Mecanismos de reacción 05

 

La reacción: 2 ICl (g) + H2 (g) → 2 HCl (g) + I2 tiene la ecuación de velocidad v = k[ICl]·[H2], y se le ha propuesto el siguiente mecanismo:

ICl (g) + H2 (g) → HI (g) + HCl (g) (lenta)

HI (g) + ICl (g)  HCl (g) + I2 (g) (rápida)

a)  Justifica razonadamente la ecuación de velocidad.

b)  Señala la etapa determinante.

c)  Indica si hay algún producto intermedio.

d)  Calcula la molecularidad de cada reacción elemental.

 

 

Solución:

a)  Mecanismo propuesto:

Etapa 1:        ICl (g) + H2 (g) → HI (g) + HCl (g) (lenta)

Etapa 2:        HI (g) + ICl (g)  HCl (g) + I2 (g) (rápida)

___________________________________________

Global:       2 ICl (g) + H2 (g)  2 HCl (g) + I2 (g)

 

El producto intermedio, HI, ha sido simplificado al sumar ambas reacciones elementales.

Ecuaciones de velocidad de cada reacción elemental:

Etapa 1:        v1 = k1[ICl]·[H2]

 Etapa 2:       v2 = k2[HI]·[ICl]

La velocidad de la reacción global viene determinada por la etapa lenta, que se denomina etapa limitante  o determinante de la velocidad, y que, en este caso, resulta ser la etapa primera.

Luego, la velocidad de la reacción global es igual a la velocidad de reacción de la primera etapa, v = v1:

v = v1= k1[ICl]·[H2] = k[ICl]·[H2] siendo k = k1

b)  Como ya se ha visto la etapa limitante es la primera.

c)  El producto intermedio es el HI

d)  Ambas reacciones son bimoleculares (intervienen dos moléculas, una de cada compuesto).

Orden de la reacción global es: 1 + 1 = 2

 

 

Mecanismos de reacción 04

 

Para la reacción:

2 NO (g) + 2 H2 (g) N2 (g) + 2 H2O (g)

se ha propuesto el siguiente mecanismo:

2 NO (g) + H2 (g) → N2O (g) + H2O (g) (lenta)

N2O (g) + H2 (g)  N2 (g) + H2O (g) (rápida)

Deduce la expresión de la ecuación de velocidad de la reacción global y señala el orden total de esta reacción.

 

 

Solución:

Mecanismo propuesto:

Etapa 1:        2 NO (g) + H2 (g)  N2O (g) + H2O (g)  (lenta)

Etapa 2:        N2O (g) + H2 (g) N2 (g) + H2O (g) (rápida)

­­­­­­            ___________________________________________

Global:      2 NO (g) + 2 H2 (g)  N2 (g) + 2 H2O (g)

 

El producto intermedio, N2O, ha sido simplificado al sumar ambas reacciones elementales.

Ecuaciones de velocidad de cada reacción elemental:

Etapa 1:        v1 = k1[NO]2·[H2]

Etapa 2:       v2 = k2[NO]2·[H2]

La velocidad de la reacción global viene determinada por la etapa lenta, que se denomina etapa limitante o determinante de la velocidad, y que, en este caso, resulta ser la etapa primera.

Luego, la velocidad de la reacción global es igual a la velocidad de reacción de la primera etapa, v = v1:

v = v1 = k1[NO]2·[H2] = k[NO]2·[H2] siendo k = k1

Orden total = 2 + 1 = 3

 

 

Mecanismos de reacción 03

 

La reacción H2 (g) + I2 (g) → 2 HI (g), tiene la ecuación de velocidad v = k[H2]·[I2]  y se le ha propuesto el siguiente mecanismo:

I2 (g) → 2 I (g) (rápida en los dos sentidos)

H2 (g) + 2 I (g)  2 HI (g) (lenta)

Calcular la velocidad de la reacción global.

 

 

Solución:

Mecanismo propuesto:

Etapa 1:                       I2 (g)  2 I (g) (rápida en los dos sentidos)

Etapa 2:        H2 (g) + 2 I (g)  2 HI (g) (lenta)

­­___________________________________________

Global:                       H2 (g)  I2 (g)

 

Los átomos de I (g) son intermedios y se han eliminado.

Ecuaciones de velocidad de cada reacción elemental:

Etapa 1:

Reacción directa: v1 = k1[I2]

Reacción inversa: v1’ = k1’[I]2

En el equilibrio: k1[I2] = k1’[I]2

Etapa 2:

v2 = k2[H2]·[I]2 etapa limitante

Como I es intermedio, debemos sustituir [I]2 en la expresión de v2 por su valor obtenido en el equilibrio, luego:

[I]2 = (k1/k1’) [I2]

v2 = k2[H2]·(k1/k1’) [I2] = k2·(k1/k1’)·[H2]·[I2]

Como la velocidad de la reacción global es igual a la velocidad de la segunda etapa, tendremos que:

v = k[H2]·[I2] siendo k = k2·k1/k1

Nota: La etapa determinante de la velocidad en un mecanismo de reacción es la reacción elemental que, por ser suficientemente lenta, determina la velocidad de la reacción global.

 

 

Mecanismos de reacción 02

 

La reacción 2 N2O (g) → 2 N2 (g) + O2 (g) tiene la ecuación de velocidad v = [NO2], deducida experimentalmente y se le ha propuesto el mecanismo siguiente:

N2O (g) → N2 (g) + O (g)

N2O (g) + O (g) → N2 (g) + O2 (g)

Indica la etapa limitante y si hay algún producto intermedio.

 

 

Solución:

Mecanismo propuesto:

Etapa 1:                 N2O (g) → N2 (g) + O (g)

Etapa 2:        N2O (g) + O (g) → N2 (g) + O2 (g)

­­___________________________________________

Global:                  2 N2O (g) → 2 N2 (g) + O2 (g)

 

El producto intermedio, O, ha sido simplificado al sumar ambas reacciones elementales.

Velocidad de la reacción global:

v = v1 = k1[N2O] = k[N2O] siendo k = k1

pues es la que coincide con la ecuación experimental. Luego, la etapa limitante es la primera.

Producto intermedio O (g).

 

 

Mecanismos de reacción 01

 

La reacción NO2 (g) + CO (g)  NO (g) + CO2 (g), tiene la ecuación de velocidad v = k[NO2]2 y se le ha propuesto el siguiente mecanismo:

2 NO2 (g) → NO3 (g) + NO (g) (lenta)

NO3 (g) + CO (g)  NO2 (g) + CO2 (g) (muy rápida)

Calcular la velocidad de la reacción global.

 

 

Solución:

Mecanismo propuesto:

Etapa 1:                 2 NO2 (g) NO3 (g) + NO (g) (lenta)

Etapa 2:        NO3 (g) + CO (g) NO2 (g) + CO2 (g) (muy rápida)

__________­­­­­­___________________________________________

Global:          NO2 (g) + CO (g) NO (g) + CO2 (g)

                 

 El producto intermedio, NO3, ha sido simplificado al sumar ambas reacciones elementales.

Ecuaciones de velocidad de cada reacción elemental:

Etapa 1:        v1 = k1[NO2]2

   Etapa 2:     v2 = k2[NO3]·[CO]

La velocidad de la reacción global viene determinada por la etapa lenta, que se denomina etapa limitante o determinante de la velocidad, y que, en este caso, resulta ser la etapa 1.

Luego, la velocidad de la reacción global es igual a la velocidad de reacción de la etapa 1, o sea, v = v1:

v = v1 = k1[NO2]2 = k[NO2]2 siendo k = k1

Nota: La etapa limitante o determinante de la velocidad en un mecanismo de reacción es la reacción elemental que, por ser suficientemente lenta, determina la velocidad de la reacción global.