Pregunta B3.
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La reacción entre gases 2 A + B ↔ 3 C tieneΔH = –120 kJ·mol⁻¹, y para la reacción inversa Ea = 180 kJ·mol⁻¹.
A) Utilizando un diagrama energético de la reacción, calcule Ea para la reacción directa.
(Diagrama que indica coordenada de reacción adjunto)
<img src="https://tex.z-dn.net/?f=%20E_%7Ba%7D%20-%20%20E_%7Ba%7D%5E%7B-1%7D%20%3D%20" />ΔH<img src="https://tex.z-dn.net/?f=%20_%7BR%7D%20" />
<img src="https://tex.z-dn.net/?f=E_%7Ba%7D%20%3D%20" /> ΔH <img src="https://tex.z-dn.net/?f=_%7BR%7D" /><img src="https://tex.z-dn.net/?f=%2BE_%7Ba%7D%5E%7B-1%7D%20%20" />
<img src="https://tex.z-dn.net/?f=E_%7Ba%7D%20%3D%20-120%2B180%3D60kJ.mol%5E%7B-1%7D%20" />
b) Justifique si un aumento de temperatura tendrá mayor efecto sobre la constante de velocidad
de la reacción directa o de la inversa.
Teniendo en cuenta la ecuación de Arrhenius <img src="https://tex.z-dn.net/?f=%5BK%3DA.e%5E%7B%20%5Cfrac%7BE_%7Ba%7D%20%7D%7BRT%7D%7D%5D" />, el factor de Boltzmann o factor A e
energético <img src="https://tex.z-dn.net/?f=%5Be%5E%7B%5Cfrac%7BE_%7Ba%7D%20%7D%7BRT%7D%7D%5D%20" />, pone de manifiesto que a mayor valor de Ea
, más rápidamente variara el factor
energético al modificar la temperatura.
Teniendo en cuenta que el factor energético es exponencialmente
directo a la T, y que la constante cinética es directamente proporcional al factor energético, al aumentar la
temperatura se producirá un aumento mayor en la constante cinética cuanto mayor sea su energía de
activación.
Para una reacción exotérmica, como la del enunciado, al ser a
1 Ea > E
−
, un aumento de la temperatura
provocara que la constante cinética de la reacción inversa ( ) 1
k −
aumente más que la constante cinética de la
reacción directa (k).
Otra forma de explicar este apartado seria teniendo en cuenta que la constate de equilibrio es el
cociente entre las constantes cinéticas de la reacción directa e inversa.
<img src="https://tex.z-dn.net/?f=K_%7Beq%7D%20%3D%20%5Cfrac%7Bk%7D%7Bk_%7B-1%7D%7D%20" />
En una reacción exotérmica, como la del enunciado, al aumentar la temperatura, el equilibrio se
desplaza hacia los reactivos, contrarrestando el aumento de temperatura consumiendo calor (sentido
endotérmico de una reacción exotérmica), por lo que aumentan las concentraciones de los reactivos y
disminuyen la de los productos lo cual hace que disminuya el valor de la constante de equilibrio.
Si las constantes cinéticas aumentan al aumentar la temperatura, según pone de manifiesto la ecuación
de Arrhenius, y la constante de equilibrio disminuye al aumentar la temperatura deberá de
ocurrir que aumente más la constante inversa que la directa, para que de esa forma pueda disminuir su
cociente.
Teniendo en cuenta los respectivos valores de las energías de activación de las reacciones directa e
inversa, se puede concluir que la temperatura afecta mas a la constante cinética de la reacción que tenga
mayor energía de activación, en nuestro caso, afecta mas a K₋₁.
C) Justifique qué efecto tendrá un aumento de temperatura sobre las cantidades de reactivos y productos en el equilibrio.
Por ser una reacción exotérmica :
<img src="https://tex.z-dn.net/?f=Reactivos%20%20%5Cfrac%7B%20exotermico%3D%5C%20%5Ctextgreater%20%5C%20%7D%7B%5C%20%5Ctextless%20%5C%20%3Dendotermico%7D%7DProductos%20%2B%20Q%20" />Δ[img = 10]
Si en un sistema en equilibrio se aumenta la temperatura, según el principio de Le Chatelier, el
sistema tiende a oponerse al aumento de energía calorífica desplazándose en el sentido en el que se absorba
calor, sentido endotérmico, y de esa forma contrarrestar el aumento de temperatura, por lo que en nuestra
reacción se desplazará hacia los reactivos, aumentando su concentración y disminuyendo la de los productos.
D) Si para esta reacciónΔS < 0, explique si la reacción del enunciado es espontánea a temperaturas altas o bajas.
El criterio de espontaneidad de la reacciones se asocia al signo de la variación de energía libre :
• Si ΔG< 0, reaccion es espontánea.
• SiΔG> 0, reaccion no espontánea.
Por definición : S ∆G = H − T∆ , a temperatura bajas predominará el signo del término entálpico, mientras que a temperaturas altas predominará el término antrópico, debiendo tener en este caso en cuenta el signo negativo del término.
[img = 11]
La reacción será espontánea a temperaturas superiores a la temperatura de equilibrio.
PRUEBA SELECTIVIDAD MADRID CONVOCATORIA SEP 2014 - 2015 QUIMICA.
