1) A teoria da eletrovalência estabelecida por Kossel em 1916
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Centro Universitário Anchieta Engenharia Química – Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5a lista de exercícios/ Data: ___/09/2014 // gabarito 12/09/2014 1) Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no contexto da preparação e da conservação de alimentos: 1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. Esse procedimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos. 2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão. 3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias produtoras de enzimas que aceleram as reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas. Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? a) Temperatura, superfície de contato e concentração. b) Concentração, superfície de contato e catalisadores. c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. d) Superfície de contato, temperatura e concentração. e) Temperatura, concentração e catalisadores. Resposta da questão 1: [C] São fatores que aceleram a velocidade das reações químicas: aumento da temperatura e da superfície de contato e a presença de catalisadores. 2) A reação química entre o gás hidrogênio e o monóxido de nitrogênio, representada a seguir, foi analisada em duas séries de experimentos. 2 H2 (g) 2 NO(g) N2 (g) 2 H2O (g) Na primeira série, a velocidade de reação foi medida em função da concentração de hidrogênio, mantendo-se a concentração de monóxido de nitrogênio constante em 1 mol.L-1. Na segunda série, determinou-se a velocidade em função da concentração de monóxido de nitrogênio, mantendo-se a concentração de hidrogênio constante em 1 mol.L-1. Os resultados dos experimentos estão apresentados nos gráficos. Determine a ordem de reação de cada um dos reagentes e calcule o valor da constante cinética. Resposta da questão 2: A velocidade de uma reação química é obtida pelo valor das concentrações dos reagentes, assim teremos: v k[H2 ]x [NO]y Onde, k é a constante cinética da reação. Escolhendo 2 pontos quaisquer do primeiro gráfico: –1 –1 –1 H2 1 mol L e 3 mol L min –1 –1 –1 H2 2 mol L e 6 mol L min Prof. Vanderlei I Paula – [email protected] - http://www.aquitemquimica.com.br Percebe-se que, ao duplicar a concentração, a velocidade também irá dobrar, ou seja, a reação é de primeira ordem (função de 1º grau). Escolhendo 2 pontos quaisquer do primeiro gráfico: NO 1 mol L–1 e 3 mol L–1 min–1 –1 –1 –1 NO 2 mol L e 12 mol L min Nesse caso, ao duplicar a concentração, observe que a velocidade quadruplica, ou seja, a reação é de segunda ordem (função de 2º grau). Assim, substituindo o valor de x e y, teremos: v k[H2 ]1 [NO]2 O valor de k (constante cinética) é obtido substituindo os valores em qualquer um dos experimentos: 3 mol L–1 min–1 k 1 mol L–1 1 mol L–1 k 3 L2 mol–2 min–1 3) Para otimizar as condições de um processo industrial que depende de uma reação de soluções aquosas de três diferentes reagentes para a formação de um produto, um engenheiro químico realizou um experimento que consistiu em uma série de reações nas mesmas condições de temperatura e agitação. Os resultados são apresentados na tabela: Velocidade da Reagente A Reagente B Reagente C reação Experimento mol L1 mol L1 mol L1 mol L1 s 1 I x y z v II 2x y z 2v III x 2y z 4v IV x y 2z v Após a realização dos experimentos, o engenheiro pode concluir corretamente que a ordem global da reação estudada é igual a... Resposta da questão 3: [C] Teremos: Então, v k[A]1[B]2 [C]0 ordem global 1 2 0 3 Centro Universitário Anchieta Engenharia Química – Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5a lista de exercícios/ Data: ___/09/2014 // gabarito 12/09/2014 4) Considere a reação química genérica A B C. A concentração do reagente [A] foi acompanhada ao longo do tempo, conforme apresentada na tabela que também registra os logaritmos neperianos n desses valores e os respectivos recíprocos (1/[A]). t(s) A mol L1 0 0,90 100 0,63 200 0,43 300 0,30 400 0,21 500 0,14 600 0,10 Qual a constante de velocidade desta reação? n A 1/ A L mol1 – 0,11 – 0,46 – 0,84 – 1,20 – 1,56 – 1,97 – 2,30 1,11 1,59 2,33 3,33 4,76 7,14 10,00 Resposta da questão 4: [A] A partir da tabela fornecida, percebe-se que n A e t ao serem representados em um gráfico geram uma função linear: n [A] kΔt (cinética de primeira ordem; v k[A]) [A 0 ] n[A] n[A 0 ] kΔt Para t0 0; n[A 0 ] 0,11. Para t 400; n[A] 1,56. 1,56 ( 0,11) k(400 0) 1,67 k 4,175 103 s1 400 k 4 103 s1 5) (Acafe 2014) Considere a reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio: 2N2O5(g) 4NO2(g) O2(g) Considerando que a velocidade de desaparecimento do pentóxido de dinitrogênio seja de 6 103 mol L s , qual o valor correto para a velocidade de aparecimento NO2 expressa em mol L s . Resposta da questão 5: [D] A velocidade de aparecimento do dióxido de nitrogênio é o dobro da velocidade de desaparecimento do pentóxido de dinitrogênio. Assim será o dobro de 6 103 mol L1 s1, ou seja, 12 103 mol L1 s1. Prof. Vanderlei I Paula – [email protected] - http://www.aquitemquimica.com.br 6) O ácido acetilsalicílico, analgésico largamente utilizado, submete-se a reações de hidrólise em meio ácido ou básico. A fim de estudar a estabilidade do ácido acetilsalicílico em meio básico, acompanhou-se a velocidade de sua hidrólise, que leva à produção de acetato e salicilato, em função do pH do meio e da sua concentração inicial. Os dados coletados estão na tabela a seguir. Velocidade inicial, molL1 min1 pH [Aspirina] t 0 ,mol L1 1 10 6 10 1 10 3 1 10 4 12 1 10 3 2 102 14 2 103 1 10 5 12 1 10 4 a) Qual é a lei de velocidade para a reação estudada? b) Qual é o valor da constante (incluindo sua unidade) de velocidade para a reação? Resposta da questão 6: a) Teremos: Velocidade inicial, [Aspirina] t 0 ,mol L1 molL1 min1 [H+] [OH-] 1 10 6 10 10 104 1 10 3 1 10 4 10 12 102 1 10 3 2 102 10 14 100 2 103 1 10 5 10 12 102 1 10 4 A cinética da reação é de primeira ordem para a aspirina e para o OH-. Lei da velocidade: v k[aspirina]1 [OH ]1 . b) Teremos: Velocidade inicial, [OH-] molL1 min1 molL1 1 10 6 104 1 10 3 1 10 4 102 1 10 3 2 102 100 2 103 1 10 5 102 1 10 4 [Aspirina] t 0 ,mol L1 Substituindo os valores da primeira linha da tabela na equação que representa a Lei da velocidade, vem: v k[aspirina]1 [OH ]1 1 106 mol L1 min1 k(1 103 mol L1 )1 (104 mol L1)1 k 10 min1 mol1 L Centro Universitário Anchieta Engenharia Química – Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5a lista de exercícios/ Data: ___/09/2014 // gabarito 12/09/2014 7) O processo de remoção de enxofre em refinarias de petróleo é uma prática que vem sendo cada vez mais realizada com o intuito de diminuir as emissões de dióxido de enxofre de veículos automotivos e o grau de envenenamento de catalisadores utilizados. A dessulfurização é um processo catalítico amplamente empregado para a remoção de compostos de enxofre, o qual consiste basicamente na inserção de hidrogênio. A reação química do composto etanotiol é mostrada a seguir. C2H5SH(g) H2 (g) C2H6 (g) H2S(g) a) Suponha que a reação de dessulfurização seja realizada em laboratório, na presença de concentrações diferentes de etanotiol e hidrogênio, conforme quadro a seguir. [Etanotiol] [Hidrogênio] Velocidade inicial (mol/L) (mol/L) (mol/min) 1 2 1 4 2 2 2 8 3 3 6 8 4 6 6 16 Com base nos dados apresentados nessa tabela, determine a lei da velocidade e a ordem da reação. Experiências b) Considerando que a velocidade média da reação de dessulfurização, em certo intervalo de tempo, é de 10 mol/s em relação ao etanotiol, determine a velocidade da reação em relação ao gás sulfídrico dada em g/s, no mesmo intervalo de tempo. Resposta da questão 7: a) Analisando a tabela percebe-se que: Conclusão: [H2 ]1. Conclusão: [E tanotiol]1. Lei da velocidade e a ordem da reação: v k[H2 ]1.[E tanotiol]1 Ordem da reação em relação a H2 : 1 Ordem da reação em relação ao E tanotiol : 1 Ordem geral da reação : 1 1 2 Prof. Vanderlei I Paula – [email protected] - http://www.aquitemquimica.com.br b) Teremos a seguinte equação química: C2H5SH (e tanotiol); H2S (gás sulfídrico) C2H5SH(g) H2 (g) H2S(g) C2H6 (g) C2H5SH 62 g / mol vreação (e tanodiol) 10 mol / s 620 g / s 1 C2H5SH(g) 1 H2 (g) 1 H2S(g) 1 C2H6 (g) 1 mol 62 g 620 g vreação (gás sulfídrico) 1 mol 34 g 340 g 340 g / s 8) Investigou‐se a velocidade de formação de gás hidrogênio proveniente da reação de Mg metálico com solução aquosa de HC . Uma solução aquosa de HC foi adicionada em grande excesso, e de uma só vez, sobre uma pequena chapa de magnésio metálico, colocada no fundo de um erlenmeyer. Imediatamente após a adição, uma seringa, com êmbolo móvel, livre de atrito, foi adaptada ao sistema para medir o volume de gás hidrogênio produzido, conforme mostra o esquema abaixo. Os dados obtidos, sob temperatura e pressão constantes, estão representados na tabela abaixo e no gráfico abaixo. Tempo (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Volume de H2 acumulado (cm3) 0 15 27 36 44 51 57 62 66 69 71 a) Analisando os dados da tabela, um estudante de Química afirmou que a velocidade de formação do gás H 2 varia durante o experimento. Explique como ele chegou a essa conclusão. Em um novo experimento, a chapa de Mg foi substituída por raspas do mesmo metal, mantendo‐se iguais a massa da substância metálica e todas as demais condições experimentais. b) No gráfico abaixo, esboce a curva que seria obtida no experimento em que se utilizou raspas de Mg. Centro Universitário Anchieta Engenharia Química – Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5a lista de exercícios/ Data: ___/09/2014 // gabarito 12/09/2014 Resposta da questão 8: a) De acordo com a tabela fornecida, verifica-se que a cada intervalo de tempo varia o volume de H2 . Tempo (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Velocidade Volume de H2 acumulado (cm3) 0 15 27 36 44 51 57 62 66 69 71 var iação de volume var iação de tempo 15 0 15 cm3 / min 1 0 27 15 v12 12 cm3 / min 2 1 36 27 v 23 cm3 / min 32 e assim sucessivamente. v 01 b) Utilizando-se raspas de magnésio, a reação seria mais rápida, devido ao aumento da superfície de contato do reagente sólido. HC (aq) Mg(s) H2 (g) MgC 2 (aq) 9) Considere que um prego é fabricado apenas com o metal Fe. Se este prego entrar em contato com uma solução aquosa de HC , irá acontecer a seguinte reação de corrosão: Fe(s) 2 HC (aq) FeC 2(aq) H2(g) A velocidade com que a corrosão do Fe ocorre depende de alguns fatores. Quais os fatores que podem influenciar a velocidade desta reação. Prof. Vanderlei I Paula – [email protected] - http://www.aquitemquimica.com.br Resposta da questão 9: Os fatores que podem influenciar a velocidade desta reação são: - Superfície de contato do prego - Temperatura da solução - Pressão - Concentração do ácido clorídrico 10) Hoje a preocupação sobre poluição atmosférica está voltada ao poluente ozônio troposférico (O 3), relacionado ao câncer, à pneumonia e à asma. Paulo Saldiva, do laboratório de poluição atmosférica da USP, afirma que os veículos melhoraram a queima e diminuíram a emissão de CO, entretanto o O 3 ainda não está regulamentado. Para Saldiva, o comprador deve checar a emissão de hidrocarbonetos e óxidos nitrosos – que reagem e produzem O3 – se quiser um carro menos inimigo da natureza. (Revista Galileu, Ed. Globo, agosto de 2012). Dadas abaixo algumas reações químicas envolvidas na formação do O 3 troposférico e com base no texto acima, assinale o que for correto. luz NO2(g) NO(g) O(g) etapa 1 O(g) O2(g) O3(g) etapa 2 01) O NO2 liberado na queima de combustíveis fósseis é precursor da formação de O 3, e o O(g) é considerado um intermediário de reação. 02) Para a reação não elementar, mostrada no esquema reacional acima, a lei cinética é dada por v k[NO2 ][O2 ]. 04) No ser humano, o ar penetra pelo nariz, passa pela faringe, pela laringe, pela traqueia, pelos brônquios e pelos bronquíolos. A asma alérgica, causada por inalação de O3 ou por outros poluentes, está relacionada a um processo inflamatório nos brônquios e nos bronquíolos. 08) O NO2 é um poluente atmosférico que, além de auxiliar na formação de O 3 troposférico, ainda pode gerar ácido nítrico na presença de água, causando chuvas ácidas. 16) As reações de formação de O3 troposférico são favorecidas em cidades de clima quente, porque a elevação da temperatura propicia maior frequência de choques e com maior energia cinética entre as moléculas gasosas reagentes. Resposta da questão 10: 01 + 04 + 08 + 16 = 29. O NO2 liberado na queima de combustíveis fósseis é precursor da formação de O 3, e o O(g) é considerado um intermediário de reação. Para a reação não elementar, mostrada no esquema reacional acima, a lei cinética é dada por v k[NO2 ]. No ser humano, o ar penetra pelo nariz, passa pela faringe, pela laringe, pela traqueia, pelos brônquios e pelos bronquíolos. A asma alérgica, causada por inalação de O3 ou por outros poluentes, está relacionada a um processo inflamatório nos brônquios e nos bronquíolos. O NO2 é um poluente atmosférico (óxido ácido) que, além de auxiliar na formação de O 3 troposférico, ainda pode gerar ácido nítrico na presença de água, causando chuvas ácidas. As reações de formação de O3 troposférico são favorecidas em cidades de clima quente, porque a elevação da temperatura propicia maior frequência de choques e com maior energia cinética entre as moléculas gasosas reagentes, ou seja, a elevação da temperatura provoca o aumento da velocidade da reação. Centro Universitário Anchieta Engenharia Química – Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5a lista de exercícios/ Data: ___/09/2014 // gabarito 12/09/2014 11) Preparar o sagrado cafezinho de todos os dias, assar o pão de queijo e reunir a família para almoçar no domingo. Tarefas simples e do cotidiano ficarão mais caras a partir desta semana. O preço do gás de cozinha será reajustado pelas distribuidoras pela segunda vez este ano, com isso, cozinhar ficará mais caro. A equação química que mostra a queima do butano (gás de cozinha), em nossas residências é: 13 C4H10(g) O2(g) 4CO2(g) 5H2O( ) 2 O quadro abaixo ilustra a variação da concentração do gás butano em mols/L em função do tempo: [C4H10(g) ](mol / L) 22,4 20,8 18,2 16,6 15,4 14,9 0 1 2 3 4 5 Tempo (horas) Qual as velocidades médias da queima do gás de cozinha nos intervalos entre 0 a 5 e 1 a 3 horas são respectivamente: Resposta da questão 11: Vmédia(05) 14,9 22,4 [ ] 1,5 mols / L h t 50 Vmédia(13) 16,6 20,8 [ ] 2,1 mols / L h t 3 1 13) Em um laboratório de química, dois estudantes realizam um experimento com o objetivo de determinar a velocidade da reação apresentada a seguir. MgCO3 s 2HC aq MgC 2 aq H2O CO2 g Sabendo que a reação ocorre em um sistema aberto, qual o parâmetro do meio reacional que deverá ser considerado para a determinação da velocidade dessa reação. Resposta da questão 13: Como o gás carbônico escapa do sistema aberto, pode-se medir a massa total do sistema e verificar a sua diminuição. 14) Uma forma de obter hidrogênio no laboratório é mergulhar zinco metálico em uma solução de ácido clorídrico, conforme a reação descrita pela equação apresentada a seguir. Zn(s) 2HC (aq) ZnC (aq) H2 (g) Considere que uma tira de zinco metálico foi colocada em um recipiente contendo HC em solução aquosa na concentração de 1 mol/L. Em 20 segundos a temperatura do recipiente elevou-se em 0,05 °C e 25 mL de hidrogênio foram produzidos. Considerando que essa reação ocorreu a 27 °C e 1 atm, determine a velocidade da reação em mL H 2/s e em mol H2/s. Use: R 0,082 L atm K –1 mol–1 Resposta da questão 14: Cálculo da velocidade da reação em mL H2/s: v Volume de H2 produzido 25 mL 1,25 mL / s tempo 20 s Cálculo da velocidade da reação em mol H2/s: Prof. Vanderlei I Paula – [email protected] - http://www.aquitemquimica.com.br P V nR T 1 25 103 n 0,082 300 25 mL 27 273 n 1,02 10 3 mol vH2 1,02 103 mol 5,1 105 mol / s 20 s
