Alfa Química Série 16 Cinética química

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1 01 Pelo gráfico, o volume de O 2 liberado na reação 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 aumenta com o decorrer do tempo; portanto, a quantidade de H 2 O 2 decomposta por minuto diminui com o decorrer do tempo. Resposta: D 1

2 02 a) 2H 2 O 2 (aq) 2H 2 O (l) + O 2 (g) b) Observe a figura. 2

3 03 a) b) c) [ ] [ ] H O V H2O = = = 2 mol/min 2 [ O ] t t 2 2 mol 2 min 2 V O = = = 1 mol/min 2 V = 1 mol/min = 25 L/min O 2 Respostas: a) b) c) V H2O = 2 mol/min 2 VO 2 = 1 mol/min V O = 25 L/min 2 3

4 04 S 400 km a) V m = = = t 5 h 80 km/h V = 80 km/h b) V m Vol. 50 L = = = 10L/h t 5 h V etanol = 10 L/h c) Calculando inicialmente a massa de etanol consumida no processo, temos: 0,8 g de etanol 1 ml m ml Sendo assim, m = g. Logo, a velocidade média do consumo de etanol, em g/h, pode ser obtida por: m g V m = = = 8000 g/h t 5 h V etanol = g/h Respostas: a) V = 80 km/h b) V etanol = 10 L/h c) V etanol = g/h 4

5 05 a) Como as massas molares do etanol e do gás carbônico são semelhantes, serão produzidos g de gás carbônico na combustão de g de etanol. Massa total de CO 2 liberada = g m g b) V m = = = g/h t 5 h VCO 2 = g/h Respostas: a) Massa total de CO 2 liberada = g. b) VCO 2 = g/h 5

6 06 a) Nas experiências II e III, a reação ocorreu com a mesma velocidade, ou seja, 2 g/min, que foi a maior velocidade observada. b) Para o ácido mais fraco, teremos a menor velocidade de reação; portanto, o ácido acético é o mais fraco, ou seja, V = 0,2 g/min. c) Os dois ácidos devem possuir a mesma força, visto que as reações ocorreram com a mesma velocidade. 6

7 07 a) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) b) V N 2 = 20 mol/h e V H 2 = 60 mol/h c) V NH 3 = 40 mol/h 7

8 08 A proporção entre as velocidades dos participantes das reações segue a proporção entre os coeficientes estequiométricos; assim, a velocidade de consumo de A é numericamente igual à velocidade de formação de C. Resposta: B 8

9 09 Verifica-se pela figura que, nas duas horas iniciais, tem-se, na reação I, a produção de 2 unidades volumétricas de oxigênio enquanto, na reação II, são consumidas aproximadamente 4 unidades desse gás (o volume varia de 6 para 2). Com isso, uma vez que em um mesmo intervalo de tempo ocorre um maior consumo de oxigênio, na reação II ela é mais rápida. Obs.: No gráfico, as indicações das curvas estão invertidas. Considere a correção a seguir: 9

10 10 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2 N O 2 O 2 2,24 L = = 0,1 mol 22,4 L/mol M = 0,1 mol 32 g/mol = 3,2 g Assim: 2,24 L V1 = = 0,056 L/s 40 s V 2 3,2 g = = 0,08 g/l 40 s Respostas: a) 0,056 L/s b) 0,08 g/s 10

11 11 [ C] 5 3 a) VC = V reação = = = 1mol/L h t 3 1 V 1 h 3 h = 1 mol/l h b) A proporção estequiométrica entre os participantes A e C da reação é de 1 : 1; assim, no instante t = 4 h, a concentração de A pode ser calculada por: [ A ] = 8,5 mol/l 5,5 mol/l = 3 mol/l Respostas: a) V 1 h 3 h = 1 mol/l h b) [A] t = 4 h = 3 mol/l 11

12 12 Zn + 2 H Cl Zn 2+ + H Cl [Cl ] não varia durante a reação. [Zn 2+ ] aumenta durante a reação. [H + ] diminui durante a reação. Resposta: C 12

13 13 Mg + S MgS a) O silício reage mais rapidamente, como mostra a acentuada inclinação da curva correspondente. Outra maneira de justificar esse fato é a observação da massa de cada elemento que reagirá em um dado tempo (por exemplo, em 5 minutos). Para t = 5 min: Silício: para cada 100 g de ferro gusa, reagem aproximadamente 0,6g de silício. Manganês: para cada 100 g de ferro gusa, reagem aproximadamente 0,4 g de manganês. Fósforo: não há praticamente reação do fósforo nos primeiros 5 minutos. b) O gráfico mostra que: t = 8 min % de C eliminado = 4% t = 12 min % de C eliminado = 2% (4% 2%) de C eliminado Vmédia = = 0,5% de C eliminado/min (12 8) min Respostas: a) Silício, pois apresenta a curva mais inclinada de acordo com o gráfico: Mg + S MgS b) Velocidade de consumo = 0,5%/min 13

14 14 N H 2 2 NH 3 3 mol 2 mol 6 mol 4 mol V H 2 [H 2] = = 6,0 mol/l h t Resposta: E 14

15 15 a) Exotérmica, pois os produtos apresentam entalpia menor que os reagentes. b) Energia de ativação é a energia mínima necessária para que, durante a colisão dos reagentes, esses consigam se transformar em produtos. c) Energia de ativação = 80 kj 15

16 16 Uma reação ocorre quando as moléculas de reagente se chocam com um mínimo de energia e quando há geometria favorável para a formação do complexo ativado. Resposta: B 16

17 17 Reação E a (kj/mol) ΔH (kj/mol) I II III A reação do tipo A B com maior velocidade é a que apresentam menor energia de ativação, portanto é a reação III. Considerando o diagrama de entalpia para a reação II, abaixo: A diferença entra a energia de ativação do complexo ativado e a entalpia do produto é dada por: E a H = = 5 kj Resposta: A 17

18 18 A energia de ativação é a energia mínima que deve ser fornecida para que uma reação química se inicie. De acordo com o enunciado, o papel do estímulo externo será fornecer a energia de ativação necessária para a ocorrência da reação Resposta: A 18

19 19 A reação é de combustão, portanto a reação é exotérmica, e a energia de ativação é menor do que a fornecida pelo atrito. Resposta: D 19

20 20 a) Frasco III, pois o ácido está mais concentrado. b) Como o ferro foi totalmente consumido nos três experimentos, conclui-se que a reação termina quando o ferro acaba (reagente limitante). Como as massas de ferro utilizadas foram iguais (5 g), conclui-se que o volume de gás liberado foi o mesmo em todos os experimentos. 20

21 21 a) Curva II, pois o ferro apresenta maior superfície de contato com a solução. b) Observe a figura: 21

22 22 a) Mais lento: I, pois o ácido estava menos concentrado e o metal apresentava menor superfície de contato. Mais rápido: IV, pois o ácido estava mais concentrado e o metal apresentava maior superfície de contato. b) I > II > III > IV 22

23 23 A reação genérica entre o mármore (CaCO 3 (s)) e um ácido pode ser representada pela reação: CaCO 3 (s) + 2 H + (aq) Ca 2+ (aq) + H 2 O (l) + CO 2 (aq) Essa reação terá maior velocidade nas seguintes condições: maior temperatura: 60 ºC maior superfície de contato do mármore: pó maior concentração de H + na solução: maior k a Resposta: C 23

24 24 No diagrama apresentado, o segmento X indica a energia de ativação da reação direta: Em módulo, o valor de energia correspondente ao segmento X e é dado por: X = (c a) + d Resposta: A 24

25 25 No experimento I, temos a maior [HCl], portanto a reação ocorre com maior rapidez. Resposta: Experimento I 25

26 26 A comparação do 1 o experimento com o 2 o (1 a linha da tabela com a 2 a ) mostra que, ao dividirmos a [NO] por 2, mantendo constante a [H 2 ], e a velocidade da reação se divide por 4, o que indica ser uma reação de segunda ordem para NO. A comparação do 2 o experimento com o 4 o (2 a linha da tabela com a 4 a ) mostra que, ao multiplicarmos a [H 2 ] por 2, mantendo constante a [NO], a velocidade da reação é multiplicada por 2, o que indica ser uma reação de primeira ordem para H 2. Dessa forma, a lei de velocidade da reação será: V = k [NO] 2 [H 2 ] Resposta: B 26

27 27 A análise dos gráficos da questão justifica a veracidade ou não das afirmações. Resposta: V F V V F 27

28 28 A lei de velocidade da reação obtida experimentalmente é V = k [N 2 O], então concluímos que a primeira etapa é a determinante da velocidade da reação e, por isso, é a etapa lenta da reação. N 2 O N 2 + O (V 1 = k 1 [N 2 O], V 1 é pequena, portanto k 1 é pequena.) N 2 O + O N 2 + O 2 (V 2 é elevada, portanto, k 2 é grande, k 2 >> k 1.) Resposta: A 28

29 29 Considerando a reação monomolecular A produtos, temos: Reação de ordem 0 V = k [A] 0 V = k curva 1 Reação de ordem 1 V = k [A] 1 V = k curva 4 Reação de ordem 2 V = k [A] 2 V = k curva 3 Resposta: A 29

30 30 CO (g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g) V = k [CO] a [C l ] b 2 Experimento 1: 0,09 mol COCl 2 L 1 s 1 = k [0,12] a [0,20] b (I) Experimento 2: 0,18 mol COCl 2 L 1 s 1 = k [0,24] a [0,20] b (II) Experimento 3: 0,72 mol COCl 2 L 1 s 1 = k [0,24] a [0,40] b (III) Dividindo (I) por (II), temos: 1 a [0,12] a (1) a [0,24] a (2) 2 2 = = = a = 1 a Dividindo (II) por (III), temos: b b 2 b 1 (0,20) b 4 (0,40) = = = b = 2 Logo, V = k [CO] 1 [Cl 2 ] 2 Substituindo em (I), temos: 0,09 mol COCl 2 L 1 s 1 = k (0,12 mol L 1 ) (0,20 mol L 1 ) 2 k = 18,8 L 2 /mol s Resposta: D 30

31 31 a) Aumentando o tempo, a curva de [HCl] fica menos ascendente, portanto, a velocidade diminui. b) Para t = 1 min, temos: V H2 = 30 cm 3 /min usando HCl = 2mol/L e V H2 = 15 cm 3 /min usando HCl = 1 mol/l. Assim, dobrando a [HCl] dobra a velocidade, e a reação é de 1 a ordem. 31

32 32 Como a pressão parcial de um gás é diretamente proporcional à sua concentração (mantendo-se volume e temperatura constantes), a lei de velocidade é expressa por: V = k (p NO2 ) 2 Pela expressão, nota-se que a velocidade da reação não dependerá da pressão parcial do CO. Assim de acordo com o enunciado: V = k (1 atm) 2 = x (taxa de formação de CO 2 ) Logo: experimento I: V I = k (2 atm) 2 = 4x experimento I: V II = k (1 atm) 2 = x experimento I: V III = k (1 atm) 2 = x (700 ºC) (700 ºC) (900 ºC) Para uma mesma pressão de NO 2, aumentando-se a temperatura, a velocidade de reação aumenta. 900 ºC V III = k (1 atm) 2 = x k > k x > x Portanto, estão corretas as previsões II e III. Resposta: C 32

33 33 Para uma reação química que envolve uma substância no estado sólido, quanto maior a superfície de contato desse sólido, maior será a velocidade em que essa substância será consumida. Da mesma forma, quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação química. Assim, para os experimentos realizados, temos: Maior velocidade (experimento III) maior superfície de contato (comprimido moído) e maior temperatura (40 ºC) Menor velocidade (experimento II) menor superfície de contato (comprimido inteiro) e menor temperatura (20 ºC) Em ordem crescente de velocidade: II < I < III Resposta: B 33

34 34 A peça inteira de carne tem menor superfície, portanto, a velocidade de deterioração da carne é menor. A temperatura do nitrogênio líquido (alternativa a) é menor que a do gelo (alternativa d), portanto a velocidade de deterioração da carne em nitrogênio líquido é menor que em gelo. Resposta: A 34

35 35 A variação da entalpia não influi na velocidade de reação. Resposta: E 35

36 36 a) Catálises homogêneas: 2) 2 H 2 O (aq) + NaOH (aq) é um sistema homogêneo 3) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) + NO (g) é um sistema homogêneo b) Catálises heterogêneas: 1) C 2 H 2 (g) + H 2 (g) + Ni (s) é um sistema heterogêneo. 4) 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) + Pt (s) é um sistema heterogêneo. 5) 2 KClO 3 (s) + MnO 2 (s) é um sistema heterogêneo. Respostas: a) 2 e 3. b) 1, 4 e 5. 36

37 37 I. Correta. H = H f +H i = = 100 kj endotérmica II. Incorreta Catalisador abaixa a energia de ativação III. Incorreta Energia de ativação = = 100 kj (ausência do catalisador) Resposta: E 37

38 38 a) O3 + Cl O2 + ClO C O l O 2O + Cl 2O3 2O2 + O2 b) O Cl é catalisador da reação e o mecanismo proposto é uma reação catalisada. Respostas: a) 2 O 3 3 O 2 b) Correto, Cl é o catalisador. 38

39 39 A velocidade de reação é maior com o ferro na forma de limalha porque a superfície de contato da limalha é maior que a da placa. Com isso, estão eliminadas as alternativas a e c. Como a massa de ferro é a mesma, tanto na forma de limalha quanto na de placa, terminada a reação, o volume de H 2 será igual nos dois casos, portanto a alternativa correta é b. Resposta: B 39

40 40 Na forma de solução, a frequência de colisões entre as partículas dos reagentes é maior que na forma de reagentes sólidos. Resposta: B 40

41 41 Na temperatura t 1, foi atingida a energia de ativação da reação. O aumento brusco da velocidade da reação indica uma reação de combustão explosiva. Até ser atingida a energia de ativação, o aumento da temperatura praticamente não alterou a velocidade da reação. Na temperatura t 2, a enzima tem sua influência máxima na velocidade da reação. A velocidade aumenta de t 1 a t 2 e diminui de t 2 a t 3. Acima da temperatura t 3 a enzima sofre uma desnaturação e não influi mais na velocidade da reação. 41

42 42 Estão corretas as afirmações I, II e IV. Resposta: D 42

43 43 A velocidade da etapa lenta é a própria velocidade da reação, portanto: 3 mol/s de A 4 mol/s de B 5 mol/s de A x x = 6,7 mol/s Resposta: C 43

44 44 (02) Incorreta, pois o catalisador não altera o H da reação, mas abaixa a energia de ativação da reação. (04) Incorreta, pois somente as colisões efetivas resultam numa reação. A grande maioria das colisões não são efetivas. Soma = 57 ( ) Resposta: 57 44

45 45 a) Como o nível letal de PCB para o ser humano é ppm, tem-se: 1 300g de PCB 10 6 g de massa corporal x g (70 10 ) x = = 91 g PCB 6 10 Assim, a dose letal para uma pessoa com 70 kg de massa corpórea é de 91 g de PCB. Calculando a massa de PCB ingerida pela pessoa em 1 ano: 0,3 mg de PCB 1 kg de alimento x 100 kg de alimento 100 (0,3) x = = 30 mg PCB/ano 1 O tempo necessário para a ingestão da quantidade letal, desconsiderando sua degradabilidade, pode ser calculado assim: g de PCB 1 ano 91 g x 91 (1 ano) x = = 3000 anos Como, ao longo do tempo, há a degradação do composto ingerido, para acumular a quantidade letal seria necessário um tempo maior que anos um tempo incompatível com a expectativa de vida de qualquer ser humano. b) Observando o gráfico de degradabilidade do PCB em tecidos humanos ao longo do tempo, nota-se que sua meia vida é de 10 anos. 45

46 Com isso pode-se calcular o tempo necessário para que a concentração de PCB diminua até o limite seguro: 14 mg 7 mg 3,5 mg 1,75 mg 10 anos 10 anos 10 anos 10 anos 10 anos 10 anos 0,875 mg 0,4375 mg 0,21 mg Tempo total 60 anos Somando-se esse tempo à idade da moça, chega-se a 85 anos, que corresponderiam a um período não fértil da mulher. Respostas: a) Não. Somente depois de mais de anos seria atingido o referido nível. b) Não, somente depois de 60 anos (6 meias-vidas) seria atingido o limite seguro e a idade da moça seria 85 anos (impossível engravidar). 46

47 46 Para estudar o efeito da temperatura sobre a velocidade de uma reação química, o estudante deveria manter constantes a massa do catalisador, bem como as concentrações dos reagentes, e variar apenas a temperatura nos experimentos. Ao medir o tempo decorrido até que a reação se completasse em cada experimento, teríamos resultados mais adequados para analisar o efeito preliminar. Resposta: C 47

48 47 As curvas 1 e 2 indicam produção de maior quantidade de hidrogênio, o que deve necessariamente estar associado ao uso de maior quantidade de ácido, ou seja, experimentos C e D (não necessariamente nessa ordem). Como em C a temperatura é maior que em D, a velocidade da reação também é maior, assim: Curva 1 experimento C Curva 2 experimento D Entre os experimentos A e B, a diferença é a maior superfície de contato da limalha (B) em relação aos pregos (A). Portanto: Curva 3 experimento B Curva 4 experimento A Resposta: E 48

49 48 I. Correta. Observe as reações: + 1 A (g) B(g) H1 + 2 B(g) C(g) H2 + 3 A (g) C(g) H3 Pela Lei de Hess: H 1 + H 2 = H 3 II. Correta. Observe as reações: H = H + 1 A (g) B(g) H1 1 B(g) A (g) H III. Incorreta. Não se pode somar as energias de ativação, assim: E a + 3 = E a E a + 2 não é necessariamente verdadeira. IV. Incorreta. Supondo-se: E a + 3 E a 3 Estão corretas somente as afirmações I e II. Resposta: A 49

50 49 Em uma temperatura mais baixa, a reação entre o peróxido e o éster ocorre em uma velocidade menor. Assim, a quantidade de energia liberada é menor, visto que a quantidade de moléculas que reagirá será menor em um mesmo intervalo de tempo. Como a quantidade de energia liberada é menor, a quantidade de moléculas do corante excitadas também será menor (em um mesmo intervalo de tempo). Portanto, a intensidade de luz emitida será menor. A duração total das transformações ocorridas será maior porque a velocidade da reação é menor; assim, a emissão de luz ocorrerá por um tempo maior. Resposta: C. 50

51 50 O pedaço de papel dobrado, embora ocupe a mesma área (10 cm 5 cm) do papel liso, apresenta maior superfície de contato do papel com a água, o que permite uma absorção maior. Resposta: B 51

52 51 Para a equação dada, 2 NO (g) + 2 H 2 (g) N 2 (g) + 2 H 2 O (g), temos a seguinte equação de velocidade: V = k (p NO ) x (p H2 ) y em que: x é a ordem de reação em relação ao NO y é a ordem de reação em relação ao H 2 Fixando a pressão parcial de H 2 80 mmhg e analisando a velocidade da reação em função da pressão parcial de NO para os valores de 100 e 200 mmhg, temos: p NO = 100 mmhg V = 0,2 mmhg/s p NO = 200 mmhg V = 0,8 mmhg/s Substituindo na equação de velocidade: x 3 0,2 K 0,8 = (100) (80) x 3 K (200) (80) 1 1 = x = x Logo, a ordem de reação em relação ao NO vale 2. 52

53 De modo análogo, fixando a pressão parcial do NO em 100 mmhg e analisando as velocidades da reação em função da pressão parcial de H 2 para os valores de 80 mmhg e 160 mmhg, temos o seguinte gráfico: p H2 = 80 mmhg V = 0,2 mmhg/s p H2 = 160 mmhg V = 0,4 mmhg/s Substituindo na equação de velocidade: 2 y 0,2 K 0,4 = (100) (80) 2 K (100) (160) y 1 1 = y = y Logo, a ordem de reação em relação ao H 2 vale 1. Assim, a equação de velocidade para a reação será: V = k (p NO ) 2 (p H2 ) As ordens de reação para o NO e para o H 2 são, respectivamente, 2 e 1. Resposta: C 53

54 52 a ) (I) NO ( g) + NO ( g) NO( g) + NO ( g) 2 2 (II) NO3 ( g ) + CO( g) NO2 ( g) + CO2 ( g) ( ) + ( ) ( ) + ( ) Reação NO2 g CO g NO g CO2 g global A reação que apresenta maior energia de ativação é a etapa (I). Logo, essa será a etapa lenta e a que irá determinar a velocidade da reação (processo). Etapa lenta: (I) NO 2 (g) + NO 2 (g) NO (g) + NO 3 (g) V = k [NO 2 ] 2 3 b) I. Falsa. Pelo gráfico, observa-se que a energia potencial dos produtos (Hp) é menor que a energia potencial dos reagentes (Hr). Logo, a reação é exotérmica ( H < 0). II. Falsa. O catalisador não aumenta o rendimento, simplesmente diminui o tempo para estabelecer o equilíbrio. 54

55 53 a) 1 mol/l 0,5 mol/l 0,25 mol/l 0,125 mol/l Cada etapa tem duração de 30 min. Tempo = 3 30 min = 90 min b) No decorrer do tempo, diminui a [A] e, por isso, diminui a velocidade da reação. Respostas: a) 90 min b) Diminui, porque diminui [A]. 55

56 mg 50 mg 25 mg 12,5 mg 6,25 mg Cada etapa tem duração de t 1/2 : 4t 1/2 = 4 96 h = 384 h ou 16 dias Resposta: 16 dias 56