Resolucao de Lista de Exercisos de Cinetica Quimica (2)

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CINETICA QUIMICA LISTA DE EXERCICIOS
1) Proponha um método inovador de cozer batatas, mais rapidamente do que pelo método corrente.
Solucao:
Cortar em pequenos pedacos, aumenta a area asuperficial.
2 ) Na decomposição de pentóxido de nitrogênio, obtiveram-se os seguintes resultados:
a) Qual é a ordem da reação em relação ao reagente? 1 velocidade diretamente proporcional a concentracao
 
b) Qual é número de moles de reagente consumido ao fim de 5 min, em cada cm3 da solução?
V = k [N2O5] k = v/[N2O5] = 6,2 x 10-4 
[N2O5] = [N2O5]o e-kt
[N2O5] = [2,21]* e-6,2 x 10-4 min-1 x 5 min = 2,20 
[N2O5] = = 2,21* e-6,2 x 10-4 min-1 x 5 min = 2,20 mol /dm3 (1dm/10 cm)3 = 
2,20x 10-3 mol cm-3
3) Qual é a ordem cinética de que se aproxima a corrida a 3000 m de uma atleta
Solucao:
Ordem zero v=e/t
4.Considere a seguinte reação hipotética em solução aquosa: A(aq) B(aq). Um frasco é carregado com 0,065 mol de A em um volume total de 100 mL. Os seguintes dados são coletados:
	Tempo
(min)
	0
	10
	20
	30
	40
	Quantidade
de matéria de A
	0, 065
	0, 051
	0, 042
	0, 036
	0, 031
	[ A] (mol/L)
	0,65
	0,51
	0,42
	0,36
	0,31
	[B] mol/L
	0
	0,14
	0,23
	0,29
	0,34
	Velocidade
A 
mol L-1 min-1
t= 10 minutos
	-
	- 0,014
	-0,009
	0,006
	0,005
	Velocidade de aparecimento de B 
(mol L-1s-1)
t= 30 minutos=
 1800 s
	-
	+7,7 x 10-5
	+5 x
 10-5
	+3,3 x
 10-5
	+2,7x
 10-5
(a) Calcule a quantidade de matéria de B em cada tempo na tabela, supondo que não existem moléculas de B quanto o tempo for zero.
(b) Calcule a velocidade média de desaparecimento de A para cada intervalo de 10 min. e t= 30 min., qual é a velocidade de aparecimento de B em unidades de mol L-1s-1. Suponha que o volume da solução seja constante.
5) (a) Como a velocidade de despararecimento do ozônio relaciona-se com a velocidade de aparecimento do oxigênio na seguinte equação:
2 O3(g)	3 O2(g)
V = - ½ * [O3]/ t = 1/3 * [O2]/ t 
- [O3]/ t = +2/3 * [O2]/ t 
(b) Se a velocidade de aparecimento de O2(g) é 6,0 x 10-5mol/L em determinado instante, qual é a velocidade de desapareciemnto do O3(g) neste mesmo instante.
V = - ½ * [O3]/ t = 1/3 * [O2]/ t
- [O3]/ t = 2/3 * [O2]/ t = 2/3 * 6,0 x 10-5mol/L = 4 x 10-5molL-1s-1 
 
(c) Na decomposição de pentóxido de nitrogênio segundo a reação: 2N2O5(g)	 4NO2(g) + O2(g)
Se a velocidade de decomposição de N2O5(g) em determinado instante no recipiente de reação for 4,2 x 10-7 mol L-1s-1, qual é a velocidade de aparecimento de (a) NO2; (b) O2??
V = - ½ * [N2O5]/ t = 1/4 * [NO2]/ t = [O2]/ t 
 [NO2]/ t = 4/2 * [N2O5]/ t = 2 [4,2 x 10-7 mol L-1s-1] = 8,4 x 10-7 mol L-1s-1
 [O2]/ t = ½ * [N2O5]/ t = ½ * [4,2 x 10-7 mol L-1s-1] =2,1 x 10-7 mol L-1s-1
6) A velocidade de desaparecimento de HCl foi medido pela seguinte reação: 
 CH3OH(aq) + HCl (aq)	CH3Cl (aq) + H2O(l)
Os seguintes dados foram coletados:
	Tempo (min)
	[ HCl] (mol/L)
	Vm 
mol L-1s-1
	
0,0 (min) 0,0 (s)
	
1,85
	 -
	54,0 3.240
	1,58
	8,3 x 10-5
	107,0 6.420
	1,36
	6,9 x 10-5
	215,0 12.900
	1,02
	5,2 x 10-5
	430,0 25.800
	0,580
	3,4 x 10-5
(c) Calcule a velocidade média da reação, em mol L-1s-1, para intervalos de tempo em cada medida.
(d) Faça um gráfico de [HCl] versus tempo. Use o gráfico determinar a velocidade instantânea em mol L-1 s-1 a t= 5.000 e t= 8.000 s.
Y = 1,73906 – 4,7669 x 10-5 X
[HCl] = 1,73906 – 4,7669 x 10-5 t
Para t = 5000 s ; [HCl] = 1,5
 t = 8000 s [HCl] = 1,34
7) A velocidade inicial de uma reação A + B	C	foi medida por várias concentrações iniciais diferentes de A e B, e os resultados são como seguem:
	Número	de Experimento
	
[A] (mol/L)
	
[B] (mol/L)
	
Velocidade	inicial (mol L-1 s-1)
	1
	0,100
	0,100
	4,0 x 10-5
	2
	0,100
	0,200
	4,0 x 10-5
	3
	0,200
	0,100
	16,0 x 10-5
Nos experimentos 1 e 2 
[A] e constante
[B] dobra
V se mantem constante
· Em virtud da velocidade permanecer a mesma quando B dobra, a concentracao de B nao tem efeito na velocidade da reacao. Reacao de ordem zero.
· Nos experimentos 1-3 [B] permanece constante, assim eles mostram como [A] afeita a velocidade, assim [A] dobra, aumentando-se a velocidade quatro vezes, este resutado indica que a velocidade e proporcional a [A]2 (esta reaco e de segunda ordem em A)
Outra Solucao 
Experimento 1- 2
Velocidade 2/Velocidade 1 = k [0,100]m [0,200]n/ k [ 0,100]m [0,100]n = [0,2/0,1]n = 2n
4,0 x 10-5/4,0 x 10-5 = 2n
1 = 2n n = 0
Experimento 1- 3
Velocidade 3/Velocidade 1 = k [0,200]m [0,100]n/ k [ 0,100]m [0,100]n = [0,2/0,1]m = 2m
16 x 10-5/4,0 x 10-5 = 2m
4 = 2m m= 2
Usando esses dados, determine:
a) a lei de velocidade para reação;
v = k [A]2 [B]0
b) A magnitude de constante de reação
 v = k [A]2 [B]0
mol L-1 s-1 = k [mol/L]2
k = mol-1L s-1
c) A velocidade de reação quando [A] = 0,050 mol/L e [B] = 0,100 mol/L
V = k[A]2 
4,0 X 10-5 = K (0,01)2 
K= 4,0 X 10-5/ (0,01)2 
 V = 4,0X10-3 (0,05)2
 
 V = 1 X 10-5 mol L-1 s-1
 
8. Você determina a velocidade para uma reação A + B	 C tem forma, Velocidade = k[A]x
Qual é o valor da velocidade x se:
a. A velocidade triplica quando [A] é triplicado
3V = K [3 A]x 
3 (k[A]x) = k 3xAx 
3[A]x = 3xAx
x=1
b. A velocidade aumenta 8 vezes quando [A] é dobrado.
8V = k [2 A]x
8 (k[A]x ) = k 2x Ax
8= 2x
X= 3
c. Não existe variação da velocidade quando [A] é triplicado.
V = k [3A]x
 k[A]x = k [3A]x
 1= 3x 
 X= 0
9. Os seguintes dados foram coletados para a velocidade de desaparecimento de NO na reação:
2 NOg) + O2(g)	2 NO2(g)
	Número	de Experimento
	
[NO] (mol/L)
	
[O2] (mol/L)
	
Velocidade	inicial (mol L-1 s-1)
	1
	0,0126
	0,0125
	1,41 x 10-2
	2
	0,0252
	0,0250	
	1,13 x 10-1
	3
	0,0252
	0,0125
	5,64 x 10-2
a. Qual é a lei de velocidade para a reação?
v = k [NO]2[O2]1
a = 2 b= 1
b. Qual é a unidade de constante da velocidade?
V = k [NO]2[O2]
mol L-1 s-1 = k(mol/L)2 (mol/L)
k = mol L-1 s-1 / mol3/L3 =mol-2 L2 s-1 
c. Qual é o valor médio da constante de velocidade calculada a partir dos três conjuntos de dados?
Reemplazando em III
5,64 x 10-2 mol L-1 s-1 = k (0,0252 mol/L)2 (0,0125 mol/L)
 k = 7105 mol-2 L2 s-1
10. A decomposição na fase gasosa de SO2Cl2 segundo reação:
SO2Cl2(g)	SO2 (g)	+	Cl2(g)
É de primer ordem em SO2Cl2(g) . A 600 K a meia vida para esse processo é 2,3 x 105s.
a. Qual é a constante de velocidade a essa temperatura?
K = ln2/ t1/2 
K = ln2/2,3 x 105s
K = 3,0 x 10-6 s-1
 
b. A 320 °C a constante de velocidade é 2.2 x 10-5s-1. Qual é a meia-vida a essa temperatura?
t1/2= ln2/ k
t1/2= ln2/ 2.2 x 10-5s-1 = 3,1 x 104 s-1
c. Se a decomposição do cloreto de sulfurila SO2Cl2(g) é um processo de primera ordem, e a constante de velocidade para a decomposição a 660 K é 4,5 x 10-2 s-1:
(c-1) Se começamos com uma pressão inicial de 375 torr, qual é a pressão dessa substância após de 65 s?
[A]t = [A]o e-kt
[p]t = [p]o e-kt
[p]t = [375 torr] e-kt = [375 torr] e-4,5x10-2 s-1x 65 s = 20,12 Torr. 
(c-2) A qual tempo a pressão de SO2Cl2(g) cairá para um décimo de seu valor inicial?.
[A]t = [A]o e-kt
[A]t /[Ao = e-kt
1/10 = e-kt = e-4,5 x 10-2 x t
ln 0,1 = - 4,5 x 10-2 x t
- 2,3 = - 4,5 x 10-2 x t
 
t = (2,3/4,5) x 102 = 511s 
11. A constante de velocidade de primeira ordem para a decomposição de N2O5:
N2O5(g)	2 NO2(g) + O2(g)	a 70°C, é 6,82 x 10-3 s-1. Suponha que comecemos com 0,025 mol de N2O5(g)em um volume de 2,0 L
a. Qual quantidadeN de matéria de N2O5 restará depois de 2,5 min.
t = 2,5 min = 150 s 
[N2O5]0 = 0,025 mol/2,0 L = 0,0125 mol/L
[N2O5]t = [N2O5]0 e-kt
 
[N2O5]t = 0,0125 e- 6,82 x 10-3 s-1 x150 s = 4,4 x 10-3 mol/L
n moles de N2O5 = 4,4 x 10-3 mol/L * 2 L = 8,8 x 10-3 mol = 0,0088 mol
b. Quantos minutos serão necessários para que a quantidade de N2O5(g) caia para 0,010 mol?
 [N2O5] = 0,010/2 = 0,005 mol/L
[N2O5]t = [N2O5]0 e-kt
e-kt = 0,005/0,0125 
- kt = ln 0,4
 t= 0,916/6,82 x 10-3 s- = 0,1343 x 103 s = 134,3 s 
 
c. Qual é a meia-vida de N2O5(g) a 70 °C.
t1/2 = ln 2 / k = ln 2/ 6,82 x 10-3 s -1= 101,6 s
12. Qual é a etapa determinante para uma reação cujo diagrama de energia potencial da figura? Não considere possível influência das concentrações na etapa determinante.
T2 > T1 
T2 etapa mais lenta e a que determina a velocidade de rxn.
13. (a) A energia de ativação para a isomerização da isonitrila de metila é 160 KJ/mol. Calcule a fração de moléculas de isonitrila de metila que tem energia maior ou igual a 160 KJ a 500 K
f= e-Ea/RT
f= e-Ea/RT
f= e-160 x 1000 J/ (8,3 Jmol-1 K-1 x 500 K)
f = 1,8 x 10-17
(b) Calcule esta fração para uma temperatura de 510 K. Qual é a razão entre a fração a 510 K e aquela a 500 K.
Assuma: f = fração de moléculas. f= e-Ea/RT
f= e-160 x 1000 J/ 8,3 Jmol-1 K-1 x 510 K
f = 3,87 x 10-17
r = 3,87 x 10-17/ 1,8 x 10-17 = 2,15
	
14. Para o processo elementar , N2O5(g)	2 NO2(g) + O2(g) ,
A energia de ativação (Ea) e ΔE total são 154 KJ/mol e 136 KJ/mol, respectivamente.
a. Esboce o perfil de energia para essa reação e rotule (Ea) e ΔE.
b. Qual é a Ea para a reação inversa. 154-136 = 18 KJ/mol
 E* = 154 KJ/mol
 ΔE = 136 KJ/mol
15. Com base nas energias de ativação e nas variações de energia, e supondo que todos os fatores de colisão são os mesmos, qual das seguintes reações será mais rápida e qual seria mais lenta?
a. Ea = 45 kJ/mol ; ΔE = -25 kJ/mol
b. Ea = 35 kJ/mol ; ΔE = - 10 kJ/mol c. Ea = 55 kJ/mol ; ΔE = 10 kJ/mol
A reacao mais rapida, aquela que tem menor Ea Rpta: b
A reacao mais lenta, aquela que tem a maior Ea Rpta c
O ΔE nao afeta a velocidade de rxn
16. Determinada reação de primeira ordem tem uma constante de velocidade de
2,75 x 10-2s-1 a 20 °C. Qual é o valor de k a 60 °C se (a) Ea = 75,5 kJ/mol, (b) Ea = 105 kJ/mol?
 ln k1 = - Ea/RT1 + ln A
 ln K2 = - Ea/RT2 + ln A
 a) ln k1/ k2 = [Ea/R] * (1/T2 – 1/T1)
 ln 2,75 x 10-2 s-1/ k2 = 75,5 x103 J/mol/ 8,3 J/mol K * ( 1/ 333 – 1/ 293)
 
 ln 2,75 x 10-2 s-1/ k2 = -3,756 
 2,75 x 10-2 s-1 / k2 = 0,0234
 k2 = 2,75 x 10-2 s-1/ 0,0234 = 117,3 x 10-2 s-1 = 1,173 s-1
b ) ln k1/ k2 = [Ea/R] * (1/T2 – 1/T1)
ln 2,75 x 10-2 s-1/ k2 = 105 x103 J/mol/ 8,3 J/mol K * ( 1/ 333 – 1/ 293)
ln 2,75 x 10-2 s-1/ k2 = -5,22
2,75 x 10-2 s-1/ k2 = 0,005
k2 = 512,07 x 10-2 s-1 = 5,12 s-1
17. A velocidade de reação
 CH3COOC2H5 (aq) + OH-(aq) CH3COO- (aq) + C2H5OH(aq)
Foi medida a varias temperaturas e os seguintes dados foram coletados:
	T (°C) K
	K (mol-1L s-1)
	ln K
	1/T
	15 288
	0, 0521
	-2,955
	0,00347
	25 298
	0, 101
	-2,293
	0,00335
	35 308 
	0,184
	-1,693
	0,00324
	45 318 
	0,332
	-1,102
	0,00314
a. Usando esses dados faça um gráfico ln k versus 1/T
b. Usando seu gráfico, determine o valor de Ea?
Sabendo que: ln k = - Ea/RT + ln A
 Y = - 5595,71 X + 16,45
 - Ea/R = -5595,71 K
 Ea = 5595,71 K ( 8,31 J/mol K) = 46.500 J/mol = 46.5 KJ/mol
18. Com base no seguinte perfil de reação
A	D ??
(A) Quantos intermediários são formados na reação? 2
(B) Qual etapa é a mais rápida? C
(C) A reação A	D é exotérmica ou endotérmica?? Endotermica 
19. Muitos catalisadores heterogêneos importantes são materiais sólidos bem finamente divididos. (a) Porque o tamanho de partícula é importante? e (b) Qual o papel de adsorção na ação de um catalisador heterogêneo.
(a) Os catalisadores heterogeneos geralmente sao compostos solidos. As reacoes catalisadas ocorre na superficie, assim catalisadores com tamanho de particula menor apresentam maior area superficial.
(b) A etapa inicial na catalises heterogenea normalmente e a adsorcao dos reagentes. A adsorcao se refere as ligacoes das moleculas a superficie. A adsorcao ocorre porque os atomos ou iones na superficie de um solido sao extremamente reativos. Diferentemente de suas contrapartes no interior das substancias, eles tem necesidade de valencia nao prenchidas. As capacidades de ligacao nao utilizadas dos atomos ou iones podem ser utilizadas nas ligacoes moleculares da fase gasosa ou da solucao na superficie do solido. Os locais onde as moleculas que estao reagindo podem vir a ser adsorvidas sao chamadas de sitios ativos. O numero de sitios ativos por quantidade unitaria de catalisador depende da natureza do catalisador, de seu metodo de preparacao e de seu tratamento antes do uso.
20. A oxidação de SO2 a SO3 é catalisada por NO2. A reação procede como a seguir:
2NO2(g ) + 2SO2(g )	 2NO(g ) + 2 SO3(g )
2 NO(g ) + O2(g)	2 NO2(g )
 2SO2(g) + O2(g) 	 2 SO3(g )
a. Mostre que as duas reações podem ser somadas para fornecer a oxidação total de SO2 por O2 para dar SO3.
b. Por que consideramos o NO2 como catalisador o não um intermediário nessa reação.
O NO2(g) como catalisador se regenera, ja o NO(g) e um intermediario por tanto e inestavel (aparece – desaparece) e nao define a velocidade da reacao.
 
c. Esse exemplo é um exemplo de catalises homogênea ou heterogênea?
 2SO2(g) + O2(g) 	 2 SO3(g )
 Catalisador NO2(g )
catalises homogênea
♠ Preparado por; Prof. Dra. Pilar Hidalgo
0.00310
0.00315
0.00320
0.00325
0.00330
0.00335
0.00340
0.00345
0.00350
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
ln K
1/T
Equation
y = a + b*x
Weight
No Weightin
Residual 
Sum of 
Squares
5.59634E-4
Adj. R-Squar
0.99956
Value
Standard Err
B
Intercept
16.45509
0.2244
B
Slope
-5595.7095
67.95179
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
[HCl] (mol/L)
t (s)
 
[HCl]
 
Linear Fit of [HCl]