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Código: R-EDU01-02-27      Versión: 1.0      Aprobado por: Luis Fernández   Aprobado el: 15/09/11




Curso     2º BAC               Asignatura       QUÍMICA                             Evaluación           CONTROL 2ª EV
Fecha     05-02-2013           Profesor         Carmen Jiménez Alonso               Recuperación
En cada pregunta constará la puntuación máxima que el alumno puede conseguir y se archivará un modelo de este examen.



Nombre del alumno


1ª Pregunta (2p)
Los siguientes datos describen 4 reacciones químicas del tipo A + B  C + D


                         Energía activación (KJ/mol)           DG (KJ/mol)       DH (KJ/mol)



      Reacción I                    1                             -2               0.2



      Reacción II                   0.5                              5            - 0.8



      Reacción III                  0.7                          0.7                0.6


      Reacción IV                   1.5                        - 0.5              - 0.3



Se desea saber, de forma razonada:
    a) ¿Cuál es la reacción más rápida?.(0,75p)
    b) ¿Cuál o cuales de estas reacciones son espontáneas?.(0,75p)
    c) ¿Cuál es la reacción más endotérmica?(0,75p)
    d) ¿Qué valores de la tabla podrían modificarse por la presencia de un catalizador en cualquiera
       de las situaciones anteriores?.(0,75p)



                                                     SOLUCIÓN

    a) La reacción más rápida es aquella que tiene la menor energía de activación, lógicamente
       siempre que esta se lleve a término, es decir, que sea espontánea, por tanto la reacción
       número I.
    b) Aquellas reacciones cuyo AG (DG) sea negativo, por tanto las reacciones I y IV.
    c) Aquella que tenga una variación de entalpía (AH o DH) más alta, dentro de las reacciones que
       se llevan a término, por tanto la reacción I.
    d) El catalizador solo puede modificar la energía de activación, por tanto los primeros valores de
       la tabla y solo de aquellos procesos que sean espontáneos.




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2ª Pregunta.-(2p)
La reacción A + B  C es un proceso elemental, responda razonadamente a las siguientes
cuestiones:

    a) Indique las unidades de la velocidad de la reacción.
    b) Indique el orden parcial y el orden total del proceso.
    c) Exprese la ecuación de velocidad y las unidades de la constante cinética (constante de
       velocidad)
    d) ¿Se modificará la velocidad del proceso si modificamos la temperatura aunque las
       concentraciones de los reactivos se mantengan constantes?


                                                        SOLUCION

                                   A[ ]
    a) La velocidad =                           = mol · L-1 · s-1
                                   At


    b) Como el proceso es una reacción elemental, los órdenes están definidos por los
       propios coeficientes estequiométricos de los reactivos, por tanto el orden respecto de
       A es uno, respecto de B es uno y el órden total es 2.
    c)                                                                                               V         V
             V=K·[A]·[B]                Si ahora despejamos K, tendremos: K =                              =             =
                                                                                                                     2
                                                                                                [A]·[B]        [ ]

                 mol · L-1 · s-1                  mol · L-1 · s-1         s-1
            =                               =                       =                  = L · mol-1 · s-1
                          -1 2                         2     -2                   -1
                ( mol · L )                        mol · L              mol · L

    d) Si modificamos la temperatura si se modificará la velocidad, ya que la temperatura influye
       directamente sobre K y como se ve en la ecuación de velocidad, las concentraciones de los
       reactivos influyen pero también lo hace K.




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3ª Pregunta.- (3p)

Sea la reacción      CH3 – CH = CH2 (g) + HBr (g) ⇆ Producto (g)

    a) Complete la reacción e indique el nombre de los reactivos y del producto mayoritario.
       (0,75p)
    b) Calcule AHº de la reacción (0,75p)
    c) Calcule AGº del proceso (0,75p)
    d) Calcule la temperatura a la que la reacción será espontánea. (0,75p)

DATOS: AHºf (CH3 – CH = CH2) =20,4 KJ·mol-1 ;             AHºf (HBr) = -36,4 KJ·mol-1

           AHºf (producto mayoritario) = -95,6 KJ·mol-1; ASºreacción =-114,5 J·K-1·mol-1


                                                      SOLUCIÓN


     a)
           CH3 – CH = CH2 (g) +           HBr (g)     ⇆         CH3 – CHBr – CH3 (g)

             Propeno            Bromuro de hidrógeno                  2-bromo-propano

     b)
           AHº reacción = ∑ n · AHºf productos - ∑ n · AHºf reactivos =
           = [1 mol · (-95,6 KJ/mol)] - [1 mol · 20,4 KJ/mol + 1 mol · (-36,4 KJ/mol)] = - 79,6 KJ

                     AHº reacción= -79,6 KJ


     c)
           AGº = AHº - TASº  AGº = -79,6 KJ - [ 298 K · (-0,1145 KJ · K-1)] = - 45,479 KJ;

                        AGº reacción = -45,479 KJ         Proceso no espontáneo

     d)

          Lo primero calculamos la temperatura de eequilibrio (AGº = 0); 0 = -79,6 KJ + T · 0,1145 KJ·K-1

                                                                                              79,6 KJ
          79,6 KJ = T · 0,1145 KJ·K-1 ; Despejamos la temperatura  T =                                        = 695,2 K
                                                                                                          -1
                                                                                            0,1145 KJ·K

       Para que un proceso sea no espontáneo, el valor de AHº tiene que ser positivo, por tanto si
       nos fijamos en la fórmula esto se conseguirá a temperaturas por encima de 695,2 K, ya que
       entonces el término entálpico será menor que el termino entrópico por la temperatura
       (AHº<TASº)




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3ª Pregunta.- (3p)
Una mezcla de 2 moles de N2 y 6 moles de H2 se calienta hasta 700 ºC en un reactor de 100 L,
estableciéndose el equilibrio:

                   N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g)

En estas condiciones se formán 48,28 g de amoniaco en el reactor. Calcule:
    a) Las concentraciones de N2 y de H2 en el equilibrio. (0,75 p)
    b) La constante de equilibrio Kc (0,75p)
    c) La constante de equilibrio Kp (0,75p)
    d) La presión total en el reactor cuando se ha alcanzado el equilibrio(0,75p)
DATOS Masas atómicas N=14; H=1


                                                      SOLUCIÓN

a)

                                      N2(g)      +   3 H2(g)          2 NH3(g)


       Moles iniciales                    2             6                    0



      Moles equilibrio                2–X               6 – 3X               2X



        [ equilibrio]                 2–X              6 – 3X                2X
                                      100               100                  100


Por otro lado de forma indirecta nos dan información para calcular el valor de X, ya que nos dicen
que los gramos de NH3 en el equilibrio son 48,28, si estos gramos los pasamos a moles, podremos
igualarlos al valor 2X de la tabla, que son los moles de NH3 en el equilibrio.

                 48,28 g
     n NH3 =               = 2,84 moles  2X = 2,84; X = 1,42 moles.
                17 g·mol-1
Si ahora el valor de X lo metemos en los moles de equilibrio de la tabla, tendremos:

Moles equilibrio N2 = 2 – X = 2 – 1,42 = 0,58 moles  [equilibrio]N2 = 0,58 moles = 5,8·10-3 mol·L-1
                                                                          100 L


Moles equilibrio H2 = 6 – 3X = 6 – 3 · 1,42 = 1,74 moles [equilibrio]H2 = 1,74 moles = 0,0174 mol·L-1
                                                                             100 L
Aunque no piden la concentración del NH3, la vamos a necesitar para el cálculo de Kc, por ello
tenemos que:

     [equilibrio]NH3 = 2,84 moles = 0,0284 mol· L-1
                         100 L




                                                      Página 4 de 5
Código: R-EDU01-02-27      Versión: 1.0     Aprobado por: Luis Fernández   Aprobado el: 15/09/11




b)
                                  [ NH3]2                (0,0284 mol·L-1)2
                    Kc =                         =                                                = 26397,38 L2mol-2
                                             3                -3      -1                   -1 3
                               [N2] · [H2]           (5,8 · 10 mol · L ) · (0,0174 mol · L )




c) Colocamos la fórmula que relaciona Kp con Kc  Kp = Kc (RT)An metemos los datos y tenemos:

                    Kp = 26397,38·(0,082 · 973)-2 = 4,15 atm-2

                                                                                    5,16 · 0,082 ·973
d) PT · V = nT · R · T; PT · 100 = (0,58 + 1,74 + 2,84) · 0,082 · 973 ; PT =                             = 4,12 atm
                                                                                         100




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  • 1. Código: R-EDU01-02-27 Versión: 1.0 Aprobado por: Luis Fernández Aprobado el: 15/09/11 Curso 2º BAC Asignatura QUÍMICA Evaluación CONTROL 2ª EV Fecha 05-02-2013 Profesor Carmen Jiménez Alonso Recuperación En cada pregunta constará la puntuación máxima que el alumno puede conseguir y se archivará un modelo de este examen. Nombre del alumno 1ª Pregunta (2p) Los siguientes datos describen 4 reacciones químicas del tipo A + B  C + D Energía activación (KJ/mol) DG (KJ/mol) DH (KJ/mol) Reacción I 1 -2 0.2 Reacción II 0.5 5 - 0.8 Reacción III 0.7 0.7 0.6 Reacción IV 1.5 - 0.5 - 0.3 Se desea saber, de forma razonada: a) ¿Cuál es la reacción más rápida?.(0,75p) b) ¿Cuál o cuales de estas reacciones son espontáneas?.(0,75p) c) ¿Cuál es la reacción más endotérmica?(0,75p) d) ¿Qué valores de la tabla podrían modificarse por la presencia de un catalizador en cualquiera de las situaciones anteriores?.(0,75p) SOLUCIÓN a) La reacción más rápida es aquella que tiene la menor energía de activación, lógicamente siempre que esta se lleve a término, es decir, que sea espontánea, por tanto la reacción número I. b) Aquellas reacciones cuyo AG (DG) sea negativo, por tanto las reacciones I y IV. c) Aquella que tenga una variación de entalpía (AH o DH) más alta, dentro de las reacciones que se llevan a término, por tanto la reacción I. d) El catalizador solo puede modificar la energía de activación, por tanto los primeros valores de la tabla y solo de aquellos procesos que sean espontáneos. Página 1 de 5
  • 2. Código: R-EDU01-02-27 Versión: 1.0 Aprobado por: Luis Fernández Aprobado el: 15/09/11 2ª Pregunta.-(2p) La reacción A + B  C es un proceso elemental, responda razonadamente a las siguientes cuestiones: a) Indique las unidades de la velocidad de la reacción. b) Indique el orden parcial y el orden total del proceso. c) Exprese la ecuación de velocidad y las unidades de la constante cinética (constante de velocidad) d) ¿Se modificará la velocidad del proceso si modificamos la temperatura aunque las concentraciones de los reactivos se mantengan constantes? SOLUCION A[ ] a) La velocidad = = mol · L-1 · s-1 At b) Como el proceso es una reacción elemental, los órdenes están definidos por los propios coeficientes estequiométricos de los reactivos, por tanto el orden respecto de A es uno, respecto de B es uno y el órden total es 2. c) V V V=K·[A]·[B] Si ahora despejamos K, tendremos: K = = = 2 [A]·[B] [ ] mol · L-1 · s-1 mol · L-1 · s-1 s-1 = = = = L · mol-1 · s-1 -1 2 2 -2 -1 ( mol · L ) mol · L mol · L d) Si modificamos la temperatura si se modificará la velocidad, ya que la temperatura influye directamente sobre K y como se ve en la ecuación de velocidad, las concentraciones de los reactivos influyen pero también lo hace K. Página 2 de 5
  • 3. Código: R-EDU01-02-27 Versión: 1.0 Aprobado por: Luis Fernández Aprobado el: 15/09/11 3ª Pregunta.- (3p) Sea la reacción CH3 – CH = CH2 (g) + HBr (g) ⇆ Producto (g) a) Complete la reacción e indique el nombre de los reactivos y del producto mayoritario. (0,75p) b) Calcule AHº de la reacción (0,75p) c) Calcule AGº del proceso (0,75p) d) Calcule la temperatura a la que la reacción será espontánea. (0,75p) DATOS: AHºf (CH3 – CH = CH2) =20,4 KJ·mol-1 ; AHºf (HBr) = -36,4 KJ·mol-1 AHºf (producto mayoritario) = -95,6 KJ·mol-1; ASºreacción =-114,5 J·K-1·mol-1 SOLUCIÓN a) CH3 – CH = CH2 (g) + HBr (g) ⇆ CH3 – CHBr – CH3 (g) Propeno Bromuro de hidrógeno 2-bromo-propano b) AHº reacción = ∑ n · AHºf productos - ∑ n · AHºf reactivos = = [1 mol · (-95,6 KJ/mol)] - [1 mol · 20,4 KJ/mol + 1 mol · (-36,4 KJ/mol)] = - 79,6 KJ AHº reacción= -79,6 KJ c) AGº = AHº - TASº  AGº = -79,6 KJ - [ 298 K · (-0,1145 KJ · K-1)] = - 45,479 KJ; AGº reacción = -45,479 KJ Proceso no espontáneo d) Lo primero calculamos la temperatura de eequilibrio (AGº = 0); 0 = -79,6 KJ + T · 0,1145 KJ·K-1 79,6 KJ 79,6 KJ = T · 0,1145 KJ·K-1 ; Despejamos la temperatura  T = = 695,2 K -1 0,1145 KJ·K Para que un proceso sea no espontáneo, el valor de AHº tiene que ser positivo, por tanto si nos fijamos en la fórmula esto se conseguirá a temperaturas por encima de 695,2 K, ya que entonces el término entálpico será menor que el termino entrópico por la temperatura (AHº<TASº) Página 3 de 5
  • 4. Código: R-EDU01-02-27 Versión: 1.0 Aprobado por: Luis Fernández Aprobado el: 15/09/11 3ª Pregunta.- (3p) Una mezcla de 2 moles de N2 y 6 moles de H2 se calienta hasta 700 ºC en un reactor de 100 L, estableciéndose el equilibrio: N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g) En estas condiciones se formán 48,28 g de amoniaco en el reactor. Calcule: a) Las concentraciones de N2 y de H2 en el equilibrio. (0,75 p) b) La constante de equilibrio Kc (0,75p) c) La constante de equilibrio Kp (0,75p) d) La presión total en el reactor cuando se ha alcanzado el equilibrio(0,75p) DATOS Masas atómicas N=14; H=1 SOLUCIÓN a) N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g) Moles iniciales 2 6 0 Moles equilibrio 2–X 6 – 3X 2X [ equilibrio] 2–X 6 – 3X 2X 100 100 100 Por otro lado de forma indirecta nos dan información para calcular el valor de X, ya que nos dicen que los gramos de NH3 en el equilibrio son 48,28, si estos gramos los pasamos a moles, podremos igualarlos al valor 2X de la tabla, que son los moles de NH3 en el equilibrio. 48,28 g n NH3 = = 2,84 moles  2X = 2,84; X = 1,42 moles. 17 g·mol-1 Si ahora el valor de X lo metemos en los moles de equilibrio de la tabla, tendremos: Moles equilibrio N2 = 2 – X = 2 – 1,42 = 0,58 moles  [equilibrio]N2 = 0,58 moles = 5,8·10-3 mol·L-1 100 L Moles equilibrio H2 = 6 – 3X = 6 – 3 · 1,42 = 1,74 moles [equilibrio]H2 = 1,74 moles = 0,0174 mol·L-1 100 L Aunque no piden la concentración del NH3, la vamos a necesitar para el cálculo de Kc, por ello tenemos que: [equilibrio]NH3 = 2,84 moles = 0,0284 mol· L-1 100 L Página 4 de 5
  • 5. Código: R-EDU01-02-27 Versión: 1.0 Aprobado por: Luis Fernández Aprobado el: 15/09/11 b) [ NH3]2 (0,0284 mol·L-1)2 Kc = = = 26397,38 L2mol-2 3 -3 -1 -1 3 [N2] · [H2] (5,8 · 10 mol · L ) · (0,0174 mol · L ) c) Colocamos la fórmula que relaciona Kp con Kc  Kp = Kc (RT)An metemos los datos y tenemos: Kp = 26397,38·(0,082 · 973)-2 = 4,15 atm-2 5,16 · 0,082 ·973 d) PT · V = nT · R · T; PT · 100 = (0,58 + 1,74 + 2,84) · 0,082 · 973 ; PT = = 4,12 atm 100 Página 5 de 5