GABARITO 5 a lista de exercícios/ Data: /09/2014 // gabarito 12/09/2014

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1 Centro Universitário Anchieta Engenharia Química Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5 a lista de exercícios/ Data: /09/014 // gabarito 1/09/014 1) Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no contexto da preparação e da conservação de alimentos: 1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. Esse procedimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos.. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão. 3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias produtoras de enzimas que aceleram as reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas. Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, e 3, respectivamente? a) Temperatura, superfície de contato e concentração. b) Concentração, superfície de contato e catalisadores. c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. d) Superfície de contato, temperatura e concentração. e) Temperatura, concentração e catalisadores. Resposta da questão 1: [C] São fatores que aceleram a velocidade das reações químicas: aumento da temperatura e da superfície de contato e a presença de catalisadores. ) A reação química entre o gás hidrogênio e o monóxido de nitrogênio, representada a seguir, foi analisada em duas séries de experimentos. H (g) NO(g) N (g) HO (g) Na primeira série, a velocidade de reação foi medida em função da concentração de hidrogênio, mantendo-se a concentração de monóxido de nitrogênio constante em 1 mol.l -1. Na segunda série, determinou-se a velocidade em função da concentração de monóxido de nitrogênio, mantendo-se a concentração de hidrogênio constante em 1 mol.l -1. Os resultados dos experimentos estão apresentados nos gráficos. Determine a ordem de reação de cada um dos reagentes e calcule o valor da constante cinética. Resposta da questão : A velocidade de uma reação química é obtida pelo valor das concentrações dos reagentes, assim teremos: x y v k[h ] [NO] Onde, k é a constante cinética da reação. Escolhendo pontos quaisquer do primeiro gráfico: H 1 mol L e 3 mol L min H mol L e 6 mol L min Prof. Vanderlei I Paula vanderleip@anchieta.br -

2 Percebe-se que, ao duplicar a concentração, a velocidade também irá dobrar, ou seja, a reação é de primeira ordem (função de 1º grau). Escolhendo pontos quaisquer do primeiro gráfico: NO 1 mol L e 3 mol L min NO mol L e 1 mol L min Nesse caso, ao duplicar a concentração, observe que a velocidade quadruplica, ou seja, a reação é de segunda ordem (função de º grau). Assim, substituindo o valor de x e y, teremos: 1 v k[h ] [NO] O valor de k (constante cinética) é obtido substituindo os valores em qualquer um dos experimentos: mol L min k 1 mol L 1 mol L 1 k 3 L mol min 3) Para otimizar as condições de um processo industrial que depende de uma reação de soluções aquosas de três diferentes reagentes para a formação de um produto, um engenheiro químico realizou um experimento que consistiu em uma série de reações nas mesmas condições de temperatura e agitação. Os resultados são apresentados na tabela: Experimento Reagente A mol L 1 Reagente B mol L 1 Reagente C mol L 1 Velocidade da reação 1 1 mol L s I x y z v II x y z v III x y z 4v IV x y z v Após a realização dos experimentos, o engenheiro pode concluir corretamente que a ordem global da reação estudada é igual a... Resposta da questão 3: [C] Teremos: Então, 1 0 v k[a] [B] [C] ordem global 0 3

3 Centro Universitário Anchieta Engenharia Química Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5 a lista de exercícios/ Data: /09/014 // gabarito 1/09/014 4) Considere a reação química genérica A B C. A concentração do reagente [A] foi acompanhada ao longo do tempo, conforme apresentada na tabela que também registra os logaritmos neperianos n desses valores e os respectivos recíprocos (1/[A]). t(s) A mol L 1 na 1/ A L mol 1 0 0,90 0,11 1, ,63 0,46 1, ,43 0,84, ,30 1,0 3, ,1 1,56 4, ,14 1,97 7, ,10,30 10,00 Qual a constante de velocidade desta reação? Resposta da questão 4: [A] A partir da tabela fornecida, percebe-se que na função linear: [A] n kδt (cinética de primeira ordem; v k[a]) [A ] 0 n[a] n[a ] kδt 0 Para t 0; n[a ] 0, Para t 400; n[a] 1,56. 1,56 ( 0,11) k(400 0) 1,67 k 4, s k 4 10 s 3 1 e t ao serem representados em um gráfico geram uma 5) (Acafe 014) Considere a reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio: NO 5(g) 4NO (g) O(g) Considerando que a velocidade de desaparecimento do pentóxido de dinitrogênio seja de qual o valor correto para a velocidade de aparecimento NO expressa em mol L s mol L s, Resposta da questão 5: [D] A velocidade de aparecimento do dióxido de nitrogênio é o dobro da velocidade de desaparecimento do pentóxido de dinitrogênio. Assim será o dobro de 6 10 mol L s, ou seja, 1 10 mol L s. Prof. Vanderlei I Paula vanderleip@anchieta.br -

4 6) 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. 1 1 Velocidade inicial, moll min ph [Aspirina] t 0,mol L 1 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? Resposta da questão 6: a) Teremos: Velocidade inicial, 1 1 moll min [H + ] [OH - ] [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: Velocidade inicial, 1 1 moll min [OH - ] 1 moll [Aspirina] t 0,mol L Substituindo os valores da primeira linha da tabela na equação que representa a Lei da velocidade, vem: 1 1 v k[aspirina] [OH ] mol L min k(10 mol L ) (10 mol L ) 1 1 k 10 min mol L

5 Centro Universitário Anchieta Engenharia Química Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5 a lista de exercícios/ Data: /09/014 // gabarito 1/09/014 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/l) (mol/l) (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 10 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. Resposta da questão 7: a) Analisando a tabela percebe-se que: 1 Conclusão: [H ]. Conclusão: 1 [Etanotiol]. Lei da velocidade e a ordem da reação: 1 1 v k[h ].[E tanotiol] Ordem da reação em relação a H : 1 Ordem da reação em relação ao Etanotiol : 1 Ordem geral da reação : 1 1 Prof. Vanderlei I Paula vanderleip@anchieta.br -

6 b) Teremos a seguinte equação química: CH5 SH (etanotiol); HS (gás sulfídrico) CH5 SH(g) H (g) HS(g) CH 6(g) C H SH 6 g / mol 5 v 10 mol / s 60 g / s reação (e tanodiol) 1 C H SH(g) 1H (g) 1H S(g) 1 C H (g) v 5 6 1mol 1mol 6 g 34 g 60 g 340 g reação (gás sulfídrico) 340 g / s 8) Investigou se a velocidade de formação de gás hidrogênio proveniente da reação de Mg metálico com solução aquosa de HC. Uma solução aquosa de HC foi adicionada em grande excesso, e de uma só vez, sobre uma pequena chapa de magnésio metálico, colocada no fundo de um erlenmeyer. Imediatamente após a adição, uma seringa, com êmbolo móvel, livre de atrito, foi adaptada ao sistema para medir o volume de gás hidrogênio produzido, conforme mostra o esquema abaixo. Os dados obtidos, sob temperatura e pressão constantes, estão representados na tabela abaixo e no gráfico abaixo. Tempo (min) Volume de H acumulado (cm 3 ) a) Analisando os dados da tabela, um estudante de Química afirmou que a velocidade de formação do gás H varia durante o experimento. Explique como ele chegou a essa conclusão. Em um novo experimento, a chapa de Mg foi substituída por raspas do mesmo metal, mantendo se iguais a massa da substância metálica e todas as demais condições experimentais. b) No gráfico abaixo, esboce a curva que seria obtida no experimento em que se utilizou raspas de Mg.

7 Centro Universitário Anchieta Engenharia Química Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5 a lista de exercícios/ Data: /09/014 // gabarito 1/09/014 Resposta da questão 8: a) De acordo com a tabela fornecida, verifica-se que a cada intervalo de tempo varia o volume de H. Tempo (min) Volume de H acumulado (cm 3 ) var iação de volume Velocidade var iação de tempo v cm / min v 1 cm / min v 3 cm / min 3 e assim sucessivamente. b) Utilizando-se raspas de magnésio, a reação seria mais rápida, devido ao aumento da superfície de contato do reagente sólido. HC (aq) Mg(s) H (g) MgC (aq) 9) Considere que um prego é fabricado apenas com o metal Fe. Se este prego entrar em contato com uma solução aquosa de HC, irá acontecer a seguinte reação de corrosão: Fe(s) HC (aq) FeC (aq) H(g) A velocidade com que a corrosão do Fe ocorre depende de alguns fatores. Quais os fatores que podem influenciar a velocidade desta reação. Prof. Vanderlei I Paula vanderleip@anchieta.br -

8 Resposta da questão 9: Os fatores que podem influenciar a velocidade desta reação são: - Superfície de contato do prego - Temperatura da solução - Pressão - Concentração do ácido clorídrico 10) Hoje a preocupação sobre poluição atmosférica está voltada ao poluente ozônio troposférico (O3), relacionado ao câncer, à pneumonia e à asma. Paulo Saldiva, do laboratório de poluição atmosférica da USP, afirma que os veículos melhoraram a queima e diminuíram a emissão de CO, entretanto o O3 ainda não está regulamentado. Para Saldiva, o comprador deve checar a emissão de hidrocarbonetos e óxidos nitrosos que reagem e produzem O3 se quiser um carro menos inimigo da natureza. (Revista Galileu, Ed. Globo, agosto de 01). Dadas abaixo algumas reações químicas envolvidas na formação do O3 troposférico e com base no texto acima, assinale o que for correto. luz NO(g) NO(g) O(g) etapa 1 O(g) O(g) O3(g) etapa 01) O NO liberado na queima de combustíveis fósseis é precursor da formação de O3, e o O(g) é considerado um intermediário de reação. 0) Para a reação não elementar, mostrada no esquema reacional acima, a lei cinética é dada por v k[no ][O ]. 04) No ser humano, o ar penetra pelo nariz, passa pela faringe, pela laringe, pela traqueia, pelos brônquios e pelos bronquíolos. A asma alérgica, causada por inalação de O3 ou por outros poluentes, está relacionada a um processo inflamatório nos brônquios e nos bronquíolos. 08) O NO é um poluente atmosférico que, além de auxiliar na formação de O3 troposférico, ainda pode gerar ácido nítrico na presença de água, causando chuvas ácidas. 16) As reações de formação de O3 troposférico são favorecidas em cidades de clima quente, porque a elevação da temperatura propicia maior frequência de choques e com maior energia cinética entre as moléculas gasosas reagentes. Resposta da questão 10: = 9. O NO liberado na queima de combustíveis fósseis é precursor da formação de O3, e o O(g) é considerado um intermediário de reação. Para a reação não elementar, mostrada no esquema reacional acima, a lei cinética é dada por v k[no ]. No ser humano, o ar penetra pelo nariz, passa pela faringe, pela laringe, pela traqueia, pelos brônquios e pelos bronquíolos. A asma alérgica, causada por inalação de O3 ou por outros poluentes, está relacionada a um processo inflamatório nos brônquios e nos bronquíolos. O NO é um poluente atmosférico (óxido ácido) que, além de auxiliar na formação de O3 troposférico, ainda pode gerar ácido nítrico na presença de água, causando chuvas ácidas. As reações de formação de O3 troposférico são favorecidas em cidades de clima quente, porque a elevação da temperatura propicia maior frequência de choques e com maior energia cinética entre as moléculas gasosas reagentes, ou seja, a elevação da temperatura provoca o aumento da velocidade da reação.

9 Centro Universitário Anchieta Engenharia Química Físico Química I Prof. Vanderlei I Paula GABARITO 5 a lista de exercícios/ Data: /09/014 // gabarito 1/09/014 11) Preparar o sagrado cafezinho de todos os dias, assar o pão de queijo e reunir a família para almoçar no domingo. Tarefas simples e do cotidiano ficarão mais caras a partir desta semana. O preço do gás de cozinha será reajustado pelas distribuidoras pela segunda vez este ano, com isso, cozinhar ficará mais caro. A equação química que mostra a queima do butano (gás de cozinha), em nossas residências é: 13 C4H10(g) O(g) 4CO(g) 5HO ( ) O quadro abaixo ilustra a variação da concentração do gás butano em mols/l em função do tempo: [C4H 10(g) ](mol / L),4 0,8 18, 16,6 15,4 14,9 Tempo (horas) Qual as velocidades médias da queima do gás de cozinha nos intervalos entre 0 a 5 e 1 a 3 horas são respectivamente: Resposta da questão 11: [ ] 14,9,4 Vmédia(0 5) 1,5 mols / L h t 5 0 [ ] 16,6 0,8 Vmédia( 3),1 mols / L h t ) Em um laboratório de química, dois estudantes realizam um experimento com o objetivo de determinar a velocidade da reação apresentada a seguir. MgCO 3 s HC aq MgC aq HO CO g Sabendo que a reação ocorre em um sistema aberto, qual o parâmetro do meio reacional que deverá ser considerado para a determinação da velocidade dessa reação. Resposta da questão 13: Como o gás carbônico escapa do sistema aberto, pode-se medir a massa total do sistema e verificar a sua diminuição. 14) Uma forma de obter hidrogênio no laboratório é mergulhar zinco metálico em uma solução de ácido clorídrico, conforme a reação descrita pela equação apresentada a seguir. Zn(s) HC (aq) ZnC (aq) H (g) Considere que uma tira de zinco metálico foi colocada em um recipiente contendo HC em solução aquosa na concentração de 1 mol/l. Em 0 segundos a temperatura do recipiente elevou-se em 0,05 C e 5 ml de hidrogênio foram produzidos. Considerando que essa reação ocorreu a 7 C e 1 atm, determine a velocidade da reação em ml H/s e em mol H/s. 1 1 Use: R 0,08 L atm K mol Resposta da questão 14: Cálculo da velocidade da reação em ml H/s: Volume de H produzido 5 ml v 1,5 ml / s tempo 0 s Cálculo da velocidade da reação em mol H/s: Prof. Vanderlei I Paula vanderleip@anchieta.br -

10 P V n R T n 0, ml n 1,0 10 mol 3 1,0 10 mol 5 vh 5, 10 mol / s 0 s