Cinética Química - primeira parte

Cinética Química
Prof. Msc. João Neto
CINÉTICA QUÍMICA
é a parte da Química que
estuda a velocidade ou rapidez
das reações.
Prof. Msc. João Neto
2
Produtos
(Formados)
A + B AB
Reagentes
(Consumidos)
Prof. Msc. João Neto
3
A + B AB
Colocamos A e B em contato. Eles reagem para
produzir AB. A velocidade com que esta reação ocorre
é notada pelo tempo com que A e B “desaparecem”, ou
o tempo com que AB “aparece”.
Uma reação será rápida quando os produtos se
formarem depressa e será lenta se esse processo
demorar para acontecer.
Deve-se notar que A e B devem ser consumidos no
mesmo tempo em que AB se forma, portanto podemos
expressar a velocidade da reação em termos do
consumo dos reagentes ou do aparecimento dos
produtos.
4
Prof. Msc. João Neto
A velocidade média da reação é a relação
entre
a
quantidade
consumida
ou
produzida e o intervalo de tempo gasto
para que isso ocorra.
vm
vm
∆m
∆n
=
; vm =
∆t
∆t
∆V
∆[ ]
=
; vm =
∆t
∆t
Prof. Msc. João Neto
5
A + 2B X
Tempo
(min)
0
[A]
mol/L
1
[B]
mol/L
2
[X]
mol/L
0
5
0,6
1,2
0,4
10
0,4
0,8
0,6
15
0,3
0,6
0,7
20
0,3
0,6
0,7
25
0,3
0,6
0,7
Prof. Msc. João Neto
6
A + 2B X
Tempo
(min)
[A]
mol/L
[B]
mol/L
[X]
mol/L
0
1
2
0
5
0,6
1,2
0,4
Vm0−5
[A]final − [A]inicial
∆[A]
=
⇒Vm0−5 =
tfinal − tinicial
∆t
Vm0−5
0,6 − 1,0
mol
=
⇒Vm0−5 = −0,08
5−0
L × min
−1
−1
Vm0−5 = −0,08mol.L .min
Prof. Msc. João Neto
7
A + 2B X
Tempo
(min)
[A]
mol/L
[B]
mol/L
[X]
mol/L
0
1
2
0
5
0,6
1,2
0,4
Vm0 −5
∆[B ]
[B ]final − [B ]inicial
=
⇒ Vm0 −5 =
∆t
tfinal − tinicial
Vm0 −5
2,0 − 1,2
mol
=
⇒ Vm0 −5 = −0,16
5−0
L × min
−1
Vm0 −5 = −0,16 mol . L . min
Prof. Msc. João Neto
−1
8
A + 2B X
Tempo
(min)
[A]
mol/L
[B]
mol/L
[X]
mol/L
0
1
2
0
5
0,6
1,2
0,4
Vm0 −5
∆[ X ]
[ X ]final − [ X ]inicial
=
⇒ Vm0 −5 =
tfinal − tinicial
∆t
Vm0 −5
0,4 − 0
mol
=
⇒ Vm0 −5 = 0,08
5−0
L × min
−1
Vm0 −5 = 0,08 mol . L . min
−1
Prof. Msc. João Neto
9
A + 2B X
0 a 5 minutos
A Vm=-0,08
1
1
mol.L .min
Sinal negativo indica que a
substância
está
sendo
consumida.
O
correto
é
trabalhar com a velocidade em
módulo no reagente.
B Vm=-0,16 mol.L-1.min-1
X Vm=0,08 mol.L-1.min-1
Prof. Msc. João Neto
10
Qual a velocidade da reação
A + 2B X?
Prof. Msc. João Neto
11
A + 2B X
vm
Reação
∆[ A]
∆[B ]
∆[ X ]
=
=
=
1∆t
2∆t
1∆t
N2 + 3H2 2NH3
vm
Reação
∆[N2 ]
∆[H2 ]
∆[NH3 ]
=
=
=
1∆t
3∆t
2∆t
Prof. Msc. João Neto
12
Gráfico de Velocidade:
Velocidade Os reagentes são
consumidos durante a reação e a sua
quantidade diminui com a variação do
tempo, enquanto os produtos são formados
e suas quantidades aumentam com o
tempo.
Prof. Msc. João Neto
13
2
A + 2B X
2
1,6
1,2
1,2
1
0,8
0,8
0,4
0
0,6
0,6
0,4
0,4
0,7
0,6
0,7
0,6
0,7
0,6
0,3
0,3
0,3
[A]
[B]
[C]
0
0
5
10
15
Prof. Msc. João Neto
20
25
14
Velocidade instantânea
Prof. Msc. João Neto
15
Trace uma tangente à curva pelo ponto P.
Prof. Msc. João Neto
16
Escolha sobre a tangente dois pontos A e B. No
triângulo retângulo ABC, a tangente trigonométrica
do ângulo α é dada por:
Prof. Msc. João Neto
17
Prof. Msc. João Neto
18
Exercícios
Prof. Msc. João Neto
19
Exercícios
1-Em apenas 25 milésimos de segundo, o
gás nitrogênio é capaz de encher um
airbag de 70 litros. Esse gás é produzido
pela decomposição de um sal —
extremamente venenoso se ingerido —
chamado azoteto de sódio:
2NaN3 2Na +3N2
(Dados: volume molar do N2, nas
condições internas do air-bag: 25 L/mol;
massa molar do NaN3: 65 g/mol)
Prof. Msc. João Neto
20
2NaN3 2Na
+3N2
a)Calcule a velocidade média dessa
reação, em litros de N2, por segundo.
70 L de N2 ----------- 0.025 s
v ----------------- 1.0 s
v = 2800 L de N2
Prof. Msc. João Neto
21
2NaN3 2Na
+3N2
b)Calcule a velocidade média dessa reação, em
mol de Na por minuto.
2Na--------------3N2
2mol-------------3x25L
x----------------2800L
x=74,66 mol
74,66 mol de Na --------1 s
y--------------------60 s (1 min)
y=4479,6 mol de Na/min
Prof. Msc. João Neto
22
2NaN3 2Na
+3N2
c)Calcule a velocidade média dessa reação, em
gramas de NaN3 por hora.
2NaN3--------------------3N2
2 mol de NaN3 -------------3 mol de N2
2x65g------------------3x25L
z----------------------2800L
z = 4853,33 g de NaN3
4853,33 g de NaN3 -----------1 s
w-------------------3600 s (1h)
w= 17.471.988 g de NaN3/h
Prof. Msc. João Neto
23
2-(UFPE) Uma boca de fogão a gás queima 5 L de
butano (C4H10) por hora. Qual a velocidade da
produção de gás carbônico nessa reação em
L/hora, nas mesmas condições de temperatura e
pressão?
C4H10 + 13/2O2 4CO2 + 5H2O
1 mol ------------------4 mol
1 L ---------------------4 L
5 L ----------------------x
x = 20 L
Lei de GayLussac
Prof. Msc. João Neto
24
3-(Vunesp) A decomposição de N2O5 em fase
gasosa para formar NO2 e O2 está ocorrendo com
o consumo de 3 mol de N2O5 por minuto. A
velocidade de produção de NO2 na reação é:
a)3 mol/minuto
b)4 mol/minuto
c)6 mol/minuto
d)9 mol/minuto
e)12 mol/minuto
2N2O5 4NO2 + 1O2
2 mol -------4 mol
3 mol -------x
x=6 mol
X=6 mol/min
Prof. Msc. João Neto
25
4-(Fuvest-SP) O seguinte gráfico refere-se ao
estudo cinético de uma reação química:
a) lenta.
b) explosiva.
c) reversível.
d) endotérmica.
e) de oxidorredução.
Como ocorre aumento muito grande da
velocidade no mesmo instante, isso mostra que a
reação tem velocidade muito alta. Alternativa b
Prof. Msc. João Neto
26
5-(Fuvest-SP) O gráfico mostrado a seguir foi
construído com dados obtidos no estudo da
decomposição de iodeto de hidrogênio, à
temperatura constante.
Em qual dos quatros trechos assinalados na
curva, a reação ocorre com maior velocidade
média?
27
Prof. Msc. João Neto
Observando os intervalos de tempo e quantidade de Hl
consumido no gráfico seguinte:
percebemos que a quantidade de Hl
é praticamente constante e tI < tII <
tIII< tIV
v=
∆ Quantidade
tempo
∆Q
↓v =
↑t
v I > v II > v III > v IV
Prof. Msc. João Neto
28
6-(Unicamp-SP) Numa reação que ocorre em
solução (reação I), há o desprendimento de
oxigênio, e a sua velocidade pode ser medida
pelo volume de O2(g) (desprendido). Uma outra
reação (reação II) ocorre nas mesmas condições,
porém consumindo O2(g), e esse consumo mede a
velocidade dessa reação. O gráfico representa os
resultados referentes às duas reações:
Considerando as duas horas iniciais, qual das
reações tem velocidade maior? Justifique a
29
Prof. Msc. João Neto
resposta.
VmI
∆V
[V ]final − [V ]inicial
=
⇒ VmI =
tfinal − tinicial
∆t
unidades arbitrárias
2−0
VmI =
⇒ VmI = 1
2−0
hora
unidades arbitrárias
2−4
VmII =
⇒ VmII = 1
hora
2−0
VmI = VmII
Prof. Msc. João Neto
30
7-(UFPI) O dióxido de nitrogênio — NO2 — é um
gás tóxico, pois sua inalação provoca irritação
nas vias respiratórias. Analise os resultados
expressos no gráfico a seguir e a reação de sua
obtenção a partir do pentóxido de nitrogênio —
N2O5 — na temperatura de 308 K. e, em seguida,
marque a alternativa correta.
2N2O5 4NO2 + O2
Prof. Msc. João Neto
31
2N2O5 4NO2 + O2
a)Nos momentos iniciais, a velocidade de formação do NO2 é maior
que a do O2;
b)A velocidade de formação do NO2 é duas vezes a velocidade de
formação do O2;
c)A velocidade de decomposição do N2O5 é a metade da velocidade
de formação do O2;
d)No tempo de 4x103 s, a velocidade de decomposição do N2O5
é
maior que a de formação do NO2;
e)No tempo de zero a 2x103 s, a velocidade de formação do O2 é
maior que a formação do NO2
Prof. Msc. João Neto
32
2N2O5 4NO2 + O2
Nos primeiros 4x103 s, por
exemplo, há maior produção de
NO2 ou seja: 2,2x10-3 mol de
NO2/L, enquanto apenas 0,5x10-3
mol de O2/L foi formado.
Alternativa a
a)Nos momentos iniciais, a velocidade de formação do NO2 é maior
que a do O2;
b)A velocidade de formação do NO2 é duas vezes a velocidade de
formação do O2;
c)A velocidade de decomposição do N2O5 é a metade da velocidade
de formação do O2;
d)No tempo de 4x103 s, a velocidade de decomposição do N2O5
é
maior que a de formação do NO2;
e)No tempo de zero a 2x103 s, a velocidade de formação do O2 é
maior que a formação do NO2
Prof. Msc. João Neto
33
8-(UFSC, adaptada) A água oxigenada (H2O2)
decompõe-se, produzindo água e gás oxigênio,
de acordo com a equação: 2H2O2 2H2O + O2.
Os gráficos a seguir foram construídos com base
em dados obtidos num determinado experimento
em que a concentração inicial de H2O2 era de 0,8
mol.L-1. Assinale a(s) afirmação(ões) correta(s).
Prof. Msc. João Neto
34
Julgue cada proposição, justificando-a:
a)No intervalo II, a velocidade média da reação é
menor que no intervalo III, mas é maior que no
intervalo I.
Prof. Msc. João Neto
35
a)No intervalo II, a velocidade média da reação é
menor que no intervalo III, mas é maior que no
intervalo I.
Prof. Msc. João Neto
36
b)A velocidade da reação atinge seu valor máximo
ao final da reação.
Prof. Msc. João Neto
37
b)A velocidade da reação atinge seu valor máximo
ao final da reação.
Prof. Msc. João Neto
38
b)A velocidade da reação atinge seu valor máximo
ao final da reação.
Incorreta. A prática mostra que a velocidade de uma reação
diminui com o passar do tempo.
Prof. Msc. João Neto
39
c)A velocidade da reação diminui com a diminuição
da concentração de água oxigenada.
Prof. Msc. João Neto
40
c)A velocidade da reação diminui com a diminuição
da concentração de água oxigenada.
Prof. Msc. João Neto
41
d)Quando tiver sido consumido 0,5 mol/L da
concentração inicial de H2O2, o tempo da reação
será de 20 minutos, e a quantidade de oxigênio
formada será de 0,25 mol.
Prof. Msc. João Neto
42
d)Quando tiver sido consumido 0,5 mol/L da
concentração inicial de H2O2, o tempo da reação
será de 20 minutos, e a quantidade de oxigênio
formada será de 0,25 mol.
Correta – Observe o gráfico!
Prof. Msc. João Neto
43
e)No intervalo de 0-30 minutos, a velocidade média
da decomposição da água oxigenada, vmH2O2 é
3,0x10-2mol .L-1 .min-1 .
Prof. Msc. João Neto
44
e)No intervalo de 0-30 minutos, a velocidade média
da decomposição da água oxigenada é 3,0x102mol .L-1 .min-1 . Incorreta – veja o cálculo!
Vm0 − 30 =
[H 2O2 ]final − [H 2O2 ]inicial
∆[H 2O2 ]
⇒ Vm0 − 30 =
tfinal − t inicial
∆t
Vm0 − 30 =
0,2 − 0,8
mol
⇒ Vm0 − 30 = 0,02
30 − 0
L × min
João Neto
Vm0 − 30 = 0Prof.
,02Msc.
mol
. L−1. min −1
45
f)O oxigênio tem velocidade média de formação
que vale 2,0x10-2 mol.L-1.min-1 no intervalo 0 - 30
minutos.
Prof. Msc. João Neto
46
f)O oxigênio tem velocidade média de formação
que vale 2,0x10-2 mol.L-1.min-1 no intervalo 0 - 30
minutos. Incorreta – veja o cálculo!
Vm0 −30 =
∆[O2 ]
[O ]
− [O2 ]inicial
⇒ Vm0 −30 = 2 final
∆t
tfinal − tinicial
Vm0 −30 =
0,3 − 0,0
mol
⇒ Vm0 −30 = 0,01
30 − 0
L × min
Neto −1
Vm0 −30 Prof.
= 0Msc.
,01João
mol
. L . min −1
47
g) A velocidade média da reação, após 10 min, é:
Vm =
VmH
2O2
2
=
VmH
2
2O
=
VmO
2
1
= Vm = 1,5 × 10 − 2 mol . L−1. min −1
Prof. Msc. João Neto
48
0,5 − 0,8
−1
−1
Vm
=
= 0,03 mol . L . min
H 2O2
10 − 0
0,3 − 0,0
−1
−1
Vm
=
= 0,03 mol . L . min
H 2O
10 − 0
0,15 − 0,0
Vm =
= 0,015 mol . L−1. min −1
O2
10 − 0
Prof. Msc. João Neto
49
0,5 − 0,8
−1
−1
Vm
=
= 0,03 mol . L . min
H 2O2
10 − 0
0,3 − 0,0
Vm
=
= 0,03 mol . L−1. min −1
H 2O
10 − 0
0,15 − 0,0
−1
−1
Vm =
= 0,015 mol . L . min
O2
10 − 0
VmH O
VmH O VmO
2 2
2
2
VmR =
=
=
2
2
1
0,03 0,03 0,015
VmR =
=
=
2
2
1
VmR =1,5 × 10
−2
−1
mol . L . min
Prof. Msc. João Neto
−1
50
9-(UFPB) Na reação de decomposição do clorato de
potássio, a seguir, verifica-se a formação de 2,24
litros de O2 em 40 segundos, medidos nas CNTP
2KClO3 2KCl + 3O2
Calcule a velocidade média de produção de O2,
expressa em:
a)litro.segundo-1 (L/s)
Prof. Msc. João Neto
51
9-(UFPB) Na reação de decomposição do clorato de
potássio, a seguir, verifica-se a formação de 2,24
litros de O2 em 40 segundos, medidos nas CNTP
2KClO3 2KCl + 3O2
Calcule a velocidade média de produção de O2,
expressa em:
a)litro.segundo-1 (L/s)
2,24L O2 -------------------- 40 s
x --------------------------1 s
x=0,056 L
V=0,056 L.s-1
Prof. Msc. João Neto
52
9-(UFPB) Na reação de decomposição do clorato de
potássio, a seguir, verifica-se a formação de 2,24
litros de O2 em 40 segundos, medidos nas CNTP
2KClO3 2KCl + 3O2
Calcule a velocidade média de produção de O2,
expressa em:
b)grama.segundo-1 (g/s)
Prof. Msc. João Neto
53
9-(UFPB) Na reação de decomposição do clorato de
potássio, a seguir, verifica-se a formação de 2,24
litros de O2 em 40 segundos, medidos nas CNTP
2KClO3 2KCl + 3O2
Calcule a velocidade média de produção de O2,
expressa em:
b)grama.segundo-1 (g/s)
1mol O2 = 32g
32g O2 -------------------- 22,4 L
x ---------------------- 0,056 L
x=0,08 g
V=0,08 g.s-1
Prof. Msc. João Neto
54
10-(UERJ) A água oxigenada é empregada,
freqüentemente, como agente microbicida de
ação oxidante local. A liberação do oxigênio, que
ocorre durante a sua decomposição, é acelerada
por uma enzima presente no sangue. Na limpeza
de um ferimento, esse microbicida liberou, ao se
decompor, 1,6 g de oxigênio por segundo.
Nessas condições, a velocidade de decomposição
da água oxigenada, em mol/min, é igual a:
a) 6,0
c) 3,4
b) 5,4
d) 1.7
Prof. Msc. João Neto
55
2H2O2
2H2O
+
O2
2 mol ---------------------- 1 mol
2 mol ---------------------- 32g
x ------------------------1,6g
x=0,1 mol de H2O2
0,1 mol H2O2 ---------------- 1 s
y ------------------------ 60 s (1min)
y=6 mol
V=6 mol/min ou V=6 mol.min-1
Letra A
Prof. Msc. João Neto
56
11-(UFPR) No gráfico a seguir, estão representadas
as concentrações, ao longo do tempo, de quatro
substâncias — A, B, C e D — que participam de
uma reação hipotética.
Prof. Msc. João Neto
57
A partir dessas informações, julgue (V ou F) as
afirmações a seguir:
( ) As substâncias A e B são reagentes da reação.
( )A velocidade de produção de C é menor que a
velocidade de produção de A.
( )Transcorridos 50 s do início da reação, a
concentração de C é maior que a concentração de
58
Prof. Msc. João Neto
B.
( ) Nenhum produto se encontra presente no início
da reação.
( ) A mistura das substâncias A e D resulta na
produção de B.
( ) As substâncias A, B e D estão presentes no
início da reação.
Prof. Msc. João Neto
59
A partir dessas informações, julgue (V ou F) as
afirmações a seguir:
(F) As substâncias A e B são reagentes da reação.
B e D tem suas concentrações diminuídas
com o tempo. São essas substâncias,
portanto, os reagentes
Prof. Msc. João Neto
60
(V)A velocidade de produção de C é menor que a
velocidade de produção de A.
Enquanto ha produção de quase 2x10-3 molar de
A, apenas 1x10-3 molar de C formado nos 50
segundos decorridos.
Prof. Msc. João Neto
61
(V)Transcorridos 50 s do início da reação, a
concentração de C é maior que a concentração de
B.
Prof. Msc. João Neto
62
(F) Nenhum produto se encontra
presente no início da reação.
Prof. Msc. João Neto
63
(F) A mistura das substâncias A e D
resulta na produção de B.
A mistura das substâncias B e D
resultam na produção de C e A.
Prof. Msc. João Neto
64
(V) As substâncias A, B e D estão
presentes no início da reação.
Prof. Msc. João Neto
65
12-(UEPE) O gráfico a seguir representa variação de
concentração das espécies A, B e C com o tempo.
Qual das alternativas a seguir contém a equação
química
que
melhor
descreve
a
reação
representada pelo gráfico?
Prof. Msc. João Neto
66
Pelo gráfico, percebe-se que
B e C são reagentes — suas
concentrações
diminuem
com o tempo —, enquanto A
é produto (sua concentração
aumenta com o tempo).
Portanto:
bB + cC aA
0,5mol B + 1,0mol C 0,5mol A
Prof. Msc. João Neto
1B + 2C 1A
67