Unidade Temática: Cinética Química

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1 CINÉTICA QUÍMICA Folha Unidade Temática: Cinética Química. (Enem ª aplicação 00) Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no contexto da preparação e da conservação de alimentos:. 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.. 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, e, 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.. (Unisc 07) A equação a seguir apresenta a reação de decomposição da água oxigenada, também denominada peróxido de hidrogênio. KI (aq) ( l ) (g) H O H O O 96 kj mol Em relação a esta reação pode-se afirmar que a) é uma reação endotérmica. b) ocorre mais rapidamente em concentrações mais baixas. c) o iodeto de potássio atua como um inibidor da reação. d) ocorre a redução do oxigênio na formação do O. e) é uma reação exotérmica.. (Ita 07) Considere as reações químicas reversíveis I e II: k I. BrO(aq) SO(aq) Br(aq) SO 4(aq). k II. O O O. (g) (g) (g) A respeito das reações I e II responda às solicitações dos itens a e b, respectivamente: a) Sabendo que a reação I ocorre em meio ácido e que a sua reação direta é sujeita à lei de velocidade dada por v k BrO SO H, expresse a lei de velocidade para a reação reversa. b) Calcule a constante de equilíbrio da reação II dadas as seguintes reações e suas respectivas constantes de equilíbrio:

2 CINÉTICA QUÍMICA Folha hν 49 (g) (g) (g) eq. NO NO O K 4,0 0 O NO NO O K,0 0 (g) (g) (g) (g) eq (Uefs 07) ª Etapa (lenta): NO(g) H(g) N O(g) H O(g) ª Etapa (rápida): N O(g) H(g) N(g) H O(g) O monóxido de nitrogênio ou óxido nítrico (NO) é um dos principais poluentes do ar atmosférico. As emissões desse gás, considerando a origem antropogênica, são resultados da queima, a altas temperaturas, de combustíveis fósseis em indústrias e em veículos automotores. Uma alternativa para reduzir a emissão de NO para a atmosfera é a sua decomposição em um conversor catalítico. Uma reação de decomposição do NO é quando este reage com gás hidrogênio, produzindo gás nitrogênio e vapor de água conforme as etapas em destaque. Ao realizar algumas vezes a reação do NO com H, alterando a concentração de um ou de ambos os reagentes à temperatura constante, foram obtidos os seguintes dados: [NO] mol L [H ] mol L Taxa de desenvolvimento (mol L h) Com base nessas informações, é correto afirmar: a) O valor da constante k para a reação global é igual a 00. b) A taxa de desenvolvimento da reação global depende de todas as etapas. c) Ao se duplicar a concentração de H e reduzir à metade a concentração de NO, a taxa de desenvolvimento não se altera. d) Ao se duplicar a concentração de ambos os reagentes, NO e H, a taxa de desenvolvimento da reação torna-se quatro vezes maior. e) Quando ambas as concentrações de NO e de H forem iguais a 5 desenvolvimento será igual a 80 mol L h. 0 mol L, a taxa de 5. (Upe-ssa 07) O gráfico a seguir indica a decomposição de azida de sódio em nitrogênio gasoso, que é a reação usada para inflar airbags, quando ocorrem acidentes com veículos automotivos. Por ser um perigo potencial, o sódio metálico formado é convertido por reação com outros reagentes, tais como o KNO e a SiO.

3 CINÉTICA QUÍMICA Folha Sobre esse processo, é CORRETO afirmar que a a) reação é de segunda ordem. b) reação ocorre em uma velocidade lenta. c) velocidade é dada pela taxa de consumo do N. d) constante de velocidade, k, é igual a 0,056 s. e) concentração de NaN aumenta ao longo dos 0 s. 6. (Fepar 07) Um dos grandes problemas ambientais nas últimas décadas tem sido a redução da camada de ozônio. Uma das reações que contribui para a destruição dessa camada é expressa pela seguinte equação: NO(g) O(g) NO(g) O(g) Os dados abaixo foram coletados em laboratório, a 5 C. Experiência [NO] mol L [O ] mol L Velocidade mol L s 0,66 0 4, 0 4,98 0 4, ,94 0 4

4 CINÉTICA QUÍMICA Folha Considere os dados e avalie as afirmativas. ( ) A expressão da lei da velocidade é v k [NO] [O ]. ( ) A reação é de segunda ordem. 4 ( ) O valor da constante da velocidade é 7, 0. ( ) A velocidade fica inalterada se variarmos igualmente as concentrações de NO e O. ( ) Se o uso de um catalisador provocasse o aumento de velocidade da reação, isso seria consequência da diminuição da energia de ativação do sistema. 7. (Pucsp 07) O fluoreto de nitrila (NOF) é um composto explosivo que pode ser obtido a partir da reação do dióxido de nitrogênio (NO ) com gás flúor (F ), descrita pela equação. NO(g) F(g) NO F(g) A tabela a seguir sintetiza os dados experimentais obtidos de um estudo cinético da reação. Experimento [NO ] em mol L [F ] em mol L V inicial em 0,005 0, ,00 0, ,00 0, A expressão da equação da velocidade nas condições dos experimentos é a) v k [NO ] b) v k [NO ][F ] c) v k [NO ] [F ] d) v k [F ] mol L s 8. (Ufrgs 07) Uma reação genérica em fase aquosa apresenta a cinética descrita abaixo. A B C v k[a] [B] A velocidade dessa reação foi determinada em dependência das concentrações dos reagentes, conforme os dados relacionados a seguir. [A] (mol L ) [B] (mol L ) v (mol L min ) 0,0 0,0 5,0 0 0,0 0,0 x 0,0 0,0 5 6,0 0 0,0 0,0 y Assinale, respectivamente, os valores de x e y que completam a tabela de modo adequado. a) b) c) d) 6,0 0 5 e 9, ,0 0 5 e,0 0 5,0 0 5 e,0 0 5,0 0 5 e 4,0 0 5

5 CINÉTICA QUÍMICA Folha e) 8,0 0 5 e 4, (Ita 07) Considere que a decomposição do NO 5, representada pela equação química global NO5 4 NO O, apresente lei de velocidade de primeira ordem. No instante inicial da reação, a concentração de NO 5 é de 0,0 mol L e a velocidade de consumo desta espécie é de opção que apresenta o valor da constante de velocidade da reação global, em a) 0,00 b) 0,0 c) 0,0 d) 0, e) 0, 0,0 mol L min. Assinale a min. 0. (Uemg 07) Uma reação química hipotética é representada pela seguinte equação: A B C D e ocorre em duas etapas: (g) (g) (g) (g) A(g) E(g) D(g) (Etapa lenta) E(g) B(g) C(g) (Etapa rápida) A lei da velocidade da reação pode ser dada por a) v k [A] b) v k [A][B] c) v k [C][D] d) v k [E][B]. (G - ifba 07) Os gases butano e propano são os principais componentes do gás de cozinha (GLP - Gás Liquefeito de Petróleo). A combustaþo do butano (C4H 0 ) : C4H0 O CO HO Energia em hora? a).056 g b) 76 g c) 7,6 g d) g e) 6,4 g 0, mols butano-minuto qual a massa de CO produzida

6 CINÉTICA QUÍMICA Folha. (Ufpr 07) O cromo é um metal bastante utilizado em processos industriais e seu descarte impróprio causa diversas preocupações devido à sua alta toxicidade, no estado de Cr(VI), em humanos, animais e plantas. Recentemente, pesquisadores propuseram uma forma de tratar resíduos de Cr(VI) utilizando um agente redutor natural, a epigalocatequina galato (EGCG), um polifenol presente nas folhas de chá verde. A EGCG reduz Cr(VI) a Cr(III), que é menos tóxico e tende a precipitar ou a se ligar ao solo em meio alcalino. O estudo cinético dessa reação foi realizado em três concentrações diferentes de Cr(VI), em ph 6,86, temperatura ambiente e em concentração de EGCG muito superior a de Cr(VI), condição em que se pode considerar que [EGCG] permanece praticamente inalterada. Os dados de concentração inicial de cromo VI (Cr(VI)] 0) e velocidade inicial (v 0 ) são mostrados na tabela: Experimento [Cr(VI)] 0 μ M v μm min ,64 0 0,48 0 0, (Fonte: Liu, K., Shi, Z., Zhou, S., Reduction of hexavalent chromium using epigallocatechin gallate in aqueous solutions: kinetics and mechanism, RSC Advances, 06, 6, 6796.) a) Forneça a lei de velocidade para a reação mencionada. b) Qual é a ordem de reação com relação a Cr(VI)? Por quê? c) Qual é o valor da constante cinética observável k obs cálculo. y obs dessa reação? Mostre o (k k[egcg] ). (Ufjf-pism 07) O ozônio é um gás que existe em pequenas quantidades (cerca de 0%) na troposfera, mas em maior concentração na estratosfera, constituindo a camada de ozônio. a) Na troposfera, o ozônio reage com o óxido de nitrogênio produzindo oxigênio e dióxido de nitrogênio, 4 cuja constante de equilíbrio é 6,0 0. De acordo com as concentrações descritas abaixo, verifique se o sistema está em equilíbrio. Composto O NO O NO Concentração (mol L ) b) Utilizando os dados para a reação do ozônio com o dióxido de nitrogênio na atmosfera, fornecidos abaixo, determine a expressão da velocidade e calcule o valor da constante de velocidade dessa reação NO O NO O (g) (g) (g) (g) [NO ] mol L [O ] mol L Velocidade mol L s , , 0 4,4 0, 0 c) Na troposfera, o ozônio também reage com compostos orgânicos insaturados prejudicando a

7 CINÉTICA QUÍMICA Folha qualidade de vida dos organismos vivos. Escreva a reação de ozonólise do metilbuteno na troposfera. 4. (Mackenzie 07) O estudo cinético de um processo químico foi realizado por meio de um experimento de laboratório, no qual foi analisada a velocidade desse determinado processo em função das concentrações dos reagentes A e B. Os resultados obtidos nesse estudo encontram-se tabelados abaixo. Experimento [A] (mol L ) X 0 Y 5 0 Z 0 [B ] (mol L ) v inicial (mol L min ) Com base nos resultados obtidos, foram feitas as seguintes afirmativas: I. As ordens de reação para os reagentes A e B, respectivamente, são e. II. A equação cinética da velocidade para o processo pode ser representada pela equação v k [A] [B ]. III. A constante cinética da velocidade k tem valor igual a 00. Considerando-se que todos os experimentos realizados tenham sido feitos sob mesma condição de temperatura, é correto que a) nenhuma afirmativa é certa. b) apenas a afirmativa I está certa. c) apenas as afirmativas I e II estão certas. d) apenas as afirmativas II e III estão certas. e) todas as afirmativas estão certas. 5. (Upe-ssa 06) Em uma seleção realizada por uma indústria, para chegarem à etapa final, os candidatos deveriam elaborar quatro afirmativas sobre o gráfico apresentado a seguir e acertar, pelo menos, três delas. Um dos candidatos construiu as seguintes afirmações:

8 CINÉTICA QUÍMICA Folha I. A reação pode ser catalisada, com formação do complexo ativado, quando se atinge a energia de 0 kj. II. O valor da quantidade de energia E determina a variação de entalpia ( H) da reação, que é de 5 kj. III. A reação é endotérmica, pois ocorre mediante aumento de energia no sistema. IV. A energia denominada no gráfico de E é chamada de energia de ativação que, para essa reação, é de 8 kj. Quanto à passagem para a etapa final da seleção, esse candidato foi a) aprovado, pois acertou as afirmações I, II e IV. b) aprovado, pois acertou as afirmações II, III e IV. c) reprovado, pois acertou, apenas, a afirmação II. d) reprovado, pois acertou, apenas, as afirmações I e III. e) reprovado, pois acertou, apenas, as afirmações II e IV. Gabarito comentado na próxima folha!!!! Mas, promete que não vai olhar o gabarito antes de resolver as questões!

9 CINÉTICA QUÍMICA Folha GABARITO: Resposta da questão : [C] São fatores que aceleram a velocidade das reações químicas: aumento da temperatura e da superfície de contato e a presença de catalisadores. Resposta da questão : [E] Trata-se de uma reação que libera calor para o meio, portanto, exotérmica. Resposta da questão : a) A reação I ocorre em meio ácido e sua reação direta é sujeita à lei de velocidade dada por: vdireta k [BrO ][SO ][H ]. Para I: k (aq) (aq) (aq) 4(aq) k 4 BrO SO Br SO v k [BrO ][SO ] v k [Br ][SO ] No equilíbrio v v. k [BrO ][SO ] k [Br ][SO 4 ] k [Br ][SO 4 ] (a) k [BrO ][SO ] vreversa vdireta k [BrO ][SO ][H ] vreversa k [BrO ][SO ][H ] vre versa k (b) [BrO ][SO ][H ] Substituindo (b) em (a), vem:

10 CINÉTICA QUÍMICA Folha v Re versa [BrO ][SO ][H ] [Br ][SO 4 ] k [BrO ][SO ] v Re versa [Br ][SO 4 ] k [BrO ][SO ][H ] [BrO ][SO ] [Br ][SO 4 ] vre versa k [BrO ][SO ][H ] [BrO ][SO ] [Br ][SO 4 ] vre versa k [BrO ] [SO ][H ] [BrO ] [SO ][SO ] [H ][Br ][SO 4 ] vre versa k (Lei da velocidade para a reação reversa) [SO ] b) Cálculo da constante de equilíbrio da reação II: O(g) O(g) O(g) [O ] KII [O ][O] hυ 49 [NO][O] NO (g) NO(g) O(g) Keq. 4,0 0 [NO ] hυ 4 [NO ][O ] O(g) NO(g) NO(g) O(g) Keq.,0 0 [O ][NO] 49 [NO][O] [NO ] [O] 4,0 0 () [NO 49 ] [NO] 4,0 0 4 [NO ][O ] 4 [NO ] [O ],0 0,0 0 () [O ][NO] [NO] [O ] Substituindo () em (), vem: 4 [O] [O ], ,0 0 [O ] [O ] KII [O 49 4 ][O] 4,0 0, KII 0,5 0,5 0 Resposta da questão 4: [E] [NO] mol L [H ] mol L 0 (constante) 0 0 (constante) 0 0 (dobrou) 0 Taxa de desenvolvimento (mol L h) (dobrou) 4 0 5

11 CINÉTICA QUÍMICA Folha [NO] mol L (dobrou) [H ] mol L (constante) (constante) Taxa de desenvolvimento (mol L h) (quadruplicou; ) Conclusão: v k[no] [H ]. Para a primeira linha da tabela: [NO] [H ] 0 mol L 4 k 0 v k[no] [H ] 4 v 0 ( 0 ) ( 0 ) 5 v 80 mol L h Resposta da questão 5: [D] ln[a] ln[a] 0 kt ln[nan ] ln[nan ] 0 kt,8 ( 0,7) k 0 0k, k 0,056 s Resposta da questão 6: F V F F V. [F] Dobrando-se a concentração de NO dobra-se a velocidade da reação, sendo de ª ordem em relação ao NO, e dobrando-se a velocidade de O também, irá dobrar a velocidade da reação, sendo de ª ordem também, em relação a O, assim a lei que expressa a velocidade para essa experiência será: v k [NO] [O ]. [V] A reação é de segunda ordem em relação a reação global (soma dos expoentes ).

12 CINÉTICA QUÍMICA Folha [F] Teremos: v k [NO] [O ] (0,66 0 ) k (0 ) ( 0 ) 4 0, k, (0 ) ( 0 ) [F] Se houver a mesma variação em ambos os reagentes a velocidade irá variar proporcionalmente, pois é proporcional as duas concentrações. [V] O catalisador aumenta a velocidade de uma reação química, diminuindo a energia de ativação. Resposta da questão 7: [B] Experimento a b v k[no ] [F ] 4 a b 0 k(50 ) (0 ) 4 a b 80 k(0 ) ( 0 ) () () 4 a b b 8 0 k a a b 0 k a b (ab) 4 a b a b v k[no ] [F ] v k[no ] [F ] Resposta da questão 8: [D] A B C v k[a] [B] Utilizando a primeira linha da tabela fornecida, vem: 5,0 0 k(0,0) (0,0) 5,0 0 k, Para x: v 0 [A] [B] 5 x 0 (0 ) (0 ) x,0 0 Para y:

13 CINÉTICA QUÍMICA Folha v 0 [A] [B] y 0 (0 ) (0 ) 5 y 4,0 0 Resposta da questão 9: [D] NO5 4 NO O vno v 5 NO v O 4 vno v 5 NO v O vreação 4 v Consumo de NO 0,0 mol L min 5 v NO 5 0,0 mol L min vreação 0,0 mol L min Para uma ração de primeira ordem: v k [NO 5] 0,0 mol L min k 0,0 mol L 0,0 mol L min k 0,min 0,0 mol L k 0,min v k [R], então: Resposta da questão 0: [A] A lei da velocidade da reação é calculada a partir da etapa lenta, ou seja, v k [A]. A E D (g) (g) (g) v k [R] x v k [A] Resposta da questão : [A] C4H0 O 4CO 5HO Proporção entre butano e dióxido de carbono: : 4, ou seja, a cada 0, mol de butano decomposto forma-se 0,4 mol de CO.

14 CINÉTICA QUÍMICA Folha mol de CO 44 g 0,4 mol x x 7,6 g 7,6 g y y g.056 g min 60 min Resposta da questão : a) De acordo com a tabela fornecida no enunciado, vem: a v k[cr(vi)] a 0,64 k 40 (I) a 0, k 0 (II) Dividindo (I) por (II): a a 0,64 k 0 a 0, k a 0 a Lei da velocidade: v k[cr(vi)]. b) De acordo com a tabela fornecida no enunciado, vem: Experimento [Cr(VI)] 0 μ M v μm min 40 0,64 Comparado com Divide por Divide por 0 0, Conclusão: ordem (expoente de [Cr(VI)]). c) Cálculo do valor da constante cinética. v k[cr(vi)] Para o experimento : 0,64 μmmin k 40 μm 0,64 μmmin k 40 μm k,6 0 min 0 Resposta da questão : a) Reação: O(g) NO(g) O(g) NO(g) 4 C [O 6 5 ] [NO] (0 ) (0 ) [O ] [NO ] (8 0 ) ( 0 ) K 6 0 4

15 CINÉTICA QUÍMICA Folha Pelo valor do K calculado o sistema não está em equilíbrio, pois é menor que o b) Expressão de velocidade: v k [NO ] [O ] 5 5, 0 k(5 0 ) (0 ) 7 k 4,4 0 s c) Teremos: K eq. Resposta da questão 4: [E] x y v k [A] [B ] Substituindo os valores da primeira e segunda linha da tabela, vem: 4 x y 0 k ( 0 ) ( 0 ) (I) 5 x y 5 0 k (5 0 ) ( 0 ) (II) Dividindo (I) por (II): 4 x y 0 k ( 0 ) ( 0 ) 5 k x y 5 0 (5 0 ) ( 0 ) x x 4 x (a ordem de A é ) Substituindo os valores da primeira e terceira linha da tabela, vem: 4 x y 0 k ( 0 ) ( 0 ) (III) 4 x y 0 k ( 0 ) (5 0 ) (IV) Dividindo (III) por (IV): 4 x y 0 k ( 0 ) ( 0 ) 4 k x y 0 ( 0 ) (5 0 ) y y y (a ordem de B é ) [I] Correta. As ordens de reação para os reagentes A e B, respectivamente, são x e y. [II] Correta. A equação cinética da velocidade para o processo pode ser representada pela equação v k [A] [B ].

16 CINÉTICA QUÍMICA Folha x y v k [A] [B ] x y v k [A] [B ] [III] Correta. A constante cinética da velocidade k tem valor igual a 00. Substituindo os valores da primeira linha da tabela na equação cinética da velocidade, vem: 4 0 k ( 0 ) ( 0 ) 4 0 k ( 0 ) ( 0 ) k 0 k 00 Resposta da questão 5: [C]

17 CINÉTICA QUÍMICA Folha ABRAÇOS A TODOS E BONS ESTUDOS!!