Lista - Cinética Química - Prof. Alex Fabiano C. Campos

FUP - Faculdade UnB Planaltina
Disciplina: Energia e Dinâmica das Transformações Químicas
Professor: Alex Fabiano C. Campos
1. Conceitue colisão efetiva, colisão não-efetiva, energia de ativação e complexo ativado.
2. Quais são os principais fatores que modificam a rapidez de uma reação. Discuta cada um detalhadamente com
exemplos.
3. A partir dos estudos cinéticos de uma reação química, critique as afirmativas a seguir, destacando se estão certas
ou erradas com uma breve justificativa.
a.
b.
c.
d.
e.
Toda reação é produzida por colisões, mas nem toda colisão gera uma reação.
Uma colisão altamente energética pode produzir uma reação.
Toda colisão com orientação adequada produz uma reação.
O aumento da temperatura, em uma reação, promove um aumento de colisões efetivas por unidade de
tempo.
A energia de ativação de uma reação é independente da ação de um catalisador.
4. A combustão da amônia é representada pela seguinte equação química:
4 NH3(g) + 5 O2(g)
4 NO(g) + 6 H2O(g)
Mediu-se a rapidez da reação em determinado momento e observou-se que a amônia estava sendo queimada
. -1 . -1
numa taxa de 0,24 mol L s . A esse respeito responda aos itens a seguir.
a)
b)
Qual a rapidez média de consumo do gás oxigênio?
Qual a rapidez média da reação?
5. Para a reação genérica A + 2B → C, com concentrações iniciais de A e B iguais a 8,5 mol/L e 15 mol/L,
respectivamente, colheram-se os seguintes dados em laboratório:
Tempo (h)
0
1,0
2,0
3,0
4,0
[C] mol/L
0
3,0
4,5
5,0
5,5
Resolva o que se pede:
a)
b)
c)
d)
A partir dos dados obtidos em laboratório, construa uma tabela com os valores de concentração para
todas as substâncias envolvidas na reação, nos intervalos de tempo estudados.
Calcule a rapidez média da reação no intervalo de 1 a 4 horas.
Construa um gráfico de concentração em função do tempo para todas as substâncias envolvidas.
Qual é a interpretação matemática da rapidez instantânea de uma reação química?
6. A reação entre cloro (Cl2) e clorofórmio (CHCl3) teve como proposta o mecanismo a seguir:
Passo 1:
Passo 2:
Passo 3:
Global:
Escreva a lei de velocidade para essa reação.
Cl2 → 2 Cl (rápido)
CHCl3 + Cl → CCl3 + HCl (lento)
CCl3 + Cl → CCl4 (rápido)
Cl2 + CHCl3 → CCl4 + HCl
7. Em determinadas condições de temperatura e pressão, a decomposição térmica do éter metílico dada pela
equação:
H3C
O
CH3
CH4 + H2 + CO
O quadro abaixo exibe a seguinte dependência da velocidade com a concentração:
[(CH3)2O] inicial
(mol/L)
0,20
0,40
0,60
a)
b)
c)
Velocidade inicial
(mol/L . s)
.
-9
1,60 10
.
-9
6,40 10
.
-9
14,4 10
Qual a lei de velocidade para a reação?
Qual a ordem da reação?
Qual a constante de velocidade?
8. A cinética a seguir foi estudada, obtendo-se os dados destacados no quadro abaixo.
2 NO(g) + Br2(g) → 2 NOBr(g)
Experimento Concentração Inicial V inicial (mol /L s)
[NO]
[Br]
1
0,10
0,10
12
2
0,10
0,20
24
3
0,10
0,30
36
4
0,20
0,10
48
5
0,30
0,10
108
Determine a lei de velocidade para a reação.
9. A oxidação do íon iodeto pelo peróxido de hidrogênio em meio ácido ocorre segundo a equação química
balanceada:
H2O2 + 3 I + 2 H → 2 H2O + (I3)
-
+
-
Medidas de velocidade de reação indicaram que o processo é de primeira ordem em relação à concentração
de cada um dos reagentes.
a)
b)
Escreva a equação de velocidade da reação. Como é chamada a constante introduzida nessa equação
matemática?
Os coeficientes da equação de velocidade da reação são diferentes dos coeficientes da equação química
balanceada. Explique por quê.
10. O quadro mostra resultados de experiências em que comprimidos de antiácido efervescente foram dissolvidos
em água.
Experimento
1
2
3
4
a)
b)
Estado do
comprimido
Inteiro
Inteiro
Pulverizado
Pulverizado
o
Temperatura da água ( C)
20
30
20
40
Tempo para se completar a
dissolução (min)
1
0,5
0,7
0,2
Explique por que o experimento 4 foi o mais rápido.
Explique por que o experimento 1 foi o mais lento.
11. A reação de metabolização do etanol no corpo humano segue uma cinética de ordem zero, cuja forma integrada
é dada pela expressão:
[C 2 H 6O ] = [C 2 H 6 O ]0 − kt ,
em que [C2H6O] e [C2H6O]0 são as concentrações molares de etanol sanguíneo final e inicial, respectivamente; k é a
constante de velocidade e t é o tempo de metabolização.
a)
b)
Escreva a expressão da lei de velocidade para essa reação.
Deduza a expressão para a meia-vida da reação em questão e discuta seu significado físico.
12. Escreva a equação de Arrhenius e explique cada termo nela presente, destaque os parâmetros implícitos no
fator pré-exponencial.
13. A dependência da constante de velocidade de uma reação com a temperatura é dada pela expressão:
k 
E  1 1 .
ln  2  = − a  − 
R  T2 T1 
 k1 
Deduza essa expressão a partir da equação de Arrhenius.
14. No processo de digestão, a sacarose é hidrolisada gerando glicose e frutose, que servirão de combustível para o
maquinário celular. Esse processo é altamente dependente da temperatura do corpo. Sabendo que a constante de
-3
velocidade para esse processo a 37,0 °C é k = 1,0 x 10 L/mol s, e a energia de ativação é Ea = 108 kJ/mol, calcule a
constante de velocidade desse processo para uma temperatura de 35,0 °C. (Dado: R = 8,3145 J/mol K)
15. Uma reação genérica tem o perfil de energia em função do caminho da reação descrito no gráfico a seguir.
a)
b)
c)
Qual é a etapa determinante do processo? Explique.
Qual é o valor da energia de ativação e da energia do complexo ativado da etapa determinante do
processo.
Qual é o ∆H da reação? Trata-se de um processo exotérmico ou endotérmico?
16. A constante de velocidade para a reação de segunda ordem em fase gasosa HO(g) + H2(g) → H2O(g) + H(g) varia
com a temperatura de acordo com o quadro abaixo. Trace o gráfico de ln(k) em função de 1/T e calcule a energia de
ativação para o processo, de acordo com a equação de Arrhenius. (Dado: R =8,3145 J/mol K)
Temperatura (°C)
100
200
300
400
k (L/mol s)
-9
1,1 x 10
-8
1,8 x 10
-7
1,2 x 10
-7
4,4 x 10
17. Para a reação genérica A → B, encontre a forma integrada da lei de velocidade considerando:
a)
b)
c)
que a reação é de ordem zero;
que a reação é de primeira ordem; e
que a reação é de segunda ordem.
18. A reação NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g) apresenta, sob baixa temperatura, o mecanismo abaixo:
Etapa 1: NO2(g) + NO2(g) → NO3(g) + NO(g) (lenta)
Etapa 2: NO3(g) + CO(g) → NO2(g) + CO2(g) (rápida)
Explique por que o processo é de ordem zero em relação ao CO.
19. A oxidação do NO a NO2 segue a reação:
2 NO + O2 → 2 NO2
2
Experimentalmente, foi encontrada a seguinte lei para o processo: v = k [NO] [O2]. Preveja um possível mecanismo
para o processo.
20. O processo de decomposição do pentóxido de dinitrogênio ocorre segundo a reação:
N2O5 → 2 NO2 + ½ O2.
O estudo da variação da constante de velocidade para essa transformação foi estudada em laboratório. Os
resultados foram plotados de acordo com o gráfico a seguir, em que tgα = -12376. Calcule a energia de ativação do
processo. (Dado: R = 8,3145 J/K mol)
-4
-6
ln (K)
-8
-10
-12
α
-14
0.0029 0.0030 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 0.0035 0.0036 0.0037
-1
1/T (K )
21. O estudo cinético da reação 2 A + B → C forneceu os resultados destacados no quadro a seguir.
Determine a lei de velocidade do processo e a ordem global da reação.
22. Determine os expoentes α, β e γ da expressão de lei de velocidade a seguir, a partir dos resultados destacados
na tabela.
V = k[A]α[B]β[C]γ
[A]
0,010
0,010
0,010
0,020
[B]
0,005
0,005
0,010
0,005
[C]
0,010
0,015
0,010
0,010
5
Velocidade x 10 mol/Ls
5
5
2,5
14,1
23. O estudo das velocidades das reações tem dois objetivos principais: predizer o tempo que a reação leva para
chegar ao equilíbrio e auxiliar na compreensão do mecanismo da reação. Nesse sentido, considere a reação de
segunda ordem: 2A → produtos. A expressão da lei de velocidade para o consumo do reagente A é
d [ A]
= −k[ A]2 e a concentração de A em função do tempo é dada na tabela abaixo.
dt
Tempo (s)
[A] (mol/L)
0
0,5
400
0,1
Com relação aos dados apresentados, resolva o que se pede.
a)
b)
c)
Calcule o valor da constante de velocidade para a reação.
Calcule o tempo de meia vida para a reação.
Determine a concentração de A no tempo igual a 900 s.
24. Em certa reação unimolecular genérica de 1ª ordem, a concentração do reagente decai para um terço de seu
valor inicial em 25 min. Determine a constante de velocidade desse processo.
+
25. Íons H e tiossulfato reagem
agem conforme representado a seguir:
2-
S2O3
(aq)
+2H
+
(aq)
→ H2O(l) + SO2(g) + S(s)
Um estudo cinético desta reação foi efetuado, tendo sido colhidos os resultados no quadro abaixo.
Resolva o que se pede:
a) escreva
screva a equação da rapidez dessa reação.
b)) indique a ordem da reação em relação aos reagentes
rea
e à equação global.
c)) o que aconteceria com a rapidez dessa reação se a concentração:
+
• do íon H fosse triplicada?
• do tiossulfato de sódio fosse triplicada?
ermitiu colher os dados expressos pelo gráfico abaixo:
26. Um estudo experimental da rapidez dessa reação permitiu
SO2Cl2(g) → SO2(g) + Cl2(g)
a) Escreva
screva a equação da rapidez para essa reação.
b) Calcule
alcule o valor da constante de rapidez a essa temperatura.