Exercícios ATKINS Cap. 14

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Exercícios de Sala Cap 14 - Cinética 
 
Exemplo 14.1 - Cálculo da velocidade média de uma reação 
Suponha que estamos estudando a reação 2 HI (g) → H2 (g) + I2 (g) e que descobrimos que no 
intervalo de 100 s a concentração de HI decresceu de 4,00 mmol·L–1 3,50 mmol·L–1. Qual é a 
velocidade média da reação? 
 
Teste 14.1A - A reação 2 HI (g) → H2 (g) + I2 (g) (g) foi conduzida em temperatura elevada e a 
concentração de HI decresceu de 6,00 mmol·L-1 para 4,20 mmol·L-1 em 200. s. Qual foi a velocidade 
média de reação? 
 
Teste 14.1B A - hemoglobina (Hb) transporta oxigênio em nosso organismo na forma de um 
complexo: Hb (aq) + O2 (aq) → HbO2 (aq). Em uma solução de hemoglobina exposta ao oxigênio, a 
concentração de hemoglobina caiu de 1,2 nmol.L-1 (1 nmol = 10-9 mol) para 0,80 nmol.L-1 em 0,10 
µs. Qual foi a velocidade média com que a hemoglobina reagiu com oxigênio naquela solução, em 
milimols por litro por microssegundo? 
 
Teste 14.2A - A velocidade média da reação N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g), durante um certo tempo, 
é registrada como 1,15 (mmol NH3)·h–1. (a) Qual é a velocidade média, no mesmo período de tempo, 
em termos do desaparecimento de H2? (b) Qual é a velocidade média única? 
 
Teste 14.2B - Examine a reação do Exemplo 14.1. Qual é (a) a velocidade média de formação de H2 
na mesma reação e (b) a velocidade média única, ambas no mesmo período de tempo? 
 
 
Teste 14.3A - Ao dobrarmos a concentração de NO, a velocidade da reação 2 NO(g) → O2 
(g) 2 NO2(g) aumenta 4 vezes. Ao dobrarmos as concentrações de NO e de O2 a velocidade 
aumenta 8 vezes. Quais são (a) a ordem dos reagentes, (b) a ordem total da reação e (c) as unidades 
de k, se a velocidade for expressa em mols por litro por segundo? 
Resposta: (a) Segunda ordem em NO, primeira ordem em O2 (b) terceira ordem no total; 
(c) L2mol-2s-1 
 
Teste 14.3B - Quando a concentração de 2-bromo-2-metil-propano, C4H9Br, dobra, a velocidade da 
reação C4H9Br (aq) + OH- → C4H9OH(aq) + Br-(aq) aumenta 2 vezes. Quando as concentrações de 
C4H9Br e OH– dobram, o aumento da velocidade é o mesmo, isto é, um fator de 2. Quais são (a) a 
ordem dos reagentes, (b) a ordem total da reação e (c) as unidades de k, se a velocidade foi expressa 
em mols por litro por segundo? 
 
Exemplo 14.2 - Determinação das ordens de reação e das leis de velocidade a partir de dados 
experimentais 
Quatro experimentos foram realizados para descobrir como a velocidade inicial de consumo de íons 
BrO3– na reação BrO3- (aq) + 5 Br- (aq) + 6 H3O+ (aq) → 3 Br2(aq) + 9 H2O(l) varia quando as 
concentrações dos reagentes variam. (a) Use os dados experimentais da tabela a seguir para 
determinar a ordem da reação para cada reagente e a ordem total. (b) Escreva a lei de velocidade 
da reação e determine o valor de k. 
 
 
Teste 14.4A - A reação 2 NO(g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) ocorre quando a exaustão dos automóveis 
libera NO na atmosfera. Escreva a lei de velocidade do consumo de NO e determine o valor de k, 
sabendo que: 
 
 
 
Teste 14.4B - O gás, muito tóxico, cloreto de carbonila, COCl2 (fosgênio), é usado na síntese de 
muitos compostos orgânicos. Escreva a lei de velocidade e determine o valor de k da reação usada 
para produzir o cloreto de carbonila, CO(g) + Cl2 (g) → COCl2 (g), em uma determinada temperatura: 
 
 
 
 
Exemplo 14.3 - Cálculo da concentração a partir da lei de velocidade integrada de primeira 
ordem. 
Que concentração de N2O5 permanece 10,0 min (600. s) após o início da decomposição (reação A), 
em 65ºC, sabendo que a concentração inicial era 0,040 mol·L–1? Veja a Tabela 14.1 para a lei de 
velocidade. 
 
Teste 14.5A - A lei de velocidade para a decomposição 2 N2O(g) → 2 N2(g) + O2(g) é Velocidade de 
decomposição de N2O = k[N2O]. Calcule a concentração de N2O que permanece após 100 ms, em 
780ºC, sabendo que a concentração inicial de N2O era 0,20 mol·L–1 e k = 3,4 s–1. 
[Resposta: 0,14 mol·L–1] 
 
Teste 14.5B - Calcule a concentração de ciclo-propano, C3H6, que permanece na isomerização de 
primeira ordem ao isômero propeno: C3H6 → CH3-CH=CH2 (g) após 200 s, em 773 K, sabendo que a 
concentração inicial de C3H6 era 0,100 mol·L–1 e k = 6,7 x 10–4 s–1. A lei de velocidade é Velocidade 
de decomposição de C3H6 = k [C3H6]. 
 
Exemplo 14.4 - Medida da constante de velocidade 
Quando o ciclo-propano (C3H6) é aquecido em 500.ºC (773 K), ele se transforma no isômero propeno. 
Os dados da tabela mostram as concentrações de ciclo-propano medidas em vários instantes 
diferentes, após o início da reação. Confirme que a reação é de primeira ordem em C3H6 e calcule a 
constante de velocidade. 
 
 
Teste 14.6A - Alguns dados da decomposição de N2O5, em 25ºC, são 
 
Confirme que a reação é de primeira ordem e determine o valor de k da reação N2O5 (g) → Produtos. 
 
Teste 14.6B - O azometano, CH3N2CH3, decompõe-se nos gases etano e nitrogênio na reação 
CH3N2CH3 (g) → CH3CH3 (g) + N2(g). A reação foi acompanhada, em 460. K, pela medida da pressão 
parcial do azometano em vários instantes: 
 
Confirme que a reação é de primeira ordem, na forma velocidade + kP, em que P é a pressão parcial 
do azometano, e determine o valor de k. 
 
Exemplo 14.5 - Cálculo do tempo necessário para que uma concentração mude de certo valor 
Regressão linear na calculadora 
1. Apertar Shift + MODE - 3(All) - IGUAL 
2. Apertar MODE - 3(REG) – 1(Lin) 
3. Colocar um par de valores de X e Y e apertar M+. Repetir para todos os valores de 
X e Y. 
4. Apertar Shift + S-VAR(2) – seta para a direita 2 vezes. Obter os valores de A, B e 
R. Apertando o número equivalente e =. 
 
Uma amostra de N2O5 entra em decomposição como na reação A, N2O5 (g) → 4 NO2 (g) + O2. Qual 
é o tempo necessário para que a concentração de N2O5 caia de 20. mmol·L–1 para 2,0 mmol·L–1, 
em 65ºC? Use os dados da Tabela 14.1. 
 
Teste 14.7A - Qual é o tempo necessário para que a concentração decresça até 1,0% do valor inicial 
em uma reação de primeira ordem, da forma A produtos, com k = 1,0 s–1? 
 
Teste 14.7B - O ciclo-propano sofre isomerização a propeno em um processo de primeira ordem. 
Qual é o tempo necessário para que a concentração de ciclo-propano decresça de 1,0 mol·L–1 para 
0,0050 mol·L–1 , em 500.ºC? Use os dados da Tabela 14.1. 
 
Exercício extra - Em certa reação A → B, obtivemos os seguintes dados de concentração em função 
do tempo. 
T(min) 0 20 60 140 300 
[A](mol/L 2,0 1,0 0,5 0,25 0,125 
Mostrar que a reação é de 2ª ordem e calcular o valor da constante de velocidade. 
 
14.32 – Os dados a seguir foram obtidos para a reação H2 (g) + I2 (g) → 2 HI (g), em 780 K. (a) Use 
programas de computação gráfica para lançar os dados em gráfico apropriado e determinar a ordem 
da reação. (b) Determine, a partir do gráfico, a constante de velocidade do desaparecimento de I2. 
 
 
Exemplo 14.6 - Uso da meia-vida para calcular a quantidade de reagente que não reagiu 
Em 1989, um adolescente em Ohio foi envenenado com vapor de mercúrio derramado. O nível de 
mercúrio determinado em sua urina, que é proporcional a sua concentração no organismo, foi de 
1,54 mg·L-1. O mercúrio(II) é eliminado do organismo por um processo de primeira ordem que tem 
meia-vida de 6 dias (6 d). Qual seria a concentração de mercúrio(II) na urina do paciente, em 
miligramas por litro, após 30 dias (30 d), se medidas terapêuticas não fossem tomadas? 
 
Teste 14.8A - Em 1972, trigo contaminado com metil-mercúrio foi liberado para consumo humano 
no Iraque, resultando em 459 mortes. A meia-vida do metil-mercúrio no organismo é 70 d. Quantos 
dias são necessários para que a quantidade de metil-mercúrio caia a 10% do valor inicial após 
ingestão? 
 
Teste 14.8B- Descobriu-se que o solo, nas proximidades da instalação de processamento nuclear 
em Rocky Flats, no Colorado, Estados Unidos, estava contaminado com plutônio-239, radioativo, 
cuja meia-vida é 24 ka (2,4 x 104 anos). A terra foi colocada em tambores para armazenamento. 
Quantos anos serão necessários para que a radioatividade caia a 20% do seu valor inicial? 
 
Teste 14.9A - Calcule (a) o número de meias-vidas e (b) o tempo necessário para que a concentração 
de N2O caia a 1/8 do seu valor inicial em uma decomposição de primeira ordem, em 1000. K. Consulte 
a Tabela 14.1 para a constante de velocidade. 
 
Teste 14.9B - Calcule (a) o número de meias-vidas e (b) o tempo necessário para que a concentração 
de C2H6 caia a 1/16 do seu valor inicial, quando ele se dissocia em radicais CH3, em 973 K. Consulte 
a Tabela 14.1 para a constante de velocidade. 
 
Exemplo 14.7 - Estabelecimento da lei de velocidade total a partir de um mecanismo proposto 
Como vimos na Seção 14.3, a seguinte lei de velocidade foi proposta para a decomposição do ozônio 
na reação E (Seção 14.3), 2 O3(g) → 3 O2(g): 
 
O seguinte mecanismo foi proposto: 
 
As medidas das velocidades das reações elementares diretas mostram que a etapa mais lenta é a 
segunda etapa, o ataque de O a O3. A reação inversa, O2 + O2 → O + O3, é tão lenta que pode ser 
ignorada. Deduza a lei de velocidade decorrente desse mecanismo e confirme se ela concorda com 
a lei observada. 
 
Teste 14.11A - Examine o seguinte mecanismo de formação de uma hélice dupla de DNA a partir 
das fitas A e B: 
 
Deduza a equação de velocidade da formação da hélice dupla estável e expresse a constante de 
velocidade da equação total em termos das constantes de velocidade de cada etapa. 
 
Teste 14.11B - O mecanismo em duas etapas proposto para uma reação é H2A + B → BH+ + HA- e 
sua reação inversa, ambas rápidas, seguidas por HA- + B → BH+ + A2-, que é lenta. Encontre a lei 
de velocidade, considerando HA– como o intermediário. 
 
14.50 - O mecanismo proposto para a oxidação do íon iodeto pelo íon hipoclorito em água é: 
 
Escreva a lei de velocidade de formação de HIO correspondente a esse mecanismo. 
 
14.52 - Quando a velocidade da reação 2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g) foi estudada, descobriu-se que 
a velocidade dobrava quando a concentração de O2 dobrava, mas ela quadruplicava quando a 
concentração de NO dobrava. Qual dos seguintes mecanismos está de acordo com essas 
observações? Explique seu raciocínio. 
 
 
Exemplo 14.8 - Medida de uma energia de ativação 
A constante de velocidade da reação de segunda ordem entre bromoetano e íons hidróxido em água, 
C2H5Br(aq) + OH-(aq) → C2H5OH(aq) + Br-(aq), foi medida em várias temperaturas, com os seguintes 
resultados: 
 
Determine a energia de ativação da reação. 
 
Teste 14.12A – A constante de velocidade da reação de segunda ordem em fase gás HO(g) + H2(g) 
→ H2O(g) + H(g) varia com a temperatura como: 
 
Determine a energia de ativação. 
 
Teste 14.12B – A velocidade de uma reação aumentou de 3,00 mol·L–1·s–1 para 4,35 mol·L–1·s–1 
quando a temperatura foi elevada de 18ºC para 30ºC. Qual é a energia de ativação da reação? 
 
Exemplo 14.9 – Uso da energia de ativação para predizer uma constante de velocidade 
A hidrólise da sacarose é parte do processo digestivo. Para investigar a forte variação da velocidade 
de acordo com a temperatura de nosso corpo, calcule a constante de velocidade da hidrólise da 
sacarose, em 35,0ºC, sabendo que k = 1,0 mL·mol–1·s–1, em 37ºC (temperatura normal do corpo) e 
que a energia de ativação da reação é 108 kJ·mol–1. 
 
Teste 14.13A - A constante de velocidade da reação de segunda ordem entre CH3CH2Br e OH–, em 
água, é 0,28 mL·mol–1·s–1, em 35,0ºC. Qual é o valor da constante, em 50,0ºC? Consulte a Tabela 
14.4 para os dados. 
 
Teste 14.13B - A constante de velocidade da isomerização de primeira ordem de ciclopropano, C3H6, 
a propeno, CH3CH=CH2, é 6,7 x 10–4 s–1, em 500.ºC. Qual é seu valor em 300.ºC? Consulte a Tabela 
14.4 para os dados.