Questão 11. Verificou-se experimentalmente que para a reação X2 + Y + Z → XY + XZ, a duplicação da concentração de X2 leva à duplicação da velocida...

Questão 11. Verificou-se experimentalmente que para a reação X2 + Y + Z → XY + XZ, a duplicação da concentração de X2 leva à duplicação da velocidade da reação; que a triplicação da concentração de Y triplica a velocidade da reação e que a duplicação da concentração de Z não afeta a velocidade.
a) Qual é a lei de velocidade para essa reação?
v = k[X2][Y]
b) Por que a alteração na concentração de Z não tem qualquer influência na velocidade da reação?
Pois o reagente Z ocorre em uma etapa rápida da reação química, isto é, cuja energia de ativação é fornecida pela etapa anterior.
c) Sugira um mecanismo para a reação que seja compatível com a lei de velocidade.
I – Etapa lenta:
X2 + Y → XY + X
II – Etapa rápida: 8

Questão 12. As seguintes leis de velocidade foram derivadas de uma reação elementar. Escreva, para cada caso, a equação química da reação, determine sua molecularidade e desenhe uma estrutura proposta para o complexo ativado:
a) Velocidade = kt[CH3CHO] (Os produtos são CH3 e CHO.)
CH3CHO → CH3 + CHO
Molecularidade: unimolecular.

b) Velocidade = kt[I]2[Ar] (Os produtos são I2 e Ar. O papel do Ar é remover energia durante a formação do produto.)
2I + Ar → I2 + Ar
Molecularidade: termolecular.
I----I----Ar
c) Velocidade = kt[O2][NO] (Os produtos são NO2 e O.)
O2 + NO → NO2 + O
Molecularidade: bimolecular.

Questão 13. Você trabalha em uma unidade de tratamento de água e precisa medir a concentração do íon ferro(II) no estoque de água. O ferro(II) reage com a 1,10-fenantrolina (fen, 1) para formar a ferroína (Fe(fen)32+), um complexo de ferro vermelho escuro, que é usada para determinar sua concentração por espectrofotometria. Contudo, em soluções ácidas, o complexo se decompõe segundo a reação total: 9

1 1,10-fenantrolina
Fe(fen)32+(aq) + 3H3O+(aq) → Fe2+(aq) + 3Hfen+(aq) + 3H2O(l)
Para saber a repidez com que a concentração do complexo varia com a temperatura, você precisa primeiro determinar a energia de ativação da reação.
a) Os dados da tabela abaixo foram coletados em 40 °C. Use estes dados para determinar a ordem de reação com relação a Fe(fen)32+ e H3O+.
Experimento [Fe(fen)32+] (M) [H3O+] (M) Velocidade inicial (M s-1)
1 7,5x10-3 0,5 9x10-6
2 7,5x10-3 0,05 9x10-6
3 3,75x10-2 0,05 4,5x10-5
Ao manter a [Fe(fen)32+] constante, e diminuir 10x a [H3O+], a velocidade não se altera, então a [H3O+] não interfere na velocidade da reação.
Ao manter a [H3O+] constante, e aumentar 5x a [Fe(fen)32+], a velocidade aumenta em 5x, então a molecularidade em relação à [Fe(fen)32+] é 1.
b) Identifique a lei de velocidade da reação e determine o valor de kt, em 40 °C.
v = k[Fe(fen)32+]
k = 1,2x10-3 s-1
c) Utilize a constante de velocidade calculada em (b) e os dados da tabela abaixo para determinar a energia de ativação dessa reação.
Temperatura (°C) Constante de velocidade, kt (s-1)
50 5,4x10-3
60 2,2x10-2
70 8,5x10-2
40 1,2x10-3



ln (k) 1/T
-5,22 3,095x10-3
-3,82 3,002x10-3
-2,47 2,914x10-3
-6,73 3,193x10-3 10


Arrhenius:
ln ???? = ln ???? − Ea/R × 1/T

− Ea/R = ln ( ????40/????70 ) ∆ 1/T = ln ( ????40/????70 ) 1/313,15 - 1/343,15 = 3581,9 × ln ????40/????70 = 3581,9 × ln 1,2 ∙ 10−3/8,5 ∙ 10−2 = −15260
− Ea/R = −15260 ∴ Ea = 127 kJ ∙ mol-1
d) Quanto tempo seria necessário para que a concentração de Fe(fen)32+ diminua pela metade a 25 °C?
Sabendo que o logaritmo da razão é igual à diferença entre os logaritmos:
−15260 = ∆ ln ????/∆ 1/T = ln ????25 − (−2,47) 1/298,15 - 1/343,15
−15260 = ln ????25 − (−2,47) 1/298 - 1/343,15
ln ????25 = −9,18
????25 = 1,02 ∙ 10-4????-1
????1/2 = ????????(2)/???? = 6738 ????