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Química 2ed

Capítulo 12

Química 2edCapítulo 12

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Índice
  1. Prefacio
  2. 1 Ideas esenciales
    1. Introducción
    2. 1.1 La química en su contexto
    3. 1.2 Fases y clasificación de la materia
    4. 1.3 Propiedades físicas y químicas
    5. 1.4 Mediciones
    6. 1.5 Incertidumbre, exactitud y precisión de las mediciones
    7. 1.6 Tratamiento matemático de los resultados de las mediciones
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  3. 2 Átomos, moléculas e iones
    1. Introducción
    2. 2.1 Las primeras ideas de la teoría atómica
    3. 2.2 Evolución de la teoría atómica
    4. 2.3 Estructura atómica y simbolismo
    5. 2.4 Fórmulas químicas
    6. 2.5 La tabla periódica
    7. 2.6 Compuestos iónicos y moleculares
    8. 2.7 Nomenclatura química
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  4. 3 Composición de sustancias y soluciones
    1. Introducción
    2. 3.1 La fórmula de masa y el concepto de mol
    3. 3.2 Determinación de fórmulas empíricas y moleculares
    4. 3.3 Molaridad
    5. 3.4 Otras unidades para las concentraciones de las soluciones
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  5. 4 Estequiometría de las reacciones químicas
    1. Introducción
    2. 4.1 Escritura y balance de ecuaciones químicas
    3. 4.2 Clasificación de las reacciones químicas
    4. 4.3 Estequiometría de la reacción
    5. 4.4 Rendimiento de la reacción
    6. 4.5 Análisis químico cuantitativo
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  6. 5 Termoquímica
    1. Introducción
    2. 5.1 Conceptos básicos de energía
    3. 5.2 Calorimetría
    4. 5.3 Entalpía
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  7. 6 Estructura electrónica y propiedades periódicas de los elementos
    1. Introducción
    2. 6.1 Energía electromagnética
    3. 6.2 El modelo de Bohr
    4. 6.3 Desarrollo de la teoría cuántica
    5. 6.4 Estructura electrónica de los átomos (configuraciones de electrones)
    6. 6.5 Variaciones periódicas de las propiedades de los elementos
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  8. 7 Enlace químico y geometría molecular
    1. Introducción
    2. 7.1 Enlace iónico
    3. 7.2 Enlace covalente
    4. 7.3 Símbolos y estructuras de Lewis
    5. 7.4 Cargas formales y resonancia
    6. 7.5 Fuerza de los enlaces iónicos y covalentes
    7. 7.6 Estructura molecular y polaridad
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  9. 8 Teorías avanzadas del enlace covalente
    1. Introducción
    2. 8.1 Teoría de enlace de valencia
    3. 8.2 Orbitales atómicos híbridos
    4. 8.3 Enlaces múltiples
    5. 8.4 Teoría de los orbitales moleculares
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  10. 9 Gases
    1. Introducción
    2. 9.1 Presión del gas
    3. 9.2 Relaciones entre presión, volumen, cantidad y temperatura: la ley de los gases ideales
    4. 9.3 Estequiometría de sustancias gaseosas, mezclas y reacciones
    5. 9.4 Efusión y difusión de los gases
    6. 9.5 La teoría cinético-molecular
    7. 9.6 Comportamiento no ideal de los gases
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  11. 10 Líquidos y sólidos
    1. Introducción
    2. 10.1 Fuerzas intermoleculares
    3. 10.2 Propiedades de los líquidos
    4. 10.3 Transiciones de fase
    5. 10.4 Diagramas de fase
    6. 10.5 El estado sólido de la materia
    7. 10.6 Estructuras de red en los sólidos cristalinos
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  12. 11 Soluciones y coloides
    1. Introducción
    2. 11.1 El proceso de disolución
    3. 11.2 Electrolitos
    4. 11.3 Solubilidad
    5. 11.4 Propiedades coligativas
    6. 11.5 Coloides
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  13. 12 Cinética
    1. Introducción
    2. 12.1 Tasas de reacciones químicas
    3. 12.2 Factores que afectan las tasas de reacción
    4. 12.3 Leyes de velocidad
    5. 12.4 Leyes de tasas integradas
    6. 12.5 Teoría de colisiones
    7. 12.6 Mecanismos de reacción
    8. 12.7 Catálisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  14. 13 Conceptos fundamentales del equilibrio
    1. Introducción
    2. 13.1 Equilibrio químico
    3. 13.2 Constantes de equilibrio
    4. 13.3 Equilibrios cambiantes: el principio de Le Châtelier
    5. 13.4 Cálculos de equilibrio
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  15. 14 Equilibrios ácido-base
    1. Introducción
    2. 14.1 Ácidos y Bases de Brønsted-Lowry
    3. 14.2 pH y pOH
    4. 14.3 Fuerza relativa de los ácidos y las bases
    5. 14.4 Hidrólisis de sales
    6. 14.5 Ácidos polipróticos
    7. 14.6 Tampones
    8. 14.7 Titulaciones ácido-base
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  16. 15 Equilibrios de otras clases de reacción
    1. Introducción
    2. 15.1 Precipitación y disolución
    3. 15.2 Ácidos y Bases de Lewis
    4. 15.3 Equilibrios acoplados
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  17. 16 Termodinámica
    1. Introducción
    2. 16.1 Espontaneidad
    3. 16.2 Entropía
    4. 16.3 La segunda y la tercera ley de la termodinámica
    5. 16.4 Energía libre
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  18. 17 Electroquímica
    1. Introducción
    2. 17.1 Repaso de química redox
    3. 17.2 Celdas galvánicas
    4. 17.3 Potenciales del electrodo y de la celda
    5. 17.4 Potencial, energía libre y equilibrio
    6. 17.5 Baterías y pilas de combustible
    7. 17.6 Corrosión
    8. 17.7 Electrólisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  19. 18 Metales representativos, metaloides y no metales
    1. Introducción
    2. 18.1 Periodicidad
    3. 18.2 Incidencia y preparación de los metales representativos
    4. 18.3 Estructura y propiedades generales de los metaloides
    5. 18.4 Estructura y propiedades generales de los no metales
    6. 18.5 Incidencia, preparación y compuestos de hidrógeno
    7. 18.6 Incidencia, preparación y propiedades de los carbonatos
    8. 18.7 Incidencia, preparación y propiedades del nitrógeno
    9. 18.8 Incidencia, preparación y propiedades del fósforo
    10. 18.9 Incidencia, preparación y compuestos del oxígeno
    11. 18.10 Incidencia, preparación y propiedades del azufre
    12. 18.11 Incidencia, preparación y propiedades de los halógenos
    13. 18.12 Incidencia, preparación y propiedades de los gases nobles
    14. Términos clave
    15. Resumen
    16. Ejercicios
  20. 19 Metales de transición y química de coordinación
    1. Introducción
    2. 19.1 Incidencia, preparación y propiedades de los metales de transición y sus compuestos
    3. 19.2 Química de coordinación de los metales de transición
    4. 19.3 Propiedades espectroscópicas y magnéticas de los compuestos de coordinación
    5. Términos clave
    6. Resumen
    7. Ejercicios
  21. 20 Química orgánica
    1. Introducción
    2. 20.1 Hidrocarburos
    3. 20.2 Alcoholes y éteres
    4. 20.3 Aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y ésteres
    5. 20.4 Aminas y amidas
    6. Términos clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  22. 21 Química nuclear
    1. Introducción
    2. 21.1 Estructura y estabilidad nuclear
    3. 21.2 Ecuaciones nucleares
    4. 21.3 Decaimiento radiactivo
    5. 21.4 Transmutación y energía nuclear
    6. 21.5 Usos de los radioisótopos
    7. 21.6 Efectos biológicos de la radiación
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  23. A La tabla periódica
  24. B Matemáticas esenciales
  25. C Unidades y factores de conversión
  26. D Constantes físicas fundamentales
  27. E Propiedades del agua
  28. F Composición de los ácidos y las bases comerciales
  29. G Propiedades termodinámicas estándar de determinadas sustancias
  30. H Constantes de ionización de los ácidos débiles
  31. I Constantes de ionización de las bases débiles
  32. J Productos de solubilidad
  33. K Constantes de formación de iones complejos
  34. L Potenciales de electrodos estándar (media celda)
  35. M Semivida de varios isótopos radiactivos
  36. Clave de respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
    17. Capítulo 17
    18. Capítulo 18
    19. Capítulo 19
    20. Capítulo 20
    21. Capítulo 21
  37. Índice
1.

La tasa instantánea es la tasa de una reacción en un momento determinado, un periodo tan corto que las concentraciones de reactivos y productos cambian en una cantidad insignificante. La tasa inicial es la tasa instantánea de la reacción en el momento en que se inicia (cuando el producto comienza a formarse). La tasa media es el promedio de las tasas instantáneas durante un periodo.

3.

velocidad = + 1 2 Δ [ CIF 3 ] Δ t = Δ [ Cl 2 ] Δ t = 1 3 Δ [ F 2 ] Δ t velocidad = + 1 2 Δ [ CIF 3 ] Δ t = Δ [ Cl 2 ] Δ t = 1 3 Δ [ F 2 ] Δ t

5.

(a) tasa media, 0 − 10 s = 0,0375 mol L−1 s−1; tasa media, 10 − 20 s = 0,0265 mol L−1 s−1; (b) tasa instantánea, 15 s = 0,023 mol L−1 s−1; (c) tasa media de formación de B = 0,0188 mol L−1 s−1; tasa instantánea de formación de B = 0,012 mol L−1 s−1

7.

Una mayor molaridad aumenta la velocidad de la reacción. Una mayor temperatura aumenta la velocidad de la reacción. Los trozos más pequeños de metal de magnesio reaccionarán más rápidamente que los trozos más grandes porque existe más superficie reactiva.

9.

(a) Dependiendo del ángulo seleccionado, el átomo puede tardar mucho tiempo en colisionar con la molécula y, cuando se produce una colisión, puede que no se produzca la ruptura del enlace y la formación del otro. (b) Las partículas del reactivo deben entrar en contacto entre sí antes de poder reaccionar.

11.

(a) muy lenta; (b) a medida que aumenta la temperatura, la reacción avanza a mayor velocidad. La cantidad de reactivos disminuye y la de productos aumenta. Después de un tiempo, hay una cantidad aproximadamente igual de BC, AB y C en la mezcla y un ligero exceso de A.

13.

(a) 2; (b) 1

15.

(a) El proceso reduce la velocidad por 4. (b) Como el CO no aparece en la ley de velocidad, esta no se ve afectada.

17.

4,3 ×× 10−5 mol/L/s

19.

7,9 ×× 10−13 mol/L/año

21.

velocidad = k; k = 2,0 ×× 10−2 mol L−1 h−1 (aproximadamente 0,9 g L−1 h−1 para el hombre promedio); la reacción es de orden cero.

23.

velocidad = k[NOCl]2; k = 8,0 ×× 10−8 L/mol/h; segundo orden

25.

velocidad = k[NO]2[Cl2]; k = 9,1 L2 mol−2 h−1; segundo orden en NO; primer orden en Cl2

27.

(a) La ley de velocidad es de segundo orden en A y se escribe como velocidad = k[A]2. (b) k = 7,88 ×× 10−3 L mol−1 s−1

29.

(a) 2,5 ×× 10−4 mol/L/min

31.

velocidad = k[I][OCl]; k = 6,1 ×× 10−2 L mol −1 s−1

33.

Al trazar un gráfico de ln[SO2Cl2] versus t revela una tendencia lineal; por lo tanto, sabemos que se trata de una reacción de primer orden:

Se muestra un gráfico etiquetado como "Tiempo (s)" en el eje x y "ln [SO subíndice 2 Cl subíndice 2] M" en el eje y. El eje x comienza en 0 y se extiende hasta 4,00 por 10 superíndice 4 con marcas cada 1,00 por 10 superíndice 4. El eje y muestra marcas que se extienden desde negativo 3,5 hasta negativo 2,5. Se dibuja una línea de tendencia lineal decreciente a través de siete puntos en las coordenadas aproximadas: (0, negativo 2,3), (0,5 por 10 superíndice 4, negativo 2,4), (1,0 por 10 superíndice 4, negativo 2,5), (1,5 por 10 superíndice 4, negativo 2,6), (2,0 por 10 superíndice 4, negativo 2,9), (2,5 por 10 superíndice 4, negativo 3,0) y (3,0 por 10 superíndice 4, negativo 3,2).


k = 2,20 ×× 10-5 s-1

34.
Se muestra un gráfico etiquetado como "t ( h ,)" en el eje x y, "1 dividido entre [O subíndice 3] M," en el eje y. El eje x muestra marcas en 0, 2 por 10 superíndice 3, 6 por 10 superíndice 3, 10 por 10 superíndice 3, 14 por 10 superíndice 3 y 18 por 10 superíndice 3. El eje y muestra las marcas que comienzan en 0 y aumentan en 1 hasta el 9 inclusive. Se dibuja una línea de tendencia lineal creciente a través de siete puntos en las coordenadas: (0, 1,00), (2,0 por 10 superíndice 3, 2,01), (7,6 por 10 superíndice 3, 4,83), (1,00 por 10 superíndice 4, 6,02), (1,23 por 10 superíndice 4, 6,02), (1,43 por 10 superíndice 4, 8,20) y (1,70 por 10 superíndice 4, 9,52). Se dibuja un segmento de línea horizontal a través del primer punto y un segmento de línea vertical a través del último punto para formar un triángulo rectángulo en el gráfico. El cateto horizontal del triángulo está etiquetado como "delta mayúscula t". El cateto vertical está etiquetado como "delta mayúscula 1 dividido entre [ O subíndice 3 ]".


El gráfico es muy lineal, por lo que la reacción es de segundo orden. k = 50,1 L mol−1 h−1

36.

14,3 d

38.

8,3 ×× 107 s

40.

0,826 s

42.

La reacción es de primer orden. k = 1,0 ×× 107 L mol−1 min−1

44.

1,16 × 103 s; queda 20%

46.

252 días

48.
[A]0 (M) k ×× 103 (s−1)
4,88 2,45
3,52 2,51
2,29 2,53
1,81 2,58
5,33 2,36
4,05 2,47
2,95 2,48
1,72 2,43
50.

Es posible que los reactivos se muevan con demasiada lentitud como para tener suficiente energía cinética para superar la energía de activación de la reacción, o que la orientación de las moléculas al chocar impida que se produzca la reacción.

52.

La energía de activación es la cantidad mínima de energía necesaria para formar el complejo activado en una reacción. Suele expresarse como la energía necesaria para formar un mol de complejo activado.

54.

Después de hallar k a varias temperaturas diferentes, un gráfico de ln k versus 1T,1T, da una línea recta con la pendiente EaREaR a partir de la cual se puede determinar Ea.

56.

(a) 4 veces más rápido (b) 128 veces más rápido

58.

3,9 × 10 15 s -1 3,9 × 10 15 s -1

60.

43,0 kJ/mol

62.

177 kJ/mol

64.

Ea = 108 kJ; A = 2,0 ×× 108 s−1; k = 3,2 ×× 10−10 s−1; (b) 1,81 ×× 108 h o 7,6 ×× 106 día; (c) Asumir que la reacción es irreversible simplifica el cálculo porque no es necesario tener en cuenta ningún reactivo que, habiéndose convertido en producto, vuelva al estado original.

66.

El átomo A tiene suficiente energía para reaccionar con BC; sin embargo, los diferentes ángulos con los que rebota en BC sin reaccionar indican que la orientación de la molécula es una parte importante de la cinética de reacción y determina si se producirá una reacción.

68.

No. En general, para la reacción global, no podemos predecir el efecto de cambiar la concentración sin conocer la ley de velocidad. Sí. Si la reacción es una reacción elemental, duplicar la concentración de A duplica la velocidad.

70.

Velocidad = k[A][B]2; Velocidad = k[A]3

72.

(a) Velocidad1 = k[O3]; (b) Velocidad2 = k[O3][Cl]; (c) Velocidad3 = k[ClO][O]; (d) Velocidad2 = k[O3][NO]; (e) Velocidad3 = k[NO2][O]

74.

(a) Al duplicar [H2] se duplica la velocidad. [H2] debe entrar en la ley de velocidad a la primera potencia. La duplicación del [NO] aumenta la velocidad en un factor de 4. El [NO] debe entrar en la ley de velocidad a la segunda potencia. (b) Velocidad = k [NO]2[H2]; (c) k = 5,0 ×× 103 mol−2 L−2 min−1; (d) 0,0050 mol/L; (e) El paso II es el paso determinante de la velocidad. Si el paso I da N2O2 en cantidad adecuada, los pasos 1 y 2 se combinan para dar 2NO+H2H2O+N2O.2NO+H2H2O+N2O. Esta reacción corresponde a la ley de velocidad observada. Combine los pasos 1 y 2 con el paso 3, que se produce por suposición de forma rápida, para obtener la estequiometría adecuada.

76.

El modo de acción general de un catalizador es proporcionar un mecanismo por el que los reactivos puedan unirse más fácilmente tomando una ruta con una energía de reacción más baja. Las velocidades de las reacciones directa e inversa aumentan, lo que hace que se alcance el equilibrio más rápidamente.

78.

(a) Los átomos de cloro son un catalizador porque reaccionan en el segundo paso pero se regeneran en el tercero. Por lo tanto, no se agotan, lo cual es una característica de los catalizadores. (b) El NO es un catalizador por la misma razón que en la parte (a).

80.

La disminución de la energía del estado de transición indica el efecto de un catalizador. (a) B; (b) B

82.

La energía necesaria para pasar del estado inicial al estado de transición es (a) 10 kJ; (b) 10 kJ.

84.

Ambos diagramas describen reacciones exotérmicas de dos pasos, pero con diferentes cambios en la entalpía, lo que sugiere que los diagramas representan dos reacciones globales diferentes.

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