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Química 05

2025 IDOYAGA

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QUÍMICA 05 CBC
CÁTEDRA IDOYAGA

Unidad 13: Cinética Química y Equilibrio Químico

5. El cloruro de carbonilo ( $\mathrm{COCl}_{2}$ ) es un gas incoloro altamente tóxico que se utilizaba en la primera guerra mundial como arma química. Cuando las personas se exponen a altas concentraciones de este gas pueden presentar desde tos y disnea hasta edema pulmonar. Actualmente, se produce de manera sintética para ser utilizado en la fabricación de tinturas y plaguicidas. Para tener un manejo controlado de la reacción de formación del $\mathrm{COCl}_{2}$ se realizan los siguientes ensayos y se determina la velocidad de la reacción a distintas concentraciones de reactivos: $$\mathrm{CO}(\mathrm{~g})+\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g}) \rightarrow \mathrm{COCl}_{2}(\mathrm{~g})$$
CO (M) Cl₂ (M) Velocidad (M/s)
1 0,12 0,20 0,121
2 0,36 0,20 0,363
3 0,12 0,40 0,484

a) Escribir la ecuación que representa a la velocidad de la reacción.

Respuesta

Para escribir la ecuación de la velocidad (o ley de velocidad), necesitamos determinar los órdenes parciales de cada reactivo. La forma general de la ley de velocidad es:
$ \text{Velocidad} = k[\mathrm{CO}]^x [\mathrm{Cl}_{2}]^y $
Donde 'x' es el orden parcial con respecto a CO, e 'y' es el orden parcial con respecto a $\mathrm{Cl}_{2}$.

1. Vamos a determinar el orden parcial con respecto a CO (valor de 'x'). Para encontrar 'x', necesitamos elegir dos experimentos donde la concentración de $\mathrm{Cl}_{2}$ se mantenga constante. Si observamos la tabla, los experimentos 1 y 2 son perfectos, ya que la concentración de $[\mathrm{Cl}_{2}]$ es la misma ($0,20 \text{ M}$). Vamos a plantear la ley de velocidad para cada uno de estos experimentos y luego dividirlos: -> Para el Experimento 2:
$ \text{Velocidad}_{2} = k[\mathrm{CO}]_{2}^x [\mathrm{Cl}_{2}]_{2}^y $
$ 0,363 \text{ M/s} = k(0,36 \text{ M})^x (0,20 \text{ M})^y $
-> Para el Experimento 1:
$ \text{Velocidad}_{1} = k[\mathrm{CO}]_{1}^x [\mathrm{Cl}_{2}]_{1}^y $
$ 0,121 \text{ M/s} = k(0,12 \text{ M})^x (0,20 \text{ M})^y $

Ahora, dividimos la ecuación del Experimento 2 por la del Experimento 1. ¡Esto nos ayuda a cancelar 'k' y la concentración de $\mathrm{Cl}_{2}$!
$ \frac{\text{Velocidad}_{2}}{\text{Velocidad}_{1}} = \frac{k[\mathrm{CO}]_{2}^x [\mathrm{Cl}_{2}]_{2}^y}{k[\mathrm{CO}]_{1}^x [\mathrm{Cl}_{2}]_{1}^y} $ $ \frac{0,363 \text{ M/s}}{0,121 \text{ M/s}} = \frac{k(0,36 \text{ M})^x (0,20 \text{ M})^y}{k(0,12 \text{ M})^x (0,20 \text{ M})^y} $
$ 3 = \left(\frac{0,36}{0,12}\right)^x $

$ 3 = (3)^x $
Es decir que:

$ x = 1 $

El orden parcial con respecto a $\mathrm{CO}$ es 1.


2. Vamos a determinar el orden parcial con respecto a $\mathrm{Cl}_{2}$ (valor de 'y'). Ahora, necesitamos elegir dos experimentos donde la concentración de CO se mantenga constante. Los experimentos 1 y 3 son ideales, ya que la concentración de [CO] es la misma ($0,12 \text{ M}$).
Vamos a plantear la ley de velocidad para cada uno de estos experimentos y luego dividirlos: -> Para el Experimento 3:
$ \text{Velocidad}_{3} = k[\mathrm{CO}]_{3}^x [\mathrm{Cl}_{2}]_{3}^y $
$ 0,484 \text{ M/s} = k(0,12 \text{ M})^x (0,40 \text{ M})^y $
-> Para el Experimento 1:
$ \text{Velocidad}_{1} = k[\mathrm{CO}]_{1}^x [\mathrm{Cl}_{2}]_{1}^y $
$ 0,121 \text{ M/s} = k(0,12 \text{ M})^x (0,20 \text{ M})^y $
Dividimos la ecuación del Experimento 3 por la del Experimento 1:
$ \frac{\text{Velocidad}_{3}}{\text{Velocidad}_{1}} = \frac{k[\mathrm{CO}]_{3}^x [\mathrm{Cl}_{2}]_{3}^y}{k[\mathrm{CO}]_{1}^x [\mathrm{Cl}_{2}]_{1}^y} $ $ \frac{0,484 \text{ M/s}}{0,121 \text{ M/s}} = \frac{k(0,12 \text{ M})^x (0,40 \text{ M})^y}{k(0,12 \text{ M})^x (0,20 \text{ M})^y} $ $ 4 = \left(\frac{0,40}{0,20}\right)^y $

$ 4 = (2)^y $ Entonces:
$ y = 2 $

El orden parcial con respecto a $\mathrm{Cl}_{2}$ es 2.

3. Ahora escribamos la ecuación de la velocidad. Ahora que tenemos los órdenes parciales (x=1 e y=2), podemos escribir la ley de velocidad completa para esta reacción:

$ \text{Velocidad} = k[\mathrm{CO}]^1 [\mathrm{Cl}_{2}]^2 $

$ \text{Velocidad} = k[\mathrm{CO}][\mathrm{Cl}_{2}]^2 $

La ecuación que representa la velocidad de la reacción es $ \text{Velocidad} = k[\mathrm{CO}][\mathrm{Cl}_{2}]^2 $.
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