PAU Química 2017 · Setembre · Sèrie 2 · Exercici 4

4. El diòxid de nitrogen és un gas contaminant que es forma en les reaccions de combustió a alta temperatura. El diòxid de nitrogen reacciona amb l’ozó present a l’atmosfera segons la reacció química següent: 2 NO2(g) + O3(g) → N2O5(g) + O2(g) Diversos estudis experimentals han conclòs que, a una determinada temperatura, aquesta reacció segueix una cinètica de primer ordre respecte del diòxid de nitrogen i també de primer ordre respecte de l’ozó. a) Escriviu l’equació de velocitat de la reacció. Expliqueu raonadament en quines unitats s’expressen la velocitat de reacció i la constant de velocitat d’aquesta reacció. [1 punt] b) Per a aquesta reacció es proposa un mecanisme constituït per les dues etapes elemen­ tals següents: Etapa 1 (lenta): NO2(g) + O3(g) → NO3(g) + O2(g) Etapa 2 (ràpida): NO2(g) + NO3(g) → N2O5(g) Justifiqueu que aquest mecanisme concorda amb els estudis experimentals cinètics. A partir del model cinètic de coŀlisions, expliqueu raonadament quina de les dues etapes tindrà una energia d’activació més alta i com influeix la temperatura en la velocitat de la reacció. [1 punt]

L’ordre de reacció respecte al NO2 és 1, i l’ordre de reacció respecte a l’O3 és també 1. Això vol dir que l’equació de velocitat serà: v = k [NO2] ·[O3] [0,3 p] La velocitat d’una reacció ens indica com varia la concentració d’un reactiu o un producte amb el temps. Per tant les unitats de la velocitat serien: v = Δc / Δt v: (mol / L) / s velocitat (v): mol L-1 s-1 (o mol / L s, o M / s, o M s-1) [0,3 p] Per deduir les unitats de la constant de velocitat, k, cal tenir en compte les unitats de la velocitat, de les concentracions i els ordres parcials de reacció: Concentracions: mol L-1 velocitat (v): mol L-1 s-1 v = k [NO2] ·[O3] k = v /[NO2] ·[O3]  k: (mol L-1 s-1) / [(mol L-1) x (mol L-1)] Les unitats de la constant de velocitat (k) són: mol-1 L s-1 [0,4 p] Justificació que el mecanisme proposat concorda amb els estudis cinètics [0,4 p] La velocitat d’una reacció depèn de l’etapa més lenta. En aquest cas és l’etapa 1: Etapa 1: NO2(g) + O3(g) → NO3(g) + O2(g) (lenta) En ser una etapa […]