1. Escreva as expressões da velocidade de reacção para as seguintes reacções em função do desaparecimento dos reagentes e da formação dos produtos:

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1 EB: QUÍMICA GERAL/ EQB: QUÍMICA GERAL I Capítulo 8. Cinética Química Ficha de exercícios 1. Escreva as expressões da velocidade de reacção para as seguintes reacções em função do desaparecimento dos reagentes e da formação dos produtos: (a) H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g) (b) 5Br - (aq) + BrOI 3 - (aq) + 6H + (aq) 3Br 2 (aq) + 3H 2 O (l) (c) 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (g) (d) 4NH 3 (aq) + 5O 2 (g) 4NO (g) + 6H 2 O (g) 2. Considere a reacção 2NO (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) Suponha que num determinado instante o NO reage a uma velocidade de M/s. (a) A que velocidade se forma o NO 2? (b) A que velocidade reage o oxigénio molecular? 3. Considere a reacção N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Suponha que num determinado instante o hidrogénio molecular reage a uma velocidade de M/s. (a) A que velocidade se forma o amoníaco? (b) A que velocidade reage o azoto molecular? 4. A equação cinética para a reacção NH 4 + (aq) + NO 2 - (aq) N 2 (g) + 2H 2 O (l) É dada por velocidade = k[nh 4 + ][NO 2 - ]. A constante de velocidade é 3.0 x 10-4 /M.s a uma temperatura de 25 ºC. Calcule a velocidade da reacção a esta temperatura se [NH 4 + ] = 0.26 M e [NO 2 - ] = M. 5. A partir dos dados da tabela seguinte, [F 2 ] (M) [ClO 2 ] (M) Velocidade inicial (M/s) x x x 10-3 (a) Deduza a equação cinética da reacção. (b) Calcule a constante de velocidade. (c) Calcule a velocidade da reacção quando se tiver [F 2 ] = M e [ClO 2 ] = M. 1/6

2 6. Considere a reacção A + B Produtos Determine a ordem da reacção e calcule a constante de velocidade a partir dos seguintes resultados obtidos a uma dada temperatura: 7. Considere a reacção X + Y Z [A] (M) [B] (M) Velocidade (M/s) x x x 10-1 Obtiveram-se os seguintes resultados a 360 K: Velocidade inicial de consumo de X (M/s) [X] (M) [Y] (M) (a) Determine a ordem da reacção; (b) Calcule a velocidade inicial de desaparecimento de X se a concentração de X for 0.30 M e a concentração de Y 0.40 M. 8. Determine as ordens globais das reacções a que se aplicam as seguintes equações cinéticas: (a) velocidade = k[no 2 ] 2 (b) velocidade = k (c) velocidade = k[h 2 ][Br 2 ] 1/2 (d) velocidade = k[no] 2 [O 2 ] 9. Considere a reacção A B A velocidade da reacção é 1.6 x 10-2 M/s quando a concentração de A é 0.35 M. Calcule a constante de velocidade se a reacção for (a) de primeira ordem em relação a A e (b) de segunda ordem em relação a A. 10. O ciclobutano decompõe-se em etileno de acordo com a seguinte equação: C 4 H 8 (g) 2C 2 H 4 (g) Determine a ordem da reacção e a constante de velocidade a partir dos valores de pressão apresentados na tabela seguinte: 2/6

3 Tempo (s) P (C 4 H 8 ) (mmhg) Estudou-se a seguinte reacção em fase gasosa a 290 ºC através do registo da alteração da pressão em função do tempo num recipiente de volume constante: ClCO 2 CCl 3 (g) 2COCl 2 (g) Tempo (s) P (mmhg) Determine a ordem da reacção e a constante de velocidade. 12. Qual o tempo de semi-vida de um composto se 75% de uma dada amostra desse composto se decompuser em 60 min? Admita uma cinética de primeira ordem. 13. A decomposição térmica da fosfina (PH 3 ) em fósforo e hidrogénio molecular é uma reacção de primeira ordem: 4PH 3 (g) P 4 (g) + 6H 2 (g) O tempo de semi-vida da reacção é 35.0 s a 680 ºC. Calcule (a) a constante cinética para a reacção e (b) o tempo necessário para a decomposição de 95% da fosfina. 14. A constante de velocidade da reacção de segunda ordem, 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2 (g) é 0.80 /M.s a 10 ºC. Calcule a concentração de NOBr após 22 s de reacção se a concentração inicial for de M. 15. A constante de velocidade da reacção de segunda ordem, 2NO 2 (g) 2NO (g) + O 2 (g) é 0.54 /M.s a 300 K. Quanto tempo (em segundos) demorará para que a concentração de NO 2 diminua de 0.62 M para 0.28 M? 16. A variação da constante de velocidade com a temperatura para a reacção de primeira ordem 2N 2 O 5 (g) 2N 2 O 4 (g) + O 2 (g) é dada na tabela seguinte. Determine graficamente a energia de activação da reacção. T (K) k (s -1 ) x x x x x /6

4 17. Para as mesmas concentrações, a reacção CO (g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g) é de x 10 3 vezes mais rápida a 250 ºC do que a 150 ºC. Calcule a energia de activação desta reacção. Admita que o factor de frequência é constante. 18. O factor de frequência para a reacção, NO (g) + O 3 (g) NO 2 (g) + O 2 (g) é de 8.7 x s -1 e a energia de activação 63 kj/mol. Qual é a constante de velocidade desta reacção a 75 ºC? 19. A constante de velocidade para uma reacção de primeira ordem é de 4.60 x 10-4 s -1 a 350 ºC. Calcule a temperatura para a qual a constante de velocidade será 8.80 x 10-4 s -1 se a energia de activação for 104 kj/mol. 20. As constantes de velocidade de algumas reacções duplicam por cada aumento de 10 graus de temperatura. Admita que uma dada reacção ocorre a 295 e 305 K. Qual deverá ser o valor da energia de activação da reacção para que a constante de velocidade duplique como descrito? 21. As cigarras cantam a uma velocidade de 2.0 x 10 2 por minuto a 27 ºC mas apenas a 39.6 por minuto a 5º C. A partir destes dados, calcule a energia de activação do processo de canto das cigarras (Sugestão: a razão das velocidades é igual à razão das constantes de velocidade.) 22. A equação cinética da reacção 2NO (g) + Cl 2 (g) 2NOCl (g) é dada por velocidade = k[no][cl 2 ]. (a) Qual a ordem da reacção? (b) Foi proposto um mecanismo para esta reacção que envolve as seguintes etapas NO (g) + Cl 2 (g) NOCl 2 (g) NOCl 2 (g) + NO (g) 2NOCl (g) Se admitirmos que o mecanismo proposto está correcto, que conclusões podemos tirar em relação às velocidades relativas das duas etapas elementares? 23. Verificou-se experimentalmente que, para a reacção X 2 + Y + Z XY + XZ, a duplicação da concentração de X 2 leva à duplicação da velocidade da reacção, que a triplicação da concentração de Y triplica a velocidade da reacção e que a duplicação da concentração de Z não afecta a velocidade. (a) Qual a equação cinética desta reacção? (b) Porque é que a alteração da concentração de Z não tem qualquer influência na velocidade da reacção? (c) Sugira um mecanismo para a reacção que seja compatível com a equação cinética. 4/6

5 24. A equação cinética da reacção de decomposição do ozono para formar oxigénio molecular 2 [ O3 ] 2O 3 (g) 3O 2 (g) é velocidade = k [ O2 ] O mecanismo proposto para o processo é O 3 O + O 2 (k 1 para a reacção directa e k -1 para a reacção inversa) O + O 3 2O 3 (k 2 para a reacção directa) Deduza a equação cinética a partir destas etapas elementares. Explicite claramente quais as aproximações que utilizou ao deduzir a equação cinética. Explique porque é que a velocidade diminui com o aumento da concentração de O A equação cinética para a reacção 2H 2 (g) + 2NO (g) N 2 (g) + 2H 2 O (g) é velocidade = k[h 2 ][NO] 2. Qual dos seguintes mecanismos não é compatível com a expressão da equação cinética experimental? Mecanismo I H 2 + NO H 2 O + N N + NO N 2 + O O + H 2 H 2 O Mecanismo II H 2 + 2NO N 2 O + H 2 O N 2 O + H 2 N 2 + H 2 O Mecanismo III 2NO N 2 O 2 N 2 O 2 + H 2 N 2 O + H 2 O N 2 O + H 2 N 2 + H 2 O (lento) (lento) (equilíbrio rápido) (lento) 26. A maior parte das reacções, incluindo as catalisadas por enzimas, têm velocidades maiores a temperaturas mais elevadas. No entanto, para uma determinada enzima, a velocidade diminui abruptamente a uma determinada temperatura. Explique a razão desse comportamento. 27. Considere o seguinte mecanismo para uma reacção com catálise enzimática: E + S ES ES E + P (equilíbrio rápido, k 1 para a reacção directa e k -1 para a reacção inversa) (lento, k 2 para a reacção directa) Deduza uma expressão para a lei de velocidade da reacção em função das concentrações de E e S. (Sugestão: considere que no equilíbrio, a velocidade da reacção directa é igual à velocidade da reacção inversa). 28. Sugira procedimentos experimentais que permitam medir as velocidades das seguintes reacções: (a) CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) (b) Cl 2 (g) + 2Br - (aq) Br 2 (aq) + 2Cl - (aq) (c) C 2 H 6 (g) C 2 H 4 (g) + H 2 (g) (d) C 2 H 5 l (g) + H 2 O (l) C 2 H 5 OH (aq) + H + (aq) + I - (aq) 5/6

6 29. Indique 4 factores que influenciam a velocidade de uma reacção. 30. A constante de velocidade para a reacção NO 2 (g) + CO (g) NO (g) + CO 2 (g) é de 1.64 x 10-6 /M.s. O que torna incompleta esta afirmação? 31. O volume de um catalisador (de forma esférica) utilizado num determinado processo industrial de catálise heterogénea é de 10.0 cm 3. Calcule a área da superficíe do catalisador. Se esta esfera for dividida em oito esferas iguais, cada uma com um volume de 1.25 cm 3, qual a área da superfície total das esferas? Em qual das duas configurações geométricas o catalisador é mais eficiente? (A área da superficíe de uma esfera é 4πr 2, onde r é o raio da esfera.) Baseado nesta análise, explique a razão de, em certas situações, ser perigoso trabalhar em silos para armazenagem de cereais. 32. Utilize os seguintes dados, obtidos a 300 ºC, para determinar graficamente o tempo de semi-vida da reacção: Tempo Pressão parcial (s) (mmhg) Recolheram-se os seguintes dados para a reacção entre o hidrogénio e o óxido nítrico a 700 ºC: 2H 2 (g) + 2NO (g) 2H 2 O (l) + N 2 (g) Experiência [H 2 ] (M) [NO] (M) Velocidade inicial (M/s) x x x 10-6 (a) Determine a ordem da reacção. (b) Calcule a constante de velocidade. (c) Sugira um mecanismo plausível, que seja compatível com a lei de velocidade. (Sugestão: admita como intermediário o átomo de oxigénio) 34. A reacção 2A + 3B C é de primeira ordem em relação a A e em relação a B. A velocidade é 4.1 x 10-4 M/s, quando as concentrações iniciais são [A] = 1.6 x 10-2 M, e [B] = 2.4 x 10-3 M. Calcule a constante de velocidade da reacção. 35. Um recipiente contém uma mistura de dois compostos A e B, que se decompõem ambos segundo uma cinética de primeira ordem. Os tempos de meia-vida são de 50.0 min para A e de 18.0 min para B. se as concentrações de A e de B forem iguais no inicio, que tempo será necessário para que a concentração de a seja quádrupla da concentração de B? 6/6