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taller 8 Fisicoquimica, Ejercicios de Fisicoquímica

es el taller numero 8 del curso de fisicoquimica 2025-1 sobre cinetica quimica y adsorcion, ta facilito creeme, ya dejame subirlo alv

Tipo: Ejercicios

2024/2025

Subido el 01/07/2025

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UNIVERSIDAD PERUANA CAYETANO HEREDIA FISICOQUÍMICA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO CIENCIAS EXACTAS 2025-1
SECCIÓN QUÍMICA
TALLER N° 8
CINÉTICA
1. Respecto a la velocidad de una reacción química y los factores que la afectan, indique cuáles de las
siguientes afirmaciones son verdaderas:
a) La velocidad de reacción siempre se duplica si la concentración de un reactivo se duplica.
b) La constante de velocidad depende de la concentración de los reactivos.
c) Un catalizador aumenta la constante de velocidad al disminuir la energía de activación.
d) La velocidad de una reacción de primer orden es proporcional a la concentración del reactivo.
e) La energía de activación es menor en reacciones endotérmicas que en exotérmicas.
2. Respecto a la ecuación de Arrhenius, indique cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas:
a) Un aumento de la temperatura produce un aumento exponencial en la constante de velocidad.
b) La constante de Arrhenius A tiene siempre unidades de energía.
c) Un mayor valor de Ea implica una reacción más rápida a cualquier temperatura.
d) La gráfica de Lnk frente a 1/T es una línea recta con pendiente -Ea/R.
e) El valor de k permanece constante si se cambia la temperatura
3. Respecto a la determinación del orden de una reacción, indique cuáles de las siguientes afirmaciones son
verdaderas:
a) Experimentalmente el segundo orden solo está determinado por [A]2, no puede estar determinado por
[A][B].
b) En una reacción de primer orden, la gráfica de [A] vs. tiempo es lineal.
c) El método de velocidades iniciales consiste en variar las concentraciones de todos los reactivos al
mismo tiempo.
d) En una reacción de primer orden, el tiempo de vida media es constante.
e) Para una reacción de segundo orden, la gráfica de 1/[A] vs. tiempo es lineal.
4. Para una reacción hipotética: A + B → C + D, en unas condiciones determinadas, la energía de activación
de la reacción directa es 90 kJ/mol, mientras que la energía de activación de la reacción inversa es 55
kJ/mol. Al respecto responda lo siguiente:
a) Represente, en un diagrama energético, las energías de activación de la reacción directa e inversa.
b) La reacción directa, ¿es exotérmica o endotérmica? Justifique su respuesta.
c) Indique cómo influirá en la velocidad de reacción la utilización de un catalizador.
5. En la reacción N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g), en un momento dado el hidrógeno está reaccionando a la
velocidad de 0,090 mol. L-1. s-1:
a) Calcula la velocidad a la que está reaccionando el nitrógeno.
b) Determina con qué velocidad se forma el amoníaco en ese momento. Respuesta 0,06 mol. L-1. s-1
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UNIVERSIDAD PERUANA CAYETANO HEREDIA FISICOQUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO CIENCIAS EXACTAS 2025 - 1 SECCIÓN QUÍMICA TALLER N° 8 CINÉTICA

  1. Respecto a la velocidad de una reacción química y los factores que la afectan, indique cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas: a) La velocidad de reacción siempre se duplica si la concentración de un reactivo se duplica. b) La constante de velocidad depende de la concentración de los reactivos. c) Un catalizador aumenta la constante de velocidad al disminuir la energía de activación. d) La velocidad de una reacción de primer orden es proporcional a la concentración del reactivo. e) La energía de activación es menor en reacciones endotérmicas que en exotérmicas.
  2. Respecto a la ecuación de Arrhenius, indique cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas: a) Un aumento de la temperatura produce un aumento exponencial en la constante de velocidad. b) La constante de Arrhenius A tiene siempre unidades de energía. c) Un mayor valor de Ea implica una reacción más rápida a cualquier temperatura. d) La gráfica de Lnk frente a 1/T es una línea recta con pendiente - Ea/R. e) El valor de k permanece constante si se cambia la temperatura
  3. Respecto a la determinación del orden de una reacción, indique cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas: a) Experimentalmente el segundo orden solo está determinado por [A]^2 , no puede estar determinado por [A][B]. b) En una reacción de primer orden, la gráfica de [A] vs. tiempo es lineal. c) El método de velocidades iniciales consiste en variar las concentraciones de todos los reactivos al mismo tiempo. d) En una reacción de primer orden, el tiempo de vida media es constante. e) Para una reacción de segundo orden, la gráfica de 1/[A] vs. tiempo es lineal.
  4. Para una reacción hipotética: A + B → C + D, en unas condiciones determinadas, la energía de activación de la reacción directa es 90 kJ/mol, mientras que la energía de activación de la reacción inversa es 55 kJ/mol. Al respecto responda lo siguiente: a) Represente, en un diagrama energético, las energías de activación de la reacción directa e inversa. b) La reacción directa, ¿es exotérmica o endotérmica? Justifique su respuesta. c) Indique cómo influirá en la velocidad de reacción la utilización de un catalizador.
  5. En la reacción N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g), en un momento dado el hidrógeno está reaccionando a la velocidad de 0,090 mol. L-^1. s-^1 : a) Calcula la velocidad a la que está reaccionando el nitrógeno. b) Determina con qué velocidad se forma el amoníaco en ese momento. Respuesta 0,06 mol. L-^1. s-^1
  1. Se estudia la cinética de la siguiente reacción química en fase gaseosa, SO 2 (g) + 2 O2(g) → SO 3 (g), y se obtiene que, a cierta temperatura, mantenida constante, la velocidad inicial de la reacción depende de las concentraciones como viene ilustrado en la tabla. Experimento Velocidad de reacción [SO 2 ] en molaridad [O 2 ] en molaridad 1 1,5 x10-^4 0,050 0, 2 3,0 x10-^4 0,050 0, 3 6,0 x10-^4 0,100 0, 4 1,2 x10-^3 0,100 0,
    • Determinar los órdenes parciales y el orden global de reacción.
    • Calcular el valor de la constante de velocidad y sus unidades. Respuesta: 1,2 M-^2 s-^1.
    • Prediga la velocidad de reacción cuando [SO 2 ] = 0,12 M y [O 2 ] = 0,08M.
  2. En la descomposición de glucosa en solución acuosa se obtuvieron los siguientes resultados: Conc. Glucosa / mmol / dm^3 56 55,3 54,2 52,2 49 Tiempo/minuto 0 45 120 240 480 Demuéstrese que la reacción es de primer orden y calcúlese la constante de velocidad para el proceso y el tiempo de vida media para la glucosa bajo esas condiciones. Respuesta: t1/2 = 2,4 x 10^3 min
  3. Se estudia la cinética de la reacción de descomposición del azometano (C 2 H 6 N 2 ) en fase gaseosa a 298 K se da por medio de la siguiente reacción:

CH 3 N=NCH 3 (g) → C 2 H 6 (g) + N2 (g)

Se obtuvieron los siguientes datos de la concentración de azometano en función del tiempo: C 2 H 6 N 2 0, 200 0, 170 0, 140 0, 110 0, 080 Tiempo / (min) 0 10 20 30 40 Determine el orden de reacción. Respuesta: orden cero

  1. Se mide la velocidad de descomposición del óxido nitroso (N 2 O) en fase gaseosa en el intervalo de temperaturas entre 800 K y 1100 K, obteniéndose las siguientes constantes de velocidad: T (K) (^) 800 850 900 950 1000 1050 1100 k (Lmol-^1 s-^1 ) (^) 0,0 05 0,0 25 0,10 0 0,3 50 1 , 050 2, 800 6 , 500 Determine el valor de la energía de activación y del parámetro A. Respuesta: 41880 cal/mol y 1, 45 x 10^9
  2. La constante de velocidad de la reacción en fase gaseosa de eteno e hidrógeno se midió a diferentes temperaturas. C 2 H 4 (s) + H2 (g) → C 2 H6 (g) Utilice los siguientes valores para calcular los parámetros de Arrhenius. Respuesta: 1,8x10^5 y 2 , 107 T (K) 1000 1200 1400 1600 K (L /mol. s) 8,35 x 10-^10 3,08 x 10-^8 4,06 x 10-^7 2,80 x 10-^6
  1. M.-G. Olivier y R. Jadot (J. Chem. Eng. Data 42, 230 (1997)) estudiaron la adsorción de butano en gel de sílice. Ellos informan las siguientes cantidades de absorción (en moles de C₄H₁₀ por kilogramo de gel de sílice) a 303 K: P (kPa) 31 53,03 101,97 130,47 165,06 182,41 205,75 219, n ads (mol/kg) 1 1,54 2,49 2,9 3,22 3,3 3,35 3, Ajuste una isoterma de Langmuir, identifique el valor de n que corresponde a la cobertura completa y evalúe la constante K. Respuesta: n=6,784 y K=5,6 x10-^3
  2. Se adsorbe nitrógeno sobre carbón activado a - 77 °C. Los volúmenes adsorbidos (recalculados a 0 °C y 1 atm) por gramo de C activo frente a la presión de nitrógeno, son: P (atm) 3,5 10 ,0 16,7 25,7 33,5 39, V (cm 3 /g)^101 136 153 162 165 Compruebe qué isoterma, Langmuir o Freundlich, describe mejor la adsorción de este sistema y calcule los parámetros de la isoterma en cada caso. Respuesta: Langmuir: Vm = 17 8 , 57 cm^3 , K = 0,3 5 atm. y Freundlich: K = 81,1521 cm^3 /g, n= 4,8192.
  3. En el marco de un proyecto de investigación sobre la remediación de contaminantes en aguas residuales, se está evaluando la eficacia de un nuevo tipo de adsorbente a base de biomasa modificada para la eliminación de un contaminante orgánico emergente. Específicamente, se ha elegido estudiar la adsorción de Triclosán (un agente antibacteriano y antifúngico común en productos de higiene personal) sobre cáscara de nuez de macadamia activada químicamente. Para llevar a cabo la investigación, se prepararon una serie de soluciones acuosas de Triclosán con concentraciones iniciales variadas. A cada una de estas soluciones se añadió una cantidad conocida y constante (1 gramo) del adsorbente. Las mezclas se agitaron en un baño de agua con temperatura controlada a 25 °C (298 K) durante 24 horas para asegurar que se alcanzara el equilibrio de adsorción. Tras este período, las suspensiones se filtraron y la concentración de Triclosán residual en el sobrenadante se determinó mediante cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC). Los datos obtenidos para la concentración de Triclosán (C, en μmol/L) y la cantidad de Triclosán adsorbido por gramo de adsorbente (q, en μmol/g) se presentan en la siguiente tabla: C (umol/L) (^) 10 25 50 100 200 400 800 q (umol/g) 0, 85 1 ,5 0 2 , 40 3 , 60 5 ,1 0 6 , 80 8 , 50 ¿Qué isoterma representa mejor estos datos: Langmuir o Freundlich? a) Determine si la isoterma de adsorción del Triclosán sobre la cáscara de nuez de macadamia activada se ajusta mejor al modelo de Langmuir o al modelo de Freundlich. Justifique su elección mediante la linealización de ambos modelos y el análisis de los coeficientes de correlación (R^2 ). b) Calcule los parámetros característicos del modelo que mejor se ajuste. Respuesta: 10,193 y 8,331x10-^3
  1. En una práctica de laboratorio, se realiza un experimento para estudiar la adsorción de azul de metileno sobre 1,00 g de carbón vegetal a diferentes concentraciones. Sabemos que el modelo de Langmuir es adecuado para describir este proceso. q (mg/g) 47 , 25 89 ,7 0 125 , 10 155 ,0 0 C (mg/L)^80 ,^00 180 ,^00 300 ,^00 450 ,^00 Sabemos que el modelo de Langmuir es adecuado para describir este proceso. Cuando la concentración de azul de metileno en la solución es de 550, 0 mg/L, calcule:
    • La cantidad de azul de metileno adsorbido por gramo de carbón.
    • El porcentaje de sitios ocupados y libres. Respuesta: 56 ,1 % y 43,9%
  2. Se llevó a cabo un experimento para determinar la capacidad de adsorción en función del tiempo, utilizando 200 mL de una solución de azul de metileno a 10 mg/L como adsorbato y 0,025 g de carbón activado como adsorbente. Para medir la absorbancia de las muestras, se empleó un espectrofotómetro UV-Vis Genesys 150, obteniendo los siguientes datos: Tiempo en minutos absorbancia Concentración en mg/L q en mg/g % de adsorción 0 3.000 10.000 0.000 0. 10 1. 20 1. 30 0. 40 0. 50 0. (^60) 0. (^70) 0. (^80) 0. (^90) 0. (^100) 0.
    • Completar la tabla.
    • Indicar cual es la concentración del adsorbato en el equilibrio.
    • Calcular la capacidad de adsorción en el equilibrio.
    • Calcular el porcentaje de adsorción en el equilibrio. Respuesta: 88,133 %