Professor: Xandão Monitor: Marcos Melo
Específicas: Cinética Química 27 nov EXERCÍCIOS DE AULA 1. A água oxigenada H 2O 2 (aq) se decompõe, produzindo água e gás oxigênio, de acordo com a equação: H 2O 2 (aq) H 2O (l) + 1/2 O 2 (g) O gráfico abaixo foi construído a partir de dados experimentais e mostra a variação da concentração de água oxigenada em função do tempo. Qual será a velocidade média de decomposição da água oxigenada nos intervalos I, II e III? 2. A reação de decomposição de iodidreto é representada pela equação química: 2 HI I 2 + H 2 O controle da concentração de iodidreto presente no sistema, em função do tempo (em temperatura constante), forneceu os seguintes dados: A velocidade dessa reação é constante? Por quê? 3. Dada a seguinte equação: Reagentes Complexo ativado Produtos + Calor Represente em um gráfico (entalpia em ordenada e caminho de reação em abscissa) os níveis das entalpias de reagentes, complexo ativado e produtos
4. A reação: 2 A + B C + D apresenta o seguinte mecanismo: A + B X (etapa lenta) A + X C + D (etapa rápida) Sabendo-se que a constante de velocidade é aproximadamente igual a 2 10 3 L/mol s e que as concentrações de A e B são, respectivamente, 6 10-8 e 2 10-8 mol/l, pede-se calcular a velocidade da reação: 2 A + B C + D 5. O valor absoluto da velocidade de decomposição (v) de uma substância em solução aquosa varia com a concentração (C) dessa substância, como indica a figura a) Qual é o valor da constante de velocidade dessa reação? b) De que fatores depende essa constante de velocidade? de v e de [A] saem do gráfico e com eles resolvemos o problema. EXERCÍCIOS DE CASA 1. Airbags são dispositivos de segurança de automó- veis que protegem o motorista em caso de colisão. Consistem em uma espécie de balão contendo 130 g de azida de sódio em seu interior. A azida, submetida a aquecimento, decompõe-se imediata e completamente, inflando o balão em apenas 30 milissegundos. A equação abaixo representa a decomposição da azida: Considerando o volume molar igual a 24 mol L -1, calcule a velocidade da reação, em L s -1, de nitrogênio gasoso produzido. 2. C + D.
3. Considere a reação A B. Sabendo-se que as energias de ativação para as reações de formação e de decomposição de B, representadas nos sentidos ( ) e ( ) na equação acima, são respectivamente 25,0 e 30,0 kj/mol, qual seria a variação de energia para a reação global? 4. O ferro-gusa, produzido pela redução do óxido de ferro em alto-forno, é bastante quebradiço, tendo baixa resistência a impactos. Sua composição média é a seguinte: Para transformar o ferro-gusa em aço, é preciso mudar sua composição, eliminando alguns elementos e adicionando outros. Na primeira etapa desse processo, magnésio pulverizado é adicionado à massa fundida de ferro-gusa, ocorrendo a redução do enxofre. O produto formado é removido. Em uma segunda etapa, a massa fundida recebe, durante cerca de 20 minutos, um intenso jato de oxigênio, que provoca a formação de CO, SiO 2, MnO e P 4O 10, os quais também são removidos. O gráfico a seguir mostra a variação da composição do ferro, nessa segunda etapa, em função do tempo de contato com o oxigênio Para o processo de produção do aço: a) Qual equação química representa a transformação que ocorre na primeira etapa? Escreva-a. b) Qual dos três elementos, Si, Mn ou P, reage mais rapidamente na segunda etapa do processo? Justifique. c) Qual a velocidade média de consumo de carbono, no intervalo de 8 a 12 minutos? 5. (UFRJ) A expressão da velocidade de uma reação deve ser determinada experimentalmente, não podendo, em geral, ser predita diretamente a partir dos coeficientes estequiométricos da reação. O gráfico abaixo apresenta dados experimentais que possibilitam a obtenção da expressão da velocidade da seguinte reação: 2 ICl (g) + H 2 (g) I 2 (g) + 2 HCl (g)
a) Escreva a expressão da velocidade dessa reação. b) Calcule o número de mols de cada produto ao final da reação apresentada se, no início, há 3 mols de cada reagente. 6. A reação expressa pela equação x X + y Y z Z + w W foi realizada em diversas experiências nas quais se manteve constante a temperatura. As velocidades de reação foram medidas, variando-se a concentração molar de um dos reagentes e mantendo-se a do outro constante. Os resultados obtidos estão representados no gráfico ao lado. Em função dos dados apresentados: a) determine a ordem da reação em relação aos reagentes X e Y, respectivamente; b) calcule o número de vezes em que a velocidade da reação aumenta quando se duplica a concentração molar de Y e se triplica a concentração molar de X. 7. As figuras a seguir apresentam esboços de curvas representativas da dependência da velocidade de reações químicas com a temperatura. Na figura A é mostrado como a velocidade de uma reação de combustão de explosivos depende da temperatura. Na figura B é mostrado como a velocidade de uma reação catalisada por enzimas depende da temperatura. Justifique, para cada uma das figuras, o efeito da temperatura sobre a velocidade das respectivas reações químicas.
8. Descargas de veículos contêm poluentes como NO, CO e C xh y (hidrocarbonetos). Duas formas de reduzir a concentração desses poluentes são: a) controlar a proporção entre ar e combustível na mistura queimada no motor; b) converter cataliticamente os poluentes em produtos inofensivos ou menos danosos ao meio ambiente. 1. Considere o gráfico. Esse gráfico representa a variação das concentrações de NO, CO e C xh y em função da proporção entre ar e combustível na mistura queimada. Indique a proporção volumétrica aproximada ar/combustível que levará aos efeitos listados abaixo. a) Menor concentração possível de C xh y. b) Maior concentração possível de NO. 2. A conversão catalítica envolve reações de oxi-redução. No caso de NO, ocorre uma redução do nitrogênio e, nos casos de CO e C xh y, ocorrem oxidações do carbono. Escreva a equação química balanceada de uma dessas reações. 3. Os conversores catalíticos, usados nos escapamentos dos automóveis, têm uma estrutura que sugere um grande favo de mel, com um número muito grande de buracos de forma hexagonal. Esses buracos são revestidos com material catalisador, e os gases provenientes da descarga circulam por esse favo antes de serem lançados na atmosfera. Explique o motivo pelo qual a estrutura acima descrita catalisa as reações com mais eficiência do que um conversor catalítico na forma de um tubo, revestido com o mesmo catalisador. 9. Considere as seguintes reações elementares: a) Qual a etapa determinante da taxa de desenvolvimento da reação? b) Apresente a expressão da lei de taxa de desenvolvimento para a reação global. 10. Numa reação que ocorre em solução (reação I), há o desprendimento de oxigênio, e a sua taxa de desenvolvimento pode ser medida pelo volume de O 2 (g) desprendido. Outra reação (reação II) ocorre nas mesmas condições, porém consumindo O 2 (g), e este consumo mede a taxa de desenvolvimento dessa reação.
O gráfico a seguir representa os resultados referentes às duas reações: Considerando as duas horas iniciais, qual das reações tem taxa de desenvolvimento maior? Justifique sua resposta.
GABARITO Exercícios dde aula 1. 0,03 mol L -1 min -1 0,02 mol L -1 min -1 0,01 mol L -1 min -1 2. Não. Porque a velocidade diminui com o tempo. Basta verificar na tabela que, à medida que o tempo passa, a variação da concentração do iodidreto vai se tornando cada vez menor 3. 4. v = 2,4 10-12 mol/l s 5. a) k = 2,5 hora -1 b) Excluindo-se as concentrações dos reagentes, k depende de todos os demais fatores que influem na velocidade da reação. Exercícios de casa 1. 2.400 L s -1 2. E at = + 10 kcal/mol H = - 15 kcal/mol 3. x = - 5,0 kj/mol
4. 5. 6. a) Mg + S MgS b) Si, pois a curva cai mais rapidamente. c) 0,5% por minuto a) v = k [ICl] [H 2]; b) 1,5 mol de I 2 e 3,0 mol de HCl a) A reação é de 2 a ordem em relação a X e de 1 a ordem em relação a Y. b) Aumenta 18 vezes 7. Na figura A, acima de certa temperatura, ocorre a explosão, surgindo daí um aumento brusco da velocidade indicado pelo ramo quase vertical do gráfico. Na figura B, a enzima aumenta a velocidade até uma certa temperatura; daí para diante, a enzima perde eficiência (sofre denaturação) e a velocidade da reação volta a cair, o que é indicado pelo ramo descendente do gráfico. 8. 1. a) Aproximadamente 17,5; b) Aproximadamente 16. 2. 2 NO + 2 CO N 2 + 2 CO 2 2 C xh y + (4x + y)/2 O 2 2x CO 2 + y H 2O 3. devido à maior superfície de contato 9. a) A etapa determinante da taxa de desenvolvimento da reação é a etapa lenta (etapa I). 1- ] 10. Td II > Td I