PAU Química 2018 · Setembre · Sèrie 3 · Exercici 3

3. Per a controlar les emissions d’òxids de nitrogen (NOx) a l’atmosfera, les indústries han de modificar els processos de combustió o dur a terme un tractament dels efluents per a convertir aquests òxids en substàncies més innòcues. Per exemple, el monòxid de nitro­ gen es pot reduir a nitrogen segons la reacció química següent: 2 NO(g) + 2 H2(g) → N2(g) + 2 H2O(g) Hem fet diversos experiments per a estudiar la cinètica d’aquesta reacció a partir del mesurament experimental de la velocitat inicial de reacció, i hem obtingut els resultats següents: Concentració inicial Concentració inicial Velocitat inicial Experiment de NO (mol L–1) de H2 (mol L–1) (mol L–1 s–1) 1 0,60 0,37 3,0 × 10–3 2 1,20 0,37 1,2 × 10–2 3 1,20 0,74 2,4 × 10–2 a) Determineu l’ordre de reacció de cada reactiu. Escriviu l’equació de velocitat de la reacció i calculeu-ne la constant de velocitat. [1 punt] b) Proposem un mecanisme de reacció per a la reducció del monòxid de nitrogen cons­ tituït per les tres etapes elementals següents: Etapa 1: 2 NO → N2O2 Etapa 2 (lenta): N2O2 + H2 → N2O +  H2O Etapa 3: N2O + H2 → N2 + H2O Expliqueu què s’entén per intermedi de reacció i per estat de transició (o complex activat). Digueu quants intermedis de reacció i quants estats de transició hi ha en el mecanisme de reacció proposat i justifiqueu les respostes. [1 punt]

Pregunta 3a Determinació de l’ordre de reacció per a cada reactiu L’equació de la velocitat de la reacció es pot escriure: v = k [NO]a · [H2]b on «a» i «b» són els ordres de reacció respecte del monòxid de nitrogen i l’hidrogen, respectivament. De la taula de dades experimentals podem deduir que: - En els experiments 2 i 3, la concentració inicial de NO es manté constant. En doblar la concentració inicial d’H2 (de 0,37 M a 0,74 M), també es duplica la velocitat inicial de la reacció (passa de 1,2x10-2 a 2,4x10-2 mol L-1 s-1).  b = 1  la reacció serà d'ordre 1 respecte de l’H2 [0,3 p] - En els experiments 1 i 2, la concentració inicial de H2 es manté constant. En doblar la concentració inicial de NO (de 0,60 M a 1,20 M), es quadruplica la velocitat inicial de la reacció (passa de 3,0x10-3 a 1,2x10-2 mol L-1 s-1).  a = 2  La reacció serà d'ordre 2 respecte del NO [0,3 p] Equació de velocitat i càlcul de la constant de velocitat L’equació de velocitat de la reacció serà: v = k [NO]2 [ […]