Exercicios de cinetica_quimica
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Exercicios de cinetica_quimica Exercicios de cinetica_quimica Document Transcript

  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGES01 – (ITA - 2010) Considere o seguinte mecanismo de reação A) o uso de um catalisador aumentará a energia liberada pelagenérica: reação. B) o uso de um catalisador diminuirá a energia liberada pelaA4+ + B2+ → A3+ + B3+ (etapa lenta) reação.A4+ + B3+ → A3+ + B4+ (etapa rápida) C) o uso do catalisador, para aumentar a velocidade da reação,C+ + B4+ → C3+ + B2+ (etapa rápida) é mais efetivo na segunda etapa. D) a primeira etapa é a que determina a velocidade da reação.Com relação a este mecanismo, assinale a opção ERRADA. E) a terceira etapa é a que determina a velocidade da reação.a) A reação global é representada pela equação C+ + 2A4+ → 04 – (UFMG - 2009) O propeno, CH3 – CH = CH2, ao reagirC3+ + 2A3+. com o brometo de hidrogênio, HBr, produz uma mistura deb) B2+ é catalisador. dois compostos – o brometo de n-propila, CH3 – CH2 – CH2Br,c) B3+ e B4+ são intermediários da reação. e o brometo de isopropila, CH3 – CHBr – CH3.d) A lei de velocidade é descrita pela equação v = k[C+ ][A4+ ]. As reações responsáveis pela formação desses compostos estãoe) A reação é de segunda ordem. representadas nestas duas equações:02 – (UEL - 2010) A investigação do mecanismo de reações Reação Item contribuído na compreensão de muitos processos químicos CH3 – CH = CH2 + HBr CH3 – CH2 – CH2Brdesenvolvidos em laboratório de pesquisa. A reação genérica ∆H= – 150 kJ / molA → D é uma reação não elementar e seu mecanismo está Brometo de n-propilarepresentado no gráfico a seguir: Reação II CH3 – CH = CH2 + HBr CH3 – CHBr – CH3 ∆H= – 160 kJ / mol Brometo de isopropila Sabe-se que a velocidade da reação II é maior que a da reação I. Comparando-se essas duas reações, é CORRETO afirmar que, na II, a) a energia de ativação é maior. b) a energia do estado de transição é menor.Analise o gráfico e assinale a alternativa correta. c) a energia dos reagentes é maior. d) a energia liberada na forma de calor é menor.a) A etapa C → D é a determinante da velocidade da reaçãoA → D. 05 – (UFPB - 2010) Os óleos vegetais (ésteres de ácidosb) Na reação A → D estão envolvidas quatro reações carboxílicos insaturados) podem ser convertidos em gorduras,elementares. por exemplo, a margarina, através de uma reação dec) No decorrer da reação ocorre a formação de seis substâncias hidrogenação. Essa reação ocorre entre o óleo líquido eintermediárias. hidrogênio gasoso na presença de um catalisador sólido. Od) A expressão da velocidade da reação A → D é v = k [A]. diagrama de energia correspondente a essa reação ée) As substâncias B e C são catalisadores da reação A → D. apresentado a seguir.03 – (UFG - 2009) Uma das formas de representarmecanismos de reações químicas é apresentado no gráfico aseguir, que representa as várias etapas de uma reação. Considerando essas informações, identifique as afirmativas corretas: I. A reação de hidrogenação libera calor.De acordo com esse gráfico, II. O catalisador é consumido durante a reação. III. O catalisador diminui a energia de ativação dessa reação. 1
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGESIV. A reação de hidrogenação é endotérmica. mais rápido possível, com rendimento máximo, consumoV. O catalisador torna a reação mais lenta. energético mínimo e com a menor geração de resíduos tóxicos para a obtenção de um produto estável. Reações hipotéticas06 – (UFC - 2010) Metano (CH4) é o gás produzido a partir da para obtenção de um mesmo produto (P) de interesse industrialbiomassa, e a sua queima na indústria, para obtenção de estão representadas nos gráficos seguintes, que estão emenergia térmica, corresponde à seguinte reação: escalas iguais para as grandezas correspondentes. Identifique a alternativa que corresponde à reação que no tempo t atinge aCH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) concentração máxima de um produto estável, a partir dos reagentes R.Se a velocidade de consumo do metano é 0,01 mol min–1,assinale a alternativa que corretamente expressa o número demoles de CO2 produzido durante uma hora de reação.A) 0,3 B) 0,4 C) 0,5 D) 0,6 E) 0,707 – (UFMG - 2009) A reação de decomposição do pentóxidode dinitrogênio, N2O5, que produz dióxido de nitrogênio, NO2,e oxigênio, O2, foi realizada num recipiente de 1 litro, àtemperatura de 25 oC.1. ESCREVA a equação balanceada que representa essareação.2. Analise este gráfico, em que está representada aconcentração do N2O5 em função do tempo, ao longo dessareação:No início da reação, a concentração dos produtos é igual azero.Considerando essas informações, TRACE, diretamente no 09 – (Unifesp - 2008) Para neutralizar 10,0 mL de uma soluçãográfico acima, a curva que representa a concentração do NO2 de ácido clorídrico, foram gastos 14,5 mL de solução deproduzido em função do tempo. hidróxido de sódio 0,120 mol/L. Nesta titulação ácido-base foi utilizada fenolftaleína como indicador do ponto final da reação.3. Considere, agora, o tempo transcorrido para que a A fenolftaleína é incolor no meio ácido, mas se torna rosa naconcentração inicial do N2O5 se reduza à metade. presença de base em excesso. Após o final da reação, percebe- se que a solução gradativamente fica incolor à medida que aCalcule a velocidade média de consumo do N2O5, nesse fenolftaleína reage com excesso de NaOH. Neste experimento,intervalo de tempo. foi construído um gráfico que representa a concentração de(Deixe seus cálculos indicados, explicitando, assim, seu fenolftaleína em função do tempo.raciocínio.)08 – (Ufscar - 2009) Diversos processos industriais envolvemreações químicas, que devem ocorrer de forma controlada eotimizada para gerar lucros. O processo ideal deveria ser o 2
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGES ausência de um catalisador. Nos dias de hoje, pentóxido de vanádio (V2O5) é utilizado para este fim: SO2(g) + 2(g) SO3(g) A respeito da reação acima, é INCORRETO afirmar que: A) a oxidação do dióxido de enxofre é uma reação exotérmica. B) a presença de V2O5 diminui ainda mais o valor de ∆Ho, favorecendo a reação. C) o aumento da concentração de SO2 no reator levará a um aumento da velocidade de produção do trióxido de enxofre.a) Escreva a equação da reação de neutralização e calcule a D) o aumento da concentração de O2 no reator levará a umconcentração, em mol/L, da solução de HCl. aumento da velocidade de produção do trióxido de enxofre.b) Calcule a velocidade média de reação de decomposição da E) no processo, cada átomo de enxofre transfere dois elétronsfenolftaleína durante o intervalo de tempo de 50 segundos para o oxigênio.iniciais de reação. Explique por que a velocidade de reação nãoé a mesma durante os diferentes intervalos de tempo. 12 – (UnB - 2010) Além do airbag, será obrigatória a instalação, nos automóveis fabricados no Brasil, de10 – (Fuvest - 2010) Um estudante desejava estudar, escapamento que contenha catalisadores. Nesse dispositivo,experimentalmente, o efeito da temperatura sobre a velocidade metais como platina (Pt), ródio (Rh) e paládio (Pd) catalisamde uma transformação química. Essa transformação pode ser reações e convertem gases tóxicos, tais como CO, NO e NO2,representada por: presentes na emissão dos motores de combustão, em espécies menos tóxicas e menos agressivas ao meio ambiente. AlgumasA+B P das reações que ocorrem nos catalisadores de automóveis sãoApós uma série de quatro experimentos, o estudante apresentadas a seguir.representou os dados obtidos em uma tabela: Número do experimento I. 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g) II. 2NO(g) N2(g) + O2(g) 1 2 3 4 III. 2NO2(g) N2(g) + 2O2(g) o Temperatura ( C) 15 20 30 10 Massa de catalisador (mg) 1 2 3 4 Considerando essas informações, julgue os itens (certo ou errado). Concentração inicial de A (mol/L) 0,1 0,1 0,1 0,1 Concentração inicial de B (mol/L) 0,2 0,2 0,2 0,2 • Em seus estados fundamentais, a platina, o ródio e o paládio Tempo decorrido até que a têm o mesmo número de camadas ocupadas por seus elétrons. transformação se completasse 47 15 4 18 (em segundos) • A função desempenhada por um catalisador é a de aumentar a energia cinética das moléculas reagentes, de forma que a barreira da energia de ativação possa ser mais facilmenteQue modificação deveria ser feita no procedimento para obter superada.resultados experimentais mais adequados ao objetivo proposto? • A função desempenhada nos automóveis pelosa) Manter as amostras à mesma temperatura em todos os metais mencionados é semelhante à desempenhada pelasexperimentos. enzimas nos organismos.b) Manter iguais os tempos necessários para completar astransformações. 13 – (Unifesp - 2010) Em uma aula de laboratório de química,c) Usar a mesma massa de catalisador em todos os foram realizados três experimentos para o estudo da reaçãoexperimentos. entre zinco e ácido clorídrico. Em três tubos de ensaio rotulados como I, II e III, foram colocados em cada um 5,0 .d) Aumentar a concentração dos reagentes A e B. 10–3 mol (0,327 g) de zinco e 4,0 mL de solução de ácidoe) Diminuir a concentração do reagente B. clorídrico, nas concentrações indicadas na figura. Foi anotado o tempo de reação até ocorrer o desaparecimento completo do11 – (PUC-RJ - 2010) O produto comercial vendido sob o metal. A figura mostra o esquema dos experimentos, antes danome de ácido sulfúrico apresenta 98%, em massa, de H2SO4 e adição do ácido no metal.é um líquido incolor e oleoso, de ponto de ebulição elevado(340 oC). A etapa crítica na produção do ácido sulfúrico é aoxidação de SO2 a SO3, a qual, mesmo sendo favoráveltermodinamicamente (∆Ho = –100 kJ mol−1), é lenta na 3
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGES (D) v = k [CO(g)]1[Cl2(g)]2; k = 18,8 L2⋅mol–2⋅s–1 (E) v = k [CO(g)]1[Cl2(g)]1; k = 0,28 L2⋅mol–2⋅s–1 15 – (UFRGS - 2010) Considere a reação a seguir, que estáa) Qual experimento deve ter ocorrido com menor tempo de ocorrendo a 556 K.reação? Justifique. 2HI(g) → H2(g) + I2(g)b) Determine o volume da solução inicial de HCl que está emexcesso no experimento III. Apresente os cálculos efetuados. Essa reação tem a sua velocidade monitorada em função da concentração, resultando na seguinte tabela.14 – (Unesp - 2009) O gás cloreto de carbonila, COCl2 [HI] (mol L–1) Veloc. (mol L–1 s–1)(fosgênio), extremamente tóxico, é usado na síntese de muitos 0,01 3,5 × 10–11compostos orgânicos. Conhecendo os seguintes dadoscoletados a uma dada temperatura: 0,02 14 × 10–11 Nessas condições, o valor da constante cinética da reação em L mol–1 s–1, é: Experimento Concentração inicial Velocidade a) 3,5 × 10–11. b) 7,0 × 10–11. c) 3,5 × 10–9. (mol.L–1) inicial d) 3,5 × 10–7. e) 7,0 × 10–7. CO(g) C12(g) (mol COCl2CO(g) 16 – (UFV - 2009) Considere as seguintes afirmativas: I. A elevação da temperatura de uma reação química aumenta a Cl ⋅L–1⋅s–1) energia cinética média das moléculas reagentes, aumentando, com isso, a velocidade da reação. II. Os catalisadores alteram a variação da entalpia (∆H) da reação, diminuindo sua energia de ativação. 1 0,12 0,20 0,09 III. Uma reação que ocorre em várias etapas tem a etapa lenta 2 0,24 0,20 0,18 como determinante da velocidade da reação. 3 0,24 0,40 0,72 IV. A velocidade de uma reação de primeira ordem independe da concentração do reagente.A expressão da lei de velocidade e o valor da constante k develocidade para a reação que produz o cloreto de carbonila, Está CORRETO o que se afirma apenas em:CO(g) + Cl2(g) → COCl2(g), são, respectivamente: a) II e IV. b) I e III. c) I e IV. d) II e III. 17 – (UFG - 2010) O gráfico a seguir representa o estudo(A) v = k [CO(g)]1 + [Cl2(g)]2; k = 0,56 L2⋅mol–2⋅s–1 cinético de uma reação R → P.(B) v = k [CO(g)]2[Cl2(g)]1; k = 31,3 L2⋅mol–2⋅s–1(C) v = k [Cl2(g)]2; k = 2,25 L2⋅mol–2⋅s–1 4
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGESSabendo-se que o consumo do reagente se dá conforme aequação [R] = 1/t, e a formação do produto pela equação [P] =1 – 1/t, com t, o tempo, em segundos,a) determine o instante, em segundos, em que a concentraçãodos reagentes é igual à dos produtos; Para o experimento que proporcionou a maior taxa de reaçãob) represente o gráfico do estudo cinético após a adição de um química, determine a velocidade média de formação decatalisador. produto, nos quatro minutos iniciais, em g.L-1.min-1. Em seguida, calcule o rendimento da reação.18 – (UFMS - 2010) A equação a seguir ilustra a reação detransformação do dióxido de carbono em monóxido de 20 – (Ufu 2011) De modo a diminuir a poluição e acarbono, muito importante para a indústria siderúrgica. concentração de gases nocivos à saúde e ao meio ambiente nosC(s) + CO2(g) ↔ 2CO(g) ∆H = 174 kJ/mol de carbono grandes centros urbanos, a indústria automobilística americana, em meados dos anos 1970, começou a fabricar os primeirosComo envolve gases, a constante de equilíbrio dessa reação carros equipados com catalisadores como itens de série (nopode ser expressa como: Brasil, os primeiros carros equipados com catalisadoresKp = (pCO) 2 / (pCO2), em que “p” é a pressão parcial do gás. surgiram em 1992 e, somente a partir de 1997, o equipamentoA respeito desse equilíbrio, analise as proposições a seguir e foi adotado em todos os veículos produzidos no país). Oassinale a(s) correta(s). catalisador também impulsionou a utilização da gasolina sem chumbo (chumbo tetraetila), visto que a gasolina com chumbo(Use: Massa Molar em g/mol: C = 12). contamina o agente catalisador usado no conjunto, destruindo sua utilidade e levando-o a entupir, além dos danos que o(001) Na transformação de 4,8 g de carbono em CO, são chumbo provoca à saúde humana.consumidos 69,6 kJ.(002) A soma das pressões (pCO)2 com (pCO2) é igual à Em um catalisador automotivo, ocorrem várias reaçõespressão total do sistema. químicas, sendo uma das mais importantes:(004) A adição de carbono sólido não altera o equilíbrio, pois 1sua concentração é constante. CO ( g) + O2 ( g) → CO2 ( g)(008) Trata-se de uma reação de combustão, consequentemente 2de um processo exotérmico.(016) A velocidade da reação direta é dada por: v = K[C] · Dados:[CO2] C ( grafite ) + O2 ( g ) → CO2 ( g) ΔH = −94,1 Kcal 119 – (Uerj 2011) A irradiação de micro-ondas vem sendo C ( grafite ) + O2 ( g ) → CO ( g ) ΔH = −26,4 Kcal 2utilizada como fonte de energia para determinadas reaçõesquímicas, em substituição à chama de gás convencional. Baseado no texto e na reação acima, responda:Em um laboratório, foram realizados dois experimentos a) Identifique se a reação é endotérmica ou exotérmica a partirenvolvendo a reação de oxidação do metilbenzeno com do cálculo da variação de sua entalpia.KMnO4 em excesso. A fonte de energia de cada um, no b) Explique qual a função do catalisador automotivo noentanto, era distinta: irradiação de micro-ondas e chama de gás desenvolvimento da reação (velocidade), na energia deconvencional. ativação e na variação da entalpia da reação de decomposição do monóxido de carbono.Observe, no gráfico abaixo, a variação da concentração de c) Cite e explique um impacto ambiental da liberação do gásmetilbenzeno ao longo do tempo para os experimentos: carbônico pelos automóveis, apontando duas maneiras de minimizar tal impacto. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: O aquecimento global pode ser considerado como o legado mais duradouro da história da humanidade. Estima-se que os impactos climáticos decorrentes da liberação do dióxido de carbono e de outros gases na atmosfera terrestre provenientes, na sua maior parte, da queima de combustíveis fósseis, vão durar mais do que a existência da civilização humana desde seu aparecimento até os dias de hoje. 21 – (Ufrj 2011) A figura a seguir apresenta projeções,Observe, agora, a equação química que representa esses resultantes de simulações computacionais, da concentração deexperimentos: dióxido de carbono, em ppm, na atmosfera terrestre até o ano de 2200. As projeções dependem do aumento anual da velocidade de 5
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGESemissão de dióxido de carbono. 22 – (Unb 2011) A partir dessas informações, julgue os itens a seguir. a) A concentração dos reagentes e a temperatura são fatores que afetam a velocidade de uma reação química, uma vez que, para ocorrer uma reação, é necessário que as moléculas dos reagentes se aproximem de modo que seus átomos possam ser trocados ou rearranjados na estrutura molecular. b) A reação cujos dados estão representados na tabela do texto corresponde a uma reação de segunda ordem. 23 – (Ufc 2010) A tabela abaixo apresenta os resultados obtidos para o estudo cinético de uma reação químicaa) Determine a velocidade média de emissão do dióxido de elementar genérica na forma aA + bB + cC → D + E.carbono entre os anos de 2020 e 2050 para o pior cenário deemissão apresentado no gráfico. Experimento [A] [B] [C] velocidade dab) Sabe-se que a massa total de ar na atmosfera é de reação / mol L–1 s–1 1 0,10 0,10 0,10 8,0 x 10– 45 × 1021g . Calcule a quantidade (em kg) de dióxido de 2 0,20 0,10 0,10 1,6 x 10–3carbono que estaria presente na atmosfera terrestre no ano de 3 0,10 0,20 0,10 1,6 x 10–32060 usando a projeção em que a velocidade de emissão é 4 0,10 0,10 0,20 3,2 x 10–3constante. A partir destes resultados, determine:TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: a) a lei de velocidade da reação.A cinética química estuda as velocidades das reações químicas, b) o valor da velocidade da reação quando [A] = [B] = [C] =a rapidez com que os reagentes são consumidos e os produtos 0,20 mol L-1.são formados, o modo como as velocidades de reaçãorespondem a mudanças das condições ou à presença de um 24 – (Ufpr 2010) A reação entre NO e H2, a uma dadacatalisador e a identificação das etapas pelas quais passa uma temperatura, é descrita pela equação:reação. Ao se estudarem processos biologicamenteimportantes, nota-se que um processo que parece ser lento 2NO(g) + 2H2(g) → N2(g) + 2H2O(g)pode ser o resultado de muitas etapas rápidas. Processosfotobiológicos, tais como os responsáveis pela fotossíntese e Como ocorre redução da pressão no decorrer da reação, apelo lento desenvolvimento de uma planta, podem ocorrer em variação ∆ P(N2) / ∆ t pode ser medida pela diminuição dacerca de 1 ps. O efeito da ligação de um neurotransmissor pressão total.ocorre após, aproximadamente, 1 ms. Uma vez que o gene Expressão que descreve a lei de velocidade para essatenha sido ativado, uma proteína pode surgir em mais ou reação:menos 100 s. Em uma visão mais abrangente, algumas dasequações de cinética química são aplicáveis ao comportamento ∆P ( N2 )de populações inteiras de organismos. Essas sociedades = k.P (H2 ) .P (NO ) a bmudam em escalas de tempo de 107-109 s. A velocidade inicial ∆tde uma reação química é definida de acordo com a seguintefórmula: r0 = k [ X0 ] , em que r0 é a velocidade inicial da ∆ P(N2) / ∆ t / (torr.s- a P0(H2) / P0(NO) / 1 (torr) (torr) )reação, X0 é a concentração inicial de uma espécie X e o valor (velocidades iniciais)a, a ordem da reação que tem constante de velocidade igual a k. 1 289 400 1,60Pode-se obter um gráfico linear do logaritmo decimal da 2 147 400 0,77velocidade inicial versus o logaritmo decimal da concentração 3 400 300 1,03inicial do reagente, por meio da seguinte expressão: 4 400 152 0,25log10 r0 = k + alog10 [X0 ] . Com base nessas informações, determine:A tabela abaixo mostra dados da concentração e da velocidade a) Os valores inteiros que melhor descrevam as ordens deinicial de reação de uma espécie X. reação a e b. b) A unidade da constante de velocidade, k. [X0 ](mol ⋅ L−1 ) r0 (mol ⋅ L−1 ⋅ s−1 ) 0,0001 0,1 25 – (Unicamp 2010) Uma equipe do Instituto Nacional de 0,001 1,0 Pesquisas Espaciais (INPE) propõe um sistema de captação de 0,01 10,0 gás metano nos reservatórios de usinas hidrelétricas localizadas na bacia do rio Amazonas (essa proposta está esquematicamente representada na figura adiante): 6
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGESO primeiro passo é a colocação de uma membrana (1) para c) a velocidade inicial da reação quando [NO]= 0,5 mol/L eimpedir que as turbinas (2) das hidrelétricas suguem águas [H2]= 1,0 mol/L.ricas em metano. Essa membrana seria fixada a boias (3) nasuperfície e ancorada no fundo por pesos e, assim, a água que 27 – (Ufop 2010) Considere o gráfico a seguir, que mostra aentraria nas turbinas viria de camadas superficiais de represa, variação de energia de uma reação que ocorre na ausência e nacom menor concentração de metano. Um sistema de dutos de presença de catalisador.captação (4) coletaria a água rica em metano no fundo darepresa e a levaria para a extração do gás em um sistema (5)de vaporização. O metano poderia ser queimado em umatermelétrica (6), gerando energia limpa e redução de umafonte do aquecimento global. Adaptado da Revista n°138.a) Considerando o texto e a figura a seguir, escreva orespectivo número em cada um dos círculos da figura, eexplique por que a concentração de metano é maior na regiãosugerida pelos pesquisadores. 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. 28 – (Ufg 2010) O estudo da ligação resultante das reações deb) O texto afirma que a queima do metano na termelétrica gera algumas moléculas com a hemoglobina pode ser feito emenergia e leva a uma redução do aquecimento global. Nesse termos do equilíbrio químico que se estabelece conforme acontexto, escreva a equação química da combustão do gás reação a seguir.metano. LIGANTE + HEMOGLOBINA LIGANTE-HEMOGLOBINAExplique como essa combustão leva a uma redução doaquecimento global, tendo como base a equação química e o A constante de equilíbrio, K, dessa reação é dada pela razãoconhecimento químico. k1/k2, e as constantes de velocidades,k1 e k2, para os processos direto e inverso da reação da hemoglobina com alguns ligantes26 – (Ufop 2010) O óxido nítrico é um poluente atmosférico constam da tabela a seguir.que pode ser reduzido na presença de hidrogênio, conforme aseguinte equação: LIGANTE k1 (L/moℓ s) k2 (s-1)2NO(g) + 2H2(g) → N2(g) + 2H2O(g) NO 2,5 x 107 2,5 x 10-5 O2 5,0 x 107 2,0 x 10A velocidade inicial de formação de N2 foi medida para váriasconcentrações iniciais diferentes de NO e H2, e os resultados CO 4,0 x 10 6 1,0 x 10-2são os seguintes: Isocianeto de etila 3,0 x 105 2,0 x 10-1 Experimento Nº [NO] [H2] Velocidade inicial Isocianeto de n-butila 2,3 x 105 9,0 x 10-1 (mol/L) (mol/L) (molL-1s-1) Isocianeto de isopropila 5,0 x 104 1,5 x 10-1 1 0,20 0,10 4,92 x 10-3 Isocianeto de tercbutila5,0 x 103 4,0 x 10-1 2 0,10 0,10 1,23 x 10-3 PROC. NATL. ACAD. SCI. USA, 1978 75(5), 2108-2111. 3 0,10 0,20 2,46 x 10-3 [Adaptado]. 4 0,05 0,40 1,23 x 10-3 Com base nas informações acima, responda:Fazendo uso desses dados, determine: a) Qual das moléculas forma uma ligação mais estável com a hemoglobina? Justifique.a) a equação de velocidade para a reação; b) Por que o comportamento cinético dos isocianetos éb) o valor da constante de velocidade da reação; diferente das demais moléculas da tabela? 7
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGESJustifique.29 – (Uerj 2009) Em 1860, Louis Pasteur, ao estudar ocrescimento do fungo Penicillium glaucum, constatou queesse microrganismo era capaz de metabolizar seletivamenteuma mistura dos isômeros ópticos do tartarato de amônio,consumindo o isômero dextrogiro e deixando intacto o isômerolevogiro. O tartarato é o ânion divalente do ácido 2,3-diidroxi-butanodioico, ou ácido tartárico.Um químico, ao reproduzir o experimento de Pasteur, utilizou,inicialmente, 150 g de uma mistura racêmica de tartarato deamônio. O gráfico a seguir apresenta a variação da massa dessamistura em função do tempo de duração do experimento. a) Calcule a velocidade inicial da reação. b) Calcule a concentração de iodeto de hidrogênio após 10 minutos de reação. GABARITO 01) D 02) A 03) C 04) B 05) I – III 06) D 07) » Gabarito: 1) N2O5 (g) → 2 NO2 (g) + ½ O2 (g) 2) A cada 1 mol de N2O5 (g) consumido, teremos 2 mol de NO2 (g) formado.Calcule a massa de d-tartarato remanescente após dez horas doinício do experimento. Em seguida, apresente, em linha deligação ou bastão, a fórmula estrutural do tartarato de amônio.30 – (Ufrj 2009) Um dos métodos de preparação de iodeto dehidrogênio com alto grau de pureza utiliza a reação direta entreas substâncias iodo e hidrogênio. Num experimento, 20 molsde iodo gasoso e 20 mols de hidrogênio gasoso foramcolocados em um reator fechado com um volume útil igual a 2litros. A mistura foi aquecida até uma determinadatemperatura, quando ocorreu a reação representada a seguir.Considere a reação irreversível.H2(g) + l2(g) → 2Hl(g) 3) Vm = │∆[N2O5 (g)] │ / ∆ t Vm = 1,5 mol/L / 11 h Vm = 0,14 mol / L . hNo experimento, a variação da concentração de H2 (g) com o 08) Etempo de reação foi medida e os dados foram representados no 09) a) A equação que representa a reação de neutralizaçãográfico a seguir: entre HCl e NaOH é: HCl + NaOH → NaCl + H2O A concentração do ácido pode ser determinada por meio da seguinte relação: CA × VA = CB × VB CA × 10,0 = 0,120 × 14,5 CA = 0,174 mol/L. b) A velocidade média da reação de decomposição da fenolftaleína durante os 50 s iniciais é, em módulo: Vm = (∆[fenolftaleína] / ∆t) 8
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGESVm = [3 × 10-3 – 5 × 10–3) / 50]Vm = 4,0 × 10–5 mol/L × sAo longo da reação, ocorre variação na concentração dereagentes, e uma vez que a velocidade é dependente dessaconcentração, a velocidade não é constante.10) C 11) B12) E E C13) a) O experimento que deve ter ocorrido com menor tempode reação é o de número II, pois o zinco apresenta maiorsuperfície de contato, e o ácido tem a maior concentração.b) A reação entre zinco e ácido clorídrico pode serrepresentada por:Zn(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(aq)e, de acordo com a proporção molar entre Zn e HCl (1 : 2), Produto formado: 0,8 mol.L−1seria necessário 1,0 · 10–2 mol HCl para reagir com 5,0 · 10–3 Massa molar do produto: 12 x 7 + 6 x 1 + 16 x 2 = 122mol Zn. Levando-se em conta o fato de que a solução de ácido g.mol−1.no experimento III tem concentração de 4 mol/L, serianecessário um volume de: Cálculo da velocidade média de formação de produto: 4 mol HCl __________ 1 L solução Δ m = 0,8 × 122 g.mol-1 = 97,6 g1,0 · 10–2 mol HCl __________ V Δ T = 4 minutos.V = 2,5 · 10–3 L = 2,5 mL. ∆m 97,6 gUma vez que foram adicionados 4,0 mL de HCl, podemos v= = = 24,4 g.min−1 ∆T 4 min.deduzir que existe um excesso de 1,5 mL.14) D 15) D 16) B17) a) [R] = [P], portanto: Cálculo do rendimento:A) 2,0 mol.L−1 100 % 0,8 mol.L−1 X%b) Com a adição do catalisador, o instante em que asconcentrações dos reagentes e produtos se igualam é menor do X = 40 %que 2s, ou seja, menor do que t2. 20) a) De acordo com a Lei de Hess “A variação de entalpia de uma reação química depende apenas dos estados inicial e final, não importando o caminho da reação.” Dessa forma, pode-se proceder a soma das reações de maneira a obter a equação desejada. Para tanto, deve-se manter a primeira reação e multiplicar a segunda por -1, ou seja, invertê-la. Cancelam-se as sub C ( grafite ) + O2 ( g) → CO2 ( g) ΔH = −94,1 kcal 1 CO ( g) → C ( grafite ) + O2 ( g ) ΔH = +26,4 kcal 218) 001 + 004 = 005 _________________________________________ 1 CO ( g) + O2 ( g) → CO2 ( g)19) De acordo com o gráfico temos a seguinte variação no ΔH = − 67,7 kcalconsumo de reagente: 2,0 – 1,2 = 0,8 mol.L−1. 2 A entalpia da reação pedida é -67,7 kcal, então a reação é exotérmica. b) O catalisador automotivo tem a função de acelerar a reação. Isso acontece porque o catalisador altera o mecanismo da reação de modo que a energia de ativação da reação cm esse novo mecanismo seja menor que a energia de ativação da reação sem o catalisador. Esse fato pode ser ilustrado da seguinte forma: 9
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGES b) Incorreto. A reação cujos dados estão representados na tabela do texto corresponde a uma reação de primeira ordem (r0 = k [ X0 ] . 1 ) Suponhamos uma reação de primeira ordem dada por: X → produtos. Então, recorrendo ao cálculo, teremos a relação K matemática: log[X] = − t + log[X]0 , onde [X] é a 2,303 concentração do reagente em um tempo t qualquer e [X]0 é a concentração inicial do reagente (para t = 0). A equação anterior expressa a equação de uma reta: y = mx + b, onde log[X] = y e t = x. Então quando representamos graficamente log[X] em função de t, obtemos, para uma equação de primeira ordem, uma reta De acordo com a Lei de Hess, a entalpia de uma de inclinação (– K/2,303).reação não depende do mecanismo que ela ocorre, somente doestado inicial e final. Sendo assim, o catalisador não interfere Analogamente, teremos: log10 r0 = k + log10 [X0 ] .na entalpia da reação, já que os estados inicial e final na reação 23) a) Como v = k[A]a[B]b[C]c. A partir da tabela teremos:catalisada e na não catalisada são os mesmos. 8,0 x 10– 4 = k(0,10)a(0,10)b(0,10)cc) O gás carbônico é um dos responsáveis pelo efeito estufa, 1,6 x 10– 3 = k(0,20)a(0,10)b(0,10)cum importante processo para manter as condições de vida na 1,6 x 10– 3 = k(0,10)a(0,20)b(0,10)cTerra. O excesso dele na atmosfera pode potencializar esse 3,2 x 10– 3 = k(0,10)a(0,10)b(0,20)cefeito provocando o aquecimento global com diversasconsequências climáticas. Para minimizar a liberação de 8,0 x 10– 4 = k(0,10)a(0,10)b(0,10)c (I)CO2 , pode-se diminuir a queima de combustíveis fósseis e 1,6 x 10– 3 = k2a(0,10)a(0,10)b(0,10)c (II) 1,6 x 10– 3 = k(0,10)a2b(0,10)b(0,10)c (III)aumentar as áreas verdes, responsáveis pelo consumo desse gás 3,2 x 10– 3 = k(0,10)a(0,10)b2c(0,10)c (IV)com liberação de gás O2 . De II e I, vem:21) a) No pior cenário de emissão teremos um aumento anual 2a = 2 ⇒ a = 1de velocidade de emissão de 3%. (780 − 480) De (III) e (I), vem: Vmédia = = 10 ppm / ano (2050 − 2020) 2b = 2 ⇒ b = 1b) Mantendo-se a velocidade de emissão constante teremos um De (IV) e (I), vem:aumento anual de velocidade de emissão de 0%. 2c = 4 ⇒ 2c = 22 ⇒ c = 2 Então,[CO2 ]2060 = 400 ppm.1 ppm = 1 mg de CO2 / kg de ar. 8,0 x 10– 4 = k(0,10)1(0,10)1(0,10)2 k = 8 L3 mol-3 s-1400 × 106 × 5 × 1021 × 1× 103 = 2 × 1015 kg de CO2 em 2060. Teremos: v = 8[A]1[B]1[C]2.22) Análise dos itens: b) v = 8[A]1[B]1[C]2 ⇒ v = 8(0,20)1(0,20)1(0,20)2 = 1,28 x 10-2 mol L–1 s–1.a) Correto. A concentração dos reagentes e a temperatura sãofatores que afetam a velocidade de uma reação química, uma 24) a) Utilizando os dados da tabela, teremos:vez que, para ocorrer uma reação, é necessário que asmoléculas dos reagentes se aproximem de modo que seus ∆P ( N2 ) = k.P (H2 ) .P (NO ) a bátomos possam ser trocados ou rearranjados na estruturamolecular. ∆tDe acordo com a equação de Arrhenius, temos: 1,60 = k.(289)a .(400)b (I) E − a 0,77 = k.(147) .(400) a b (II)k= A×e RT 10
  • CURSO DE QUÍMICA PROF.: RENÉ DOS REIS BORGES Dividindo (I) por (II): 2,1 = 2a ; portanto, a ~ 1. c) Para [NO] = 0,5 M e [H2] = 1,0 M, teremos: 1,03 = k.(400) .(300) a b (III) vi = k[NO]2[H2] ⇒ vi = 1,23[0,5]2[1,0] ⇒ vi = 0,3 mol.L-1.s-1. 27) a) Curva I, pois apresenta a maior energia de ativação. 0,25 = k.(400) .(152) a b (IV) b) O catalisador diminui a energia de ativação criando Dividindo (III) por (IV): 4,1 = 2b; portanto, b ~ 2. caminhos alternativos para a reação, ou seja, acelera a reação.b) Teremos: c) A energia de ativação da reação catalisada (II) será: Eat (II) = 150 – 100 = 50 kJ. ∆P ( N2 ) = k.P (H2 ) .P (NO ) a b d) ∆H = HPRODUTOS - HREAGENTES ∆t ∆H = 80 – 100 = - 20 kJ. torr.s−1 = k.torr1.torr 2 28) a) NO, porque a constante de equilíbrio, K = k1/k2 = 1,0 x k = torr −2 .s−1 1012 moℓ/L, para sua reação com a hemoglobina é a maior dentre as reações com os ligantes apresentados. Como o valor 25) a) Teremos: da constante de equilíbrio está relacionada à razão das quantidades de produtos e reagentes no equilíbrio, o maior valor de K indica que o NO ligado à hemoglobina é mais estável em relação aos outros ligantes. OU NO, porque apresenta o menor valor de k2, uma vez que essa constante está relacionada com a rapidez da quebra da ligação entre o NO e a hemoglobina. Como essa rapidez é muito baixa, significa que essa ligação é a mais estável dentre os ligantes da tabela e a hemoglobina. b) Por causa do maior tamanho/volume das moléculas dos isocianetos, quando comparado com um ligante de menor Como a matéria orgânica se acumula no fundo da represa tamanho/volume molecular. devido à ação da gravidade, a concentração de metano é maior nesta região. 29) Mistura inicial: 150 g = 75 g do isômero (d) + 75 g do isômero (ℓ). b) Representação da equação química da combustão do metano Após dez horas foram consumidos 60 g do isômero (d), (CH4): restando 15 g desse isômero. CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + H2O(l) Podemos perceber que a queima de 1 mol de metano produz 1 mol de gás carbônico. O metano tem menor massa molar (16 g.mol-1) e apresenta maior velocidade cinética média do que o CO2 (44 g.mol-1). A partir da mesma quantidade de energia absorvida pelos dois gases concluímos que a produção de CO2 provocará uma 30) a) Como a velocidade média permanece constante no diminuição na velocidade cinética média das moléculas na intervalo de tempo entre 0 e 14 min., a velocidade inicial é atmosfera e um aquecimento menor. dada por: 26) a) Analisando a tabela percebemos que da experiência 2 vi= -([H2]final – [H2]inicial) / (tfinal – tinicial = –(3 – 10) / (14 – 0) = para a experiência 1 a concentração de NO ([NO]) dobra e a 0,5 mol/L.min. velocidade da reação quadruplica, isto significa que: [NO]2. b) Após 10 min. de reação, [H2] = 5 mol/L Analisando a tabela percebemos que da experiência 2 para a Como H2 + I2 ⇒ 2 HI, [HI]após 10 min. = 10 mol/L experiência 3 a concentração de H2 ([H2]) dobra e a velocidade da reação também, isto significa que: [H2]1. Concluímos que a equação de velocidade para a reação será dada por: v = k[NO]2 [H2]. b) Utilizando a experiência 2, vem: v = k[NO]2[H2] ⇒ 1,23 x 10-3 = k(0,10)2(0,10)1 ⇒ k = 1,23. 11