Examen de interciclo

1. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA
Asignatura: Física- Química y Termodinámica.
Periodo: 58 Grupo: 1 Fecha: 31-07-21.
Docente: Ing. Christian Fabricio Larenas Uria
Integrantes: Castillo Hugo, Loja Israel. Pérez Daniela, Villalba Ronny y Belén Villarroel.
EXAMEN SEGUNDO PARCIAL
1.Los datos siguientes se aplican a la formación de urea a partir de cianato de amonio,
𝑵𝑯𝟒𝑪𝑵𝑶 = 𝑵𝑯𝟐𝑪𝑶𝑵𝑯𝟐.Inicialmente se disolvieron 22,9 g de cianato de amonio en agua
suficiente para preparar 1,00dm3 de solución. Determine el orden de la reacción, la
constante de velocidad y la masa de cianato de amonio que queda después de 300 min.
𝑉 = 1.00𝑑𝑚3
𝑣𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
60.05𝑔. 𝑚𝑜𝑙−1
𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑁𝐻4𝐶𝑁𝑂
𝑚(𝐴)
𝑔
= 𝑚𝐴0 −
𝑚(𝑢𝑟𝑒𝑎)
𝑔
≫
[𝐴]
(𝑚𝑜𝑙𝑑𝑚−3)
=
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐴
𝑉𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
=
𝑚(𝐴)
60.05𝑔/𝑚𝑜𝑙∗𝑉
−𝑑[𝐴]
𝑑𝑡
= 𝑘[𝐴]2
≫
1
[𝐴]
𝐾𝑡 +
1
𝐴0
≫ 𝐾 = 0.06003𝑑𝑚3
𝑚𝑜𝑙−1
𝑚𝑖𝑛−1
[𝐴] =
𝐴0
𝑘𝑡[𝐴0] + 1
=
0.384𝑚𝑜𝑙𝑑𝑚−3
(0.06003𝑑𝑚3𝑚𝑜𝑙−1𝑚𝑖𝑛−1)(300 𝑚𝑖𝑛)(0.384𝑚𝑜𝑙𝑑𝑚−3) + 1
= 0.048𝑚𝑜𝑙𝑑𝑚 − 3
2.Los datos siguientes corresponden a la reacción (𝑪𝑯𝟑)𝟑𝑪𝑩𝒓 + 𝑯𝟐𝑶 −> (𝑪𝑯𝟑)𝟑𝑪𝑶𝑯 +
𝑯𝑩𝒓. Determine el orden de la reacción, la constante de velocidad y la concentración
molar de (𝑪𝑯𝟑)𝟑𝑪𝑩𝒓 después de 43,8 h.
t / horas 0 3.15 6.20 10.00 18.30 30.80
(
𝐶𝐻3)3𝐶𝐵𝑟
10−2𝑚𝑜𝑙
𝑑𝑚−3
)
10.39 7.73 5.80 3.93 1.20 0.41
Tiempo [(CH3)3CBr]
(mol/L)
ln[(CH3)3CBr] 1/[(CH3)3CBr]
(L/mol)
0.00 10.39 -2.264 9.62
3.15 7.73 -2.560 12.9
6.20 5.80 -2.847 17.2
10.00 3.93 -3.237 25.4
18.30 1.20 -4.423 83.3
30.80 0.41 -5.497 244.00
se desprende que la reacción que es homogénea de primer orden, ya que el gráfico de
ln(conc) frente al tiempo da una línea recta. La mejor línea de ajuste da una pendiente = -
0,1086 hr-1 intercepción = - 2,232, por lo que k = 0,1086 hr-1
Para una reacción de primer orden, [A]t = [A]0 e-kt por lo que después de 43,8 horas

2. (𝐴)𝑡 = (10.39
𝑚𝑜𝑙
𝐿
) 𝑒−(0.1086)(43.8)
(𝐴)𝑡 = (10.39
𝑚𝑜𝑙
𝐿
) 𝑒−4.757
(𝐴)𝑡 = 0.089
𝑚𝑜𝑙
𝐿
3.La descomposición de un nitrilo orgánico produjo los siguientes datos:
𝑡/(103
𝑠) [𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑙𝑜]/(𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑚−3
)
0 1.10
2 0.86
4 0.67
6 0.52
8 0.41
10 0.32
12 0.25
∞ 0
Determine el orden de la reacción y la constante de velocidad
Constante de velocidad:
𝑘𝑡 = 𝑥
𝐾 ∙ 2𝑥102
𝑠 = (1.50 − 1.26) 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑚−3
Despejando k 𝑘 = 0.12𝑥10−2
𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑚−3
𝑠−1
La constante de la velocidad es 0.12𝑥10−2
𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑚−3
𝑠−1
pero en cuanto al orden de la
reacción debemos tener en cuenta un factor importante. Sabemos que teniendo en cuenta la
gráfica de la concentración del reactivo en relación con el tiempo es lineal y esto es solo para
la reacción de orden cero, teniendo así que en este caso el orden de la reacción es cero
4) Los siguientes datos se han obtenido para la descomposición de N, O.(g) a 67 C
según la reacción 2 N, O, (g)- 4 No, (g) +0,(g) determinar el orden de la reacción, la
constante de velocidad, y la vida media. No es necesario obtener el resultado
gráficamente, se puede hacer un cálculo utilizando estimaciones de las tasas de
cambio de concentración.
y = -0,0695x + 1,0068
R² = 0,9562
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 2 4 6 8 10 12 14
[nitrilo]/(mol 〖 dm〖 ^(-3))

3. t/min 0 1 2 3 4 5
[N2O5]/(mol
dm-3)
1.000 0.705 0.497 0.349 0.246 0.173
El orden de reacción con respecto al grafico 1 debido a que la relación de concentración
cumple con la reacción In[A] t= In[A]o/Kt
Constante de v
v=
−𝑑[𝐴]
𝑑𝑡
v= 𝑘 [𝐴]2
1
[𝐴]
= 𝑘𝑡 +
1
[𝐴𝑜]
𝑘 = 0.351𝑑𝑚3
𝑀−1
𝑚𝑠
Vida media:
In[A] t= In[A]o/Kt
In (
[𝐴]𝑡
[𝐴]𝑜
) = −𝐾
𝑒𝑖𝑛 (
[𝐴]𝑡
[𝐴]𝑜
) = 𝑒−𝑘
[A]t= [A]o x 𝑒−𝑘

4. (
[𝐴]𝑜
2
) = [𝐴]𝑜 𝑥 𝑒−𝑘𝑡1/2
𝐼𝑛
1
2
= 𝐼𝑛 𝑒−𝑘𝑡1/2
𝐼𝑛
1
2
= 𝑘 𝑡1/2
𝑡
1
2
=
𝑖𝑛 1/2
𝑘
𝑡
1
2
=
0.693
𝑘
𝑡
1
2
=
0.693
0.351
𝑡
1
2
= 1.9743 𝑠
5). Se observa que una reacción de descomposición de primer orden tiene las
siguientes constantes de velocidad a las temperaturas indicadas. Estime la energía de
activación.
K/(10-3 s-1) 2.46 45.1 576
Θ/ºC 0 20.0 40.0
ºT=273,1 K ºT=273,1 K
K= 2,46X10-3 K=45,1X10-3
𝐿𝑛 (
2,46𝑥10−3
𝑠−1
45,1𝑥10−3𝑠−1
) =
𝐸𝑎
8,314
𝐽
𝑀𝑜𝑙𝐾
. (
1
273,1 𝐾
.
1
273,1 𝐾
)
𝑬𝒂 =
𝐿𝑛 (
2,46𝑥10−3
𝑠−1
45,1𝑥10−3𝑠−1 ) 𝑥 8,314
𝐽
𝑀𝑜𝑙𝐾
(
1
273,1 𝐾
.
1
273,1 𝐾
)
𝑬𝒂 = 96787
𝐽
𝑀𝑜𝑙𝐾
= 96,787
𝐾𝐽
𝑀𝑜𝑙𝐾
Energía de activación entre 0 y 20 grados en KJ =96,787
ºT=273,1 K ºT=313,1 K
K= 45,1X10-3 K= 576X10-3
𝐿𝑛 (
45,1𝑥10−3
𝑠−1
576𝑥10−3𝑠−1
) =
𝐸𝑎
8,314
𝐽
𝑀𝑜𝑙𝐾
. (
1
273,1 𝐾
.
1
273,1 𝐾
)

5. 𝑬𝒂 =
𝐿𝑛 (
45,1𝑥10−3
𝑠−1
576𝑥10−3𝑠−1 ) 𝑥 8,314
𝐽
𝑀𝑜𝑙𝐾
(
1
313,1 𝐾 .
1
273,1 𝐾
)
𝑬𝒂 = 115491
𝐽
𝑀𝑜𝑙𝐾
= 115,49
𝐾𝐽
𝑀𝑜𝑙𝐾
Energía de activación entre 20 y 40 grados en KJ = 115,49
La energía de activación total es 96,787+115,49 =212,27 KJ/Mol
6. La descomposición en fase gaseosa del ácido acético a 1189k procede mediante dos
reacciones paralelas.
𝑪𝑯𝟑𝑪𝑶𝑶𝑯 → 𝑪𝑯𝟒𝑪𝑶𝟐 𝒌𝟏 = 𝟑. 𝟕𝟒𝒔 −𝟏
𝑪𝑯𝟑𝑪𝑶𝑶𝑯 → 𝑪𝑯𝟐 = 𝑪 = 𝑶 + 𝑯𝟐𝑶 𝒌𝟐 = 𝟒. 𝟔𝟓𝒔 −𝟏
¿Cuál es el máximo porcentaje de rendimiento del ceteno CH2CO que se puede obtener
a esta temperatura?
𝒑𝑹 =
𝒅𝒑𝑹
𝒅𝒕
= 𝒌𝟏𝒑𝑨
𝒑𝑹 =
𝒅𝒑𝑹
𝒅𝒕
= 𝒌𝟐𝒑𝑨
𝒅𝒑𝑹
𝒅𝒑
=
𝒌𝟏
𝒌𝟐
∫ 𝒅𝒆𝑹 =
𝒌𝟏
𝒌𝟐
∫ 𝒅𝒆
𝒔
Rendimiento en pdt:
𝒀𝑹 =
𝒆𝑹
𝒄𝒂𝑶
=
𝒌𝟐
𝒌𝟏 + 𝒌𝟐
𝒀𝒔 =
𝒆𝒔
𝑪𝑨𝒐
=
𝒌𝟐
𝒌𝟏 + 𝒌𝟐
=
𝟒.𝟔𝟓
𝟗.𝟑𝟗
= 𝟎. 𝟓𝟓
El rendimiento máximo es: 0.55%
7. La sacarosa se hidroliza fácilmente en glucosa y fructosa en solución ácida. La
hidrólisis se suele controlar midiendo el ángulo de rotación de la luz plana polarizada
que pasa por la solución. A partir del ángulo de rotación se puede determinar la
concentración de sacarosa. Un experimento sobre la hidrólisis de la sacarosa en HCl
(aq) de 0,50 m produjo los siguientes datos:
t/min 0 14 39 60 80 110 140 170 210
(sucrosa)/
(mol d𝑚−3
)
0.316 0.300 0.274 0.256 0.238 0.211 0.190 0.170 0.146
Determina la constante de velocidad de la reacción y la vida media de una molécula de
sacarosa. ¿Cuál es la vida media de una molécula de sacarosa?
𝐶12𝐻22𝑂11 + 𝐻2𝑂 −> 𝐶6𝐻12𝑂6 + 𝐶6𝐻12𝑂6
Rate = 𝐾(𝐶12𝐻12𝑂11)
Para comprobar el orden de la reacción tenemos que utilizar el método de "golpear y probar".
Tenemos que comprobar dos válvulas de la constante de velocidad en diferentes momentos

6. y parecen iguales. Luego, con la ayuda de la constante de velocidad de la tabla dada, se
obtiene el orden deseado
𝑡 = 0, 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑐𝑟𝑜𝑠𝑎 (𝐴0) = 0.316 𝑀
𝑡 = 14, 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑐𝑟𝑜𝑠𝑎 (𝐴𝑓) = 0.300 𝑀
𝑘 = 2 𝑥
303
𝑡
log
𝐴0
𝐴𝑓
𝑘 = 2 𝑥
303
14
log
0.316
0.300
→ 𝑘1 = 0.00373 𝑚𝑖𝑛
𝑓𝑜𝑟 𝑡 = 39, 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑐𝑟𝑜𝑠𝑎 (𝐴𝑓) = 0.274 𝑀
𝑘 = 2 𝑥
303
39
log
0.316
0.274
→ 𝑘2 = 0.0037 𝑚𝑖𝑛
Como K1 y K2 son iguales, la hidrólisis de la sacarosa sigue una cinética de primer orden
Ley de Tasas: Rate = 𝑘(𝐶12𝐻22𝑂11)
Tasa Constante 𝑘 = 0.0037 𝑚𝑖𝑛
Por lo tanto, utilizando los dados, podemos encontrar la tasa y la constante de la tasa
8) La composición de una reacción en fase líquida 2 𝑨 → 𝑩 fue seguida por un método
espectrofotométrico con los siguientes resultados. Determine la constante de
velocidad de la reacción y la vida media de un radical CIO
𝒕/𝒎𝒊𝒏 [𝑩]/(𝒎𝒐𝒍 𝒅𝒎−𝟑
)
0 0
10 0.089
20 0.153
30 0.200
40 0.230
∞ 0.312
Determine el orden de la reacción y la constante de velocidad
Cálculo de la constante de la velocidad de la reacción de cada tiempo utilizando la fórmula
para una reacción de primer orden 𝑘 =
1
𝑡
ln (
𝐶∞−𝐶0
𝐶∞−𝐶𝑡
)
𝒕 = 𝟏𝟎𝒎𝒊𝒏
𝑘 =
1
10
ln(
0.312 − 0
0.312 − 0.089
)
𝑘 =
1
10
ln (
0.312
0.223
)

7. 𝑘 =
1
𝑡
ln(
𝐶∞ − 𝐶0
𝐶∞−𝐶𝑡
)
𝑘 = 0.0335 𝑚𝑖𝑛−1
𝑘1 ≈ 0.034 𝑚𝑖𝑛−1
𝒕 = 𝟐𝟎𝒎𝒊𝒏
𝑘 =
1
20
ln(
0.312 − 0
0.312 − 0.153
)
𝑘 = 0.05 ∙ ln(1.962)
𝑘 = 0.0337
𝑘2 ≈ 0.034 𝑚𝑖𝑛−1
𝒕 = 𝟑𝟎
𝑘 =
1
30
ln (
0.312 − 0
0.312 − 0.200
)
𝑘 = 0.0333 ∙ ln(
0.312
0.112
)
𝑘 = 0.0333 ∙ 1.024
𝑘3 = 0.0341 𝑚𝑖𝑛−1
𝒕 = 𝟒𝟎𝒎𝒊𝒏
𝑘 =
1
40
ln (
0.312 − 0
0.312 − 0.230
)
𝑘 = 0.025 ∙ ln (
0.312
0.082
)
𝑘 = 0.025 ∙ ln(3.8048)
𝑘4 = 0.0334 𝑚𝑖𝑛−1
Sacando el promedio de k:
𝑘1+𝑘2+𝑘3+𝑘4
4
= 0.0338 ≈ 0.034 𝑚𝑖𝑛−1
Transformando minutos a segundos
0.034
60
= 5.66𝑥10−4
𝑠
Como se dijo inicialmente para poder calcular la constante de la velocidad se trata de una
reacción de primer orden puesto que 2 𝑨 → 𝑩 nos indica que la velocidad de esta reacción es
directamente proporcional a la concentración de A y su constante de velocidad es 5.66𝑥10−4
𝑠
9) El radical ClO decae rápidamente por medio de la reacción, 2 Cl0 C, +0 se han
obtenido los siguientes datos:
t/(10-3
s) 0.12 0.62 0.96 1.60 3.20 4.00 5.75
[CIO]/(10-6
mol
dm-3
)
8.49 8.09 7.10 5.79 5.20 4.77 3.95
Determinar la constante de velocidad de la reacción y la vida media de un radical ClO.
a) Para determinar el orden de la reacción se determina porciones de tiempo similares.

8. Para comprobar si la reacción es de segundo orden se plantea una hipótesis sobre una
reacción elemental
Se grafica 1/[CIO] contra t
y = 2.37E + 07x +1.18E + 05
R2
= 9.47E - 01
Como resultado se tiene una línea recta y se define que la reacción es de segundo orden con
una pendiente de k y una intersección de 1/[CIO]
La velocidad de reacción en comparación con la gráfica es y = m = k = 2.37 x 107
M-1sec-1 //
b) Para encontrar la vida media se tapa la pendiente e interceptar en la vida media de
segundo orden.
Ecuación:
𝑡
1
2
=
1
K/[CIO]o
=
1
2.37 x 107 1
𝑀 𝑠𝑒𝑐 x
1
1.18 x 105
= 0.0050
𝑉𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 0.0050 //
10) El ciclopropano se isomeriza en propeno cuando se calienta a 500 ºC en la fase
gaseosa. El grado de conversión para diversas presiones iniciales se ha seguido por
cromatografía de gases dejando que la reacción proceda durante un tiempo con
diversas presiones iniciales:
P0/Torr 200 200 400 400 600 600
t/s 100 200 100 200 100 200
P/Torr 186 173 373 347 559 520
Donde P0 es la presión inicial y P es la presión final del ciclopropano. ¿Cuál es el orden
(a) y la constante de velocidad de la reacción en estas condiciones(b)?
La presión es directamente proporcional a la concentración del gas P.V=nRT. En este sistema
al no variar el número de moles no se requiere corregir la presión total.

9. Se comprueba si la reacción es de primer orden con respecto al ciclo propano como P es
proporcional a la concentración, la presión del ciclo propano puede escribirse como P= P0. ekt
Con esto podemos comprobar si los datos corresponden a una ley de velocidad de primer
orden observando que 𝑲 =
1
𝑡
∗ ln (
𝑃0
𝑃
) sea constante
t/s 100 200 100 200 100 200
P0/atm 0.263 0.263 0.526 0.526 0.789 0.789
P/atm 0.245 0.228 0.491 0.456 0.736 0.684
𝐾 =
1
𝑡
∗ ln (
𝑃0
𝑃
) 7.09x10-4
≈ 7𝑥10−4
7.14x 10-
4 ≈
7𝑥10−4
6.89x10-4
≈ 7𝑥10−4
7.14x10-4
≈ 7𝑥10−4
6.95x10-4
≈ 7𝑥10−4
7.14x10-4
≈ 7𝑥10−4
Al determinar que la constante es similar ≈ 7𝑥10−4
𝑠−1
en los casos podemos concluir que la
reacción es más probable que sea de primer orden.
a) Reacción de primer orden
b) La constante de velocidad es 𝑲 = 𝟕𝒙𝟏𝟎−𝟒