Cinética Química Exercícios_2014

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
PR
 
Ministério da Educação 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
Gerência de Ensino e Pesquisa 
Departamento Acadêmico de Química e Biologia 
Ensino Superior - Bacharelado em Química - Prof. Luiz Alberto 
CINÉTICA QUÍMICA 
1. A reação de acetato de fenila com água, na presença de catalisador, produz ácido acético e fenol de acordo com 
a equação: H3CCOOC6H5 + H2O  H3CCOOH + C6H5OH. 
 Os seguintes dados de concentração de acetato de fenila, [A], em função do tempo de reação, t, foram obtidos 
na temperatura de 5 °C: 
 
t (s) 0 15 30 45 60 75 90 
[A] em mol.L
-1
 0,80 0,59 0,43 0,31 0,23 0,17 0,12 
 Com esses dados, calcule a velocidade média da reação, em mol.L
-1
.min
-1
, no intervalo de 15 a 60 s e no 
intervalo de 0 a 75 s. 
 
2. O ferro (Fe) reage com ácido clorídrico (HCℓ) de acordo com a equação: Fe(s) + 2 HCℓ (aq)  FeCℓ2(aq) + H2(g). A 
concentração de HCℓ, em função do tempo, foi medida e os valores obtidos foram tabelados: 
t (min) 0 5 8 
[HCℓ] em mol.L
-1 0,200 0,115 0,100 
 Calcule a velocidade média da reação, em mol.L
-1
.min
-1
, no intervalo de 5 a 8 min. 
 
3. Tetróxido de dinitrogênio se decompõe rapidamente em dióxido de nitrogênio, em condições ambientais, de 
acordo com a equação: N2O4(g)  2 NO2(g). 
 A tabela mostra parte dos dados obtidos no estudo cinético dessa reação: 
t (s) [N2O4]; mol.L-1 [NO2]; mol.L-1 
0 0,050 0 
20 0,033 x 
40 y 0,050 
 Calcule os valores de x e de y na tabela e a velocidade média de consumo de N2O4, em mol.L
-1
.s
-1
, nos 20 s 
iniciais. 
 
4. A camada de ozônio na atmosfera é um filtro solar natural que protege o ser humano da radiação ultravioleta que 
pode causar câncer de pele e catarata no globo ocular. O ozônio pode desaparecer a partir da seguinte reação: 
2 O3(g)  3 O2(g). 
 Se a velocidade de formação do O2, [O2]/t, for 9,0 x 10
-4
 mol.L
-1
.s
-1
 num certo instante, calcule o valor da 
velocidade de desaparecimento do O3, -[O3]/t, em mol.L
-1
.s
-1
, no mesmo instante. 
 
5. A velocidade de uma reação é expressa em mol.L
-1
.s
-1
. Se as concentrações são medidas em mol.L
-1
 e o tempo 
em segundos, quais são as unidades da constante de velocidade para: 
 a) uma reação de primeira ordem; 
 b) uma reação de segunda ordem; 
 c) uma reação de terceira ordem. 
 
6. Para a reação entre cloro gasoso e óxido nítrico gasoso: 2 NO(g) + Cℓ2(g)  2 NOCℓ(g), acha-se que dobrando a 
concentração de ambos os reagentes, a velocidade aumenta de um fator de oito, mas dobrando apenas a 
concentração de cloro a velocidade duplica. 
 Qual é a ordem de reação em relação ao NO e ao Cℓ2? 
 
7. Os dados da tabela abaixo se referem à reação química A + B + C  X, realizada a 25 °C. 
Experiência 
CA inicial 
(mol.L
-1
) 
CB inicial 
(mol.L
-1
) 
CC inicial 
(mol.L
-1
) 
Vinicial 
(mol.L
-1
.s
-1
) 
1 0,5 0,5 0,5 1,5 x 10
-2
 
2 0,5 1,0 0,5 1,5 x 10
-2
 
3 0,5 1,0 1,0 6,0 x 10
-2
 
4 1,0 0,5 0,5 3,0 x 10
-2
 
5 1,0 1,0 1,0 1,2 x 10
-1
 
 Determine: 
 a) a lei de velocidades para a reação; 
 b) a velocidade da reação quando CA = 2,0 mol.L
-1
, CB = 3,0 mol.L
-1
 e CC = 2,0 mol.L
-1
. 
 
 
 
8. Os dados da tabela abaixo se referem à reação 3 A + B + C  A2B + AC, realizada a 25 °C. 
 
Experiência 
CA inicial 
(mol.L
-1
) 
CB inicial 
(mol.L
-1
) 
CC inicial 
(mol.L
-1
) 
Vinicial 
(mol.L
-1
.s
-1
) 
1 0,5 0,5 0,5 2,0 x 10
-2
 
2 0,5 0,5 1,0 2,0 x 10
-2
 
3 0,5 1,0 0,5 4,0 x 10
-2
 
4 1,0 0,5 0,5 8,0 x 10
-2
 
 Determine: 
 a) a lei de velocidades para a reação; 
 b) a constante de velocidade da reação; 
 c) a velocidade da reação quando as concentrações de cada uma das substâncias reagentes forem iguais a 2,0 
mol.L
-1
. 
 
9. A tabela abaixo refere-se à reação 2 NO(g) + Cℓ2(g)  2 NOCℓ(g), realizada nas condições ambientais. 
[NO] inicial 
(mol.L
-1
) 
[Cℓ2] inicial 
(mol.L
-1
) 
Vinicial 
(mol.L
-1
.s
-1
) 
0,10 0,10 2,53 x 10-6 
0,10 0,20 5,06 x 10-6 
0,20 0,10 10,12 x 10-6 
0,30 0,10 22,77x 10-6 
 Determine: 
 a) a equação de velocidade dessa reação; 
 b) a constante cinética dessa reação; 
 c) a velocidade dessa reação quando as concentrações de cada uma das substâncias reagentes forem iguais a 
0,5 mol.L
-1
. 
 
10. Em uma reação de primeira ordem, após 540 segundos, restam 32,5% de reagente. 
 a) Calcule a constante de velocidade dessa reação. 
 b) Calcule o tempo necessário para a decomposição de 25% do reagente. 
 
11. A meia-vida de uma reação de primeira ordem é de 30 minutos: 
 a) calcule a constante de velocidade específica da reação; 
 b) calcule a fração do reagente que permanece após 70 minutos de reação. 
 
12. Uma substância decompõe-se de acordo com a lei de velocidade de segunda ordem. Sendo a constante de 
velocidade igual a 6,8 x 10
-4
 L.mol
-1
.s
-1
, calcule a meia-vida da reação quando: 
 a) a concentração inicial da substância for 5 x 10
-2
 mol.L
-1
; 
 b) a concentração inicial da substância for 1 x 10
-2
 mol.L
-1
. 
 
13. A dissociação, em fase líquida, do diciclopentadieno foi estudada por Langer e Patton usando cromatografia em 
fase gasosa. A técnica consistia em medir uma quantidade proporcional a dC/dt ao invés de -dC/dt, de modo que 
a equação se torna ℓnC = ℓnC0 + kt, onde C e C0 são quantidades proporcionais à concentração. 
 Calcule o valor da constante cinética (k) a partir dos seguintes dados a 190 °C. 
C/mol.L
-1
 1,85 2,04 2,34 2,70 3,83 5,28 
t/s 524 620 752 876 1188 1452 
 
14. As concentrações de bromo em vários valores de tempo após a fotólise de “flash” é dada pela tabela: 
 
CBr.10
-5 2,25 1,51 1,01 0,68 0,455 0,305 
t (s) 120 220 320 420 520 620 
 Se esses dados referem-se à reação 2 Br  Br2, 
 a) determine a ordem dessa reação; 
 b) calcule o valor da constante cinética (k); 
 c) calcule a meia-vida dessa reação. 
 
15. No passado, o ciclopropano, C3H6, era utilizado em mistura com oxigênio, como anestésico. Atualmente, essa 
prática não existe mais, porque o composto é muito inflamável. Quando aquecido, o ciclopropano se rearranja a 
propeno em um processo de primeira ordem. 
 Se a concentração inicial do ciclopropano for 0,050 mol/L, quanto tempo deverá decorrer para que essa 
concentração diminua para 0,010 mol/L? 
 
 
 
16. Para a reação 2 A + B  C + 3 D foram obtidas as seguintes 
velocidades iniciais, a 50 °C: 
 a) Escreva a equação da lei de velocidades para essa 
reação. 
 b) Calcule a constante de velocidade (k) dessa reação. 
 
17. Os dados abaixo foram obtidos a 320 °C para a reação SO2Cℓ2  SO2 + Cℓ2. 
 
 
a) Através do método gráfico, determine a ordem da reação. 
b) Calcule a constante de velocidade (k) da reação. 
c) Calcule a meia-vida da reação. (Considerar o tempo transcorrido do 
início até as 4 h). 
d) Partindo do início, após quantas horas a concentração do SO2Cℓ2 
ficará reduzida a 0,500 mol.L
-1
? 
 
 
18. A decomposição do N2O5 em solução de CCℓ4 para formar NO2 e O2 foi estudada a 30 °C obtendo-se os 
seguintes dados: 
 
a) Através do método gráfico, determine a ordem da reação. 
b) Calcule a constante de velocidade específica (k) da reação. 
c) Calcule a meia-vida da reação. 
d) Partindo do início, após quantos minutos a concentração do N2O5 
ficará reduzida a 0,100 mol.L
-1
? 
 
 
 
 
19. A velocidade com que o N2O5 se decompõe em NO2 e O2 foi estudada em 
uma série de temperaturas diferentes. Foram encontrados os seguintes 
valores de constante de velocidade: 
 Através do método gráfico, determine a energia de ativação, em kJ.mol
-1, 
para essa reação. 
 (R = 8,314 J.K
-1
.mol
-1
) 
 
 
20. Determinou-se, em duas temperaturas diferentes, as constantes de velocidade da reação H2(g) + I2(g)  2 HI(g), 
obtendo-se os valores: 
 
Temperatura/°C k /L.mol-1.s-1 
400 
500 
2,34 x 10
-2
 
7,50 x 10
-2 
 
 Calcular a energia de ativação dessa reação, em kJ.mol
-1
. 
 
21. Uma dada reação possui energia de ativação igual a 198 kJ.mol
-1
. Sendo k = 5,0 x 10
-6
 s
-1
 a 25 °C, em que 
temperatura (°C) k será igual a 5,0 x 10
-5
 s
-1
? 
 
22. A velocidade de uma certa reação quadruplica quando a temperatura passa de 25 °C para 35 °C. Calcule a 
energia de ativação dessa reação, em kJ.mol
-1
. 
 
23. A decomposição de N2O em N2 e O, na presença de gás argônio, segue uma cinética de segunda ordem com k 
= (5,0 x 10
11
 L.mol
-1
.s
-1
).e
-29000K/T
. Calcule a energia de ativação, em kJ.mol
-1
, dessa reação. 
 (R = 8,314 J.K
-1
.mol
-1
) 
 
24. Os bioquímicos freqüentemente definem Q10 para uma reação como sendo a relação entre as constantes de 
velocidade a 37 °C e a constante de velocidade a 27 °C. Qual deve ser a energia de ativação, em kJ.mol
-1
, para 
uma reação que tem Q10 igual a 2,5? 
 
25. Um catalisador pode fazer com que uma reação ocorra por um mecanismo no qual a energia de ativação é mais 
baixa. Se o catalisador abaixar a energia de ativação de 5 kJ.mol
-1
, quão mais rápida será a reação catalisada, 
diante da não catalisada, a 298 K? Admitir que o fator de freqüência (A) permanece constante. 
 
26. A corrosão de uma peça metálica foi estudada através da perda de massa em função do tempo. Os dados obtidos 
encontram-se tabelados a seguir. 
Metal(s) + O2(g) + H2O(ℓ)  Metal Oxi.(s) T=25 
o
C 
Observação: a reação é de primeira ordem e a velocidade da 
reação independe das concentrações de oxigênio e água. 
a) Determinar a constante de velocidade específica (k) da reação. 
b) Calcular a meia-vida da reação. 
c) Calcular a massa restante de ferro após 2 dias de ensaio. 
 
 
 
[A] inicial 
(mol.L
-1
) 
[B] inicial 
(mol.L
-1
) 
Vinicial (mol.L
-1
.s
-
1
) 
0,127 0,346 1,64 x 10
-6
 
0,254 0,346 3,28 x 10
-6
 
0,254 0,692 1,31 x 10
-5
 
Tempoh [SO2Cℓ2], mol.L
-1
 
0,00 
1,00 
2,00 
3,00 
4,00 
1,200 
1,099 
1,010 
0,934 
0,869 
Tempomin [N2O5], mol.L-1 
0 
80 
160 
240 
320 
0,1700 
0,1165 
0,0796 
0,0545 
0,0372 
Temperatura/°C k/s
-1
 
0 
25 
35 
45 
55 
65 
7,86 x 10
-7
 
3,46 x 10
-5
 
1,35 x 10
-4
 
4,98 x 10
-4
 
1,50 x 10
-3
 
4,87 x 10
-3
 
Tempo (h) m (g) 1/m ℓn m 
0 200,00 5,0 x 10
-3
 5,298 
5 122,42 8,2 x 10
-3
 4,807 
10 74,89 1,3 x 10
-2
 4,316 
15 45,83 2,2 x 10
-2
 3,825 
20 28,05 3,6 x 10
-2
 3,334 
25 17,17 5,8 x 10
-2
 2,843 
30 10,51 9,5 x 10
-2
 2,352 
 
 
R E S P O S T A S 
1. 0,64 mol.L
-1
.min
-1
; 0,24 mol.L
-1
.min
-1
 
2. 2,5 x 10
-3
 mol.L
-1
.min
-1
 
3. x = 0,034 mol.L
-1
 y = 0,025 mol.L
-1
 vm = 8,5 x 10
-4
 mol.L
-1
.s
-1
 
4. 6 x 10
-4
 mol.L
-1
.s
-1
 
5. a) s
-1
 b) L.mol
-1
.s
-1
 c) L
2
.mol
-2
.s
-1
 
6. v = k[NO]
2
[Cℓ2] 
7. a) v = k.(CA).(CC)
2
 b) 9,6 x 10
-1
 mol.L
-1
.s
-1
 
8. a) k.(CA)
2
.CB b) k = 1,6 x 10
-1
 L
2
.mol
-2
.s
-1
 c) v = 1,28 mol.L
-1
.s
-1
 
9. v = k[NO]
2
[Cℓ2] b) 2,53 x 10
-3
 L
2
.mol
-2
.s
-1
 c) 3,16 x 10
-4
 mol.L
-1
.s
-1
 
10. a) 2,07 x 10
-3
 s
-1
 b) 136 s 
11. a) 2,31 x 10
-2
 min
-1
 b) 1/5 
12. a) 8h 10min 12s b) 40h 51 min 
13. 1,13 x 10
-3
 s
-1
 
14. 1ª ordem b) 3,66 x 10
3
 s
-1
 c) 189 s 
15. a) 29 h 48 min 53 s 
16. a) v = k.[A][B]
2
 b) 1,08 x 10
-4
 L
2
.mol
-2
.s
-1
 
17. a) 2.ª ordem b) 7,9 x 10
-2
 L.mol
-1
.h
-1
 c) ~10h 33 min d) ~15 h 
18. a) 1.ª ordem b) ~4,75 x 10
-3
 min
-1
 c) ~2h 26min d) ~1h 51 min 
19. ~103 kJ.mol-1 20. ~50 kJ.mol
-1 
21. ~34°C 22. ~105,7 kL.mol
-1 
23. Ea = 241 kJ.mol
-1 
24. ~71 kJ.mol
-1 
25. ~7,5 vezes 
26. a) 9,82 x 10
-2
 g.h
-1
 b) 7 h c) ~1,8 g