $\mathrm{L^2\cdot mol^{-2}\cdot s^{-1}}$ / $\mathrm{mol^{-2}\cdot L^2\cdot s^{-1}}$

Justifiqueu les unitats de la constant de velocitat

Solución: Substituint les unitats de velocitat ($\mathrm{mol\cdot L^{-1}\cdot s^{-1}}$) i concentració ($\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$) a l'equació de velocitat i aïllant les unitats de $k$.

b) Representeu en un gràfic l'energia de la reacció en funció de la coordenada de la reacció i indiqueu-hi l'energia d'activació de les dues etapes, la variació de l'entalpia, els complexos activats i l'intermedi de la reacció.

Solución: El diagrama energètic ha d'indicar: - Eix vertical d'Energia i eix horitzontal de Coordenada de reacció. - Dues barreres o pics d'energia (mecanisme en 2 etapes). - El primer màxim correspon al complex activat de l'etapa 1 (I) i és més alt que el segon màxim (complex activat de l'etapa 2, III). - El mínim entre els dos pics és l'intermedi de reacció (II, $\mathrm{H_2O_2}$). - L'energia d'activació de l'etapa 1 ($A = E_{a,1}$) és el salt des dels reactius fins al primer pic. - L'energia d'activació de l'etapa 2 ($B = E_{a,2}$) és el salt des de l'intermedi fins al segon pic. - La reacció global és exotèrmica ($\Delta H^0 < 0$), per la qual cosa els productes finals estan a menor energia que els reactius inicials ($C = \Delta H^0$).

Quina de les dues etapes tindrà una energia d'activació més elevada?

Solución: Etapa 1 (lenta)

Justifiqueu, a partir del model cinètic de l'estat de transició, quina de les dues etapes tindrà una energia d'activació més elevada

Solución: L'estat de transició és un intermedi inestable per la seva elevada energia (energia d'activació). Com més petita sigui l'energia d'activació, més alta serà la velocitat. En ser la primera etapa la lenta, necessita una energia d'activació més gran, havent-hi menys partícules amb prou energia cinètica per a formar el complex activat.