Escola de Engenharia de Lorena USP Cinética Química Exercícios

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1 Escola d Engnharia d Lorna USP Lista 8 1 (P2 2003) - Esboc os sguints gráficos: 1) Concntração vrsus tmpo 2) Convrsão vrsus tmpo para uma ração rvrsívl com: ) Baixa convrsão no quilíbrio; B) Elvada convrsão no quilíbrio. 2 (P2 2003) - ração d strificação do tanol plo ácido acético é d primira ordm a concntração inicial d ácido acético d 0,07 mol/l. Calcular a concntração d ácido qu ragiu até atingir o quilíbrio químico, sabndo s : qu a ração s procssa com xcsso d álcool. Dados: Ração Química: C2H5OH + CH3COOH CH 3COOC2H5 + H 2O Constants d Vlocidads: k1 = 0,00185 min -1 ; k2 = 0,00176 min -1 3 (P2 2003) - ração rvrsívl m fas liquida: + B R ocorr a 20 o C a partir d concntraçõs inicias iguais: C o = C Bo = 0,08 M. s constants d vlocidad dsta ração são as sguints: k1 = 0,035 L/mol.s k 2 = 0,012 s -1 Calcular a convrsão d a concntração d R no quilíbrio químico. 4 (P2 2009) strificação do tanol com ácido fórmico m solução aquosa a 40 o C é uma ração bimolcular rvrsívl cuja constant d quilíbrio nsta tmpratura é d 1,20. C2H 5OH + HCOOH HCOOC2H 5 + H 2O Sabndo-s qu a constant d vlocidad da ração dirta é d 9,25 (L/mol.min) utilizando concntraçõs iniciais d 0,352 mol/l para ambos os ragnts, calcular: a convrsão no quilíbrio químico B a concntração do formiato d tila no quilíbrio C o tmpo ncssário para qu atinja mtad da convrsão d quilíbrio a 40 o C. (considr sta ração como sndo rvrsívl d sgunda ordm m ambos os sntidos). 5 - (P2 1999) - Formiato d tila é formado a 303 K através da sguint ração d primira ordm: HCOOH + C2H6O HCOOC2H5 + H2O Os rsultados xprimntais obtidos foram os sguints : t (min) Cx10 2 (M) 29,44 28,59 24,77 23,05 21,28 16,80 11,32 ond C é a concntração do ácido fórmico na ração. constant d quilíbrio dsta ração a 303 K é 1,60. Dtrmin a quação d vlocidad dsta ração. 6) (Exam 2001) - isomrização cis-trans do 1,2 dimtil ciclopropano a 453 o C é uma ração rvrsívl d primira ordm. composição prcntual da mistura é aprsntada na tabla abaixo m função do tmpo: t (s) % d isômro trans 0 10,8 18,9 37,7 41,8 49,3 56,5 60,1 62,7 70,0 Calcul as constants d vlocidad da ração dirta da ração invrsa. B S a vlocidad da ração dirta dobra a vlocidad da ração invrsa triplica após um aumnto d 32 o C, qual a nrgia d ativação das raçõs dirta invrsa? 7) - (Exam 2001) - H. Taylor R.H. Crist studaram a cinética da ração d dcomposição do iodto d hidrogênio obtivram os sguints rsultados:

2 Escola d Engnharia d Lorna USP 2 HI(g) H 2 (g) + I 2 (g) T (K) k 1(mL/mol.s) k 2(mL/mol.s) 666,8 0,259 15,59 696,6 1,242 67,0 Calcul a nrgia d ativação da ração dirta invrsa. B Qual a convrsão d quilíbrio dsta ração a 700K C Qual a convrsão dsta ração após 5 sgundos a 700 K. (para C o = 1M) 8 (P2 2005) - Ácido gama-hidroxibutírico m fas gasosa fornc uma lactona através d uma ração rvrsívl do tipo: R. variação da prssão do ragnt vrsus o tmpo a 25ºC foi mdida é dada abaixo: t (min) P (atm) 44,55 38,71 32,38 25,05 16,30 12,12 Dtrmin: ) a quação d vlocidad dsta ração. B) a constant d quilíbrio dsta ração. C) o tmpo ncssário para qu mtad do ragnt s dcomponha m produto. 9) - (Exam 2004) - ração química d isomrização trans-chcl=chcl cis-chcl=chcl foi studada por William Klford a 300 o C os rsultados ncontrados foram os sguints : t (s) [trans-chcl=chcl] (M) 0,95 0,829 0,7524 0,419 Dmonstr qu sta é uma ração rvrsívl d primira ordm calcul as constants d vlocidad da ração dirta da ração invrsa. Sabndo-s qu a vlocidad da ração dirta dobra da ração invrsa triplica após um aumnto d 20 o C, calcular a nrgia d ativação da ração dirta da ração invrsa. 10) (P2 2011) - W. Kistiakawshi studou a cinética d uma séri d raçõs d strificação hidrólis. Uma ração qu mrcu sua spcial atnção foi a qu ocorr ntr o tanol o ácido fórmico. Em um d sus studos, l utilizou ácido fórmico m xcsso, com uma rlação inicial d concntraçõs d 20:1 (ácido fórmico:tanol). concntração inicial do tanol foi d 0,05 M. Os dados obtidos por Kistiakawshi são aprsntados na tabla abaixo, na qual CR é a concntração do formiato d tila m cada tmpo. ração é a sguint: C2H5OH + HCOOH HCOOC2H5 + H2O tmpo(h:min) 0 3:16 7:55 9:35 12:20 CR (M) 0,01 0,0213 0,0288 0,0302 0,0315 0,0338 Pd-s: ) Dtrminar a quação d vlocidad da ração. B) O tmpo ncssário, m minutos, para qu ocorra 50% da strificação máxima. 11) Ácido -hidroxibutírico m solução aquosa produz -butilactona d acordo com a sguint quação stquiométrica: CH 2OHCH 2CH 2COOH CH 2.CH 2.CH 2.CO + H 2O O L.C. Taylor B.Clyd studaram a variação da concntração do ácido -hidroxibutírico m função do tmpo a 25ºC. Concluídos os studos montaram a tabla a sguir qu rlaciona a concntração do ácido -hidroxibutírico prsnt no mio racional m função do tmpo da ração.

3 Escola d Engnharia d Lorna USP t (min) Cácido(M) 18,23 15,84 13,25 10,25 6,67 4,96 Considrando qu a ração invrsa é uma ração d psudo-ração d primira ordm, dtrmin: ) a quação d vlocidad dsta ração; B) o tmpo ncssário para uma convrsão d 20%. 12 (P2 2010) - hidrólis do 1-cloro-1-mtil ciclo-undcano foi studada a 25ºC, a partir d uma concntração inicial do ragnt d 0,5 mol/litro do produto d 0,0035 mol/litro. concntração do ácido formado (R), obtida por titulação, ao longo do tmpo, foi: t (horas) CR (mol/l) 0,0035 0,0295 0,0715 0,1055 0,1505 0,1725 0,2197 Sabndo-s qu a ração dirta, pod sr considrada para fins d studo cinético, como sndo d psudo ordm, dtrmin: ) a quação d vlocidad dsta ração B) a constant d quilíbrio da ração. 13 (P2 2007) - ração + B R + S foi studada a 15 o C concluiu-s qu é rvrsívl. Nsta tmpratura, partindo-s d concntraçõs iniciais dos ragnts iguais a 1,2 M, obtvs o valor das constants d vlocidad dirta invrsa dsta ração: k1 = 3,5 x 10-4 (L/mol.min) k2 = 5,0 x 10-6 (L/mol.min) ração foi ntão ralizada a 25 o C, com as msmas concntraçõs iniciais dos ragnts do xprimnto antrior. Os dados obtidos nsta nova tmpratura para concntração do produto R foram: tmpo (h) CR (M) 0 0,12 0,24 0,37 0,49 0,72 0,90 Exist nst studo cinético a 25 o C alguma amostra qu pod sr dsconsidrada? Por qu? B - Calcular as constants d vlocidad dirta invrsa a 25 o C (L/mol.h). C - Qual a nrgia d ativação da ração dirta da ração invrsa? D - Qual a quação d vlocidad dsta ração m função da tmpratura? 14 (P2 2001) - dcomposição d iodto d hidrogênio ocorr m uma ração química rvrsívl d sgunda ordm foi studada a volum constant por Kistiakowsky [J. of mr. Chm. Soc. (50), 2315, 1928]. 2 HI I2 + H2 Kistiakowsky ralizou 7 xprimntos a partir d concntraçõs iniciais difrnts m cada um dls, mas mantndo smpr a tmpratura constant m 321,4 o C. Os dados obtidos publicados no Journal ncontram-s na tabla abaixo. convrsão no quilíbrio para sta ração foi apurada na litratura a partir da quação d Bodnstin é a sguint: = 0, ,221x10-5 T + 2,576x10-7 T 2 com T m o C Exprimnto I II III IV V VI VII [HI]0 (M) 0,103 0,113 0,191 0,312 0,346 0,408 0,423 t (s) %[HI] dcomposto 2,94 2,67 4,50 2,31 2,34 2,64 2,59 Dmonstr sr sta uma ração rvrsívl d sgunda ordm calcul a sua constant d vlocidad dirta invrsa. B Qual a convrsão qu ocorr nsta ração a 321,4 o C partindo-s d uma concntração inicial d 0,20 M após 1 hora d ração?

4 Escola d Engnharia d Lorna USP 15 (P2 1999) - ração química R + S é rvrsívl sus studos cinéticos prmitiram o cálculo stimado d suas constants d vlocidad : k1 = 3,25x /T (min) -1 k2 = 4,77x /T (L/mol.min) Esta quação d vlocidad foi studada a partir d uma concntração inicial d d 1,0 mol/l a 600 K. Considrando-s qu s trata d uma provávl ração rvrsívl d primira ordm dirta d sgunda ordm invrsa, dtrmin: ) nrgia d ativação da ração dirta da ração invrsa; B) convrsão do quilíbrio a 600 K? Estudos postriors prmitiram a idntificação da convrsão do ragnt m função do tmpo os dados obtidos ncontram-s na tabla abaixo : t (min) , ,5 48,5 70,2 C) Confirm s o modlo matmático sugrido acima pod sr utilizado para o studo cinético dsta ração. Dado : Modlo Cinético para o studo d raçõs rvrsívis d primira ordm dirta sgunda Ordm invrsa. (com C C 0 ) R o S o k 1 t 2 ln (1 ) 16 (P2 2000) - ração química m mio aquoso R foi studada a 25 o C a concntração do produto R foi acompanhada ao longo do tmpo, conform a tabla abaixo : t (min) 2 3 3,9 4,8 6 7,2 9,6 CR (M) 0,038 0,052 0,061 0,071 0,080 0,095 0,097 0,112 concntração d no inicio da ração foi d 0,182 M. Dtrminar: a quação d vlocidad d ração. B o tmpo ncssário para qu ocorra 50% da convrsão máxima dsta ração. C qual a vlocidad da ração após 10 minutos? D sabndo-s qu com um aumnto d 20oC, a vlocidad da ração dirta dobra a vlocidad da ração invrsa triplica, qual a nrgia d ativação da ração dirta? da ração invrsa? E a ração dirta é xotérmica ou ndotérmica? Por qu? 17 (P2 2009) - ração d obtnção do actato d tila a partir do tanol ácido acético: CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O é ralizada na prsnça d HCl como catalisador. O studo cinético dsta ração foi fito a partir da titulação d alíquotas d 1 ml do mio racional com NaOH 0,0612N m divrsos tmpos a 25ºC o volum d NaOH consumido m cada amostra é dado na tabla abaixo. s concntraçõs iniciais d ácido acético, tanol água foram d 1,0N, 12,756M 12,756M rspctivamnt. t (min) VNaOH (ml) 24,37 22,20 21,35 19,5 19,26 18,29 15,15 14,5 14,09 12,68 Qual a quação d vlocidad dsta ração?

5 Escola d Engnharia d Lorna USP 18) - (P2 1997) - Kistiakawsky Smith (J. m. Chm. Soc., 56 (638), 1.934) studaram a cinética da isomrização cis-trans do isostilbno. crdita-s qu s trata d uma ração rvrsívl d psudo primira ordm m ambos os sntidos, com a sguint rprsntação stquiométrica : B ond é o isostilbno B é o stilbno. Os psquisadors ncontraram os dados aprsntados na Tabla 1 para a constant d quilíbrio dsta ração. Partindo-s d isostilbno puro os psquisadors ncontraram os dados aprsntados na Tabla 2 (574 K). Vrificar s sts dados s ajustam a uma quação rvrsívl d psudo-primira ordm Dtrminar as constants d vlocidad a 574 K. Ralizando sta xpriência a 574 K, a partir d uma prssão inicial d 200 mmhg, calcular: O tmpo ncssário para uma convrsão d 40% do isostilbno (). quantidad d stilbno formada (concntração molar). Dado: Tabla 1 T (K) K c , ,99 ln K K C 2 c1 H R 1 T 1 1 T 2 Prssão inicial (mmhg) Tabla 2 tmpo (s) Fração Convrtida , , , , , (P2 2011) - dcomposição do iodto d hidrogênio [ 2HI H2 + I2 ] foi studada a volum constant, a partir d 3 xprimntos, no qual utilizou-s concntraçõs iniciais difrnts d HI. Todos os xprimntos foram ralizados a 321 o C, Em cada um dls, iodto d hidrogênio puro foi colocado m um tubo d nsaio imrso m um bando trmostatizado m sguida, foi rtirado rsfriado. tabla abaixo aprsnta a convrsão do HI m cada um dos xprimntos, m função do tmpo no tmpo no qual o tubo d nsaio foi rtirado rsfriado. Da litratura, sab-s qu a convrsão no quilíbrio na tmpratura na qual sta ração foi ralizada é d 18,74%. Exprimnto I II III (CHI)o (M) 0,191 0,312 0,346 tmpo (min) HI 0,045 0,0231 0,0234 Calcul a quação d vlocidad dsta ração. RESPOSTS 2) C = 0,0369M 3) ) = 0,163 B) C R = 0,01304M 4) ) = 0,522 ; B) CR = 0,184 M ; C) t = 0,113 min 5) -r = 1,83x10-5 C - 1,15x10-5 C R 6) ) k 1 = 2,397x10-3 k 2 = 1,029x10-3 B) E a1 = cal/mol E a2 = cal/mol

6 USP Escola d Engnharia d Lorna 7) ) E a1 = cal/mol E a2 = cal/mol B) = 0,2143 C) = 0, ) ) -r = 0,0068p 0,00254pR B) K c = 2,68 C) t = 124,3 min 9) ) k 1 = 2,41x10-4 (s) -1 k 2 = 1,90x10-4 (s) -1 B) E a1 = cal/mol E a2 = cal/mol 10) ) -r = 0,00183C 0,00142CR B) t = 213 min 11) ) -r = 0,0068C 0,00254CR B) t = 34,44 min 14) ) k1 = 3,896x10-6 (L/mol.s) k2 = 2,93x10-4 (L/mol.s) ; B) = 0, ) ) E a1 = cal/mol E a2 = cal/mol B) = 0, ) ) -r = 0,1275C 0,0798C R B) t = 3,34 min C) -r = 0,0029 mol/l.min D) E a1 = cal/mol E a2 = cal/mol 18) B) = -r = 2,5 x 10-4 C - 1,4 x 10-5 CB C) t = 34,7 min E) CR = 0,00224 M

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