Prova 2

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Prova 2 – Físico-Química 
1) Em um minuto, quantas colisões uma molécula de N2 ( = 0,43nm2) sofre quando a temperatura do gás é de 20ºC e a pressão é de 0,8atm? Dado: Massa molar do N2 = 28g/mol. 
t = 60s						 _				 _ _
T = 293K 					C = (8.R.T/.M)½ 		 Crel = 2½ . C	
P = 0,8.105Pa				 _ _
 = 0,43.10-18m2 C = (8.8,314.293/.28.10-3)½ Crel = 665,65m/s
					 _
					 C = 470,07m/s 			5,66.109s-1 ---- 1s
 _
z = .Crel.P	z = 0,43.10-18.665,65.0,8.105		z = 5,66.109s-1		n ------------- 60s
 K.T		 1,38.10-23. 293 					 
									 n = 3,4.1011 colisões por minuto
		
2) Uma câmara de efusão tem um orifício circular com diâmetro de 3.00mm. Se a massa molar do sólido da câmara for de 300g/mol e a pressão de vapor for de 0,224Pa a 450K, de quanto diminuirá a massa de sólido em um período de um dia? 
d = 3,00.10-3m			Ve = __P.A0.NA_____				1,13.1016 ------- 1s
MM = 300g/mol		 (2..M.R.T) ½ 				 x -------------- 86400s (um dia)
P = 0,224Pa 									x = 9,81.1020 partículas 
T = 450K			Ve = 0,224..(3,00.10-3/2)2.6,02.1023
t = 1dia = 86400s 			(2..300.10-3.8,314.450)½		 9,81.1020 partículas ---- m
				Ve = 1,13.1016Hz				 6,02.1023 ----------------- 300g
											m = 0,49g
3) Os dados tabela seguinte aplicam-se à reação de formação da uréia a partir do cianato de amônio, NH4CNO ( NH2CONH2. No estado inicial, 22,9g de cianato de amônio estão dissolvidos em água suficiente para completar 1,00dm3 de solução. Determine a ordem da reação, a constante de velocidades e a massa de cianato de amônio remanescente depois de 300 minutos de reação. 
t/s			0	1200	3000	3900	9000
t/min			0	20,0	50,0	65,0	150,0
m(uréia)/g		0	7,0	12,1	13,8	17,7
m(cianato)inicial/g	0 	15,9	10,8	9,1	5,2	
Supondo reação de Ordem Zero:
[NH4CNO] = [NH4CNO]0 – K1.t1		[NH4CNO] = [NH4CNO]0 – K2.t2
 [15,9] = [22,9].K1.1200 			 [10,8] = [22,9] – K2.3000
 K1 = 5,83.10-3 				 K2 = 4,03.10-3
Como K1 ≠ K2, sabe-se que a reação não é de Ordem Zero. 
Supondo reação de 1ª Ordem:
ln[NH4CNO] = ln[NH4CNO]0 – K1.t1		ln[NH4CNO] = ln[NH4CNO]0 – K2.t2
 ln[15,9] = ln[22,9].K1.1200 			 ln[10,8] = ln[22,9] – K2.3000
 K1 = 3,04.10-4 s-1 				 K2 = 2,05.10-4 s-1
Como K1 ≠ K2, sabe-se que a reação não é de 1ª Ordem. 
Supondo reação de 2ª Ordem:
1/[NH4CNO] = 1/[NH4CNO]0 – K1.t1		1/[NH4CNO] = 1/[NH4CNO]0 – K2.t2
 1/[15,9] = 1/[22,9].K1.1200 			 1/[10,8] = [22,9] – K2.3000
 K1 = 1,63.10-5L.mol-1s-1 				 K2 = 1,63.10-5L.mol-1s-1 	
Como K1 = K2, sabe-se que a reação é de 2ª Ordem.
O valor da constante então é 1,63.10-5L.mol-1s-1 . A lei da velocidade é V = K [NH4CNO]2.
Calculando a massa remanescente:
1/[ ] = 1/[22,9]. 1,63.10-5.300.60
[ ] = 3,02g/L 
massaremanescente = 3,02g 
4) A constante de velocidade da decomposição de uma certa substância é de 1,70.10-2dm3.mol-1s-1 a 24ºC e 2,01.10-2dm3.mol-1.s-1 a 37ºC. Estime os parâmetros de Ahhrhenius da reação. 
K1 = 1,70.10-2dm3.mol-1. s-1		K1 = 2,01.10-2dm3.mol-1. s-1	A = ?
T1 = 24ºC ( T1 = 297K 		T2 = 37ºC ( T2 = 310K	EA = ? 
ln (K2/K1) = - EA/R. (1/T2 – 1/T1) 					K1 = A. e-EA/R.T1
ln (2,01.10-2/1,70.10-2) = - EA/8,314. (1/310 – 1/397) 			1,70.10-2 = A.e-9863,2/8,314.397
EA = 9863,2J ou EA = 9,8632kJ 					 A = 0,923dm3.mol-1. s-1 
5) Discuta e prove a seguinte sentença: a etapa determinante da velocidade é a etapa mais lenta de uma reação. 
 Ka Kb
A ( I ( P 
 
Considera-se Kb >>Ka. 
d[I]/dt = Ka.[A] – Kb.[I]			d[P]/dt = Kb.[I]
Aproximação do Estado Estacionário –– d[I]/dt ( 0.
0 = Ka.[A] – Kb.[I]				d[P]/dt = Kb.[I]
[I] = Ka.[A]/Kb					d[P]/dt = Kb.Ka.[A]/Kb	
						d[P]/dt = Ka.[A] ( a etapa lenta é que determina a velocidade da reação.
6) Para a decomposição térmica do etanal foi proposto o seguinte mecanismo:
(a) CH3CHO ( .CH3 + .CHO
VI = KI .[CH3CHO]
(b) .CH3 + CH3CHO ( CH4 + CH3CO.
VP = KP.[.CH3].[CH3CHO]
(c) CH3CO. ( .CH3 + CO 
VP’ = KP’.[CH3CO.] 
(d) .CH3 + .CH3 ( CH3CH​3
VT = KT.[.CH3]2 
Determine a expressão de formação do metano e do desaparecimento do etanal. 
d [.CH3]/dt = KI .[CH3CHO] – KP.[.CH3].[CH3CHO] + KP’.[CH3CO.] – 2.KT.[.CH3]2
d [CH3CO.]/dt = KP.[.CH3].[CH3CHO] – KP’.[CH3CO.]
Aproximação do Estado Estacionário. 				Formação do Metano:
d [.CH3]/dt + d [CH3CO.]/dt = 0 				d[CH4]/dt = KP.[.CH3].[CH3CHO]
KI .[CH3CHO] – 2.KT.[.CH3]2 = 0 			d[CH4]/dt = KP. (KI/2KT)½.[CH3CHO]½ .[CH3CHO]
[.CH3] = (KI/2KT)½.[CH3CHO]½ 				d[CH4]/dt = KAP.[CH3CHO]3/2
Desaparecimento do etanal: 
d [CH3CHO]/dt = – KI .[CH3CHO] – KP.[.CH3].[CH3CHO]
d [CH3CHO]/dt = – KI .[CH3CHO] – KP.(KI/2KT)½.[CH3CHO]½ .[CH3CHO]
d [CH3CHO]/dt = – KI .[CH3CHO] – KAP.[CH3CHO]3/2