Problema 3 · Química Selectividad Cataluña Setembre Serie 3 2022

Ordre de reacció respecte a l'O₃ (α)

Solución: 1

Ordre de reacció respecte al NO (β)

Solución: 1

Ordre total de la reacció

Solución: 2

Justifiqueu l'ordre de la reacció respecte a cada reactiu

Solución: L'equació de velocitat és $v = k [\mathrm{O_3}]^\alpha [\mathrm{NO}]^\beta$. Comparant els experiments 2 i 3 (amb $[\mathrm{O_3}]$ constant), en triplicar $[\mathrm{NO}]$ la velocitat es triplica ($37{,}8 / 12{,}6 = 3$), per tant $\beta = 1$. Comparant els experiments 1 i 4 (amb mateixa velocitat), en duplicar $[\mathrm{NO}]$ i dividir per dos $[\mathrm{O_3}]$, la velocitat no varia, d'on $\alpha = 1$.

Calculeu la constant de velocitat

Solución: $84\,000$ mol⁻¹·L·s⁻¹ / $8{,}4\cdot 10^4$ mol⁻¹·L·s⁻¹

Partint del model cinètic de col·lisions, justifiqueu l'efecte de la temperatura i del volum del reactor en la velocitat de la reacció

Solución: Efecte de la temperatura: Un augment de la temperatura fa que augmenti l'energia cinètica mitjana de les partícules, per la qual cosa hi haurà una proporció més gran de molècules amb una energia cinètica igual o superior a l'energia d'activació per a produir xocs efectius, augmentant la velocitat de reacció. Efecte del volum: En augmentar el volum del reactor, disminueix la concentració dels gasos reactius. La distància mitjana entre molècules és major i la freqüència de xocs per unitat de volum i temps disminueix, per la qual cosa disminueix la velocitat de la reacció.

Què és un catalitzador? Expliqueu com actua un catalitzador en una reacció química a partir d'un model cinètic

Solución: Definició: Un catalitzador és una substància que s'afegeix a la reacció, augmenta la velocitat del procés i es recupera inalterada al final (sense consumir-se netament). Com actua segons un model cinètic: El catalitzador modifica el mecanisme de reacció proporcionant una via o camí alternatiu que presenta una menor energia d'activació ($E_a$). Segons el model de col·lisions, en ser menor l'energia d'activació, una fracció més gran de les molècules que xoquen posseeix l'energia mínima necessària per reaccionar, augmentant així el nombre de xocs efectius per unitat de temps i, per tant, la velocitat de la reacció.