3ª Lista de Exercícios - Cinética Química - Físico-Química II

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5930347 – Físico-Química II (2015) 
Prof. Dr. José Maurício Rosolen 
 
3ª Lista de Exercícios 
Cinética Química 
 
1. A oxidação do peróxido de hidrogênio pelo permanganato ocorre de acordo com a reação 
 
5 H2O2 (aq) + 2 KMnO4 (aq) + 3 H2SO4 (aq) → 5O2 (g) + 2 MnSO4 (aq) + K2SO4 (aq) + 8 H2O (l) 
 
Defina a velocidade de reação em termos de cada reagente e produto. 
 
2. Considere os resultados cinéticos obtidos a partir da reação entre hemoglobina (Hb) e monóxido de 
carbono. 
 
 [HB]0 µM [CO]0 µM Velocidade Inicial (µM/s) 
1 2.21 1.00 0.619 
2 4.42 1.00 1.240 
3 3.36 2.40 2.260 
 
Determine a ordem de reação com relação à hemoglobina e monóxido de carbono e a lei de 
velocidade para essa reação. 
 
3. Para a reação e o conjunto de dados cinéticos abaixo, 
 
 
 
 [ClO2]0 µM [OH
-
]0 µM Velocidade Inicial (µM/s) 
1 0.050 0.100 5.75 × 10
-2 
2 0.100 0.100 2.30 × 10
-1 
3 0.100 0.050 1.15 × 10
-1 
 
determine a ordem de reação em relação aos reagentes e a lei de velocidade. 
 
4. Determine a lei de velocidade da reação e a constante de velocidade para a reação abaixo: 
 
com base nos resultados apresentados na tabela, 
 
 [MnO4
-
]0 M [ClO3
-
]0 M [H
+
]0 M Velocidade Inicial (M/s) 
1 0.10 0.10 0.10 5.20 × 10-3 
2 0.25 0.10 0.10 3.30 × 10-2 
3 0.10 0.30 0.10 1.60 × 10-2 
4 0.10 0.10 0.20 7.40 × 10
-3 
 
5. Considerando os dados referentes à cinética de decomposição da azida de sódio em gás nitrogênio, 
determine sua lei de velocidade incluindo a constante de velocidade. 
 
[NaN3] (mol/L) 0.500 0.473 0.378 0.286 0.216 0.163 
Tempo (s) 0 1 5 10 15 20 
 
6. Os dados de velocidade inicial para a reação do íon amônio com o íon nitreto a 25°C são 
apresentados na tabela abaixo (as concentrações são dadas em mol/L): 
 
Experimento [NH4
+
(aq)]0 [NO2
-
(aq)]0 Velocidade Inicial (mol/L.s) 
1 0.24 0.10 7.2 × 10
-6 
2 0.12 0.10 3.6 × 10
-6 
3 0.18 0.15 8.1 × 10
-6
 
 
(a) Determine a lei de velocidade para essa reação. 
(b) Qual o valor da constante de velocidade? 
 
7. A 600°C a acetona se decompõe formando uma série de produtos. Estudos de cinética dessa reação 
produziram os resultados abaixo: 
 
Experimento [Acetona] (mol/L) Velocidade Inicial (mol/L.s) 
1 6.0 × 10
-3 5.2 × 10-5 
2 9.0 × 10
-3 7.8 × 10-5 
 
(a) Determine a lei de velocidade para essa reação. 
(b) Calcule o valor da constante de velocidade. 
(c) Qual é a ordem de reação a 600°C? 
(d) Calcule a concentração de acetona após 45 minutos se a concentração inicial for de 0.01 M a 600°C. 
(e) Qual o tempo de meia-vida para essa reação? 
 
8. A 500°C, ciclopropano sofre rearranjo para propeno. A reação é de 1ª ordem com uma constante de 
velocidade de 6.7 × 10-4 s-1. 
(a) Calcule a concentração do ciclopropano após 25 minutos se a concentração inicial é 0.25 M. 
(b) Qual o intervalo de tempo necessário para um decaimento na concentração de ciclopropano de 0.150 
M para 0.050 M a 500°C? 
 
9. A química atmosférica envolve moléculas altamente reativas com número ímpar de elétrons, como o 
radial hidroxiperoxil que se decompõe formando oxigênio 
 
 
 
Considere dados cinéticos referentes à reação de decomposição do radical hidroxiperoxil a 25°C: 
 
[HO2](µmol/L) 8.5 5.1 3.6 2.6 1.8 1.1 
Tempo (s) 0 0.6 1.0 1.4 1.8 2.4 
 
(a) Prove que a reação é de 1ª ordem com relação ao radical hidroxiperoxil. 
(b) Calcule a constante de velocidade e o tempo de meia-vida da reação. 
 
10. Deduza a lei de velocidade para a decomposição do pentóxido de dinitrogênio 
 
 
 
baseado no seguinte mecanismo proposto para a reação: 
 
 
11. Considere os dados cinéticos para a seguinte reação: 
S2O8
2-(aq) + 3I-(aq)  2SO4
2-(aq) + I3
-(aq) 
 
Experimento [S2O8
2-
] 
(mol/L) 
[I
-
] 
(mol/L) 
Velocidade Inicial 
(mol/L.s) 
1 0.038 0.060 1.5 x 10
-5 
2 0.076 0.060 2.8 x 10
-5 
3 0.038 0.120 2.9 x 10
-5 
 
(a) Calcule a ordem de reação em relação à cada reagente e escreva a lei de velocidade para a reação. 
(b) Calcule a constante de velocidade e a velocidade da reação quando a concentração de ambos os 
reagentes é 0.050 mol/L. 
12. As etapas elementares de uma reação (com as constantes de velocidade) são dadas: 
 
A + B → C k1 
C → D k2 
D → B + E k3 
 
Determine a velocidade de surgimento do produto E. 
 
13. A decomposição térmica do acetaldeído foi medido à duas temperaturas. Para T = 700 K, a taxa deste 
processo de segunda ordem foi de 0.011 (mol/L)-1s-1 e para T = 760 K velocidade foi de 0.105 
(mol/L)-1s-1. Use esses dados para estimar a energia de ativação e o fator de pré-exponencial. 
 
14. Iodeto de hidrogênio se decompõe formando uma mistura de hidrogênio e iodo: 
 
 
 
Use os seguintes dados para determinar se a decomposição de HI em fase gasosa é de primeira 
ordem ou de segunda ordem em relação ao iodeto de hidrogênio. 
 
Experimento [HI] (M) Velocidade Inicial (mol/L.s) 
1 1.0 × 10
-2 4.0 × 10-6 
2 2.0 × 10
-2 1.6 × 10-5 
3 3.0 × 10
-2 3.6 × 10-5 
 
15. O cloreto de sulfurila se decompõe de acordo com a reação: 
 
SO2Cl2 (g)  SO2 (g) + Cl2 (g) 
 
Determine a ordem de reação em relação ao cloreto de sulfurila de acordo com os dados abaixo: 
 
[SO2Cl2]0 mol/dm³ 0.10 0.37 0.76 1.22 
ʋ0 mol/dm³.s¹ 2.24 × 10
-6 8.29 × 10-6 1.71 × 10-5 2.75 × 10-5 
 
Calcule a constante de velocidade para essa reação a 298.15 K. 
 
16. As constantes de velocidades das reações direta e inversa do seguinte equilíbrio foram medidas. A 
25°C, kd é 7.3 × 10³ M/s e ki é 0.55 M/s. Calcule a constante de equilíbrio para a reação. 
 
ClNO2(g) + NO(g) NO2(g) + ClNO(g) 
 
 
17. Considere a reação catalisada por base 
 
OCl- (aq) + I- (aq)  OI- (aq) + Cl- (aq) 
 
Use os dados de velocidade inicial para determinar a lei de velocidade e a constante de velocidade 
correspondente para essa reação. 
 
 [OCl
-
]0 
mol/dm³ 
[I
-
]0 
mol/dm³ 
[OH
-
]0 
mol/dm³ 
Velocidade Inicial 
(mol/dm³.s¹) 
1 1.62 × 10
-3 1.62 × 10-3 0.52 3.06 × 10-4 
2 1.62 × 10
-3 2.88 × 10-3 0.52 5.44 × 10-4 
3 2.71 × 10
-3 1.62 × 10-3 0.84 3.16 × 10-4 
4 1.62 × 10
-3 2.88 × 10-3 0.91 3.11 × 10-4 
 
 
 
 
 
 
18. A reação de substituição nucleofílica 
 
PhSO2SO2Ph (sln) + N2H4 (sln)  PhSO2NHNH2 (sln) + PhSO2H (sln) 
 
foi estudada em solução de ciclo-hexano a 300 K. A lei de velocidade é de 1ª ordem com relação a 
PhSO2SO2Ph. Para uma concentração inicial de PhSO2SO2Ph igual a 3.15 × 10
-5
 mol/dm³, os 
seguintes resultados foram obtidos. Determine a lei e a constante de velocidade para essa reação. 
 
[N2H4]0 (10
-2
 mol/dm³) 0.5 1.0 2.4 5.6 
ʋ0 (mol/dm³.s¹) 0.085 0.17 0.41 0.95 
 
19. O nitrato de uranila se decompõe de acordo com 
 
UO2(NO3)2 (aq)  UO3 (s) + 2 NO2 (g) + ½ O2 (g) 
 
Calcule a constante de velocidade para essa reação a 350°C. 
 
[UO2(NO3)2](mol/dm³) 0.03802 0.02951 0.02089 0.01259 0.00631 0.00191 
Tempo (s) 0 6.0 10.0 17.0 30.0 60.0 
 
20. As constantes de velocidade experimentais para a reação descrita por 
 
OH (g) + ClCH2CH2Cl (g)  H2O (g) + ClCHCH2Cl (g) 
 
a várias temperaturas são tabuladas abaixo 
 
T (K) 292 296 321 333 343 363 
ʋ0 (dm³/mol.s) 1.24 1.32 1.81 2.08 2.29 2.75 
 
Determine os valores de parâmetros de Arrhenius para essa reação. 
 
21. Os parâmetros de Arrhenius para a reação 
 
HO2 (g) + OH (g)  H2O (g) + O2 (g) 
 
são A = 5.01 × 1010 dm³/mol.s e Ea = 4.18 kJ/mol. Determine o valor da constante de velocidade 
dessa reação a 298 K. 
 
22. Azometano, C2H6N2, se decompõe para produzir etano, C2H6 e nitrogênio, N2: 
 
C2H6N2(g) → C2H6(g) + N2(g) 
 
Com basenos resultados de uma série de experimentos à mesma temperatura mostrados abaixo, 
determine a ordem da reação, a constante de velocidade e a lei de velocidade. 
 
Experimento [Azometano]0 (M) Velocidade Inicial (M.min) 
1 0.02 0.0003 
2 0.04
 0.0006 
 
23. A dimerização de butadieno 
2C4H6(g) → C8H12(g) 
 
foi estudada a 500 K e os dados experimentais são apresentados ao lado. 
(a) Determine a lei de velocidade para essa reação. 
(b) Determine a constante de velocidade. 
(c) Calcule o tempo de meia-vida para essa reação. 
 
 
 
24. Observa-se que a lei de velocidade para a reação aquosa 
 
H+ + HNO2 + C6H5NH2 
 
 C6H5N2
+ + 2H2O 
 
catalisada por brometo, é ν = k[H+][HNO2][Br
-]. Um mecanismo proposto é 
 
H+ + HNO2 H2NO2
+ k1, k-1 equilíbrio rápido 
H2NO2
+ + Br-  ONBr + H2O k2 lenta 
ONBr + C6H5NH2  C6H5N2
+ + H2O + Br
- k3 rápida 
 
Obtenha a lei de velocidade para o mecanismo proposto e relacione a constante de velocidade 
observada experimentalmente com as constantes de velocidade no mecanismo sugerido. 
 
25. Para a reação H2O2 + 2H
+ + 2I-  I2 + 2H2O em solução aquosa ácida, a lei de velocidade 
 
 
 
indica que a reação avança através de dois mecanismos simultâneos. Admita que um mecanismo é 
 
 
 
Verifique que esse mecanismo fornece a reação global correta. Determine a lei de velocidade prevista 
pelo mecanismo. 
 
26. Se a reação 
 
segue o seguinte mecanismo 
 
use a aproximação do estado estacionário para derivar a lei de velocidade. 
 
27. Determine a lei de velocidade para a reação descrita pelo mecanismo 
 
 
 
assumindo que a terceira etapa é a etapa determinante da velocidade. 
 
28. Uma reação de 1ª ordem é 24.0% completa em 19.7 minutos. Quanto tempo demorará para que a 
reação seja 85.5% completa? Determine a constante de velocidade da reação. 
 
29. Peróxido de hidrogênio se decompõe em água via reação de 1ª ordem. Uma solução 0.156 mol/dm³ 
de peróxido de hidrogênio em água apresenta uma velocidade inicial de reação de 1.4 × 10-5 mol/dm³ 
s¹. Calcule a constante de velocidade para a reação de decomposição e o tempo de meia-vida da 
reação de decomposição. 
 
 
 
 
 
 
GABARITO 
 
1. v(t) = - ½ d[KMnO4]/dt = -1/3 
d[H2SO4]/dt = -1/5 d[H2O2]dt = ½ 
d[MnSO4]/dt = 1/8 d[H2O]/dt = 
1/5 d[O2]/dt = d[K2SO4]/dt 
2. v = k[Hb][CO] 
k = 0.28 L/mol.s 
3. v = k[OCl2]²[OH-] 
k = 230 M/s 
4. v = k[MnO4
-]²[Cl-][H+]0.5 
k = 16.4 M/s 
5. k = 0.056 s
-1 6. 
(a) v = k[NH4
+][NO2
-] 
(b) k = 3 × 10-4 L/mol.s 
7. 
(a) v = k[acetona] 
(b) 8.7 × 10-3 s-1 
(c) 1 ª ordem 
(d) 6.9 × 10-13 M 
(e) 80 s 
8. (a) 0.09 M 
(b) 27 min 
9. 
(b) 0.8 s-1 e 0.8 s. 
10. 
 
11. (a) v = k[S2O8
2-][I
-
] 
(b) k = 6.6 x 10-3 L.mol-1.s-1 
 v = 1.6 x 10-5 L/mol.s 
12. k3[D] = k2[C] = k1[A][B] = d[E]/dt 
13. Ea = 166611 J/mol 14. v = k[HI]
2 
 
15. v = k[SO2Cl2] 
k = 2.25 × 105 s-1 
16. K = 1.32 × 10
4 17. k = 60.6 s
-1 
v = k([OCl-][I-]/[OH-]) 
18. k = 5.4 × 10
5 dm³/mol.s 
19. k = 5.05 × 10
-2 min-1 20. A = 7.37 × 10
9 dm³/mol.s 
Ea = 9.90 kJ/mol 
21. k = 9.27 × 10
9 dm³/mol.s 
22. v = k[azometano] 
k = 0.015 min-1 
23. 
(a) v = k [C4H6]
2 
(b) k = 0.0142 L/mol.s 
(c) 4217 s 
24. 
 
25. 
 
26. 
 
27. 
 
28. k = 1.39 × 10
-2min-1 
t = 139 min 
29. k = 7.31 × 10
-5 s-1 
t = 9.48 × 10³ s