PAGQuímica 2011/1 Exercícios de Cinética Química

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1 PAGQuímica 211/1 Exercícis de Cinética Química Explique se cada uma das alternativas abaix é crreta u nã, para reações químicas que crrem sem que haja variaçã de temperatura e pressã: a) uma reaçã química realizada cm a adiçã de um catalisadr é denminada hetergênea se existir uma superfície de cntat visível entre s reagentes e catalisadr. b) a rdem de qualquer reaçã química em relaçã à cncentraçã d catalisadr é igual a zer. c) a lei de velcidade de uma reaçã química realizada cm a adiçã de um catalisadr, mantidas cnstantes as cncentrações ds demais reagentes, é igual àquela da mesma reaçã nã catalisada.

2 d) uma reaçã catalisada pr uma enzima, nde há um grande excess (milhões de vezes) de reagente em relaçã a catalisadr, pde ser cnsiderada de rdem zer em relaçã a reagente. 6. Os dads a seguir fram btids para a reaçã A + B + C Prduts: Experiment Cncentraçã inicial (ml.l -1 ) velcidade inicial (ml.l-1.s-1) [A] [B] [C] 1 1,25 1,25 1,25 8,7 2 2,5 1,25 1,25 17,4 3 1,25 3,2 1,25 5,8 4 1,25 3,2 3, ,1 1, 1,15? a) escreva a lei de velcidade para esta reaçã. b) qual a rdem glbal da reaçã? c) determine valr da cnstante de velcidade. d) prediga valr da velcidade inicial para experiment númer Quatr experiments fram cnduzids para a reaçã BrO 3 - (aq) + 5 Br (aq) + 6 H + (aq) 3 Br 2 (aq) + 3 H 2 O (l) Experiment [BrO 3 - ] (ml/l) [Br - ] (ml/l) [H + ] (ml/l) 1,1,1,1 2,2,1,1 3,1,3,1 4,2,1,15 v (ml/ls) 1,2 x 1-3 2,4 x 1-3 3,6 x 1-3 3,6 x 1-3 a) determine a rdem glbal e as rdens parciais em relaçã a cada reagente. b) calcule a cnstante cinética de velcidade. c) escreva a lei glbal de velcidade para essa reaçã. d) esta reaçã deve crrer em um única etapa? Explique.

3 8. A reaçã de substituiçã d grup X - pel grup OH - (RX + OH - ROH + X - ), quand realizada a 32 C apresenta seguinte diagrama (Energia x λ): a) tend sid determinad fatr pré-expnencial da reaçã (A da equaçã de Arrhenius) cm 85 (send a crdenada temp dada em minuts), determine a lei de velcidade da reaçã. b) qual será a velcidade de frmaçã d cmpst ROH quand as cncentrações de RX e OH - frem, respectivamente, 3 ml/l e 2 ml/l? c) sabend que as cncentrações iniciais de RX e OH -, sã respectivamente 5 ml/l e 4 ml/l, qual será a cncentraçã d prdut após transcrrids 2 minuts de reaçã? 9. Quatr fatres influenciam a velcidade de uma reaçã química: a natureza ds reagentes, a cncentraçã de reagentes, a temperatura e a presença de catalisadr. a) explique a influência da natureza ds reagentes através da Teria d Estad de Transiçã. b) explique a influência da cncentraçã de reagentes, através da Teria das Clisões. c) explique a influência da temperatura através de curvas de distribuiçã de velcidades mleculares de Maxwell-Bltzmann. d) explique a influência de catalisadres através de curvas de distribuiçã de velcidades mleculares de Maxwell-Bltzmann.

4 1. Os seguintes dads fram btids numa dada temperatura para a decmpsiçã d acetaldeíd CH 3 CHO (g) CH 4 (g) + CO (g) Experiment [CH 3 CHO] (ml/l) v (ml.l -1.s -1 ) 1,1 9, x 1-7 2,2 36, x 1-7 3,3 81, x 1-7 4,4 144, x 1-7 5,73? a) escreva a lei de velcidade para a reaçã. b) qual a rdem ttal da reaçã? c) determine a cnstante cinética de velcidade da reaçã. d) calcule a velcidade inicial da reaçã para experiment 5. e) vcê acredita que esta reaçã crra em uma única etapa elementar? Explique. 11. Na temperatura ambiente, a reaçã 2 H 2 (g) + 2 NO (g) 2 H 2 O (g) + N 2 (g) exibe a seguinte dependência de velcidade cm a cncentraçã: Exp. n [H 2 ] (ml/l) [NO] (ml/l) V (ml/l.min.) 1,1,6 2,2,6 3 A,6 4,6 B 36 x x x x 1-4 5,6,2 C Sabe-se que a cnstante de velcidade tem dimensões de L 2 /(ml 2.min). Pergunta-se: a)essa reaçã pde ser realizada em uma única etapa? b) qual a lei glbal de velcidade para a reaçã, incluind valr de k? c) quais s valres de A, B e C? Justifique tdas as suas respstas.

5 12. Para a reaçã de segunda rdem A B + C, a cncentraçã da espécie A cai de,4 ml/l para,5ml/l em 12 h. a) qual a cnstante de velcidade da reaçã? b) esta reaçã pde crrer em uma única etapa? Justifique. c) se a cncentraçã inicial de A fr,4 ml/l, qual será a sua cncentraçã após 2 h? d) quant temp levará para a cncentraçã de A cair de,3 ml/l para,1 ml/l? e) se a cncentraçã inicial de A fr,4 ml/l, quant temp é necessári para a cncentraçã de A decrescer de 2 meias-vidas? 13. O seguinte mecanism fi prpst para a reaçã (endtérmica) de destruiçã d zôni na atmsfera, em presença de clr atômic e em fase gassa: Etapa 1: O 3 + Cl ClO + O 2 k = 3 x 1-8 Etapa 2: ClO + O 3 Cl + 2 O 2 k = 5 x 1-3 a) apresente a equaçã da reaçã glbal b) apresente as unidades de k, send as pressões parciais medidas em atm e temp em minuts c) represente qualitativamente em um gráfic a energia ptencial d sistema cntra a rdenada de reaçã d) n mesm gráfic, indique a energia de ativaçã de cada etapa da reaçã e) ainda n mesm gráfic, mstre a variaçã da energia ptencial d sistema para a mesma reaçã sb a açã de um catalisadr. Cnsidere que smente a etapa mais lenta da reaçã é influenciada pel catalisadr. 14. Cnsidere uma reaçã química endtérmica, cm um mecanism prpst de duas etapas, send a primeira rápida e a segunda lenta. a) represente um diagrama de Energia Ptencial em funçã da Crdenada de Reaçã para esta reaçã química. b) assinale, n gráfic, a energia de ativaçã de cada etapa e a entalpia da reaçã glbal. c) defina cmplex ativad. Assinale sua crrência n gráfic anterir. d) represente a mdificaçã que crre n gráfic devid à presença de um catalisadr que atue apenas na etapa lenta d mecanism prpst. Pr que catalisadr aumenta a velcidade desta reaçã? e) cmente a influência de um abaixament de temperatura sbre a velcidade desta reaçã química.

6 15. Para a determinaçã da lei de velcidade da reaçã química A + B C, fi utilizad métd da velcidade inicial. A tabela apresenta s resultads btids para 5 experiments. Exp. n [A] (ml/l) [B] (ml/l) v (ml/l.min) 1,125,2,291 2,25,2,1164 3,5,25,4656 4,5,5,4656 5,375,375,2619 a) descreva, sucintamente, métd da velcidade inicial para a determinaçã de lei experimental de velcidade. b) escreva a lei de velcidade da reaçã acima. c) determine a rdem parcial em relaçã à cada reagente e a rdem glbal desta reaçã. d) vcê acredita que esta reaçã crra em uma única etapa? Explique. e) para experiment n 3, qual a cncentraçã de A após decrrids 15 minuts d iníci da reaçã? 16. Abaix estã representads graficamente s resultads de um experiment A à B, nde fram medidas diversas cncentrações d reagente A (em ml/l) em funçã d temp (em s). Cm base n gráfic: a) indique qual a rdem da reaçã. b) calcule valr da cnstante de velcidade.

7 c) determine valr da primeira meia-vida da reaçã. d) calcule a [A] após decrrids 1 minuts de reaçã. Justifique suas respstas. 17. A decmpsiçã d peróxid de hidrgêni aqus é um prcess extérmic e lent, cm cinética de 2 a rdem em uma única etapa: 2 H 2 O 2 (aq) à 2 H 2 O (l) + O 2 (g) Entretant, ín brmet catalisa essa reaçã, sugerind um mecanism de duas etapas sucessivas, ambas cm Energia de Ativaçã mais baixa d que a da reaçã nã catalisada. a) desenhe gráfic de Eptencial x crdenada de reaçã (l) para prcess catalisad e nã catalisad. b) cnceitue Energia de Ativaçã para uma reaçã química. c) mstre, através de curvas de distribuiçã de Maxwell-Bltzmann, efeit da presença de catalisadr e d aument de temperatura sbre a velcidade de uma reaçã química. Descreva s gráfics apresentads. 18. Observe seguinte diagrama e respnda as questões relacinadas: a) defina, e assinale n diagrama, Energia de Ativaçã. b) desenhe n diagrama efeit da presença de um catalisadr. c) prcess representad é extérmic u endtérmic? Justifique e assinale ΔH n diagrama. d) defina Cmplex Ativad e represente n diagrama a sua lcalizaçã na curva de energia. e) qual a relaçã entre as energias de ativaçã das reações direta e inversa? Justifique sua respsta.

8 19. A reaçã 2 C 4 H 6 (g) C 8 H 12 (g) fi estudada a 326 C, e s seguintes dads experimentais fram btids: Experiment P inicial (mmhg) v inicial (mmhg/min) a) qual a lei de velcidade para a reaçã? b) quais as rdens parciais e a rdem glbal desta reaçã? c) qual valr da cnstante cinética da reaçã a 326 C? d) cnsiderand experiment n 2, qual a pressã d C 4 H 6, após decrrida 1 hra d iníci da reaçã? 2. Um cquetel de medicaments frmad pels princípis ativs A, B e C atua n rganism de acrd cm a seguinte reaçã, a 37º C: 2A + 2B + C à 3G + 4F Exp. n [A] (ml/l) [B] (ml/l) [C] (ml/l) v (ml/l.s) x x x 1-3 2, x x x x 1-3 4, x x x x , x x x x 1-3 2, x 1-3 4,62 x 1-3,18 x ,4 x 1-3? a) qual a Lei Glbal de Velcidade para a reaçã? b) quais as rdens parciais e a rdem ttal da reaçã? c) qual valr da Cnstante de Velcidade? d) preveja a velcidade inicial de reaçã n experiment 5. e) determine a energia de ativaçã da reaçã a 25º C (dad: parâmetr de Arrhenius = 1,5 X 1 1, na mesma unidade da cnstante de velcidade). f) vcê acredita que esta reaçã crra em uma única etapa? Explique.

9 21. A decmpsiçã d peróxid de hidrgêni tem k =,41 min -1 e segue a reaçã: 2 H 2 O 2 (aq) 2 H 2 O (l) + O 2 (g) a) esta reaçã pde crrer em uma única etapa? Justifique. b) se a cncentraçã inicial de H 2 O 2 fr,4 ml/l, qual será a sua cncentraçã após 1 minuts? c) em quant temp a cncentraçã de H 2 O 2 cairá de,4 ml/l para,1 ml/l? d) se a cncentraçã inicial de H 2 O 2 fr de,4 ml/l, quant temp é necessári para a cncentraçã de H 2 O 2 decrescer de duas meias-vidas? 22. O seguinte mecanism fi prpst para a reaçã (endtérmica) de hidrgenaçã d clret de id, em fase gassa: Etapa 1: ICl + H 2 HI + HCl k 1 = 3 x 1-8 Etapa 2: HI + ICl HCl + I 2 k 2 = 5 x 1-3 a) apresente a equaçã da reaçã glbal; b) apresente as unidades de k, send as pressões parciais medidas em atm e temp em minuts; c) identifique tds s intermediáris; d) represente qualitativamente em um gráfic a energia ptencial d sistema cntra a crdenada de reaçã; e) n mesm gráfic, indique a energia de ativaçã de cada etapa da reaçã e ΔH da reaçã glbal. f) desenhe um nv gráfic, n mesm sistema cartesian, mstrand a variaçã da energia ptencial d sistema para a mesma reaçã sb a açã de um catalisadr. Cnsidere que smente a etapa mais lenta da reaçã é influenciada pel catalisadr. 23.

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