FUP - Faculdade UnB Planaltina Disciplina: Energia e Dinâmica das Transformações Químicas Professor: Alex Fabiano C. Campos

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1 FUP - Faculdade UnB Planaltina Disciplina: Energia e Dinâmica das Transformações Químicas Professor: Alex Fabiano C. Campos 1. Conceitue colisão efetiva, colisão não-efetiva, energia de ativação e complexo ativado.. Quais são os principais fatores que modificam a rapidez de uma reação. Discuta cada um detalhadamente com exemplos. 3. A partir dos estudos cinéticos de uma reação química, critique as afirmativas a seguir, destacando se estão certas ou erradas com uma breve justificativa. a. Toda reação é produzida por colisões, mas nem toda colisão gera uma reação. b. Uma colisão altamente energética pode produzir uma reação. c. Toda colisão com orientação adequada produz uma reação. d. O aumento da temperatura, em uma reação, promove um aumento de colisões efetivas por unidade de tempo. e. A energia de ativação de uma reação é independente da ação de um catalisador. 4. A combustão da amônia é representada pela seguinte equação química: Mediu-se a rapidez da reação em determinado momento e observou-se que a amônia estava sendo queimada numa taxa de 0,4 mol. L -1. s -1. A esse respeito responda aos itens a seguir. a) Qual a rapidez média de consumo do gás oxigênio? b) Qual a rapidez média da reação? 5. Para a reação genérica A + B C, com concentrações iniciais de A e B iguais a 8,5 mol/l e 15 mol/l, respectivamente, colheram-se os seguintes dados em laboratório: Resolva o que se pede: 4 NH 3(g) + 5 O (g) 4 NO (g) + 6 H O (g) Tempo (h) 0 1,0,0 3,0 4,0 [C] mol/l 0 3,0 4,5 5,0 5,5 a) A partir dos dados obtidos em laboratório, construa uma tabela com os valores de concentração para todas as substâncias envolvidas na reação, nos intervalos de tempo estudados. b) Calcule a rapidez média da reação no intervalo de 1 a 4 horas. c) Construa um gráfico de concentração em função do tempo para todas as substâncias envolvidas. d) Qual é a interpretação matemática da rapidez instantânea de uma reação química? 6. A reação entre cloro (Cl ) e clorofórmio (CHCl 3 ) teve como proposta o mecanismo a seguir: Passo 1: Passo : Passo 3: Global: Cl Cl (rápido) CHCl 3 + Cl CCl 3 + HCl (lento) CCl 3 + Cl CCl 4 (rápido) Cl + CHCl 3 CCl 4 + HCl Escreva a lei de velocidade para essa reação.

2 7. Em determinadas condições de temperatura e pressão, a decomposição térmica do éter metílico dada pela equação: H 3 C O CH 3 CH 4 + H + CO O quadro abaixo exibe a seguinte dependência da velocidade com a concentração: [(CH 3 ) O] inicial (mol/l) a) Qual a lei de velocidade para a reação? b) Qual a ordem da reação? c) Qual a constante de velocidade? Velocidade inicial (mol/l. s) 0,0 1, ,40 6, ,60 14, A cinética a seguir foi estudada, obtendo-se os dados destacados no quadro abaixo. NO (g) + Br (g) NOBr (g) Determine a lei de velocidade para a reação. Experimento Concentração Inicial V inicial (mol/l s) [NO] [Br] 1 0,10 0,10 1 0,10 0, ,10 0, ,0 0, ,30 0, A oxidação do íon iodeto pelo peróxido de hidrogênio em meio ácido ocorre segundo a equação química balanceada: H O + 3 I - + H + H O + (I 3 ) - Medidas de velocidade de reação indicaram que o processo é de primeira ordem em relação à concentração de cada um dos reagentes. a) Escreva a equação de velocidade da reação. Como é chamada a constante introduzida nessa equação matemática? b) Os coeficientes da equação de velocidade da reação são diferentes dos coeficientes da equação química balanceada. Explique por quê. 10. O quadro mostra resultados de experiências em que comprimidos de antiácido efervescente foram dissolvidos em água. Experimento Estado do comprimido Temperatura da água ( o C) Tempo para se completar a dissolução (min) 1 Inteiro 0 1 Inteiro 30 0,5 3 Pulverizado 0 0,7 4 Pulverizado 40 0, a) Explique por que o experimento 4 foi o mais rápido. b) Explique por que o experimento 1 foi o mais lento. 11. A reação de metabolização do etanol no corpo humano segue uma cinética de ordem zero, cuja forma integrada é dada pela expressão: [ C H O] [ C H O] kt 6 = 6 0,

3 em que [C H 6 O] e [C H 6 O] 0 são as concentrações molares de etanol sanguíneo final e inicial, respectivamente; k é a constante de velocidade e t é o tempo de metabolização. a) Escreva a expressão da lei de velocidade para essa reação. b) Deduza a expressão para a meia-vida da reação em questão e discuta seu significado físico. 1. Escreva a equação de Arrhenius e explique cada termo nela presente, destaque os parâmetros implícitos no fator pré-exponencial. 13. A dependência da constante de velocidade de uma reação com a temperatura é dada pela expressão: k E a 1 1. ln = k R T T 1 1 Deduza essa expressão a partir da equação de Arrhenius. 14. No processo de digestão, a sacarose é hidrolisada gerando glicose e frutose, que servirão de combustível para o maquinário celular. Esse processo é altamente dependente da temperatura do corpo. Sabendo que a constante de velocidade para esse processo a 37,0 C é k = 1,0 x 10-3 L/mol s, e a energia de ativação é E a = 108 kj/mol, calcule a constante de velocidade desse processo para uma temperatura de 35,0 C. (Dado: R = 8,3145 J/mol K) 15. Uma reação genérica tem o perfil de energia em função do caminho da reação descrito no gráfico a seguir. a) Qual é a etapa determinante do processo? Explique. b) Qual é o valor da energia de ativação e da energia do complexo ativado da etapa determinante do processo. c) Qual é o H da reação? Trata-se de um processo exotérmico ou endotérmico? 16. A constante de velocidade para a reação de segunda ordem em fase gasosa HO (g) + H (g) H O (g) + H (g) varia com a temperatura de acordo com o quadro abaixo. Trace o gráfico de ln(k) em função de 1/T e calcule a energia de ativação para o processo, de acordo com a equação de Arrhenius. (Dado: R =8,3145 J/mol K) Temperatura ( C) k (L/mol s) 100 1,1 x ,8 x , x ,4 x Para a reação genérica A B, encontre a forma integrada da lei de velocidade considerando: a) que a reação é de ordem zero; b) que a reação é de primeira ordem; e c) que a reação é de segunda ordem. 18. A reação NO (g) + CO (g) NO (g) + CO (g) apresenta, sob baixa temperatura, o mecanismo abaixo: Etapa 1: NO (g) + NO (g) NO 3(g) + NO (g) (lenta) Etapa : NO 3(g) + CO (g) NO (g) + CO (g) (rápida) Explique por que o processo é de ordem zero em relação ao CO.

4 19. A oxidação do NO a NO segue a reação: NO + O NO Experimentalmente, foi encontrada a seguinte lei para o processo: v = k [NO] [O ]. Preveja um possível mecanismo para o processo. 0. O processo de decomposição do pentóxido de dinitrogênio ocorre segundo a reação: N O 5 NO + ½ O. O estudo da variação da constante de velocidade para essa transformação foi estudada em laboratório. Os resultados foram plotados de acordo com o gráfico a seguir, em que tgα = Calcule a energia de ativação do processo. (Dado: R = 8,3145 J/K mol) ln (K) α /T (K -1 ) 1. O estudo cinético da reação A + B C forneceu os resultados destacados no quadro a seguir. Determine a lei de velocidade do processo e a ordem global da reação.. Determine os expoentes α, β e γ da expressão de lei de velocidade a seguir, a partir dos resultados destacados na tabela. V = k[a] α [B] β [C] γ [A] [B] [C] Velocidade x 10 5 mol/ls 0,010 0,005 0, ,010 0,005 0, ,010 0,010 0,010,5 0,00 0,005 0,010 14,1 3. O estudo das velocidades das reações tem dois objetivos principais: predizer o tempo que a reação leva para chegar ao equilíbrio e auxiliar na compreensão do mecanismo da reação. Nesse sentido, considere a reação de segunda ordem: A produtos. A expressão da lei de velocidade para o consumo do reagente A é d[ A] dt = k[ A] e a concentração de A em função do tempo é dada na tabela abaixo.

5 Tempo (s) [A] (mol/l) 0,5 0,1 Com relação aos dados apresentados, resolva o que se pede. a) Calcule o valor da constante de velocidade para a reação. b) Calcule o tempo de meia vida para a reação. c) Determine a concentraçãoo de A no tempo igual a 900 s. 4. Em certa reação unimolecular genérica de 1ª ordem, a concentração do reagente decai para um terço de seu valor inicial em 5 min. Determine a constante de velocidade desse processo. 5. Íons H + e tiossulfato reagem conforme representado a seguir: S O 3 -(aq) + H + (aq) H O (l) + SO (g) + S (s) Um estudo cinético desta reação foi efetuado, tendo sido colhidos os resultados no quadro abaixo. Resolva o que se pede: a) escreva a equação da rapidez dessa reação. b) indique a ordem da reação em relação aos reagentes e à equação global. c) o que aconteceria com a rapidez dessa reação se a concentração: do íon H + fosse triplicada? do tiossulfato de sódio fosse triplicada? 6. Um estudo experimental da rapidez dessa reação permitiu colher os dados expressos pelo gráfico abaixo: SO Cl (g) SO (g) + Cl (g) a) Escreva a equação da rapidez para essa reação. b) Calcule o valor da constante de rapidez a essa temperatura.