ESPOL ICQA / Examen Final de Química General IMiércoles 30 de agosto del 2006

Nombres Apellidos PARALELO No. LISTA

Tareas / 10 Lecciones / 10 Talentos/5 Proyectos / 15 Laboratorio / 20 Examen / 50 Nota Final

1. Se estudió la isomerización de metil isonitrilo (CH3NC) a acetonitrilo (CH2CN) en fase gaseosa a 215°C, y se obtuvieron los datos siguientes:

Tiempo (s) 0 2,000 5,000 8,000 12,000 15,000CH3NC (M) 0.0165 0.0110 0.00591 0.00314 0.00137 0.00074

En base a los datos arriba presentados, sírvase dar cumplimiento a lo que se le solicita en la siguiente tabla:

a. Dibujar a mano alzada la variación de la concentración del reactivo en función del tiempo. Destacar en su gráfico las variables con sus respectivas unidades y rotúlelo.

b. Calcule a partir de la gráfica la velocidad media de la reacción (M/s) en el intervalo de 5,000s a 8,000s.

TITULO: Concentración del CH3NC con respecto al tiempo Y X Vm

-5.9 x 10-3 3,000 1.99 x 10-6

c. Calcule a partir de la gráfica la velocidad instantánea en M/s a t igual 5,000 s.

Y X V5,000

-7.86 x 10-3 5,000 1.57 x 10-6

d. Calcule a partir de la gráfica la velocidad instantánea en M/s a t igual 8,000 s.

Y X V8,000

-1.77 x 10-3 5,000 3.54 x 10-7

2. El enunciado del principio de Le-Chatelier ha sido desmembrado en 10 segmentos que están rotulados por letras en las columnas de la tabla. Escriba la correcta secuencia de las letras de los segmentos para conformar el enunciado del Principio en mención. Además, escribir el enunciado en base al orden que usted ha determinado.

SEGMENTOS

A) CONCENTRACIÓN, TEMPERATURA O PRESIÓN B) DE MODO QUE CONTRARRESTE

C) DE UNO DE LOS COMPONENTES D) EL EFECTO DE LA PERTURBACIÓN

E) EL SISTEMA DESPLAZARÁ F) EN EQUILIBRIO

G) ES PERTURBADO H) POR UN CAMBIO DE

I) SI UN SISTEMA J) SU POSICIÓN DE EQUILIBRIO

SECUENCIA APROPIADA DE LOS LITERALES: I, F, G, H, A, C, E, J, B, D

ESCRIBA EL ENUNCIADO COMPLETO DE LE-CHATELIER COMPLETO en base a la tercera columna:

SI UN SISTEMA EN EQUILIBRIO ES PERTURBADO POR UN CAMBIO DE CONCENTRACIÓN, TEMPERATURA O PRESIÓN DE UNO DE LOS COMPONENTES, EL SISTEMA DESPLAZARÁ SU POSICIÓN

DE EQUILIBRIO DE MODO QUE CONTRARRESTE EL EFECTO DE LA PERTURBACIÓN.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0 2.000 5.000 8.000 12.000 15.000

1

3. Se recopilaron los datos siguientes de la velocidad de desaparición del NO en la reacción 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g):

Experimento # [NO] (M) [O2] (M) Velocidad Inicial (M/s) k

1 0.0126 0.0125 1.41 x 10-2 k1= 7105

2 0.0252 0.0250 1.13 x 10-1 k2= 7118

3 0.0252 0.0125 5.64 x 10-2 k3= 7105

En base a los datos arriba presentados, sírvase dar cumplimiento a lo que se le solicita en la siguiente tabla:

Marque con una X los experimentos que usted seleccionaría para determinar el orden de la reacción con respecto a [NO]

Experimento #1 X Experimento #2 Experimento #3 X

Transcriba las velocidades iniciales para los experimentos seleccionados por usted:

1.41 x 10-2 5.64 x 10-2

En base a las velocidades seleccionadas determinar el orden de la reacción con respecto a [NO]

2do ORDEN

Marque con una X los experimentos que usted seleccionaría para determinar el orden de la reacción con respecto a [O2]

Experimento #1 Experimento #2 X Experimento #3 X

Transcriba las velocidades iniciales para los experimentos seleccionados por usted:

1.13 x 10-1 5.64 x 10-2

En base a las velocidades seleccionadas determinar el orden de la reacción con respecto a [O2]

1er ORDEN

Escriba en la siguiente columna la ecuación de la velocidad de reacción Vreacción = k[NO]2[O2]

Escriba en la siguiente columna las unidades de kK = Vreacción/([NO]2[O2])

K= M/(SM2) = [s-1M-2]

Calcule el valor de k para cada experimento y regístrelo en la última columna de la tabla de datos.

Experimento #1 =

K1 = (1.41 x 10-2)/ (0.0126)2(0.0125)

K1 = 7105 [s-1M-2]

Experimento #2 =

K2 = (1.13 x 10-1)/(0.0252)2(0.0250)

K2 = 7118 [s-1M-2]

Experimento #3 =

K3 = (5.64 x 10-2)/(0.0252)2(0.0125)

K3 = 7105 [s-1M-2]

Calcular el valor promedio de k

Kprom = (K1 + K2 + K3)/3

Kprom = (7105 + 7118 + 7105)/3

Kprom = 7109 [s-1M-2]

2

4. Se midió la velocidad de la reacción: CH3COOC2H5 (ac) + OH- (ac) CH3COO- (ac) + C2H5OH (ac) a varias temperaturas y se obtuvieron los datos que se presentan en las dos primeras filas de la siguiente tabla:

Temperatura (°C) 15 25 35 45

k (M-1 s-1) 0.0521 0.101 0.184 0.332

Temperatura (K) 288 298 308 318

1/ T (K-1) 3.47 x 10-3 3.36 x 10-3 3.25 x 10-3 3.15 x 10-3

ln k -2.95 -2.29 -1.69 -1.103

En base a los datos presentados, sírvase dar cumplimiento a lo que se le solicita en la tabla:

A) Graficar ln k en función de 1 / T en los ejes correspondientes para determinar los solicitado en b).

B) Determine el valor de Ea usando la gráfica y los pasos de la columna.Datos: R = 8.31 J /mol K

-3,50

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

3,472 3,356 3,247 3,145

1/T x 10-3

ln k

B1)Escriba la relación entre pendiente, Ea y R:

m = -Ea / R

B2) Determine el valor numérico de la pendiente a partir del gráfico:

lnk = 0.66 (1 / T) = -1 x 10-4

m = 0.66 / (-1 x 10-4) = -6,600

B3) Calcule el valor de Ea a partir de lo antes establecido:

Ea=-mREa = 6,600(8.31) = 54,846 [kJ/mol]

5. A 25ºC la reacción NH4HS(s) ⇋ NH3 (g) + H2S (g) tiene una Keq = 0.120. Se carga un matraz de 5.00L con 0.300g de H2S (g) puro a 25ºC. Después, se agrega NH4HS(s) hasta que queda un exceso de sólido sin reaccionar.(Datos: R = 0,0821 L-atm / mol – K; S=32.07; H=1; N=14).

a) Calcule la presión inicial de H2S (g) en el matraz P = (0.300/34.07)(0.0821)(298) / 5 = 0.04307

b) Llene la tabla con las presiones parciales conforme se alcanza el equilibrioNH4HS(s) ⇋ NH3 (g) + H2S (g)

Inicial 0 0.04307Cambio +x +x

Equilibrio +x 0.04307 + x

c) Escriba la expresión para Keq Keq = PNH3 * PH2S

c) Calcule las presiones parciales de NH3 y H2S en el equilibrio

0.120 = (x) (0.04307 + x) → x2 + 0.04307x - 0.120 = 0x1,2 = (0.04307 ± √(0.043072 + 4*0.120)) / 2 = (-0.04307 ± 0.69)/2

x1 = 0.33 x2 = - 0.37PNH3 = 0.33 PH2S = 0.37

d) Calcule la fracción molar de H2S χH2S = PH2S / (PNH3 + PH2S) = 0.37/ (0.33 + 0.37) = 0.47

e) ¿Cuál es la mínima cantidad de NH4HS, en gramos, que se debe agregar al matraz para

alcanzar el equilibrio?

nNH3 = PNH3*V / R*T = (0.33*5) / (0.0821 * 298) = 0.067 mol NH3

(0.067mol NH3)*(1mol NH4HS /1mol NH3)*(51.07NH4HS /1mol NH4HS)

= 3.42 g NH4HS

3

6. Considere el siguiente equilibrio: C(s) + CO2 (g) ⇋ 2CO (g). La tabla muestra las presiones parciales de CO2 (g) yCO (g) a una presión total de 1 atm y a varias temperaturas:

Temp. (K) PCO2 (atm) PCO (atm) Keq CO2 (% mol) CO (% mol)

1123 0.0623 0.9377 14.11 6.23 93.77

1223 0.0132 0.9868 73.77 1.32 98.68

1323 0.0037 0.9963 268.27 0.37 99.63

1473 0.0006 0.9994 1664.67 0.06 99.94

En base a los datos presentados, sírvase dar cumplimiento a lo que se le solicita en la tabla:a) Escriba la expresión de la

constante de equilibrio.

b) Calcule el valor de Keq a cada temperatura y llene la

cuarta columna de la tabla.

Keq= (PCO)2 / PCO2

Keq1 = (0.9377)2 / 0.0623 = 14.11Keq2 = (0.9868)2 / 0.0132 = 73.77Keq3 = (0.9963)2 / 0.0037 = 268.27Keq4 = (0.9994)2 / 0.0006 = 1664.67

c) Considerando que la presión total es 1 atm, demuestre que: % mol /100 = presión parcial

(Dato: Ecuación de los gases ideales P=nRT/V)

P1 = n1RT / V P2 = n2RT / VP1 / P2 = (n1RT / V) / (n2RT / V)

P1 / P2 = n1 / n2

d) Calcule el valor del porcentaje molar (% mol) parael CO2 para cada temperatura y ubíquelo en la quinta

columna de la tabla.

% mol 1 = 0.0623 * 100 = 6.23% mol 2 = 0.0132* 100 = 1.32% mol 3 = 0.0037 * 100 = 0.37% mol 4 = 0.0006 * 100 = 0.06

d) Calcule el valor del porcentaje molar (% mol) para el CO para cada temperatura y ubíquelo en la sexta columna

de la tabla.

% mol 1 = 0.9377 * 100 = 93.77% mol 2 = 0.9868 * 100 = 98.68% mol 3 = 0.9963 * 100 = 99.63% mol 4 = 0.9994 * 100 = 99.94

f) ¿Es la reacción exotérmica o endotérmica? Explique su respuesta

ENDO térmica

7. El ácido fórmico se descompone en fase gaseosa a temperaturas elevadas como sigue: HCOOH (g) ⇋ CO2 (g) + H2 (g).Se determina que la reacción de descomposición es de primer orden. La curva A (primera figura de la tabla) es una gráfica de la presión parcial de HCOOH en función del tiempo durante la descomposición a 838K. Cuando se agrega una pequeña cantidad de ese ZnO sólido a la cámara de reacción, la presión parcial del ácido en función del tiempo varía conforme a la curva B de la figura.

1) Gráficamente estime la vida media de la reacción y registre esta magnitud:

650 [s]2) Escriba la ecuación de vida media para una reacción de

primer orden.

t1/2 =ln ½ / k = 0.693 / k

3) Calcular la vida media de la reacción referida.

k = 0.693 / t(½) = 0.693 / 650 = 1.06 x 10-3 s-1

4) ¿Qué se concluye al agregar ZnO en la descomposición del ácido?

La reacción aumenta su rapidez por lo que se concluye que el ZnO está actuando como catalizador

5) Suponga que si hubiese graficado la concentración de ácido fórmico en unidades de mol/L. ¿Habría variado el valor calculado para k? ¿Por qué?No, porque la unidades de k son [s-1] y son independientes

de la unidades de concentración

4

8. Basado en el perfil de reacción expuesto en la primera columna, responda a las preguntas de la segunda columna:

Cuántos (#) y cuáles ( ¿? ) son los intermediarios de la reacción:

·# = 2 ¿ B ? ¿ C ?

Numere en el perfil los estados de transición para la reacción: y escriba a continuación los intermediarios de la reacción, en

el orden de aparición:

B; C

Encierre con un círculo el paso más rápido para reacción:

A B B C C D

Encierre con un círculo el tipo de reacción:

EXOTÉRMICA ENDOTÉRMICA

9. Se prepara una disolución disolviendo hipoclorito de sodio (NaClO) en agua suficiente para tener 2.00L de disolución.

ClO- (ac) + H2O (l) ⇋ HClO (ac) + OH- (ac)

Si la disolución tiene un pH de 10.50, proceda a calcular cuántos moles de NaClO se agregaron al agua, en la secuencia sugerida: (Kb = 3.33x10-3)

1) Cálculo del pOH = 14 – pH = 14 – 10.50pOH = 3.5

2) Cálculo de [OH-] = 10-3.5 = 3.16 x 10-4

3) Cálculo de las concentraciones en equilibrio:

ClO- (ac) H2O (l) HClO (ac) OH- (ac)

Inicial x 0 0

Cambio -3.16 x 10-4 3.16 x 10-4 3.16 x 10-4

Final (x - 3.16 x 10-4) 3.16 x 10-4 3.16 x 10-4

Espacio para cálculos:

3.16 X 10-4 = (3.16 X 10-4)2 / (x - 3.16 x 10-4)

4) Escribir la expresión de la constante de disociación básica:

Kb = [HClO][OHˉ ] / [ClOˉ ]

5) Espacio para calcular el número de moles de NaClO:

x = (3.16 X 10-4)2 / (3.33 x 10-4) + (3.16 X 10-4)

x = 0.3 M

V = 2L

Moles que se agregaron = 0.6 mol

5

10. Complete la siguiente tabla calculando los datos que faltan e indicando si la disolución es ácida o básica para las soluciones de la primera columna. Después, ubique el número de la solución entre las sustancias indicadas en el gráfico inferior. Para ilustrar lo solicitado se ha procedido a ubicar la solución 4 entre el bicarbonato de sodio y el bórax.

Solución [H+] [OH-] pH pOH ÁCIDA BÁSICA

1 7.5 x 10-3 M 1.32 x 10-12 M 2.12 11.88 √

2 2.8 x 10-5 M 3.6 x 10-10 M 4.56 9.44 √

3 5.62 x 10-9 M 1.78 x 10-6 M 8.25 5.75 √

4 5.01 x 10-9 M 1.99 x 10-6 M 8.30 5.70 √

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