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1 Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias Curso: Agronomia – 1º Semestre de 2014 Disciplina: Química Geral Turma: 9352agroTP3 Docente: Profa. Dra. Luciana Maria Saran Aula Prática No 3: Cinética química 1. OBJETIVOS Estudar a influência da concentração dos reagentes, da temperatura e da presença de catalisador na velocidade de uma reação química. 2. INTRODUÇÃO A lei da ação das massas para uma reação química genérica: aA + bB cC + dD estabelece que: v = k[A] a [B] b EQ. 1 sendo: v = velocidade da reação; k = constante, específica para cada reação; [ ] = concentração molar de cada reagente. De acordo com a equação 1, constata-se que um aumento na concentração de qualquer um dos reagentes provocará aumento na velocidade de reação. Sabe-se que as partículas dos constituintes de uma solução estão em constante movimento e em função disso dispõem de energia cinética, que depende de sua massa, m e de sua velocidade, v, conforme apresentado na equação 2 a seguir. E = (mv 2 )/2 EQ. 2 Aquecendo-se a solução, estaremos fornecendo energia às partículas que a constituem e esse aumento de energia das partículas provocará aumento em sua velocidade. Com velocidade maior, o tempo que as moléculas reagentes levarão para colidir e reagir diminuirá, com consequente aumento da velocidade da reação. Na presente aula prática avaliaremos a influência da concentração dos reagentes, da temperatura e da presença de catalisador, para a reação de oxidação-redução entre solução de permanganato de potássio (violeta) e solução de ácido oxálico (incolor), uma vez que o descoramento da mistura reacional, devido a conversão do MnO4 - (violeta) à Mn 2+ (incolor), nos possibilitará medir o tempo de reação. 5C2O4 2- (aq) + 2MnO4 - (aq) + 16H + (aq) 2Mn 2+ (aq) + 10CO2(g) + 8H2O(l) 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1 Influência da concentração dos reagentes na velocidade da reação química Numere de 1 a 3, três erlenmeyers de 125 ou 250 mL. No elermeyer no 1, adicione: 10,00 mL de H2SO4(aq) 5,0 mol L -1 (com auxílio de pipeta volumétrica); 5,00 mL de H2C2O4(aq) 0,5 mol L -1 e 4,00 mL de KMnO4(aq) 0,04 mol L -1 , com o auxílio de pipeta graduada. Agite a solução resultante e anote o tempo necessário para o descoramento da mesma, a partir do instante em que a solução de KMnO4 foi adicionada. No elermeyer no 2, adicione: 10,00 mL de H2SO4(aq) 5,0 mol L -1 (com auxílio de pipeta volumétrica); 5,00 mL de H2C2O4(aq) 0,5 mol L -1 e 50,00 mL de água deionizada medidos com auxílio de proveta. Em seguida, adicione 4,00 mL de KMnO4(aq) 0,04 mol L -1 , com o auxílio de pipeta graduada. Agite a solução 2 resultante e anote o tempo necessário para o descoramento da mesma, a partir do instante em que a solução de KMnO4 foi adicionada. No elermeyer no 3, adicione: 10,00 mL de H2SO4(aq) 5,0 mol L -1 (com auxílio de pipeta volumétrica); 5,00 mL de H2C2O4(aq) 0,5 mol L -1 e 100,0 mL de água deionizada medidos com auxílio de proveta. Em seguida, adicione 4,00 mL de KMnO4(aq) 0,04 mol L -1 , com o auxílio de pipeta graduada. Agite a solução resultante e anote o tempo necessário para o descoramento da mesma, a partir do instante em que a solução de KMnO4 foi adicionada. Preencha a Tabela 1 a seguir, com o tempo necessário para o descoramento da mistura contida em cada frasco de erlenmeyer e as concentrações molares dos reagentes presentes em cada mistura reacional. Tabela 1. Tempo de reação em função das concentrações molares de H2C2O4 e KMnO4 em cada mistura reacional. Frasco H2SO4(aq) (mL) H2C2O4(aq) (mL) H2O (mL) KMnO4 (mL) [H2C2O4] (mol L -1 ) [KMnO4] (mol L -1 ) Tempo de Reação (s) 1 10,00 5,00 --- 4,00 2 10,00 5,00 50,00 4,00 3 10,00 5,00 100,0 4,00 3.2 Influência da presença de catalisador na velocidade da reação química Numere de 1 a 3, três erlenmeyers de 125 ou 250 mL. No erlenmeyer nº 1, adicione: 10,00 mL da solução de H2SO4 5,0 mol L -1 ; 5,00 mL da solução de H2C2O4 0,5 mol L -1 e 50,00 mL de água deionizada, homogeneizando bem. Em seguida, acrescente 4,00 mL da solução de KMnO4 0,04 mol L -1 , agite e anote o tempo de descoramento da mistura reacional. NÃO DESCARTE ESTA SOLUÇÃO. No erlenmeyer nº 2, adicione: 10,00 mL da solução de H2SO4 5,0 mol L -1 ; 5,00 mL da solução de H2C2O4 0,5 mol L -1 , 50,00 mL de água deionizada e 5 gotas de solução de MnSO4 0,1 mol L -1 , homogeneizando bem. Em seguida, acrescente 4,00 mL da solução de KMnO4 0,04 mol L -1 , agite e anote o tempo de descoramento da mistura reacional. No erlenmeyer nº 1, acrescente novamente 4,00 mL da solução de KMnO4 0,04 mol L -1 , agite e anote o tempo de descoramento da mistura reacional. Preencha a Tabela 2 a seguir, com o tempo necessário para o descoramento da mistura contida em cada frasco de erlenmeyer, na presença e na ausência de catalisador. Tabela 2. Tempo reacional em função da presença e da ausência de catalisador. Frasco H2SO4(aq) (mL) H2C2O4(aq) (mL) H2O (mL) KMnO4 (mL) MnSO4 (gotas) Tempo de Reação (s) 1 (1ª etapa) 10,00 5,00 50,00 4,00 ---- 2 (2ª etapa) 10,00 5,00 ---- 4,00 ---- 3 10,00 5,00 50,00 4,00 5 3.3 Influência da temperatura na velocidade da reação química Numere de 1 a 3, três erlenmeyers de 125 ou 250 mL e adicione em cada frasco 10,00 mL de H2SO4(aq) 5,0 mol L -1 ; 5,00 mL de H2C2O4(aq) 0,5 mol L -1 e 100 mL de água deionizada. 3 No erlenmeyer nº 1, adicione 4,00 mL de solução de KMnO4 0,04 mol L -1 , anote o tempo necessário para o descoramento da mesma, meça e anote a temperatura da solução. Com o auxílio de bico de Bunsen, aqueça a solução contida no erlenmeyer nº 2 (cerca de 20 °C acima da temperatura da solução contida no erlenmeyer n o 1). Em seguida, adicione 4,00 mL de solução de KMnO4, anote o tempo necessário para o descoramento da mesma, meça e anote a temperatura da solução. Com o auxílio de bico de Bunsen, aqueça a solução contida no erlenmeyer nº 3 (cerca de 30 °C acima da temperatura da solução contida no erlenmeyer n o 1). Em seguida, adicione 4,00 mL de solução de KMnO4, anote o tempo necessário para o descoramento da mesma, meça e anote a temperatura da solução. Preencha a Tabela 3 a seguir, com o tempo necessário para o descoramento da mistura contida em cada frasco de erlenmeyer e a temperatura de cada mistura reacional. Tabela 3. Tempo de reação em função da temperatura da mistura reacional. Frasco H2SO4(aq) (mL) H2C2O4(aq) (mL) H2O (mL) KMnO4 (mL) T ( o C) T ( o C) Tempo de Reação (s) 1 10,00 5,00 100 4,00 --- 2 10,00 5,00 100 4,00 20 3 10,00 5,00 100 4,00 30 4. TRATAMENTO DOS RESULTADOS 4.1 A partir dos dados presentes na Tabela 1 construa um gráfico da concentração do H2C2O4 (colocada na ordenada) versus o tempo de descoramento (lançado na abscissa). 4.2 A partir dos dados presentes na Tabela 3 construa um gráfico de temperatura da solução (lançada na abscissa) versus tempo de descoramento (lançado na ordenada). 5. QUESTÕES 5.1 a) Conceitue reação de oxidação-redução. b) Especifique o agente oxidante e o agente redutor na reação química realizada ao longo da aula prática. 5.2 a) Conceitue catalisador. b) Indique o catalisador usado na presente aula prática. 5.3 Explique: a) por que um aumento na concentração de um ou de todos os reagentes aumenta a velocidade da reação; b) por que um aumento na temperatura provoca um aumento na velocidade das reações químicas; c) o mecanismo de ação de um catalisador. 6. REFERÊNCIAS CONSULTADAS FLORENTINO, A. O.; VALENTE, J. P. S.; PADILHA, P.M. Roteiros de aulas práticas: disciplina de química geral. Botucatu, SP:Unesp Botucatu, 2013. OLIVEIRA, E. A. Aulas práticas de química. 3. ed. São Paulo:Moderna, 1993.