7- Lista de exercícios Cinética

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1 7- Lista de exercícios Cinética 1) Para cada uma das seguintes reações em fase gasosa, indique como a velocidade de desaparecimento de cada reagente está relacionada à velocidade de aparecimento de cada produto: a) H 2 O 2 (g) O 2 (g) + H 2 (g) b) 2N 2 O(g) 2N 2 (g) + O 2 (g) c) N 2 (g) + 2H 2 (g) 2NH 3 (g) 2) Para cada uma das seguintes reações na fase gasosa, escreva a expressão da velocidade em termos de aparecimento de cada produto ou desaparecimento de cada reagente, de modo que as velocidades sejam iguais entre si: a) 2HBr(g) H 2 (g) + Br 2 (g) b) 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) c) 2NO(g) + 2H 2 (g) H 2 (g) + 2 H 2 O(g) 3) Uma reação A + B C, obedece à seguinte lei de reação: velocidade = k[a] 2 [B]. a) Se [A] é dobrada, como variará a velocidade? A constante de velocidade variará? Justifique sua resposta. b) Quais são as ordens de reação para A e B? Qual é a ordem de reação total? c) Qual a unidade da constante de velocidade? d) Respostas: se [A] dobra, a velocidade aumentará de um fator de quatro; a constante de velocidade, k, não varia. A velocidade é proporcional a [A] 2 ; dessa forma, quando o valor de [A]dobra, a velocidade varia de 2 2, ou 4. A constante de velocidade, k, é a constante de proporcionalidade que não varia, a menos que a temperatura varie. B) A reação é de segunda ordem em A, primeira ordem em B e de terceira ordem como um todo. C) unidade de k = mol -2 Ls -1. 4) A decomposição de N 2 O 5 acontece como segue: 2N 2 O 5 4NO 2 + O 2. A Lei de velocidade é de primeria ordem em relação a N 2 O 5. A 64 o C a constante de velocidade é 4,82 x 10-3 s -1. (a) Escreva a lei de velocidade para reação; b) Qual é a velocidade de reação quando a concentração de N 2 O 5 for 1

2 0,0240 mol/l? c) O que acontece à velocidade quando a concentração de N 2 O 5 é dobrada para 0,0480 mol/l? Resposta: a) velocidade de k[n 2 O 5 ], b) 1,16 x 10-4 c) a velocidade da reação dobra. 5) Considere a seguinte reação: CH 3 Br(aq) + OH - (aq) CH 3 OH(aq) + Br - (aq) A lei de velocidade para essa reação é de primeira ordem em relação ao brometo de metila e de primeira ordem em relação à hidroxila. Quando [CH 3 Br]= 5,0 x 10-3 mol/l e [OH-] é 0,050 mol/l, a velocidade de reação é 0,0432 mol/l.s. a) Qual é o valor da constante de velocidade? b) Qual a unidade da constante de velocidade? c) O que aconteceria à velocidade se a concentração de OH- fosse tripicada? Resposta: a) 1,7 x 10-2 mol -1 L.s -1 ; c) a velocidade triplica. 6) Para uma reação de forma: A + B + C produtos, as seguintes observações são feitas: dobrando-se a concentração de A dobra-se a velocidade, e triplicando-se a concentração de B, não se altera a velocidade, triplicando-se a concentração de C aumenta-se a velocidade por um fator de 9. Qual é a Lei de velocidade para esta reação? Resposta: velocidade = [A][C] 2. 7) A velocidade inicial de uma reação A+B C foi medida para várias concentrações iniciais diferentes de A e B, e os resultados são como seguem: Número do experimento [A] mol/l [B] mol/l Velocidade inicial (mol/l.s) 1 0,100 0,100 4,0 x ,100 0,200 4,0 x ,200 0, x10-5 Usando esses dados, determine (a) a lei de velocidade para a reação; b) a magnitude da constante de reação; c) a velocidade de reação quando [A] = 0,050 mol/l e [B] 0,100 mol/l Resposta: A) zero em relação a B; 2 em relação a A; B) 4 x10-5 L/mol.s; C) 1,0 x10-4 mol/l.s Brown 494 2

3 8) O íon iodeto reage com o íon hipoclorito (o ingrediente ativo de alvejantes clorados) da seguinte forma: OCl - + I - OI - + Cl -. Essa reação rápida fornece os seguintes dados de velocidade: [OCl - ], mol/l [I - ], mol/l Velocidade, mol/l.s 1,5 x ,5 x ,36 x ,0 x ,5 x ,72 x ,5 x ,0 x ,72 x 10-4 a) Escreva a lei de velocidade para essa reação. B) Calcule a constante de velocidade. C) Calcule a velocidade quando [OCl - ] = 1,0 x 10-3 mol/l e [I-] = 5,0 x 10-4 mol/l. Resposta: a)reação de primeira ordem em relação aos dois reagentes, e de segunda ordem global. B) 60, 4 L/mol.s. c) 3,02 x 10-5 mol/l s. 9) Os dados na tabela são para a reação de NO e O2 a 660 K. NO(g) + ½ O 2 (g) NO 2 (g) Concentração de Reagente (mol/l) [NO] [O 2 ] Velocidade de desaparecimento do NO (mol/l.s) 0,010 0,010 2,5 x10-5 0,020 0,010 1,0 x10-4 0,010 0,020 5,0 x10-5 a) Determine a ordem da reação para cada reagente. R: Segunda ordem em relação a NO e de primeira ordem em relação ao O 2. b) Escreva a equação de velocidade para a reação. R: velocidade = - [NO]/ T = k[no] 2 [O 2 ]. c) Calcule a constante de velocidade. R: 25 L 2 /mol 2.s. d) Calcule a velocidade (em mol/l.s) no instante quando [NO] = 0,015 mol/l e [O 2 ]= 0,0050 mol/l. R: 2,8 x 10-5 mol/l.s e) No instante quando NO está reagindo a uma velocidade de 1,0 x 10-4 mol/l.s, qual é a velocidade em que O 2 está reagindo e NO 2 está se formando? R: - [NO]/ T = 1,0 x 10-4 mol/l.s; - [O2]/ T = 5,0 x 10-5 mol/l.s; - [NO 2 ]/ T = 1,0 x 10-4 mol/l.s 10) O isótopo radioativo 64Cu é usado na forma de acetato de cobre (II) para estudar a doença de Wilson. O isótopo tem uma meia-vida de 12,70 horas. Qual fração de acetato de cobre (II) radioativo permanece após 64 horas? Resposta: 0,030 3

4 11) A decomposição de SO 2 Cl 2 (cloreto de sulfurila) é de primeira ordem em relação ao cloreto de sulfurila, e a reação tem uma meia-vida de 245 minutos a 600 K. Se você inicar com 3,6 x 10-3 mol de SO 2 Cl 2 em um frasco de 1,0 L, quanto tempo levará para a quantidade de SO 2 Cl 2 diminuiur a 2,00 x 10-4 mol? Resposta: 1,0 x 10 3 minutos 12) Uma maneira alternativa para encontrar a Lei de Velocidade é acompanhar uma reação ao longo do tempo e aplicar o método gráfico. O monóxido de nitrogênio decompõem-se sobre uma superfície de ouro a 900 o C. N 2 O N 2 (g) + ½ O 2 (g) Suponha que você acompanhou essa reação e coletou os dados a seguir: Tempo (min) [N 2 O] mol/l 15 0, , , ,0220 Verifique graficamente se a reação é de primeira ordem. Determine a constante de velocidade a partir do gráfico. Usando a lei de velocidade e o valor de k, determine a velocidade de decomposição quando [N 2 O] = 0,035 mol/l. Resposta: O gráfico de ln [N 2 O] vs. tempo é linear, portanto é uma reação de primeira ordem. k = 0,0128 min -1. A velocidade quando [N 2 O] = 0,035 mol/l = 4,5 x 10-4 mol/l.min. 13) Quando aquecido, o tetrafluoretileno dimeriza para formar octafluorciclobutano. C 2 F 4 (g) ½ C 4 F 8 (g) [C 2 F 4 ] mol/l Tempo (s) 0, , , , , Para determinar a velocidade desta reação a 488K, os dados na tabela foram coletados. A análise foi feita de modo gráfico. Determine: a) Qual é a lei da velocidade para essa reação? b) Qual é o valor da constante de velocidade? c) Qual é a concentração de C 2 F 4 após 600 segundos? d) Quanto tempo levará até que a reação fique 90% completa? 4

5 Resposta: a) ao elaborar um gráfico de 1/ C 2 F 4 vs. tempo obtem-se uma reta, portanto a reação é de segunda ordem. Dessa forma a lei da velocidade é velocidade= k [C 2 F 4 ] 2. b) 0,045 L/mol. s retirado a partir da inclinação da reta. C) 0,03 mol/l (usando um algarismo significativo). D) tempo = 2000s, usando k determinado no item b. 14) Qual é a ideia central da teoria das colisões? Quais fatores determinam se uma colisão entre duas moléculas levarão a uma reação química? De acordo, com o modelo (teoria) de colisão, por que a temperatura afeta o valor da constante de velocidade? 15) Calcule a energia de ativação, E a, para a reação: 2N 2 O 5 (g) 4 NO 2 (g) + O 2 (g) a partir das constantes de velocidade observadas: k (a 25 o C) = 3,46 x 10-5 s -1 e k (a 55 o C) = 1,5 x 10-3 s -1. Resposta: 102 kj/mol. 5

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