La tasa y el mecanismo de la reacción de Mg y HCl

Question

En la reacción entre el ácido clorhídrico y el Magnesio de la reacción global es:

$$\ce{Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2}$$

Mi propuesta de mecanismo de reacción es la $\ce{HCl}$ se disocia en $\ce{H2O}$ así: $$\ce{H2O + HCl <=> H3O+ + Cl- }$$

Y, a continuación, el $\ce{H3O+}$ oxida el magnesio así:

$$\ce{2H3O+ + Mg -> Mg^{2+} + H2O + H2}$$

Esto, en un experimento para determinar la velocidad de la reacción, la medición de la $\ce{H2}$ producido medir este mecanismo, porque es el paso en el que el gas de hidrógeno se ha evolucionado. Presumiblemente, estos iones Magnesio están en solución. Quiero, por tanto, deducir que el paso: $$\ce{2H3O+ + Mg -> Mg^{2+} + H2O + H2}$$ Es la determinante de la velocidad de paso, porque es el paso en el cual los iones de magnesio se forman y entra en solución. Mi tarifa de la ley, se deduce que a partir de estos mecanismos, tendría este aspecto:

$$\ce{rate = k * [H3O+] }$$ Porque es la concentración de la $\ce{H3O+}$, lo que determina la formación de los iones Mg. A partir de ahí, supongo, el $\ce{Mg^{2+}}$ e las $\ce{Cl-}$ permanecería en solución, a medida que la reacción se lleva a cabo en el ácido, obviamente, que consiste en agua.

A partir de esto, puedo decir que la tasa de la ley para la reacción

$$\ce{Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2}$$

es simplemente: $$\ce{rate = k * [H3O+] }$$ Pero $\ce{[H3O+]}$ es: $$\ce{[H3O+] = (K*[H2O][HCl])/[Cl^{-}] }$$ Donde K es la constante de equilibrio del ácido equilibrio.

Por lo tanto podemos escribir nuestra tarifa de la ley como:

$$\ce{rate = k*(K[H2O][HCl])/[Cl^{-}] }$$ Donde K es la constante de equilibrio y k es la constante de velocidad y podría tener este aspecto (que sigue la ecuación de Arrhenius): $$\ce{k = A e^{-E_a/(R T)}}$$

Para hacer que nuestra tasa de ley como este: $$\ce{ rate = A e^{-E_a/(R T)} *((K*[H2O][HCl])/[Cl^{-}]) }$$

Mi pregunta es: Es mi tarifa de la ley correcto para esta reacción? Si no, ¿dónde he ido mal?

Además: Esta fue una de nuestras prácticas. Terminamos concluyendo que la velocidad aumenta cuadráticamente o exponencialmente con la concentración. Esta tasa de la ley parece indicar un aumento lineal, no exponencial. Asumo en mi tarifa de la ley no hay una contribución de la sólida Mg. Obviamente en un polvo, mayor es la superficie expuesta, y una alta tasa de experiencia. Es allí una manera a este factor en mi tarifa de la ley? Gracias por la ayuda! :)

Answer 1

Su tarifa de la ley debe ser $$ r = k_\text{obs} \times [\ce{H3O+}]^2 = A_\text{obs} \exp\left(\frac{E_\text{a, obs}}{RT}\right) \times [\ce{H3O+}]^2\; ,$$ que bien se ajusta los datos experimentales de una dependencia cuadrática de la concentración en la velocidad.

El exponente es necesario debido a que la reacción es aparentemente de segundo orden en la concentración de $\ce{H+}$.

Answer 2

Para la reacción de $\ce{2H3O+ + Mg -> H2 + Mg^{-2}}$; la tasa real es la ley $r=k \times [\ce{H3O+}]^2 \times (\ce{Mg})^1.$

La mayoría de error evidente es que el HCl es un ácido fuerte, por lo tanto no en equilibrio. Cl - es un simple espectador de iones.

Una más exacta de la reacción método de paso es:

$\ce{H3O+ + Mg -> H2O + MgH}$

$\ce{H3O+ + MgH -> H2 + Mg^{-2}}$

El área de la superficie de magnesio afecta directamente el valor de k, pero el magnesio es todavía una parte válida de la reacción. El magnesio, el término puede aparecer de orden cero si el magnesio es en el momento en exceso, por lo que la reducción significativa de la entrada inicial de magnesio, el resultado probablemente será la tasa correcta de la ley.