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07 Aula Química 4D Cinética Química – Introdução e velocidade média Introdução Com certeza, você já observou o preparo de uma churrasqueira para a realização de um churrasco. Pedaços de carvão vegetal são adicionados a ela para que, após acesos, forneçam o calor necessário para assar a carne. Esse calor, como sabemos, é proveniente da reação de combustão do carvão na presen- ça do oxigênio do ar. C(carvão) + O2(g) (ar) CO2(g) + calor Para dar início à reação, há ne- cessidade de um fornecimento ini- cial de energia (produzido por uma chama). Normalmente, adiciona-se álcool ao carvão e, em seguida, um palito de fósforo aceso é atirado para dar início à combustão. • pedaços grandes de carvão queimam lentamente na pre- sença do ar; • se quebrarmos esses pedaços grandes em pedaços menores a queima ocorre mais rapidamente; • caso seja utilizado carvão em pó, ele queimará explosivamen- te na presença do ar. Com essas experiências, é possível observar que uma mesma reação pode apresentar diferentes velocidades no consumo de reagentes ou na formação de produtos. No exemplo da churras- queira, pudemos perceber que a velocidade da reação de combustão do carvão no ar depende do grau de fracionamento do carvão. A parte da Química que estuda a velocidade das reações e os fatores que a alteram denomina-se Cinéti- ca Química. Velocidade média de uma reação Considere uma reação do tipo: A B No decorrer da reação, o rea- gente A é consumido. Isso significa que sua quantidade diminui. Q u a n ti d a d e t(s) No decorrer da reação, o produ- to B é formado. Isso significa que sua quantidade aumenta. Q u a n ti d a d e t(s) A velocidade média de uma reação é a razão entre a variação na quantidade de um reagente ou de um produto e o intervalo de tempo no qual ocorreu essa variação. V quantidade t mA A= | |Δ Δ V massa t m = | |Δ Δ V vol t m = | |Δ Δ V n t m = | |Δ Δ V t m = | [ ]|Δ Δ 1 2 Semiextensivo Velocidade de consumo de reagentes e velocidade de formação de produtos Considere a reação: 2A 4B + C Nessa reação, para cada 2 mols de reagente A con- sumidos são formados 4 mols do produto B e 1 mol do produto C. Temos para essa reação os seguintes dados: t(min) [A] mol · L–1 0 1,000 10 0,800 20 0,667 30 0,571 40 0,500 A velocidade média de consumo do reagente A, no intervalo t = 0 a t = 10, é: V t t V mA mA = − − = − − = |[A] [A] | | , , | 2 1 2 1 0 800 1 000 10 0 0,020 mol · L–1 · s–1 A velocidade média de formação do produto B, no intervalo t = 0 a t = 10, é: 2A 4B + 1C 2 mols 4 mols 0,020 mol x mols x = 0,040 mol VmB = 0,040 mol · L–1 · s–1 A velocidade média de formação do produto C, no intervalo t = 0 a t = 10, é: 2A 4B + 1C 2 mols 1 mols 0,020 mol y mols y = 0,010 mol VmC = 0,010 mol · L–1 · s–1 Efeito da concentração so- bre as velocidade e teoria das colisões Considere a reação: A B No decorrer da reação, observa-se que a concen- tração do reagente A diminui e, consequentemente, a velocidade da reação diminui. Esse fato mostra que a velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração do reagente, elevada a alguma potência: V [A]x A proporcionalidade pode ser convertida em uma igualdade pela introdução de uma constante de propor- cionalidade, denominada constante de velocidade (ci- nética). A equação resultante é chamada lei (equação) da velocidade (cinética): V = k · [A]x Na lei da velocidade, o expoente x é denominado ordem da reação em relação ao reagente A. 1o. caso: Quando x = 1, temos uma reação de 1a. ordem em relação ao reagente A. Nesse caso: V = k · [A]. Vamos supor que a concentração inicial de A seja x mols/L: [A] = x mols/L A velocidade é dada por: V = k · x Em seguida, suponhamos que a reação seja repetida com a concentração inicial de A duplicada: [A] = 2x mols/L A velocidade é dada por: V = k · 2x, ou então, V = 2 · kx. Conclusão Duplicando a concentração do reagente A, a velocidade da reação duplica. 2o. caso: Quando x = 2, temos uma relação de 2a. ordem em relação ao reagente A. Nesse caso; V = k · [A]2. Vamos supor que a concentração inicial de A seja x mols/L. [A] = x mols/L A velocidade é dada por: V = k · (x)2 Vamos supor que a reação seja repetida com a con- Aula 07 3Química 4D centração inicial de A duplicada: [A] = 2x mols/L A velocidade é dada por: V = k · (2x)2 V = k · 4x2 V = 4 · k · (x)2 Conclusão Duplicando a concentração do reagente A, a velocidade da reação quadruplica. A lei da velocidade de uma reação é sempre determi- nada a partir de dados experimentais, medidos a certa temperatura. Exemplo: Os dados abaixo foram medidos em cinco expe- riências feitas com a reação representada pela seguinte equação: (CH3)3CBr + OH – (CH3)3COH + Br – à temperatura de 300°C. Experiência Concentração inicial em mol · L–1 Velocidade inicial em mol · L–1s–1 (CH3)3CBr OH – 1 0,10 0,10 0,0010 2 0,20 0,10 0,0020 3 0,30 0,10 0,0030 4 0,10 0,20 0,0010 5 0,10 0,30 0,0010 Vamos analisar as experiências 1, 2 e 3 e tirar algu- mas conclusões: • Nas três experiências, a concentração inicial do íon OH– é a mesma. • Quando comparada com a experiência 1, a experiência 2 teve a concentração inicial de (CH3)3CBr duplicada. A velocidade inicial também dobrou. • Quando comparada a experiência 1 com a 3, a concen- tração inicial de (CH3)3CBr triplica. A velocidade inicial também triplicou. Conclusão A ordem da reação em relação ao reagente (CH3)3CBr é 1. Vamos analisar as experiências 1 e 4 e tirar mais conclusões: • Nas duas experiências, a concentração do haleto (CH3)3CBr é a mesma. • Quando comparada com a experiência 1, a experiên- cia 4 teve a concentração inicial de OH– duplicada. A velocidade inicial da reação não foi alterada. Conclusão A ordem da reação em relação ao reagente OH– é zero. Assim, a equação que representa a lei da velocidade é dada por: V = k[(CH3)3CBr] 1 · [OH–]0 Como qualquer número elevado a zero é igual a um: V = k[(CH3)3CBr] 1 · 1 V = k[(CH3)3CBr] 1 Usando a equação da velocidade, determinamos a constante de velocidade: k V CH CBr[( ) ]3 3 1 Considerando a experiência 1: k mol CH CBr L s mol CH CBr L = ⋅ ⋅ ⋅ − − − 0 0010 0 10 3 3 1 1 3 3 1 , ( ) , ( ) k = 0,01 s–1 Teoria das colisões De acordo com essa teoria, para uma reação ocor- rer, as moléculas dos reagentes devem colidir entre si. Considere a reação: H2(g) + I2(g) 2HI(g) A reação se dá por meio das colisões entre moléculas H2 e moléculas I2: De acordo com essa teoria, a velocidade de uma rea- ção é proporcional ao número de colisões que ocorreu em 1 segundo. no. de colisões segundo V 4 Semiextensivo Ainda experimentalmente, pode-se constatar que a velocidade de uma reação pode ser afetada por vários fatores. Vejamos alguns: • concentração; • pressão; • superfície de contato; • temperatura; • luz; • eletricidade. Vamos tentar entender como a Teoria das Colisões ex- plica a influência dos fatores concentração dos reagentes (nesta aula) e pressão, superfície de contato e temperatu- ra (na próxima aula) na velocidade de uma reação. Concentração Considere a reação: H2(g) + I2(g) 2HI(g) A reação se dá por colisão entre moléculas H2 e molécu- las I2: A velocidade da reação é proporcional ao número de colisões por segundo entre as moléculas reagentes. Dobrando a concentração do H2, dobra o número de moléculas H2 e, consequentemente, dobra o número de colisões com moléculas de I2, pois as moléculas de H2 I2 I2 terão o dobro de possibilidade de colidirem com moléculas H2. Conclusão A velocidade da reação duplica. Dobrando a concentração do I2, dobra o número de molé- culas I2 e, consequentemente, dobra o número de colisões com moléculas H2, pois as moléculas de H2 terão o dobro de possibilidade de colidirem com moléculas I2. Conclusão A velocidade da reação duplica. Logo, a ordem em relação acada reagente é 1. A lei da velocidade para a reação é: V = k [H2] 1. [I2] 1 Em geral, um aumento na concentração de reagente eleva a velocidade das reações. Determinação da lei (equação) da velocidade para uma reação V = k · [reag] x ordem (experimental) • Se a reação é elementar: x = coeficiente do balanceamento da equação. • Se a reação ocorre em mais de uma etapa: x = coeficiente do balanceamento da etapa lenta. • Se forem fornecidos resultados experimentais: x é obtido por meio da análise matemática desses resultados como explicado no texto inicial. Aula 07 5Química 4D Testes Assimilação 07.01. (UERN) – Uma das formas para se obter o monóxido de dinitrogênio é reagindo óxido de nitrogênio II com gás hidrogênio, de acordo com a seguinte reação: 2NO(g) + H2(g) N2O(g) + H2O(g) Sabendo que a reação é elementar é correto afirmar que a ordem global dessa reação é igual a a) 2. b) 3. c) 4. d) 5. 07.02. A reação de decomposição da água oxigenada na pre- sença de iodeto (I–) pode ser equacionada da seguinte forma: H O aq I aq H O IO aq2 2 2( ) ( ) ( ) ( )+ → + − −N (etapa lenta) H O aq IO aq H O O g I aq2 2 2 2( ) ( ) ( ) ( ) ( )+ → + + − −N (etapa rápida) A equação da velocidade de acordo com esse mecanismo é a) V = k ∙ [H2O2] c) V = k ∙ [H2O2] ∙ [I –] e) V = k ∙ [H2O2] 2 b) V = k ∙ [H2O2] ∙ [H2O] d) V = k ∙ [H2O2] ∙ [O2] 07.03. (UNIMONTES – MG) – A velocidade da reação genérica 2A + B C é dada por V1 = k [A] 2 ∙ [B]1. Em uma determinada situação, a concentração de A foi triplicada, e a de B dupli- cada. O novo valor de velocidade (V2) em função de V1, será: a) igual a V1. c) 2 vezes maior. b) 18 vezes maior. d) 18 vezes menor. 07.04. (UEPG – PR) – Considerando a seguinte reação genérica: 3Z + 2Y 4X As etapas do mecanismo dessa reação estão abaixo repre- sentadas: 2Z + Y W (lenta) Y + W K (rápida) K + Z 4X (rápida) 01) Se duplicar a concentração de Z, a velocidade quadru- plica. 02) Se duplicar a concentração de Y, a velocidade dobra. 04) A ordem da reação é 3. 08) Se triplicar simultaneamente as concentrações de Z e Y, a velocidade da reação ficará 27 vezes maior. 16) A expressão da lei da velocidade da reação é a seguinte: v = k [Z] ∙ [Y]. 07.05. (UFGD – MS) – Em uma reação química hipotética X + Y Produto, obteve-se, experimentalmente, os dados apresentados na tabela: Experimento [X]0 mmol ∙ L–1 [Y]0 mmol ∙ L–1 VO mmol ∙ L –1 ∙ s–1 1 3,0 3,0 7,0 2 6,0 3,0 14,0 3 6,0 9,0 42,0 Com os dados apresentados, indique a alternativa correta para a equação de velocidade desta reação. a) v = k c) v = k ∙ [X] ∙ [Y] e) v = k ∙ [Y] b) v = k ∙ [X] d) v = k ∙ [X]2 ∙ [Y]3 6 Semiextensivo Aperfeiçoamento 07.06. (UERN) – No estudo cinético da reação representada por: X + Y Z foram encontradas as seguintes variações de concentração e velocidades iniciais: Concentração (mols/litro) Velocidade (mol/L ∙ h)[X] [Y] 1 x 10–2 1 x 10–2 1 x 10–2 2 x 10–2 1 x 10–2 4 x 10–2 1 x 10–2 2 x 10–2 8 x 10–2 Analisando os resultados, a expressão correta da Lei da Velocidade para essa reação é: a) v = k ∙ [x]2 ∙ [y]2 c) v = k ∙ [x]3 ∙ [y]2 b) v = k ∙ [x]3 ∙ [y]3 d) v = k ∙ [x]2 ∙ [y]3 07.07. (UFT – TO) – Considere a equação para a reação de obtenção do dióxido de nitrogênio: 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) Experimento [NO] (mol ∙ L–1) [O2] (mol ∙ L–1) Velocidade da reação (mol ∙ L–1 ∙ s–1) I 0,020 0,010 1 x 10–4 II 0,040 0,010 4 x 10–4 III 0,020 0,040 4 x 10–4 A ordem global da reação é: a) 4 b) 3 c) 2 d) 1 e) 0 07.08. (MACK – SP) – No estudo cinético do processo quí- mico equacionado por: A(g) + B(g) + C(g) D(g), foram realizados experimentos a uma dada temperatura T, por meio dos quais foram obtidos os dados que se encon- tram na tabela abaixo: Experi- mento [A] (mol ∙ L–1) [B] (mol ∙ L–1) [C] (mol ∙ L–1) v (mol ∙ L–1 ∙ s–1) I 1 ∙ 10–1 1 ∙ 10–1 1 ∙ 10–1 1 ∙ 10–5 II 1 ∙ 10–1 1 ∙ 10–1 2 ∙ 10–1 1 ∙ 10–5 III 1 ∙ 10–1 2 ∙ 10–1 1 ∙ 10–1 2 ∙ 10–5 IV 2 ∙ 10–1 1 ∙ 10–1 1 ∙ 10–1 4 ∙ 10–5 A partir desses dados, foram feitas as seguintes afirmações: I. Trata-se de um processo de ordem global igual a 3. II. A expressão da velocidade cinética do processo é dada por v = k ∙ [A] ∙ [B] ∙ [C]. III. O valor da constante de proporcionalidade k, na tempe- ratura T, é de 0,01 mol–2 ∙ L2 ∙ s–1. É correto dizer que a) apenas I e III são verdadeiras. b) apenas I e II são verdadeiras. c) apenas I é verdadeira. d) apenas II é verdadeira. e) apenas III é verdadeira. 07.09. (UEPA) – De um modo geral, a ordem de uma reação é importante para prever a dependência de sua velocidade em relação aos seus reagentes, o que pode influenciar ou até mesmo inviabilizar a obtenção de um determinado compos- to. Sendo assim, os dados da tabela abaixo mostram uma situação hipotética da obtenção do composto “C” a partir dos reagentes “A” e “B”. Experi- mento [A] (mol ∙ L–1) [B] (mol ∙ L–1) Velocidade inicial (mol ∙ L–1 ∙ s–1) 01 0,1 0,1 4,0 x 10–5 02 0,1 0,2 4,0 x 10–5 03 0,2 0,1 16,0 x 10–5 Aula 07 7Química 4D A partir dos dados da tabela acima, é correto afirmar que a reação: A + B C, é de: a) 2a. ordem em relação a “A” e de ordem zero em relação a “B”. b) 1a. ordem em relação a “A” e de ordem zero em relação a “B”. c) 2a. ordem em relação a “B” e de ordem zero em relação a “A”. d) 1a. ordem em relação a “B” e de ordem zero em relação a “A”. e) 2a. ordem em relação a “A” e 1a. ordem em relação a “B”. 07.10. (FGV – SP) – Para otimizar as condições de um pro- cesso industrial que depende de uma reação de soluções aquosas de três diferentes reagentes para a formação de um produto, um engenheiro químico realizou um experi- mento que consistiu em uma série de reações nas mesmas condições de temperatura e agitação. Os resultados são apresentados na tabela: Experi- mento Reagente A mol ∙ L–1 Reagente B mol ∙ L–1 Reagente C mol ∙ L–1 Velocidade da reação mol ∙ L–1 ∙ s–1 I x y z v II 2x y z 2v III x 2y z 4v IV x y 2z v Após a realização dos experimentos, o engenheiro pode concluir corretamente que a ordem global da reação estu- dada é igual a a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) 5. 07.11. (UDESC) – O monóxido de nitrogênio (NO), também conhecido por óxido nítrico, é uma molécula de relevância biológica que está amplamente envolvida em processos fisio- lógicos. No campo da medicina, é utilizado como substância vasodilatadora, auxiliando na redução da pressão sanguínea em pacientes hipertensos. Entretanto, na presença de oxi- gênio, esta substância sofre facilmente oxidação, segundo a reação química elementar: 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) Em um experimento, 4,0 mols de NO e 2,0 mols de O2 foram colocados em um recipiente em que, no instante inicial, a velocidade da reação era v0. Decorridos 10 minutos, constatou-se que 1,0 mol de O2 foi consumido. Com base nestes dados, assinale a alternativa correta. a) A alteração da concentração de algum dos reagentes não influi na velocidade da reação química, uma vez que o processo é dito elementar. b) O número de mols de óxido nítrico gasto quando t = 10 minutos é a metade do número de mols de O2 gastos ao final deste intervalo de tempo. c) Sendo a equação de velocidade v = k[NO]2[O2] para a reação em discussão, é possível afirmar que a reação é de primeira ordem com relação à concentração do gás oxigênio. d) A presença de um catalisador aumentaria a velocidade de oxidação do NO uma vez que a energia de ativação também é aumentada. e) Sendo as concentrações iniciais 0,025 mol L–1 e 0,01 mol L–1 de NO, e O2, respectivamente, e a velocidade inicial 2,4 x 10–6 mol L–1 s–1, o valor da constante de velocidade k é dado por 9,6 x 10–3 L2 mol–2 s–1. 07.12. (UNIFOR – CE) – Para a reação entre os gases abaixo, obtiveram-se os seguintes dados sobre a velocidade inicial com respeito à concentração inicial (mol/L) dos reagentes: 2H2 + 2NO N2 + 2H2O [H2] [NO] Velocidade (mol/L ∙ min) 1,8 x 10–31,2 x 10–3 3 x 10–5 3,6 x 10–3 1,2 x 10–3 6 x 10–5 3,6 x 10–3 2,4 x 10–3 24 x 10–5 3,6 x 10–3 3,6 x 10–3 X 8 Semiextensivo Pode-se dizer que a expressão da velocidade da reação e a velocidade da reação no ponto ‘X’ indicado são: a) V = k [NO] [H2], v = 48 x 10 –5 mol ∙ L–1 ∙ min–1 b) V = k [NO]2 [H2], v = 54 x 10 –5 mol ∙ L–1 ∙ min–1 c) V = k [NO] [H2] 2, v = 72 x 10–5 mol ∙ L–1 ∙ min–1 d) V = k [NO] [H2] 2, v = 96 X 10–5 mol ∙ L–1 ∙ min–1 e) V = k [NO]2 [H2], v = 72 X 10 –5 mol ∙ L–1 ∙ min–1 Aprofundamento 07.13. (UFPA) – Os resultados de três experimentos, feitos para encontrar a lei de velocidade para a reação 2NO(g) + 2 H2(g) N2(g) + 2 H2O(g), encontram-se na tabela abaixo. TABELA 1 – VELOCIDADE INICIAL DE CONSUMO DE NO(g) Experi- mento [NO] inicial (mol ∙ L–1) [H2] inicial (mol ∙ L–1) Velocidade de consumo inicial de NO (mol ∙ L–1 ∙ s–1) 1 4,0 x 10–3 2,0 x 10–3 1,2 x 10–5 2 8,0 x 10–3 2,0 x 10–3 4,8 x 10–5 3 4,0 x 10–3 4,0 x 10–3 2,4 x 10–5 De acordo com esses resultados, é correto concluir que a equação de velocidade é a) v = k [NO] [H2] 2 b) v = k [NO]2 [H2] 2 c) v = k [NO]2 [H2] d) v = k [NO]4 [H2] 2 e) v = k [NO]2 [H2] 07.14. (UEM – PR) – Dado o mecanismo em duas etapas para uma reação em fase gasosa, assinale a(s) afirmativa(s) correta(s). A) HBr + NO2 HBrO + NO (etapa lenta) B) HBr + HBrO H2O + Br2 (etapa rápida) 01) A reação global pode ser expressa como: 2 HBr + NO2 H2O + NO + Br2. 02) A etapa determinante na velocidade da reação é a etapa B. 04) A equação que representa a velocidade da reação é v = k [HBr] [NO2]. 08) Em uma reação não elementar, a velocidade da reação global não pode ser escrita a partir da equação da rea- ção global. 16) O ácido hipobromoso pode ser considerado um com- posto intermediário na reação, pois é formado e consu- mido durante o processo. Aula 07 9Química 4D 07.15. (UEM – PR) – Sobre os conceitos de cinética química, assinale o que for correto. 01) A reação 2A. + D A2D é classificada como elementar se v = k [A]2[D]. 02) Se a velocidade da reação 2A + 2D E + G duplicar ao duplicar-se [A], mantendo-se [D] constante, então a reação é de segunda ordem em relação a A. 04) Se a reação global CaO + CO2 CaCO3 possuir a etapa intermediária lenta Ca(OH)2 CaO + H2O, então a lei de velocidade é v = k [CaO]2[CO2][H2O]. 08) Considerando que a reação N2 + O2 2NO é elemen- tar, sua molecularidade é igual a 2. 07.16. (MACK – SP) – A tabela mostra a variação da veloci- dade inicial da reação hipotética representada pela equação A2(g) + 2 B(g) C(g) em função das concentrações iniciais dos reagentes utilizados no processo. Experi- mento [A] inicial (mol/ L) [B] inicial (mol/L) Velocidade inicial (mol/L ∙ min) Tempe- ratura (K) 1 1,0 1,0 0,4 338 2 2,0 1,0 0,2 298 3 1,0 1,0 0,1 298 4 2,0 2,0 0,4 298 Interpretando-se a tabela, considere as afirmações I, II, III e IV abaixo. I. O valor da constante de proporcionalidade k é igual para todos os experimentos. II. A lei cinética da velocidade pode ser expressa pela equa- ção v = k ∙ [A] ∙ [B]. III. Trata-se de uma reação cuja ordem global é 2. IV. As ordens para os reagentes A e B são, respectivamente, zero e 2. São verdadeiras, apenas as afirmações: a) I e III. c) II e III. e) III e IV. b) I e IV. d) II e IV. 10 Semiextensivo 07.17. (UEFS – BA) – A velocidade de uma reação química é proporcional às concentrações molares dos reagentes, eleva- das a expoentes que são determinados experimentalmente. De modo geral, as reações ocorrem em duas ou mais etapas elementares, e não diretamente como são representadas pela equação global correspondente. A reação de NO2(g) com CO(g), a 200°C, é exemplo de uma reação não elementar que ocorre em duas etapas e cuja velocidade tem a expressão v = k [NO2] 2. NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g) Em relação à velocidade das reações químicas, é correto afirmar: a) A reação do NO2(g) com o CO(g) ocorre em duas etapas, e a etapa lenta é representada por NO3(g) + CO(g) NO2(g) + CO2(g). b) A velocidade da reação é proporcional às concentrações de NO2(g) e de CO(g), na equação química. c) A constante de velocidade de reação, k, varia com as alterações nas concentrações dos reagentes. d) Ao se dobrar a concentração de NO2(g), a velocidade da reação também dobra. e) A reação química ocorre a partir da colisão entre duas moléculas de NO2(g). 07.18. (UEM – PR) – Dado que a lei de velocidade, determi- nada experimentalmente a partir de uma reação elementar, é igual a v = k [A2] [X2] 2, e correto afirmar que 01) essa lei de velocidade corresponde à reação elementar A2 + 2X2 2AX2. 02) ao dobrarmos a concentração dos dois reagentes en- volvidos na lei de velocidade, aquele que proporciona maior influência sobre a velocidade da reação é o X2. 04) essa lei de velocidade indica que a molecularidade da reação é indubitavelmente igual a 3. 08) trata-se de uma reação de ordem global igual a 3. 16) por ser uma reação elementar, a mesma ocorre por meio de duas ou mais etapas. Discursivos 07.19. (FUVEST – SP) – Ao misturar acetona com bromo, na presença de ácido, ocorre a transformação representada pela equação química H+ H3C C O CH3 H3C C O CH2Br + Br2 + HBr Dentre as substâncias presentes nessa mistura, apenas o bromo possui cor e, quando este reagente for totalmente consumido, a solução ficará incolor. Assim sendo, a velocidade da reação pode ser determinada medindo-se o tempo decorrido até o desaparecimento da cor, após misturar volumes definidos de soluções aquosas de acetona, ácido e bromo, de concentrações iniciais conhecidas. Aula 07 11Química 4D a) Considerando que a velocidade da reação é dada por 2concentração iniciaI de Br tempo para desaparecimento da cor complete a tabela apresentada abaixo. Experimento Concentração inicial de acetona (mol L–1) Concentração inicial de H+ (mol L–1) Concentração inicial de Br2 (mol L–1) Temo decorrido até o desaparecimento da cor (s) Velocidade da reação (mol L–1 s–1) 1 0,8 0,2 6,6 ∙ 10–3 132 2 1,6 0,2 6,6 ∙ 10–3 66 3 0,8 0,4 6,6 ∙ 10–3 66 4 0,8 0,2 3,3 ∙ 10–3 66 b) A velocidade da reação é independente da concentração de uma das substâncias presentes na mistura. Qual é essa subs- tância? Justifique sua resposta. 12 Semiextensivo Gabarito 07.01. b 07.02. c 07.03. b 07.04. 15 (01, 02, 04, 08) 07.05. c 07.06. d 07.07. b 07.08. a 07.09. a 07.10. c 07.11. c 07.12. b 07.13. c 07.14. 29 (01, 04, 08, 16) 07.15. 09 (01, 08) 07.16. c 07.17. e 07.18. 15 (01, 02, 04, 08) 07.19. a) V Br t mol L s V Br t 1 2 1 1 3 5 1 1 2 2 2 2 6 6 10 132 5 10 6 6 = = ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = = − − − −[ ] , [ ] , Δ Δ ⋅⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = = ⋅ = ⋅ − − − − − − 10 66 1 10 6 6 10 66 1 10 3 4 1 1 3 2 3 3 3 4 mol L s V Br t mo[ ] , Δ ll L s V Br t mol L s ⋅ ⋅ = = ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ − − − − − − 1 1 4 2 4 4 3 5 1 13 3 10 66 5 10[ ] , Δ b) Do experimento 1 para o experimento 4 as concentrações de acetona de H + ficaram constantes e a concetração do Br2 dividiu por 2, porém a velocidade não alterou, logo o bromo não influencia na velocidade dessa reação. 07.20. a) Δ Δ P N t [ ]2 = k ∙ P (H2) a ∙ P(NO)b P0(H2)/(torr) P0(NO)/(torr) P(N2)/ t/(torr.s –1) (velocidades iniciais) 1 289 400 1,60 2 147 400 0,77 3 400 300 1,03 4 400 152 0,25 De 1 para 2 a pressão do H2 dividiu por dois, a do NO ficou constante e a velocidade dividiu por dois (aproximadamente), logo ordem 1 De 3 para 4 a pressão do H2 ficou constante, a do NO dividiu por dois e a velocidade dividiu por quatro (aproximadamente), logo ordem 2 Resposta: a = 1, b = 2 b) Δ Δ P N t [ ]2 = k ∙ (PH2) 1 ∙ (P NO)2 torr ∙ s–1 = k (torr)1 ∙ (torr)2 k = torr s torr ⋅ −1 3( ) k = (torr)–2 ∙ s–1 Obs.: Como a reação é em fase gasosa, trabalhar com a pressão parcial é o mesmo raciocí- nio da concentração. Exemplos: Dobrou a pressão parcial do gás = dobrou sua concentração Quadruplicou a pressão parcialdo gás = quadruplicou sua concentração ÷2 ÷2÷2 ÷4 con stante con stante 07.20. (UFPR) – A reação entre NO e H2, a uma dada temperatura, é descrita pela equação: 2NO(g) + 2H2(g) N2(g) + H2O(g) Como ocorre redução da pressão no decorrer da reação, a variação (N2)/ t pode ser medida pela diminuição da pressão total. Expressão que descreve a lei de velocidade para essa reação: Δ Δ P N t k P H P NOa b ( ) ( ) ( )2 2= ⋅ ⋅ P0(H2)/(torr) P0(NO)/(torr) P(N2)/ t/(torr · s –1) (velocidades iniciais) 1 289 400 1,60 2 147 400 0,77 3 400 300 1,03 4 400 152 0,25 Com base nessas informações, determine: a) Os valores inteiros que melhor descrevem as ordens de reação a e b. b) A unidade da constante de velocidade, k. Obs.: Em reações envolvendo substâncias gasosas a diminui- ção na pressão é consequência da diminuição na concentração, portanto o raciocínio que deve ser feito com a pressão é como se fosse a concentração. (Veja resolução). 13Química 4D Efeitos da pressão, temperatura e superfície de contato sobre a velocidade de uma reação Aula 08 4D Química Pressão Considere a reação: H2(g) + I2(g) 2HI(g) Ambos os reagentes se encontram em fase gasosa. Um aumento de pressão aumenta a concentração dos reagentes H2 e I2. Com isso, aumenta o número de colisões moleculares. A velocidade da reação aumenta. Nas reações em que houver pelo menos um gás reagindo, um aumento de pressão eleva a velocidade da reação. Superfície de contato Considere a reação de combustão do carvão: C(s) + O2(ar) CO2(g) Considerando que a concentração do O2 no ar é constante, uma vez iniciada a combustão, observa-se que: • pedaços grandes de carvão queimam lentamente; • quebrando-o em pedaços menores, o carvão queima mais rapidamente; • triturando o carvão até transformá-lo em pó, quei- mará ainda mais rapidamente (muitos acidentes em minas de carvão acontecem devido à explosão de poeiras de carvão). Na realidade, à medida que o carvão passa de pedaços grandes a pedaços pequenos e, finalmente, é pulverizado, a sua superfície de contato aumenta. Assim, quanto maior a superfície de contato do carvão: • maior o número de átomos de carbono disponíveis para colisão com moléculas de oxigênio; • maior o número de colisões entre átomos de carbo- no e moléculas de oxigênio; • maior a velocidade da reação. Quanto maior a superfície de contato entre os reagentes, maior a velocidade da reação. Observação: Preparando uma solução concentrada de um sólido, aumentamos ainda mais a super- fície de contato, portanto a ordem crescente de superfície de contato é: Sólido em um único pedaço < Pedaços pequenos < Pó < Solução concentrada Temperatura Em qualquer conjunto de moléculas, há uma distribuição de energia cinética a uma dada tempe- ratura. O gráfico abaixo mostra a distribuição da energia cinética das moléculas a uma temperatura T1. Energia cinética N o . d e m o lé cu la s T1 Por meio do gráfico, podemos observar que algumas moléculas têm energias cinéticas muito baixas, algumas têm energias cinéticas muito altas e a maioria delas têm energias cinéticas intermediárias. Um aumento na temperatura provoca um desloca- mento geral na distribuição para as energias cinéticas. Energia cinética N o . d e m o lé cu la s T1 T2 14 Semiextensivo Para que uma reação ocorra, duas moléculas devem colidir com uma energia cinética mínima. As áreas som- breadas, nos gráficos a seguir, são referentes ao número de moléculas que possuem energia cinética igual ou superior a esse valor mínimo. À temperatura T1, mais baixa, só um pequeno nú- mero de moléculas tem energia cinética suficiente para reagir. Energia cinética N o . d e m o lé cu la s T1 À temperatura T2, mais alta, é maior o número de moléculas com energia cinética suficiente para reagir. Energia cinética N o . d e m o lé cu la s T1 T2 Como consequência, aumenta o número de colisões entre moléculas com energia cinética suficiente para reagir. A velocidade da reação aumenta. Um aumento de temperatura aumenta a ve- locidade da maioria das reações, não importan- do se a reação é endotérmica ou exotérmica. Regra de Van’t Hoff para algumas reações: A cada 10°C de aumento na temperatura, a velocidade da reação dobra. Exemplo: Uma reação química ocorre com velo- cidade de 0,5 mol ∙ min–1 a 5°C. Sabendo que essa reação está de acordo com a regra de Van’t Hoff, qual será sua velocidade a: a) 15°C? De 5°C para 15°C, aumentou 10°C, a velocidade dobra, portanto será 1 mol · min–1 b) 25°C? t°C velocidade 5°C -–––––––––– 0,5 mol · min–1 15°C -–––––––––– 1 mol · min–1 25°C -–––––––––– 2 mol · min–1 A 25°C a velocidade será de 2 mol · min–1 c) 35°C? t°C velocidade 5°C -–––––––––– 0,5 mol · min–1 15°C -–––––––––– 1,0 mol · min–1 25°C -–––––––––– 2,0 mol · min+1 35°C -–––––––––– 4,0 mol · min–1 A 35°C a velocidade será de 4,0 mol · min–1 Energia de ativação e efei- to de catalisadores na velocidade de uma reação Energia de ativação Apenas uma fração do número total de colisões entre moléculas leva à formação de produtos, ou seja, são colisões efetivas. Para que uma colisão seja efetiva, duas moléculas de- vem colidir não apenas com energia cinética suficiente para reagir, mas também com uma orientação adequada. Exemplo: H2(g) + I2(g) 2HI(g) H = –2,5 kcal Casos em que não há possibilidade de reação: Colisão muito suave Colisão com má orientação Colisão muito suave Colisão com má orientação x 2 x 2 +10°C +10°C x 2 x 2 x 2 +10°C +10°C +10°C Aula 08 15Química 4D Colisão eficaz ou efetiva é a garantia da ocorrência da reação: Reagentes Complexo ativado ProdutosReagentes Complexo ativado Produtos Colisão eficaz A estrutura transitória que se forma em uma colisão efetiva é denominada complexo ativado. A energia mínima que as moléculas reagentes devem ter para que sua colisão resulte na formação do complexo ativado é a energia de ativação da reação. A figura mostra o diagrama de energia para esta reação: Complexo ativado [H2I2] Energia de ativação (EA) E n e rg ia Curso da reação Curso da reação = caminho da reação = coordenada da reação H2 + I2 HI + HI H = –2,5 kcal As figuras seguintes mostram, graficamente, a ener- gia de ativação (EA) e a variação de entalpia ( H) para um processo exotérmico e para um processo endotérmico: E n e rg ia H < 0 Curso da reação EA Complexo ativado Processo exotérmico H < 0 Reagentes Produtos E n e rg ia Curso da reação Complexo ativado Processo endotérmico H > 0 H > 0 Produtos Reagentes Catalisador Catalisador é uma substância que aumenta a rapidez de uma reação. Na realidade, o catalisador cria um novo mecanismo de reação, diminuindo a energia de ativação necessária para que os reagentes atinjam o complexo ativado. Durante uma reação, o catalisador pode sofrer altera- ção na sua massa ou composição, mesmo participando do complexo ativado, porém é totalmente recuperado ao final da reação. Catálise é toda reação que ocorre na presen- ça de um catalisador. E n e rg ia Reação sem catalisador EA H Reação com catalisador E’A < EA E n e rg ia E’A H Menor energia de ativação significa que há um maior número de moléculas com energia cinética suficiente para reagir. Assim, acontece um maior número de coli- sões efetivas, e a velocidade da reação aumenta. N o . d e m o lé cu la s Energia cinética Energia cinética correspondente a E’A para uma reação com catalisador. Energia cinética correspondente a EA para uma reação sem catalisador. Classificação Vamos adotar como critério de classificação das catálises o número de fases (monofásico ou polifásico) formado entre reagentes e catalisador. 16 Semiextensivo Catálise homogênea: catalisador e reagentes for- mam uma única fase (sistema monofásicoou solução). Exemplo: A ação catalítica do H2SO4 na reação representada pela equação: HCOOH CO + HOH Na ausência do H2SO4, a energia de ativação da reação é elevada, e a reação ocorre muito lentamente. Reação sem catalisador E n e rg ia EA1 HCOOH CO + HOH H = x kJ Se o H2SO4 for adicionado a uma solução aquosa de HCOOH, a reação ocorre rapidamente. Isso se deve ao fato de o H2SO4, em solução, libertar cátions H +. A presença dos cátions H+ nos reagentes torna possível um novo mecanismo de reação: 1a. etapa: HCOOH + H+ HCOOH + H 2a. etapa: HCOOH + H (HCO)+ + HOH 3a. etapa: (HCO)+ CO + H+ Na 1a. etapa, o cátion H+ é consumido. Na 3a. etapa, o cátion H+ é regenerado. Nesse tipo de catálise, o catalisador forma um pro- duto intermediário com um dos reagentes, o que pos- sibilita um novo caminho (mecanismo) para a reação, com menor energia de ativação. Cada uma das etapas desse novo mecanismo de reação tem uma energia de ativação. HCOOH H (HCOOH)+ (HCO)+ + HOH H+ + CO + HOH Reação com catalisador E n e rg ia H = x kJ EA2 A energia de ativação nesse novo mecanismo de rea- ção é mais baixa do que a energia de ativação da reação sem catalisador. Compare os tamanhos de EA1 e EA2. Como consequência, a velocidade da reação é maior em presença do ácido sulfúrico. Representação: HCOOH(aq) CO(g) + H2O(ℓ) Mistura homogênea = catálise homogênea. H+ (aq) Catálise heterogênea: catalisador e reagentes constituem um sistema polifásico (existe superfície de separação entre catalisador e reagentes). Nesse caso, a ação do catalisador é de superfície, ou seja, ele facilita o contato entre os reagentes para que estes possam reagir mais rapidamente. Exemplo: a ação catalítica do metal níquel na reação Mistura heterogênea = catálise heterogênea. H2(g) + C2H4(g) C2H6(g) Ni(s) Na ausência do metal níquel, a reação ocorre muito lentamente e, em sua presença, a reação ocorre muito mais rapidamente, segundo o seguinte mecanismo: As moléculas do reagente H2 são fixadas na super- fície do metal níquel. Isso enfraquece as ligações entre os átomos constituintes dessas moléculas, facilitando a formação do complexo ativado, causando uma dimi- nuição na energia de ativação. Como consequência, a velocidade da reação é maior na presença desse metal. Uma aplicação importante de catalisadores hetero- gêneos são os silenciosos catalíticos. Os gases encontrados na exaustão de motores de au- tomóveis são, entre outros, monóxidos de carbono (CO), dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NOx) e hidrocarbonetos. Todos eles são poluentes. Catalisador [Mistura Pd/Rh] Ar Gases exaustão Silencioso catalítico O catalisador acelera: • A oxidação do CO e hidrocarbonetos da exaustão a CO2 e H2O. • A transformação dos óxidos de nitrogênio (NOx) em N2 e O2. • A conversão de SO2 a SO3, poluente, sendo um dos responsáveis pela chuva ácida. O SO2 é produzido na queima de combustíveis com altos teores de enxofre. Assim, para evitar a produção de SO3, devem ser utilizados combustíveis com baixo teor de enxofre, como já está sendo feito no Brasil desde 2014. Os silenciosos catalíticos têm a sua ação catalítica destruída pela ação de chumbo. Para evitar esse fato, de- vem ser utilizados combustíveis sem aditivos de chumbo. Aula 08 17Química 4D Inibidor ou veneno de catalisador Um inibidor é uma substância que presente em uma reação: • é fixada na superfície do catalisador; • reduz o espaço na superfície do catalisador em que a reação pode ocorrer; • diminui (em alguns casos elimina) a ação do catalisador. Exemplo de inibidor: a ação do chumbo nos silencio- sos catalíticos. Observação: A luz e as faíscas elétricas aumentam a ve- locidade de certas reações, mas não são ca- talisadores (não diminuem a energia de ati- vação). São apenas agentes fornecedores de energia. Exemplos: H2 + Cℓ2 luz 2HCℓ 3O2 faíscas elétricas 2O3 Testes Assimilação 08.01. (UEMG) – Um professor, utilizando comprimidos de antiácido efervescente à base de NaHCO3 realizou quatro procedimentos, ilustrados a seguir: I 150 mL 25o C II 150 mL 5o C III 150 mL 25o C IV 150 mL 5o C Procedimento I – Comprimido inteiro e água a 25°C Procedimento II – Comprimido inteiro e água a 5°C Procedimento III – Comprimido pulverizado e água a 25°C Procedimento IV – Comprimido pulverizado e água a 5°C A reação ocorreu mais rapidamente no procedimento a) I b) II c) III d) IV 08.02. (PUCCAMP – SP) – No laboratório, o hidrogênio pode ser preparado pela reação de zinco com solução de ácido clorídrico. Observe as condições especificadas nas experiências a seguir. Temperatura (ºC) Zinco Concentração do ácido em mol/L Experiência I 25 granulado 1,0 Experiência II 25 granulado 0,5 Experiência III 30 em pó 1,0 Experiência IV 30 em pó 0,5 Experiência V 30 em raspas 1,0 A velocidade da reação é maior em a) I d) IV b) II e) V c) III 08.03. (UNIOESTE – PR) – O gráfico abaixo mostra uma reação genérica entre A + B C + D. A partir do gráfico, pode-se concluir que 35 30 25 20 15 10 5 0 A + B C + D H (k ca l) Coordenada da reação Feltre, R. Fundamentos da Química, 2a. ed., 1996. a) o gráfico mostra um exemplo de uma reação endotérmica. b) a energia de ativação possui um valor igual a 25 kcal/mol. c) a energia de ativação possui um valor igual a 10 kcal/mol. d) o aumento da concentração de “C” aumenta a velocidade da reação. e) o uso de um catalisador nesta reação diminui a velocidade da reação. 18 Semiextensivo 08.04. (UEG – GO) – Durante a manifestação das reações químicas, ocorrem variações de energia. A quantidade de energia envolvida está associada às características químicas dos reagentes consumidores e dos produtos que serão formados. O gráfico abaixo representa um diagrama de variação de energia de uma reação química hipotética em que a mistura dos reagentes A e B levam à formação dos produtos C e D. 60 35 20 –10 A + B C + D Entalpia (kJ) Caminho da Reação Com base no diagrama, no sentido direto da reação, conclui- -se que a a) energia de ativação da reação sem o catalisador é igual a 15 kJ. b) energia de ativação da reação com o catalisador é igual a 40 kJ. c) reação é endotérmica. d) variação de entalpia da reação é igual a –30 kJ. 08.05. (CENTRO UNIVERSITÁRIO SÃO CAMILO – SP) – O grá- fico representa a energia para reação de formação de água, caminho da reação Z 2H 2 + O 2 2H 2 O e n e rg ia Y X É correto afirmar que a energia de ativação e o calor de reação para a formação da água, em módulo, são, respectivamente, a) |X-Z| e |X-Y|. b) |X-Y| e |X-Z|. c) |Y-Z| e |X-Z|. d) |X-Y| e |Y-Z|. e) |Y-Z| e |X-Y|. Aula 08 19Química 4D Aperfeiçoamento 08.06. (IME – RJ) – O gráfico abaixo ilustra as variações de energia devido a uma reação química conduzida nas mesmas condições iniciais de temperatura, pressão, volume de reator e quantidades de reagentes em dois sistemas diferentes. Estes sistemas diferem apenas pela presença de catalisa- dor. Com base no gráfico, é possível afirmar que: Curva 2 E 2 E 1 E 3 Curva 1 Nível de Energia Inicial dos Reagentes Nível de Energia dos Produtos caminho da reação Energia a) A curva 1 representa a reação catalisada, que ocorre com absorção de calor. b) A curva 2 representa a reação catalisada, que ocorre com absorção de calor. c) A curva 1 representa a reação catalisada com energia de ativação dada por E1 + E3. d) A curva 2 representa a reação não catalisada, que ocorre com liberação de calor e a sua energia de ativação é dada por E2 + E3. e) A curva 1 representa a reação catalisada, que ocorre com liberação de calor e a sua energia de ativação é dada por E1. 08.07. (MACK – SP) – Um aluno, querendo verificar os con- ceitos de cinética-química discutidos na escola, dirigiu-se a uma drogaria e comprou alguns comprimidos efervescentes, os quais continham, de acordo com o rótulo do produto, massas iguaisde bicarbonato de sódio. Ao chegar a sua casa realizou a mistura desses comprimidos com água usando diferentes métodos. Após a observação do fenômeno de liberação gasosa, até que toda a massa de cada comprimido tivesse sido dissolvida em água, o aluno elaborou a seguinte tabela: Método Estado do comprimido Temperatura da água Tempo de reação 1 Inteiro 10°C 50 s 2 Triturado 60°C 15 s 3 Inteiro 60°C 25 s 4 Triturado 10°C 30 s De acordo com os resultados obtidos e mostrados na tabela acima, o aluno fez as seguintes afirmações: I. Ao comparar somente os métodos 1 e 2 fica impossível determinar qual dos dois fatores variados (estado do comprimido e temperatura da água), aumentou mais a velocidade da reação. II. A mudança da condição da água, de fria (10°C) para quente (60°C), faz com que, qualquer que seja o esta- do do comprimido, a velocidade da reação caia pela metade. III. A influência da temperatura da água no intervalo estuda- do é maior do que a influência do estado do comprimido, no aumento da velocidade da reação. Das afirmações acima, é correto dizer que o aluno errou a) apenas na afirmação I. b) apenas na afirmação lI. c) apenas na afirmação III. d) apenas nas afirmações II e III. e) em todas as afirmações. 20 Semiextensivo 08.08. (UDESC) – Se um comprimido efervescente que contém ácido cítrico e carbonato de sódio for colocado em um copo com água, e mantiver-se o copo aberto, observa-se a dissolução do comprimido acompanhada pela liberação de um gás. Assinale a alternativa correta sobre esse fenômeno. a) A massa do sistema se manterá inalterada durante a dissolução. b) A velocidade de liberação das bolhas aumenta com a elevação da temperatura da água. c) Se o comprimido for pulverizado, a velocidade de disso- lução será mais lenta. d) O gás liberado é o oxigênio molecular. e) O fenômeno corresponde a um processo físico. 08.09. (FUVEST – SP) – A reação representada pela equação abaixo é realizada segundo dois procedimentos NaHSO CH COONa CH COOH Na SO4 3 3 2 4+ ⎯→⎯ + I. Triturando os reagentes sólidos. II. Misturando soluções aquosas concentradas dos rea- gentes. Utilizando mesma quantidade de NaHSO4 e mesma quan- tidade de CH3COONa –nesses procedimentos, à mesma temperatura, a formação do ácido acético: a) é mais rápida em II porque em solução a frequência de colisões entre os reagentes e maior. b) é mais rápida em I porque no estado sólido a concentra- ção dos reagentes é maior. c) ocorre em I e II com igual velocidade porque os reagentes são os mesmos. d) é mais rápida em I porque o ácido acético e liberado na forma de vapor. e) é mais rápida em II porque o ácido acético se dissolve na água. 08.10. (UEM – PR) – Um gráfico que representa a variação de energia versus o caminho de uma reação apresenta três patamares distintos, relativos à energia dos reagentes, do estado ativado e dos produtos. Em relação a esse gráfico e aos conceitos envolvidos na cinética das reações, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01) Em uma reação exotérmica, a energia dos reagentes é maior que a do estado ativado, sendo ambas maiores que a energia dos produtos. 02) Em uma reação endotérmica, a energia de ativação é menor que a energia absorvida na formação dos pro- dutos a partir dos reagentes. 04) A velocidade de uma reação é inversamente proporcio- nal à sua energia de ativação, ou seja, quanto menor a energia de ativação, mais rápida será a reação. 08) Em uma reação química, todas as colisões ocorridas en- tre reagentes levam à formação de produtos. 16) Um catalisador não altera a energia dos reagentes ou dos produtos, somente diminui a energia de ativação de uma reação. Aula 08 21Química 4D 08.11. (UFSC) – Os conversores catalíticos utilizados nos sistemas de exaustão (escapamento) dos automóveis são, em geral, compostos de uma estrutura cerâmica recoberta com catalisadores metálicos, em geral, Au, Pd, Pt e/ou Rh. Estes catalisadores atuam de modo a converter espécies altamente tóxicas e/ou reativas produzidas a partir da queima de com- bustível no motor dos automóveis, como CO, NO e NO2, em espécies pouco reativas e de baixa toxicidade, como N2 e CO2. As reações envolvidas no processo são mostradas abaixo: Reação I: 2NO(g) ⎯→⎯ N2(g) + O2(g) Reação II: 2NO2(g) ⎯→⎯ N2(g) + 2O2(g) Reação III: 2CO(g) + O2(g) ⎯→⎯ 2CO2(g) Considerando as informações fornecidas, assinale a(s) proposição(ões) correta(s). 01) A energia de ativação associada à formação de N2 a partir da reação I é menor na presença de catalisadores metálicos do que na ausência de catalisadores. 02) Os catalisadores metálicos utilizados nos automóveis não são consumidos nas reações de formação de N2, O2 e CO2 e podem ser utilizados por longos períodos de tempo. 04) Os produtos formados na reação I apresentam ligações do tipo . 08) Todos os compostos descritos nas reações I, II e III pos- suem ligações com caráter covalente. 16) Os catalisadores metálicos utilizados para converter gases de exaustão em automóveis caracterizam um exemplo de catálise homogênea. 08.12. (UDESC) – Os óxidos de nitrogênio NO e NO2 são emitidos pelos automóveis e podem contribuir para a destruição da camada de ozônio. O processo ocorre em duas etapas: Etapa 1: O3 + NO ⎯→⎯ O2 + NO2 Etapa 2: NO2 + O3 ⎯→⎯ 2 O2 + NO Em relação a este processo, indique a alternativa incorreta. a) O NO não é consumido no processo. b) O O2 é o catalisador no processo de destruição do ozônio. c) O NO é catalisador neste processo. d) Trata-se de uma catálise homogênea. e) Os catalisadores diminuem a energia de ativação de reações químicas. Aprofundamento 08.13. (UNIVAG – MT) – O esquema representa dois experi- mentos, 1 e 2, que demonstram fatores que podem influen- ciar na rapidez das reações, como temperatura, superfície de contato e concentração dos reagentes. 1 2 25 °C 25 °C 100 mL de solução de ácido clorídrico 0,1 mol/L 1 g de casca de ovo triturada 1 g de casca de ovo inteira 100 mL de solução de ácido clorídrico 0,01 mol/L O principal componente da casca de ovo é o carbonato de cálcio (CaCO3) e, em ambos os experimentos, a casca foi totalmente consumida. Com base nessas informações, é correto concluir que a) a reação no tubo 1 se completaria mais rapidamente se a temperatura diminuísse. b) o volume de gás carbônico produzido nos tubos 1 e 2, ao final da reação, foi igual. c) a casca de ovo contida no tubo 2 foi consumida mais lentamente. d) a reação no tubo 1 seria mais rápida se a concentração do ácido fosse 0,001 moI/L. e) as cascas de ovo foram consumidas com a mesma velo- cidade nos tubos 1 e 2. 22 Semiextensivo 08.14. (FUVEST – SP) – Em solução aquosa ocorre a trans- formação: H O 2 I 2 H 2 H O I2 2 2 2+ + ⎯→⎯ + − + (Reagentes) (Produtos) Em quatro experimentos, mediu-se o tempo decorrido para a formação de mesma concentração de I2, tendo-se na mistura de reação as seguintes concentrações iniciais de reagentes: Experimento Concentrações iniciais (mol/L) Tempo (s) H2O2 I – H+ I 0,25 0,25 0,25 56 II 0,17 0,25 0,25 87 III 0,25 0,25 0,17 56 IV 0,25 0,17 0,25 85 Esses dados indicam que a velocidade da reação considerada depende apenas da concentração de: a) H2O2 e I – b) H2O2 e H + c) H2O2 d) H+ e) I– 08.15. (FUVEST – SP) – A reação de persulfato com iodeto S O 2 I 2 SO I2 8 2 4 2 2 − − −+ ⎯→⎯ + pode ser acompanhada pelo aparecimento da cor do iodo. Se no início da reação persulfato e iodeto estiverem em proporção estequiométrica (1:2), as concentrações de per- sulfato e de iodeto, em função do tempo de reação, serão representadas pelo gráfico: a) 10 co n c. 5 0 0 1 2 3 4 T c) 10 co n c. 5 0 0 1 2 3 4 T e) 10 co n c. 5 0 0 1 2 3 4 T b) 10 co n c. 5 0 0 1 2 3 4 T d) 10 co n c. 5 0 0 1 2 3 4 T Legenda: Concentração de I– Concentração de S2O8 2– Aula 08 23Química 4D 08.16. (FUVEST – SP) – Foram realizados quatros expe- rimentos. Cada umdeles consistiu na adição de solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 1 mol/L a certa massa de ferro. A 25°C e 1 atm, mediram-se os volumes de hidrogênio desprendido em função do tempo. No final de cada experimento, sempre sobrou ferro que não reagiu. A tabela mostra o tipo de ferro usado em cada experimento, a temperatura e o volume da solução de ácido sulfúrico usado. O gráfico mostra os resultados. Experimento Material Temperatura/ °C Volume da solução de H2SO4/mL A pregos 60 50 B limalha 60 50 C limalha 60 80 D limalha 40 80 Volume de Hidrogênio Tempo 1 2 3 4 As curvas de 1 a 4 correspondem, respectivamente, aos experimentos: 1 2 3 4 a) D C A B b) D C B A c) B A C D d) C D A B e) C D B A 08.17. (UEM – PR) – Assinale o que for correto. 01) Quanto maior a ordem de reação em relação a um reagente, menor é a dependência existente entre a concentração em quantidade de matéria desse rea- gente e a velocidade da reação global. 02) Um aumento de temperatura provoca um aumento da energia cinética das moléculas reagentes, fazendo que sua energia total se torne mais próxima, igual ou maior do que a energia de ativação. 04) Um aumento de temperatura provoca um aumento de velocidade de reações exotérmicas e endotérmicas. 08) Uma reação é dita de autocatálise quando um dos pro- dutos atua como catalisador da reação. 16) As reações seguintes possuem molecularidades dife- rentes: 2 NO(g) → N2O2(g) N2O2(g) + H2(g) → N2O(g) + H2O(ℓ) 08.18. (UDESC) – A cinética química é a parte da química que trata das velocidades das reações. Macroscopicamente, os resultados de estudos cinéticos permitem a modelagem de sistemas complexos, tais como processos que ocorrem na atmosfera ou até mesmo no corpo humano. O estudo de catalisadores, que são cruciais para a indústria química e para o desenvolvimento de novos combustíveis, também é um ramo da cinética química. Sobre esse tema, leia atentamente as proposições abaixo. I. A energia de ativação de uma reação é uma medida da energia cinética mínima necessária às espécies, para que reajam quando elas colidirem. II. Em uma reação que ocorre em múltiplas etapas, as etapas que ocorrem mais rapidamente serão determinantes para a velocidade da reação global. III. Um catalisador é uma substância que modifica o mecanis- mo de reação, provendo uma rota alternativa com energia de ativação drasticamente aumentada para a reação, o que diminui assim a velocidade da reação. IV. Uma reação ocorre geralmente como resultado de uma série de etapas chamadas de reações elemen- tares. Numa reação elementar, a molecularidade é definida pelo número de partículas (moléculas, átomos ou íons) de reagente envolvidas em uma reação elementar. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. b) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. d) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. e) Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras. 24 Semiextensivo Discursivos 08.19. (UFMG) – O magnésio reage com solução aquosa de ácido clorídrico produzindo gás hidrogênio. A velocidade dessa reação pode ser determi- nada medindo-se o volume total do gás formado, V, em função do tempo de reação, t. Em um experimento, utilizou-se magnésio e excesso de uma solução diluída de HCℓ aquoso. Todo o magnésio foi consumido. O gráfico ao lado ilustra o resultado obtido. 1. Se a temperatura do sistema fosse aumentada, INDIQUE o que ocorre- ria com o volume de hidrogênio produzido no tempo t = 2,0 minutos. JUSTIFIQUE sua resposta. 2. INDIQUE o que ocorreria com o volume de hidrogênio produzido no tempo t = 1,0 minuto, substituindo-se o ácido diluí- -do por igual volume de ácido concentrado. JUSTIFIQUE sua resposta. 08.20. (ITA – SP) – Certa reação química exotérmica ocorre, em dada temperatura e pressão, em duas etapas representadas pela seguinte sequência de equações químicas: A + B E + F + G E + F + G C + D Represente, em um único gráfico, como varia a energia potencial do sistema em transformação (ordenada) com a coordenada da reação (abscissa), mostrando claramente a variação de entalpia da reação, a energia de ativação envolvida em cada uma das etapas da reação e qual destas apresenta a menor energia de ativação. Neste mesmo gráfico, mostre como a energia potencial do sistema em transformação varia com a coordenada da reação, quando um catalisador é adicionado ao sistema reagente. Considere que somente a etapa mais lenta da reação é influenciada pela presença do catalisador. V/cm3 35 30 25 20 15 10 5 0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Tempo/ Minuto Aula 08 25Química 4D Gabarito 08.01. c 08.02. c 08.03. c 08.04. d 08.05. e 08.06. e 08.07. b 08.08. b 08.09. a 08.10. 20 (04, 16) 08.11. 15 (01, 02, 04, 08) 08.12. b 08.13. b 08.14. a 08.15. b 08.16. e 08.17. 14 (02, 04, 08) 08.18. e 08.19. 1. Após 2 minutos, o volume de hidrogênio produzido seria maior pois em maior temperatura a reação ocorre mais rapidamente. 2. Após 1 minuto, aumentando a concentração de ácido o volume de hidrogênio produzido seria maior, pois a reação ocorre com maior velocidade. 3. Após 5 minutos, o volume de hidrogênio produzido é igual, pois mesmo aumentando a concentração de ácido a massa de mag- nésio que reage em todos os experimentos é a mesma. A diferença é que esse mesmo volume pode ser produzido em menor tempo (maior velocidade). 08.20. Energia H E + F + G A + B C + D EA1 c/ catalisador EA2 E EA A1 2 26 Semiextensivo Anotações
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