EXERCÍCIOS (RECUPERAÇÃO)

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1 EXERCÍCIOS (RECUPERAÇÃO) Professor: ALEX ALUNO(A): DATA: 8/09/05 Físico-Química Cinética Química. A indústria de doces utiliza grande quantidade de açúcar invertido para a produção de biscoitos, bolos, bombons, dentre outros produtos. O açúcar invertido consiste em um xarope transparente, isento de odores, com poder edulcorante maior que o da sacarose e é obtido a partir da reação de hidrólise ácida ou enzimática, de acordo com a equação: catalisador CH O HO C6HO6 C6HO6 sacarose glicose frutose Em uma reação de hidrólise enzimática, inicialmente, a concentração de sacarose era de 0, L. Após 0 h de reação, a concentração caiu para 0,06 mol L e, após 0 h de reação, a concentração caiu para 0,0 mol L. Determine a meia-vida da reação e a velocidade média de consumo da sacarose, em entre 600 e 00 min. mol L min, no intervalo. Considere o gráfico da atividade catalítica de uma enzima (proteínas) e o aumento progressivo da temperatura da reação. Sobre esta reação, faça o que se pede: a) Indique a função da enzima nas reações bioquímicas. b) Analise o gráfico e explique o que ocorre com a atividade catalítica da enzima e com a velocidade da reação à medida que se aumenta a temperatura. c) Explique o que ocorre com a enzima quando a reação é aquecida continuamente.. Em um laboratório, nas condições ambientes, uma determinada massa de carbonato de cálcio (CaCO ) foi colocada para reagir com excesso de ácido nítrico diluído. Os valores do volume de gás liberado pela reação com o transcorrer do tempo estão apresentados na tabela. tempo (min) volume de gás (cm ) Escreva a equação balanceada da reação e calcule a velocidade média da reação, em mol min, no intervalo entre minuto e minutos. Dado: Volume molar do CO nas condições ambientes = 5,0 L mol 4. Ralos de pias de cozinhas e próximas a churrasqueiras entopem com frequência. Ao solicitar o serviço de desentupimento, o profissional sugeriu uma prática que é bastante comum: dissolver meio quilograma de soda cáustica num balde de água fervente e em seguida jogar a solução resultante ainda quente na pia ou ralo entupido. Segundo o profissional, a solução quente é capaz de dissolver a gordura que causa o entupimento. A gordura é composta por triacilgliceróis (triéster de glicerol e ácidos carboxílicos de cadeia alquílica longa). a) Que reação química ocorreu, que foi capaz de dissolver a gordura que causou o entupimento? b) Por que utilizar água quente do ponto de vista cinético? 5. O ácido acetilsalicílico, analgésico largamente utilizado, submete-se a reações de hidrólise em meio ácido ou básico. A fim de estudar a estabilidade do ácido acetilsalicílico em meio básico, acompanhou-se a velocidade de sua hidrólise, que leva à produção de acetato e salicilato, em função do ph do meio e da sua concentração inicial. Os dados coletados estão na tabela a seguir. Velocidade inicial, [Aspirina] ph moll min t 0,mol L a) Qual é a lei de velocidade para a reação estudada? b) Qual é o valor da constante (incluindo sua unidade) de velocidade para a reação?

2 6. A Fórmula Indy de automobilismo, realizada em Indianópolis - Estados Unidos, usa o metanol como combustível que, em combustão, possui chama invisível. Por isso são comuns acidentes nos quais os pilotos se queimam sem que o fogo seja visto. Uma forma de obtenção desse composto pode ser reagir dióxido de carbono gasoso mais gás hidrogênio e utilizar como catalisador o CrO ZnO (sólido branco e granular) numa temperatura na faixa de 0 80 C e pressão de 40 atm. Considerando o exposto, responda aos itens a e b. a) Que tipo de catálise é usado no processo de obtenção do metanol? Justifique sua resposta. b) Identifique no gráfico a seguir a curva que representa a reação que utiliza um catalisador. Explique sua opção. 7. O processo de remoção de enxofre em refinarias de petróleo é uma prática que vem sendo cada vez mais realizada com o intuito de diminuir as emissões de dióxido de enxofre de veículos automotivos e o grau de envenenamento de catalisadores utilizados. A dessulfurização é um processo catalítico amplamente empregado para a remoção de compostos de enxofre, o qual consiste basicamente na inserção de hidrogênio. A reação química do composto etanotiol é mostrada a seguir. CH5 SH(g) H (g) CH 6(g) HS(g) a) Suponha que a reação de dessulfurização seja realizada em laboratório, na presença de concentrações diferentes de etanotiol e hidrogênio, conforme quadro a seguir. Experiências [Etanotiol] [Hidrogênio] Velocidade inicial (mol/min) Com base nos dados apresentados nessa tabela, determine a lei da velocidade e a ordem da reação. b) Considerando que a velocidade média da reação de dessulfurização, em certo intervalo de tempo, é de 0 mol/s em relação ao etanotiol, determine a velocidade da reação em relação ao gás sulfídrico dada em g/s, no mesmo intervalo de tempo. 8. O esquema apresentado descreve os diagramas energéticos para uma mesma reação química, realizada na ausência e na presença de um agente catalisador. Com base no esquema, responda qual a curva que representa a reação na presença de catalisador. Explique sua resposta e faça uma previsão sobre a variação da entalpia dessa reação na ausência e na presença do catalisador. 9. O diagnóstico de doenças tropicais pode ser realizado por meio do uso de biossensores. Esses dispositivos monitoram a reação entre antígenos e anticorpos, que normalmente resultam na formação de um complexo colorido. A tabela a seguir apresenta as concentrações do complexo AB formado em função do tempo em uma reação entre um antígeno A e um anticorpo B na proporção estequiométrica de :. Tempo (s) [AB] (x0 6 mol/l) A partir dos dados apresentados, a) esboce o gráfico que represente a cinética de formação do complexo AB colorido; b) calcule a velocidade média da reação. 0. Em uma aula de laboratório de química, foram realizados três experimentos para o estudo da reação entre zinco e ácido clorídrico. Em três tubos de ensaio rotulados como I, II e III, foram colocados em cada um 5,0 x 0 mol (0,7 g) de zinco e 4,0 ml de solução de ácido clorídrico, nas concentrações indicadas na figura. Foi anotado o tempo de reação até ocorrer o desaparecimento completo do metal. A figura mostra o esquema dos experimentos, antes da adição do ácido no metal. a) Qual experimento deve ter ocorrido com menor tempo de reação? Justifique. b) Determine o volume da solução inicial de HCl que está em excesso no experimento III. Apresente os cálculos efetuados.. O óxido nítrico é um poluente atmosférico que pode ser reduzido na presença de hidrogênio, conforme a seguinte equação: NO (g) + H (g) N (g) + H O (g)

3 A velocidade inicial de formação de N foi medida para várias concentrações iniciais diferentes de NO e H, e os resultados são os seguintes: Experimento Nº [NO] [H ] Velocidade inicial (moll - s - ) 0,0 0,0 4,9 x 0-0,0 0,0, x 0-0,0 0,0,46 x 0-4 0,05 0,40, x 0 - Fazendo uso desses dados, determine: a) a equação de velocidade para a reação; b) o valor da constante de velocidade da reação; c) a velocidade inicial da reação quando [NO]= 0,5 mol/l e [H ]=,0 mol/l.. A tabela abaixo apresenta os resultados obtidos para o estudo cinético de uma reação química elementar genérica na forma aa + bb + cc D + E. Experimento [A] [B] [C] velocidade da reação / mol L 0,0 0,0 0,0 8,0 x 0 4 0,0 0,0 0,0,6 x 0 0,0 0,0 0,0,6 x 0 4 0,0 0,0 0,0, x 0 A partir destes resultados, determine: a) a lei de velocidade da reação. b) o valor da velocidade da reação quando [A] = [B] = [C] = 0,0 mol L -. s b) Represente graficamente, para uma reação endotérmica, a variação da energia (kcal.mol - ) como função do caminho da reação, considerando o processo sem catalisador e com catalisador. 5. Considere a fase gasosa da reação entre o óxido nítrico e a molécula de bromo a 7 C. A velocidade inicial de formação do NOBr foi determinada experimentalmente para várias concentrações iniciais de NO e Br. Os resultados podem ser vistos na tabela a seguir.. Considere o gráfico a seguir, que mostra a variação de energia de uma reação que ocorre na ausência e na presença de catalisador. a) Determine a ordem de reação em relação ao NO e ao Br. b) Determine a constante de velocidade na temperatura considerada. Gabarito: Resposta da questão : Teremos: [sacarose] : concentração molar da sacarose t : tempo de meia vida (tempo que demora para metade do reagente reagir) a) Qual das duas curvas refere-se à reação não catalisada? b) Qual a função do catalisador nesse processo? c) Qual a energia do complexo ativado na reação catalisada? d) Calcule o calor de reação, H, dessa reação. 4. Quanto menor for o valor da energia de ativação de uma reação, maior será a velocidade reacional. Do mesmo modo, quanto maior for a concentração dos reagentes, maior será a velocidade de formação dos produtos. Com base nessas informações, responda o que se pede a seguir. a) O aumento da concentração dos reagentes implica decréscimo no valor da energia de ativação? Justifique sua resposta. t t t t [sacarose] [sacarose] [sacarose] [sacarose] tempo de reação 0 h [ sacarose] inicial 0, / L t t 0, / L 0, / L 0, / L 4 t 0 h t 0 h 0 h 0 h 0, / L 0,06 mol / L 0,0 mol / L Cálculo da velocidade média de consumo da sacarose, em mol L min, no intervalo entre 600 min (60 min 0 h) e 00 min (0 60 min 0 h) :

4 Δ[sacarose] Δt 0,0 mol / L 0,06 mol / L mol L min 00 min 600 min mol L min Resposta da questão : a) A função da enzima nas reações bioquímicas é de catalisador (diminui a energia de ativação). b) A atividade catalítica da enzima aumenta de 0 C a 0 C, ou seja, a velocidade da reação aumenta. A atividade catalítica da enzima diminui de 0 C a 55 C, ou seja, a velocidade da reação volta ao patamar sem catalisador. c) Quando a reação é aquecida continuamente a enzima sofre desnaturação, ou seja, perde o efeito catalisador sobre a reação química. Resposta da questão : Equação balanceada da reação: CaCO (s) HNO (aq) HO( ) CO (g) Ca(NO ) (aq). De acordo com a tabela, vem: tempo volume de gás min 50 cm 0,5L min 40 cm 0,4 L min 00 cm 0,0 L Tempo de minuto V 0,5 L n minuto 5 L 0,5 L n minuto 0,006 mol Tempo de minutos V 0,0 L n minuto 5 L 0,0 L n minuto 0,0 Velocidade inicial, [H + ] [OH - ] moll min [Aspirina] t 0,mol L A cinética da reação é de primeira ordem para a aspirina e para o OH -. Lei da velocidade: v k[aspirina] [OH ]. b) Teremos: [OH Velocidade inicial, - ] moll [Aspirina] moll min t 0,mol L Substituindo os valores da primeira linha da tabela na equação que representa a Lei da velocidade, vem: v k[aspirina] [OH ] mol L min k(0 mol L ) (0 mol L ) k 0 min mol L Resposta da questão 6: a) O tipo de catálise é a heterogênea (reagentes e catalisadores apresentam diferentes estados de agregação). CrO /ZnO(s) CO (g) H (g) CH OH( ) O (g) b) Na presença do catalisador a energia de ativação diminui. Δn 0,0 0,006 mol Δt min min 0,00 mol/min Resposta da questão 4: a) Ocorreu uma saponificação (reação entre triéster de glicerol e água formando ácido graxo, sendo que este reage com o hidróxido de sódio). b) Pois a elevação da temperatura acelera a reação (favorece o aumento do número de choques efetivos). Resposta da questão 5: a) Teremos: Resposta da questão 7: a) Analisando a tabela percebe-se que: 4

5 Conclusão: [H ]. Conclusão: [Etanotiol]. Lei da velocidade e a ordem da reação: v k[h ].[E tanotiol] Ordem da reação em relação a H : Ordem da reação em relação ao E tanotiol : Ordem geral da reação : b) Teremos a seguinte equação química: C H SH (etanotiol); H S (gás sulfídrico) 5 C H SH(g) H (g) H S(g) C H (g) 5 6 CH5SH 6 g / mol vreação (e tanodiol) 0 mol / s 60 g / s CH5SH(g) H (g) HS(g) CH 6(g) 6 g 4 g 60 g 40 g vreação (gás sulfídrico) 40 g / s Resposta da questão 8: O catalisador diminui a energia de ativação do sistema, pois altera o caminho da reação. Logo, a curva II representa a reação na presença de catalisador. O valor da variação de entalpia ( H) permanece constante. Resposta da questão 9: a) b) De acordo com o enunciado, podemos inferir que a equação de reação pode ser representada por: A B AB Assim: VAB VMÉDIA VA VB 6 Δ[AB] 87 0 ~ 6mol VAB 4,5 0 ΔT 0 L s Esta conta expressa a velocidade média em função da produção de AB. Se quisermos expressar a velocidade média da reação, teremos: 6 V MÉDIA =,75 0 mol L s. Resposta da questão 0: a) Podemos observar que: b) A reação entre o zinco metálico e o ácido clorídrico é dada por: Zn (s) + HCl (aq) H (g) + ZnCl (aq) A partir desta reação podemos calcular o número de mols de ácido que reage com o metal: Zn (s) + HCl (aq) H (g) + ZnCl (aq) 65,4 g mol 0,7 g n HCl n HCl =,0 x 0 - mol No experimento III foram adicionados 4 ml (4 x 0 - L) de ácido clorídrico de concentração 4 mol/l, com estes dados podemos calcular o número de mols total de ácido: L 4 mol (HCl) 4 x 0 - L n HCl n HCl =,6 x 0 - mol Subtraindo do valor total o número de mols de ácido clorídrico que reage, teremos o excesso: n(excesso) =,6 x 0 - -,0 x 0 - n(excesso) = 0,6 x 0 - mol = 6 x 0 - mol Agora podemos calcular o volume do excesso de ácido: L 4 mol (HCl) V excesso 6 x 0 - mol (HCl) V excesso =,5 x 0 - L ou,5 ml Resposta da questão : a) Analisando a tabela percebemos que da experiência para a experiência a concentração de NO ([NO]) dobra e a velocidade da reação quadruplica, isto significa que: [NO]. Analisando a tabela percebemos que da experiência para a experiência a concentração de H ([H ]) dobra e a velocidade da reação também, isto significa que: [H ]. 5

6 Concluímos que a equação de velocidade para a reação será dada por: v = k[no] [H ]. b) Utilizando a experiência, vem: v = k[no] [H ], x 0 - = k(0,0) (0,0) k =,. c) Para [NO] = 0,5 M e [H ] =,0 M, teremos: v i = k[no] [H ] v i =,[0,5] [,0] v i = 0, mol.l -.s -. Resposta da questão : a) Como v = k[a] a [B] b [C] c. A partir da tabela teremos: 8,0 x 0 4 = k(0,0) a (0,0) b (0,0) c,6 x 0 = k(0,0) a (0,0) b (0,0) c,6 x 0 = k(0,0) a (0,0) b (0,0) c, x 0 = k(0,0) a (0,0) b (0,0) c 8,0 x 0 4 = k(0,0) a (0,0) b (0,0) c (I),6 x 0 = k a (0,0) a (0,0) b (0,0) c (II),6 x 0 = k(0,0) a b (0,0) b (0,0) c (III), x 0 = k(0,0) a (0,0) b c (0,0) c (IV) De II e I, vem: a = a = De (III) e (I), vem: b = b = De (IV) e (I), vem: c = 4 c = c = Então, 8,0 x 0 4 = k(0,0) (0,0) (0,0) k = 8 L mol - s - Teremos: v = 8[A] [B] [C]. b) v = 8[A] [B] [C] v = 8(0,0) (0,0) (0,0) =,8 x 0 - mol L s. Resposta da questão : a) Curva I, pois apresenta a maior energia de ativação. b) O catalisador diminui a energia de ativação criando caminhos alternativos para a reação, ou seja, acelera a reação. c) A energia de ativação da reação catalisada (II) será: E at (II) = = 50 kj. d) H = H PRODUTOS - H REAGENTES H = = - 0 kj. Resposta da questão 4: a) A energia de ativação não depende da concentração dos reagentes, ou seja, o aumento da concentração dos reagentes não implica no decréscimo no valor da energia de ativação. b) A variação da energia (kcal.mol ) como função do caminho da reação, considerando o processo sem catalisador e com catalisador pode ser representada conforme figura a seguir: Resposta da questão 5: a) Ordem de reação em relação ao NO:. Ordem de reação em relação ao Br :. b) K =, x 0 4 L mol - s -. 6