Ejercicio catalasis

El ácido fórmico (HCOOH) se descompone en la fase gaseosa a temperaturas elevadas de la siguiente manera:

[pic 1]

Se determina que la reacción de descomposición no catalizada es de primer orden. Se muestra una gráfica de la presión parcial del HCOOH contra tiempo, durante la descomposición a 838 K como una curva roja. Cuando se agrega una pequeña cantidad de ZnO solido a la cámara de reacción, la presión parcial del ácido contra tiempo varia, como se ilustra con la curva azul de la figura.

[pic 2]

a) Estime la vida media y la constante de velocidad de primer orden para la descomposición del ácido fórmico.

La presión inicial del HCOOH es de 300 torr. En el gráfico nos movemos hasta el nivel en el que la presión parcial de HCOOH es de 150 torr, la mitad del valor inicial. Esto corresponde a un tiempo de aproximadamente 660 s, que es por tanto la vida media.

 ; [pic 3][pic 4]

b) ¿Qué concluye acerca del efecto de agregar ZnO a la descomposición del ácido fórmico?

La reacción avanza mucho más rápido en presencia de ZnO sólido, por lo que la superficie del óxido debe actuar como catalizador para la descomposición del ácido. Este es un ejemplo de catálisis heterogénea.

c) Se siguió el progreso de la reacción midiendo la presión parcial del vapor de ácido fórmico en tiempos determinados, Suponga que, en vez de lo anterior, se grafica la concentración del ácido fórmico en unidades de mol/L. ¿Qué efecto tendría en el valor calculado de k?

Si graficamos la concentración de ácido fórmico en moles por litro, determinaremos que la vida media de descomposición es de 660 segundos y calcularemos el mismo valor de k. Dado que la unidad de k es , el valor de k es independiente de la unidad utilizada para la concentración.[pic 5]

d) La presión del vapor de ácido fórmico al inicio de la reacción es de 3.00 x 10² torr. Suponiendo una temperatura constante y un comportamiento de gas ideal, ¿cuál es la presión en el sistema al final de la reacción? ¿Si el volumen de la cámara de reacción es de 436 cm3, cuántos moles de gas ocupa la cámara de reacción al final de la reacción?

Según la estequiometría de la reacción, se forman dos moles de producto por cada mol de reactivo. Por lo tanto, cuando se complete la reacción, la presión será de 600 torr, el doble de la presión inicial, suponiendo un comportamiento de gas ideal.

[pic 6]

e) El calor de formación estándar del vapor de ácido fórmico es Calcule  para la reacción general. Si la energia de activación () para la reacción es de, dibuje un perfil de energía aproximado para la reacción e identifique y el estado de transición.[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

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[pic 14]

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