Aplicación práctica: Determinación de la ecuación de velocidad, constante de la ley de velocidad y orden de reacción

¿Qué es la ley de tarifas?

¿Qué hace que las reacciones químicas se muevan más rápido o más lento? ¿Cómo podemos describir esta propiedad en química? La respuesta es la ley de velocidad, que describe la dependencia de una reacción de la concentración de reactivos y la constante de reacción k , que incluye tanto la energía de activación como la temperatura de la reacción. Hoy, vamos a aprender a escribir ecuaciones de la ley de la velocidad, determinar la constante de la ley de la velocidad y el orden de reacción de una reacción en particular.

Paso 1: Determinación de la ecuación de tasa

La ecuación de velocidad debe determinarse a partir de datos experimentales de una reacción, por lo que si un problema le pide que determine una ecuación de velocidad, el problema también le proporcionará una tabla de datos. Veamos un ejemplo de una reacción en la que la sustancia A se mezcla con la sustancia B para formar la sustancia C

A + B -> C

El problema proporciona estos datos:

Empiece con el primer reactivo. Elija dos experimentos donde la concentración de A cambia, pero la concentración de B permanece igual, como el experimento 2 y 3. Aquí, A se duplica y B permanece igual. La velocidad de reacción también se duplica. Podemos poner esto en nuestra ecuación de tasas:

Tasa = k [ A ] x [ B ] y [ C ] z

Entonces, si completamos nuestros valores de la tabla para la tasa y la concentración de A , podemos calcular el exponente x .

2 = 2 x

Por tanto, el exponente del reactivo A debe ser 1.

Ahora, repetimos el mismo proceso para el segundo reactivo, B . Entre el experimento 1 y 2, la concentración de B se duplica, pero la concentración de A permanece igual. Aquí, la tasa aumenta en un factor de 4, de dos a ocho M / segundo. Usando nuestra ecuación de tasa obtenemos:

4 = 2 y

Por tanto, el exponente del reactivo B es 2.

Juntando esta información, podemos llegar a nuestra ecuación de velocidad para la reacción:

Tasa = k [ A ] [ B ] 2

Puede repetir este proceso para cualquier reactivo adicional en la ecuación según sea necesario.

Paso 2: Determinación del orden de reacción

Ahora que tiene una ecuación de velocidad completa, puede encontrar el orden de reacción. Para hacer esto, simplemente sume los exponentes de los reactivos.

1 + 2 = 3

Entonces, la reacción es en general de tercer orden.

Paso 3: Determinación de la constante de la ley de tasas

Ahora, para completar la ecuación de la ley de la tasa, debemos resolver la constante de tasa k . Aquí, usaremos los datos experimentales de cualquier experimento y colocaremos nuestros valores en la ecuación de la tasa. Reorganizar nuestra ecuación de tasas nos permite resolver k .

k = Tasa / [ A ] [ B ] 2

Ahora, podemos usar los datos de cualquier experimento e insertarlos en la ecuación. Usemos el experimento 1. La tasa para el experimento 1 es 2M / seg y la concentración de A es 0.1M y la concentración de B es 0.2M.

k = 2 M / seg / [0,1 M] [0,2 M] 2

k = 500 M -2 / seg

Resumen de la lección

Todos los problemas de ecuaciones de la ley de tasas tendrán una tabla de datos para usar. Para determinar la ecuación de la ley de la tasa, comience con el primer reactivo y encuentre dos experimentos en los que cambie la concentración del primer reactivo, pero no la segunda, y observe cómo cambia la tasa. Usa la ecuación de la ley de la tasa para encontrar el exponente del primer reactivo. Repita estos pasos para los reactivos restantes. Luego, suma los exponentes para encontrar el orden general de la reacción. Por último, introduzca los valores de velocidad y concentración de diferentes reactivos para encontrar la constante de reacción k .