Solucion Examen de Qg1 2p (Autoguardado)

LUIS VACA S ESPOL-ICQA

SOLUCION EXAMEN DE 2DO PARCIALII TERMINO 2011-2012

1-02-2012

1. DETERMINACION DE LA LEY DE RAPIDEZ Y CONSTANTE DE RAPIDEZ:DATOS:

La reacción del ion peroxodisulfato S2O8−2 con el ion yoduro I−1 es:

S2O8−2 ( ac )+3 I−1 (ac )→2SO 4

−2 (ac )+ I 3−¿ ( ac ) ¿

En la tabla n.- 1 se presentan valores medidos y registrados a cierta temperatura. Con estos datos calcular la ley de velocidad (rapidez) para la reacción referida y luego calcular la constante de rapidez.

Tabla n.- 1# EXPERIMENTO [S2O8

−2 ](M ) [ I−1 ](M ) Rapidez Inicial (M/s)

1 0.040 0.051 1.7x10-42 0.080 0.034 2.2x10-43 0.160 0.017 2.2x10-44 0.080 0.017 1.1x10-4

SOLUCION:

La ley de rapidez se expresa como:

V=k [S2O8−2 ]m [ I−1 ]n

Para poder compleatarla se deben hallar los valores de m y nCalculo de mTomando el experimento 3 y 4 nos damos cuenta que la concentracion de I−1queda constante y la velocidad aumenta al igual que la concentracion de S2O8

−2, entonces tomamos las dos ecuaciones de rapidez de los dos experimentos y dividimos asi:

V 3V 4

=k [S2O8

−2 ]m [ I−1 ]n

k [S2O8−2 ]m [ I−1 ]n

2.2x 10−4

1.1x 10−4=

k [0.160 ]m [0.017 ]n

k [0.080 ]m [0.017 ]n

2=2m

m=1

El orden de la reacción para [S2O8−2 ] es 1

Calculo de nTomando el experimento 2 y 4 nos damos cuenta que la concentracion de [S2O8

−2 ]queda constante y la velocidad aumenta al igual que la concentracion de [ I−1 ], entonces tomamos las dos ecuaciones de rapidez de los dos experimentos y dividimos asi:


V 2V 4

=k [S2O8

−2 ]m [ I−1 ]n

k [S2O8−2 ]m [ I−1 ]n

2.2x 10−4

1.1x 10−4=

k [0.080 ]m [0.034 ]n

k [0.080 ]m [0.017 ]n

2=2n

n=1

El orden de la reacción para [ I−1 ] es 1

La ecuación de velocidad nos queda así:

V=k [S2O8−2 ]1 [ I−1 ]1

Para hallar el valor de k tomamos los datos de cualquier experimento en este caso tomamos el experimento 1

k= V

[S2O8−2 ]1 [ I−1 ]1

= 1.7 x10−4M /s[0.040M ] [0.051M ]=0,0833

1M . s

2. VIDA MEDIA DE LA REACCION DE PRIMER ORDEN Y CONSTANTE DE VELOCIDAD DE LA REACCION:Considere la reacción de primer orden de un solo reactivo: A→B A tiempo cero el recipiente donde se halla el reactivo tiene 8 esferas (moléculas de A) luego de 10 segundos, el recipiente se contienen 4 esferas (moléculas de A) y 4 cuadrados (moléculas de B). Todo esto se representa en la siguiente imagen:

Con los datos proporcionados calcular:

# 1 La vida media de la reacción#2 La constante de velocidad (rapidez) de la reacción

#3 Determine y llena la tabla adjunta con el número de moléculas de A (esferas) y moléculas de B (cuadrados) presentes en los tiempos de 10, 20, 30, 40 y 50 segundos:

SOLUCION:

t = 0 s t= 10 s


Para hallar el tiempo de vida media aplicamos la definición:

Vida media: Es el tiempo en el cual se acaba la mitad del reactivo

En el grafico se observa que a los 10 segundos nos queda la mitad del reactivo A, es decir que los 10 segundos que transcurren equivalen al tiempo de vida media de la reacción

Entonces: t 1/2=10 segundos

Para hallar la constante de velocidad, conocemos que la reacción es de primer orden entonces aplicamos la formula de vida media

t 1/2=ln 2k

k= ln 2t 1/2

=0,69310 s

=0,0693 s−1

Para determinar cuántas moléculas de A y B quedan en cada intervalo de 10 segundos, se aplica otra vez la definición de vida media.

Como cada intervalo es de 10 segundos entonces nos quedara la mitad de la cantidad anterior del reactivo:

tiempo # moléculas de A # moléculas de B0 8 0

10 4 420 2 630 1 740 0 850 0 8

Y para hallar la cantidad de moléculas de B se aplica la ley de conservación de la materia porque la cantidad de reactivos debe ser igual que la de los productos en la reacción.

3. ECUACION DE ARRHENIUS:La constante de rapidez de primer orden para la reacción del cloruro de metilo (CH3Cl) con agua para producir metanol (CH3OH) y acido clorhídrico (HCl) es 3.32 x 10-10 s-1 a 25°C. Calcule la constante de velocidad a 40°C si la energía de activación es 116 kJ/mol.

SOLUCION:Utilizamos la ecuación de Arrhenius para 2 constantes de velocidad y 2 temperaturas:

ln ( k1k2 )= EaR ( 1T 2

− 1T 1

)Convirtiendo las temperaturas a kelvin, la energía de activación en Joules y reemplazando datos


ln (3,32 x10−10 s−1

k2 )=116 x103

Jmol

8,31J

mol−K

( 1313− 1298 ) 1K

ln (3,32 x10−10 s−1

k2 )=13,95 x103( 298−313323 x298 )

ln (3,32 x10−10 s−1

k2 )=−2.24

еln(3,32 x10−10 s−1

k2 )=е−2.24

k 2=(3,32 x10−10)е2.24

k 2=3,11 x10−9 s−1

4. REVISION GENERAL DE CONCEPTOS BASICOSEn la segunda columna se encuentra un conjunto de términos, ecuaciones y conceptos utilizados en la Química, con su numeración en la primera columna. En la tercera columna se enlistan de forma aleatoria significados de los términos, unidades, ecuaciones y conceptos de la columna vecina sin ninguna correspondencia. Su tarea consiste en escribir en la cuarta columna el número del término, unidad, ecuación o conceptos que corresponda al significado de la tercera columna

SOLUCION

# Términos, ecuaciones y conceptos CONJUNTO DE SIGNIFICADOS #1 (°C) Concentración inicial del reactivo A 4

2 TSustancia añadida a una disolución que cambia de

color cuando el soluto agregado ha reaccionado con todo el soluto presente en la disolución

19

3 Ea Vida media para reacción de segundo orden 84 [A]0 Unidad para la temperatura en grados Celsius 1

5 ln ( [A]t / [A0] ) = -kt Variación de la concentración con el tiempo para reacción primer orden

9

6 t ½ = 0.693 / k Variación de la concentración con el tiempo para reacción de segundo orden

7

7 ( 1 / [A]0) = kt + ( 1 / [A]0 ) Acido que se ioniza completamente en agua 168 t ½ = 1 / k [A]0 Vida media para una reacción de orden cero 109 [A] = -kt + [A]0 Vida media para reacción de primer orden 6

10 t ½ = [A]0 / 2k Temperatura en grados Kelvin 211 ln ( k2 / k1 ) = (Ea / R )[(1 / T1 ) – (1 / T2 )] Energía de activación 3

12 CatalizadorTransformación molecular que modifica de forma

importante la energía o geometría de una molécula o produce una o más nuevas moléculas.

13

13 Proceso elemental Proteína de masa molecular grande de acción catalítica especifica

14

14 Enzima Ente que proporciona una secuencia alternativa de la 12


reacción con una menor energía de activación.15 Acido débil Termino absurdo/concepto absurdo/ NA 1716 Acido fuerte Acido con una baja ionización en agua 15

17 Base neutra Variación de la concentración con el tiempo para reacción orden cero

9

18 Mol Estado en el cual se igualan las velocidades de las reacciones directa e inversa

20

19 IndicadorCantidad de materia en gramos que contiene un numero de Avogadro (6.022x1023) de unidades

individuales contenidas18

20 Equilibrio químico Ecuación de Arrhenius 11

5. CONCLUSIONES DE LOS PERFILES GENERALES DE UNA REACCIONEn la siguiente grafica se presentan cuatro perfiles de energía potencial para reacciones con distintos avances de la reacción:

En base a la información presentada en la imagen conteste las preguntas que se indican después de la presentación:

CONTESTE USANDO X MAYUSCULA LO SOLICITADO EN LAS SIGUIENTES 4 PREGUNTASPERFILES PERFI

L PERFIL

PERFIL

PERFIL

PREGUNTAS 1 2 3 4Considerando que las escalas de energía potencial son iguales en todos los perfiles, en esta fila, indique con una X el perfil donde los reactivos al inicio poseen la mayor energía potencial.Indique con una X los perfiles que correspondan a reacciones exotérmicas.

Indique con una X los perfiles que NO demuestran en forma gráfica su avance sin y con catalizador.Indique con una X el perfil que corresponde a la reacción donde los reactivos tardan menos tiempo antes de transformarse en productos.Indique con una X la reacción que se da lugar con la mayor energía de activación.

SOLUCIONa) Quien tiene mayor energía de activación es

aquella que tiene la cresta más alta medida desde donde inicia la reacción. La flecha con doble punta indica la energía de activación la cual es mayor en el grafico numero 4

b) Las reacciones exotérmicas son las que liberan calor, por tanto no necesitan tanta energía para iniciar la reacción, es decir que la energía de activación es la más pequeña, esta reacción es la número 1

c) Gráficamente cuando está presente un catalizador se deben dibujar dos curvas una mas


pequeña que la normal que indica la presencia del catalizador, pero en este caso como ninguna de las 4 graficas tienen dos curvas dibujadas a la vez entonces la reacciones con y sin catalizador son todas (1-2-3-4)

d) La reacción más rápida es aquella que tiene energía de activación muy pequeña, por tanto esta reacción es la número 1

e) Tiene mayor energía potencial aquella que inicia la reacción con el valor más alto de energía. Esta reacción es la número 1

6. REGISTRO DE CURVA DE CRECIMIENTO Y DETERMINACION RAPIDEZ DE CRECIMIENTO A TIEMPO 0El crecimiento de una plantita de arroz en condiciones domesticas, se muestra en la tabla #6 donde se presentan la altura alcanzada (cm) por la gramínea con el tiempo (en días) a partir de la siembra.

Tabla #6Tiempo (días)

0 4 9 14 19 24 29 34

Altura (cm)

0 6 21 26 28 29 30 30.5

A partir de los datos, grafique una curva de crecimiento altura vs tiempo para la gramínea en cuestión y determinar la rapidez de crecimiento a tiempo cero (t=0 días)

SOLUCION:

Calculo de la velocidad instantánea de crecimiento del arroz cuando t=0

Vinst .=∆h∆ t

Vpromedio=(20−0 )cm

(19−0)dias

Vpromedio ≈1,0526cmdias

7. DETERMINACION GRAFICA DE LAS CONCENTRACIONES EN EQUILIBRIO Y CALCULOS COMPARATIVOS DE Q

1 2 3 4 5 6 7 8

Altura (cm) 0 6 21 26 28 29 30 30.5

Tiempo(dias) 0 4 9 14 19 24 29 34

2.5

7.5

12.5

17.5

22.5

27.5

32.5

37.5

Curva de creciemiento del arroz


A temperatura fija, en la gráfica se tiene las variaciones de concentraciones con el tiempo de la reacción: H2 (g) + I2 (g) ↔ 2HI (g). Se muestran intervalos ∆10, ∆21, ∆31 y ∆tn3, del tiempo. A) Grafique las variaciones de las concentraciones en ∆31, observe que en t2 se extrajo una cantidad de HI, que está marcado con una flecha. B) Graficar las concentraciones del sistema en equilibrio, de t3 a tn. C) Determine e indique en cuál de los intervalos de tiempo: Δ10 y Δ31, es mayor el valor de Q en comparación con valor de K, que es constante.

SOLUCION:Para los literales a y b las curvas que debemos graficar se deben realizar basándonos en las definiciones correctas, a medida que avanza la reacción los reactivos siempre tenderán a disminuir su concentración y los productos tienden a aumentar su concentración. Entonces las líneas de los reactivos se hacen como curvas que bajan poco a poco y los productos como curvas que suben poco a poco. Y en el equilibrio las líneas que se dibujan son líneas horizontales constantes:

Para el literal c tenemos que calcular visualmente cual es el valor del cociente en los intervalos Δ10 y Δ31

Para Δ10Tenemos que al inicio del intervalo en to que la concentración de HI es igual a cero por tanto el cociente de la reacción seria igual a cero

Qc=[ HF ]2

[ H2 ] [ F2 ]=Qc= 0

[ H2 ] [ F2 ]=0

Y como K es un valor positivo constanteQc<Kc

Para Δ31Tenemos que al inicio del intervalo en t2 que la concentración de HI es un poco menor a la que tenemos en t3 que es un poco más alta por tanto y como ninguna de las concentraciones es cero, el cociente es un numero real positivo. Qc>0

Finalmente al comparar el valor de Q en los dos intervalos, tenemos que en Δ10 Q es cero pero en Δ31 Q es un número positivo, entonces el valor de Q es mayor en Δ31

8. UBICACIÓN TERRITORIAL DE LAS SIETE ESTACIONES DEL INIAP EN EL ECUADOREn el mapa del Ecuador que se presenta a continuación, ubicar los sitios correctos de las 7 estaciones del INIAP que se detallan a continuación en la tabla. Cada ubicación en el mapa ubicarla mediante el numero de la estación en la tabla.

NUMERO ESTACIONES EXPERIMENTALES DEL INIAP ECUADOR


ASIGNADO1 Estación Experimental Central de Portoviejo2 Estación Experimental Litoral de Santo Domingo3 Estación Experimental Santa Catalina4 Estación Experimental Tropical Pichilingue5 Estación Experimental Litoral del Sur6 Estación Experimental Litoral del Austro7 Estación Experimental Central de la Amazonia

SOLUCION

9. LEY DE RAOULTA) Calcule la presión de vapor de una disolución preparada al disolver 218 g de glucosa (masa molar = 180.2

g/mol) en 460 mL de agua a 30 °C. B) Determine la disminución en la presión de vapor a esa temperatura luego de la intervención de la glucosa sobre el agua. C) Escriba la expresión de la Ley de Raoult y que determina

DATOS: La presión de vapor del agua pura a 30 °C= 31.82 mmHg. Densidad de la disolución= 1.00 g/mL. Masa molar glucosa= 180.2 g/mol.

SOLUCION:A) Nos piden hallar la presión de vapor de una disolución para ello usamos la formula:

Pv=Xsolvente ∙ P ° solventeEn este caso nos dan la presión de vapor de agua pura, por ello debemos considerar el agua como solvente

Estación Exp. Portoviejo

Estación Exp. Santo Domingo

Estacion Exp. Pichilingue

Ecuacion Exp. Santa Catalina

Estación Exp. Central de la Amazonia

Estación Exp Litoral del Sur

Estacion Exp Litoral del Austro


Tenemos que calcular la fracción molar del solvente para hallar la presión de vapor

Xsolvente= molesde solvent emoles desoluto+moles desolvente

Antes debemos hallar las moles de soluto y solvente

moles de soluto= masadesolutopesomolecular del soluto

=218 gglucosa180,2g/mol

=1,21moles

La masa de agua se obtiene con la densidad de la solución para saber que cantidad del volumen es agua

ρ=mV

→m= ρV =1 gml

(460ml )=460 gramosde H 2O

moles de solvente= masade solventepesomolecular del solvente

= 460g18g /mol

=25,5moles

Xsolvente= 25,5moles(1,21+25,5)moles

=0,95

Calculamos la presión de vapor

Pv=0,95 ∙31,82mmHg=30,23mmHg

B) Para hallar la variación de presión se usa la formula:

∆ P=P° solvente−Pv

∆ P=31,82mmHg−30,23mmHg=1,6mHg

10. DETERMINACION DEL CAMBIO DE ENTALPIA PARA CAMBIOS DE FASES POR TEMPERATURA, PARA UNA MUESTRA DADACalcule el cambio de entalpía para convertir 1.00 mol de hielo de -50 °C en vapor de agua a 150 °C bajo una presión constante de 1 atm. Los datos para el problema tomar de la tabla proporcionada, ver:

CALORES ESPECIFICOS DEL AGUA EN LOS TRES ESTADOSSolida = 2.03 J/g-K Liquida= 4,18 J/g-K Vapor=1,84 J/g-K

CAMBIOS DE ENTALPIAVaporización Fusión40,67 KJ/mol 6,01 KJ/mol

Una vez que ha calculado los 5 cambios de entalpia parciales y su suma, grafique el cambio de entalpia por cada segmento en el espacio asignado.

SOLUCION:Se analiza el cambio de entalpia que es la cantidad de calor que se agrega por partes:

Q1 De -50 a 0 C hay un cambio de temperatura, el estado de la sustancia es solidoQ2 En 0 C hay un cambio de fase (fusión)Q3 De 0 a 100 hay un cambio de temperatura, el estado de la sustancia es líquido


Q4 En 100 C hay un cambio de fase (vaporización)Q5 De 100 a 150 hay un cambio de temperatura, el estado de la sustancia es vapor

Entonces para hallar el cambio de entalpia se debe calcular el calor que se agrega al agua al aumentar su temperatura por partes:

Hay que expresar la masa en gramos por las unidades del calor latente y no interesa como se tenga la temperatura, en K o C el ΔT siempre es el mismo.

En cada cálculo de calor con cambio de temperatura tener en cuenta el valor de C (calor específico) que es diferente para cada estado de la sustancia.

Q 1=mc ∆T= (18 g H 2O )( 2,03 Jg−K ) (50K )=1830 J=1,83KJ

Q 2=m ΔH=1molH 2O( 6,01KJmol )=6,01KJ

Q 3=mc ∆T=(18g H 2O )( 4,18Jg−K ) (100K )=7520J=7,52KJ

Q 4=m ΔH=1molH 2O( 40,67KJmol )=40,67KJ

Q 5=mc ∆T=(18g H 2O )(1,84 Jg−K ) (50K )=1660J=1,66KJ

QTOTAL=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4+Q 5=57,7KJ

NOTA: Los valores aproximados de cada cálculo depende del número de decimales que esté utilizando, los resultados aquí expuestos son muy aproximados a los que pudo obtener usted en su examen…


EXAMEN RESUELTO POR:Luis Antonio Vaca SalazarAyudante AcadémicoIngeniería QuímicaESPOL

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