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2CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

IMPACTO: A Certeza de Vencer!!!

CINÉTICA QUÍMICA. O objetivo da cinética química é estudar as reações químicas relacionadas com a velocidade em que ocorrem e os fatores que influenciam essa velocidade.

REAGENTES PRODUTOS São consumidos

Suas concentrações

diminuem

Velocidade de

consumo

São formados

Suas concentrações

aumentam

Velocidade de

formação

VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO. Velocidade média de uma reação química é a relação entre a quantidade consumida de reagentes ou a quantidade formada de produtos sobre o intervalo de tempo. A variação da quantidade das substanciais envolvidas pode ser medida de diversos modos: variação das massas, dos números de mols, entre outros. O modo mais utilizado é a molaridade (M), ou seja, a concentração

dada em mol/L=[ ]. Obeserve: 2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g) VELOCIDADE MÉDIA DE CONSUMO DE N2O5:

tempode intervaloconsumida ON de QuantidadeVm 52

ON 52

VELOCIDADE MÉDIA DE FORMAÇÃO DO NO2:

tempode intervaloformada NO de QuantidadeVm 2

NO2

VELOCIDADE MÉDIA DE FORMAÇÃO DO O2:

tempode intervaloformada O de QuantidadeVm 2

O2

VELOCIDADE MÉDIA DA REAÇÃO (VM):

Para calcularmos a velocidade média de uma reação, basta dividirmos a velocidade média de consumo ou formação pelo coeficiente estequiométrico. No caso da reação acima, temos:

1Vm

4Vm

2Vm

2252 ONOON Vm

EXERCÍCIOS PARA OS VENCEDORES. 01. (PUC-SP) Em determinada experiência, a reação de formação de água está ocorrendo com o consumo de 4 mols de oxigênio por minuto. Conseqüentemente, a velocidade de consumo de hidrogênio é de: a) 2 mols/min. b) 4 mols/min. c) 8 mols/min d) 12 mols/min. e) 16 mols/min. 02. O gráfico a seguir representa a variação das concentrações das substâncias X, Y e Z durante a reação em que elas tomam parte.

A equação que representa a reação é: a) X + Z → Y b) X + Y → Z c) X → Y + Z d) Y → X + Z e) Z → X + Y 03. No início do século XX, a expectativa da Primeira Guerra Mundial gerou uma grande necessidade de compostos nitrogenados. Haber foi o pioneiro na produção de amônia, a partir do nitrogênio do ar. Se a amônia for colocada num recipiente fechado, sua decomposição ocorre de acordo com a seguinte equação química não balanceada: 2NH3(g) → N2(g) + 3H2(g). As variações das concentrações com o tempo estão ilustradas na figura a seguir:

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REVISÃO IMPACTO - A CERTEZA DE VENCER!!!

A partir da análise da figura acima, podemos afirmar que as curvas A, B e C representam a variação temporal das concentrações dos seguintes componentes da reação, respectivamente: a) H2, N2 e NH3 b) NH3, H2 e N2 c) NH3, N2 e H2 d) N2, H2 e NH3 e) H2, NH3 e N2

04. Na reação abaixo equacionada, observou-se a variação na concentração de X em função do tempo, segundo a tabela a seguir:

X + 2Y → Z

No intervalo de 4 a 6 minutos, a velocidade média da reação em mol/litro.min., é: a) 0,010 b) 0,255 c) 0,005 d) 0,100 e) 0,200 05. (PUC-RS/2002) Amostras de magnésio foram colocadas em soluções aquosas de ácido clorídrico de diversas concentrações e temperaturas, havendo total consumo do metal e desprendimento do hidrogênio gasoso. Observaram-se os seguintes resultados:

Pela análise dos dados contidos na tabela anterior, é correto afirmar que a) a velocidade média da reação na amostra I é maior que na amostra II. b) a quantidade de hidrogênio desprendida na amostra II é maior do que na amostra IV. c) a velocidade média da reação na amostra III é igual à da amostra IV. d) a velocidade média de reação na amostra IV é a metade da velocidade média de reação na amostra II. e) a quantidade de hidrogênio desprendido na amostra III é menor do que na amostra IV.

06. (MACKENZIE/2002) A combustão da gasolina pode ser equacionada por:

C8H18 + O2 CO2 + H2O

Considere que após uma hora e meia de reação foram produzidos 36 mols de CO2. Dessa forma, a velocidade de reação, expressa em número de mols de gasolina consumida por minuto, é de: a) 3,0 b) 4,5 c) 0,1 d) 0,4 e) 0,05 07. (FEI) A combustão do butano (C4H10) correspondente à equação:

C4H10 + (13/2)O2 → 4CO2 + 5H2O + Energia

Se a velocidade da reação for 0,05mols butano-minuto qual a massa de CO‚ produzida em 01 hora? a) 880g b) 8,8g c) 132g d) 264g e) 528g 08. (UERJ/2002) A amônia é empregada como matéria-prima na fabricação de fertilizantes nitrogenados. É obtida industrialmente por síntese total, como mostra a reação:

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

O quadro a seguir mostra a variação do número de mols de nitrogênio durante essa reação.

Considere rendimento de 100% no processo e condições normais de temperatura e pressão. Assim, a velocidade média da reação em L/min, no intervalo de 2 a 10 minutos, em função do consumo de H2, equivale a: a) 22,4 b) 44,8 c) 67,2 d) 89,6

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CINÉTICA QUÍMICA – 02

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2CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

IMPACTO: A Certeza de Vencer!!!

TEORIA DAS COLISÕES: Uma reação química ocorre através das colisões entre as substâncias reagentes. Mas essa colisão não pode ser um simples contato entre as moléculas. Para garantir a ocorrência da reação, temos que ter a colisão eficaz ou efetiva, entre os reagentes.

ENERGIA DE ATIVAÇÃO: Energia de Ativação é a menor quantidade de energia necessária que deve ser fornecida aos reagentes para a formação do complexo ativado e, conseqüentemente, para a ocorrência da reação. VELOCIDADE X ENERGIA DE ATIVAÇÃO As reações que possuem uma energia de ativação menor ocorrem mais rapidamente. Quanto maior a energia de ativação, mais lenta é a reação. CATALISADOR: É toda substância que aumenta a velocidade de uma reação química. Não é consumido e nem sofre alteração na sua estrutura, no final da reação.

OBS1: O catalisador não altera o H da reação. OBS2: A energia de ativação (Ea) é sempre igual à diferença entre a energia dos reagentes e a do complexo ativado. CATÁLISE HETEROGÊNEA: Catálise Heterogênea é aquela em que o catalisador e os reagentes estão em fases diferentes, formando um sistema heterogêneo.

Pt

Ex: C2H4(g) + H2(g) C2H6(g) CATÁLISE HOMOGÊNEA: Catálise Homogênea é aquela em que o catalisador e os reagentes estão numa mesma fase, formando um sistema homogêneo. Ex: NO2(g) SO2(g) + 1/2O2(g) SO3(g)

PROMOTOR DE REAÇÃO OU ATIVADOR DE CATALISADOR: é uma substância que ativa o catalisador, mais isoladamente não tem ação catalítica na reação. VENENO DE CATALISADOR: é uma substância que diminui e até destrói a ação do catalisador, sem tomar parte na reação. INIBIDOR OU CATALISADOR NEGATIVO: é uma substância que diminui a velocidade de uma reação, sendo, ao contrário do catalisador, consumido pela reação. Os inibidores são muito utilizados na conservação de alimentos, bebidas e outros produtos perecíveis. AUTOCATÁLISE: Quando um dos produtos da reação atua como catalisador. No início, a reação é lenta e, à medida que o catalisador (produto) vai se formando, sua velocidade vai aumentando. TEMPERATURA: Todo aumento de temperatura provoca o aumento da energia cinética média das moléculas, fazendo com que aumente o número de colisões eficazes e, portanto, aumentando a velocidade da reação. SUPERFÍCIE DE CONTATO DOS REAGENTES: Quanto maior a superfície do reagente sólido, maior o número de colisões entre as partículas dos reagentes e maior a velocidade da reação. Uma reação que ocorre com a presença de pelo menos um reagente sólido, quanto mais finamente dividido este sólido, maior será a superfície de contato entre os reagentes. CONCENTRAÇÃO DE REAGENTES: Aumentando a concentração dos reagentes, aumenta o número de colisões entre as moléculas dos reagentes e, portanto, aumenta a velocidade da reação. EXERCÍCIOS PARA OS VENCEDORES 01. Para que ocorra uma reação química, é necessário que os reagentes entrem em contato, através de colisões, o que se chama Teoria das Colisões. Essa teoria baseia-se em que: I - todas as colisões entre os reagentes são efetivas (ou favoráveis). II - a velocidade da reação é diretamente proporcional ao número de colisões efetivas (ou favoráveis). III - existem colisões que não são favoráveis à formação do produto. IV - maior será a velocidade de reação, quanto maior for a temperatura.

Colisão eficaz ou efetiva é a colisão que provoca a formação dos produtos.

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REVISÃO IMPACTO - A CERTEZA DE VENCER!!!

Estão corretas a) apenas I, II e III. d) apenas II, III e IV. b) apenas II e III. e) apenas III e IV. c) apenas I e IV. 02. Analise o seguinte diagrama e responda às perguntas:

Energia

Coordenada de reação

y

a) Escreva a equação da reação química em questão.

b) Como se chama a situação representada por “N3O2”? c) A que corresponde o trecho marcado com a letra x ? d) A que corresponde o trecho marcado com a letra y ?

e) A reação em questão é endotérmica ou exotérmica? 03. Analise o seguinte diagrama e responda às perguntas:

a) Escrava a equação da reação química em questão b) Como se chama a situação representada por “N2O3C”? c) a que corresponde o trecho marcado com a letra x?

d) A que corresponde o trecho marcado coma letra y? e) A reação em questão é endotérmica ou exotérmica?

04. Três experimentos foram realizados para investigar a velocidade da reação entre HCl aquoso diluído e ferro metálico. Para isso, foram contadas, durante 30 segundos, as bolhas de gás formadas imediatamente após os reagentes serem misturados. Em cada experimento, usou-se o mesmo volume de uma mesma solução de HCl e a mesma massa de ferro, variando-se a forma de apresentação da amostra de ferro e a temperatura. O quadro indica as condições em que cada experimento foi realizado.

Assinale a alternativa que apresenta os experimentos na ordem crescente do número de bolhas observado. a) II, I, III b) III, II, I c) I, II, III d) II, III, I 05. Considere as seguintes afirmativas em relação ao gráfico de uma reação:

I - Z representa a energia de ativação na presença de catalisador. II - Y representa a energia de ativação na presença de catalisador. III - X representa a variação de entalpia. IV - A velocidade de formação dos produtos é menor no caminho B. As afirmações anteriores referem-se ao diagrama energético dos caminhos A e B da reação: REAGENTES → PRODUTOS

Somente são corretas: a) I e III. b) II e III. c) II e IV. d) III e IV. e) I e IV.

“N3O2”

N2 + NO2

N2 O + NO

x

“N2O3C”

NOC +NO2

NO + NO2C

NO

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CINÉTICA QUÍMICA 3

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2CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

IMPACTO: A Certeza de Vencer!!!

INTRODUÇÃO

A observação experimental de várias reações levou os químicos a concluir que o aumento da concentração dos reagentes (número de moléculas por unidade de volume) aumenta o número de choques, fazendo aumentar a velocidade das reações LEI DA VELOCIDADE: Vários cientistas tentaram estabelecer uma relação matemática entre a velocidade da reação e a concentração, entretanto, foram Guldberg e Waage, em 1867, que enunciaram a lei que relaciona essas duas grandezas, a qual recebeu o nome da Lei da Ação das Massas, cujo enunciado é o seguinte:

“A velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações molares dos reagentes, elevadas a potências determinadas experimentalmente”.

aA + bB + ... produtos V = k [A]p [B]q

Em que: V → velocidade da reação [A] → concentração molar do reagente A. [B] → concentração molar do reagente B. p → ordem do reagente A. q → ordem do reagente B. Obs.: p e q são experimentalmente determinados p + q → ordem global da reação K → constante cinética ou constante de velocidade da reação. É determinada experimentalmente e aumenta com a temperatura 1ª Experiência: Para a reação de decomposição do N2O5, foram obtidos os seguintes valores experimentais:

2N2O5 → 4NO2 + O2

Experimento [N2O5] V

(mol/ℓ.h)

1 0,010 0,016

2 0,020 0,032

3 0,030 0,048

2ª Experiência: Para a reação de decomposição do Etanal (C2H4O), foram obtidos os seguintes valores experimentais:

CH3CHO → CH4 + CO

Escreva a Lei da Velocidade:

3º Exemplo: Para a reação entre H2 e NO foram obtidos os seguintes valores experimentais:

2H2 + 2NO → N2 + 2 H2O

Experimento [H2] [NO] V (mol/ℓ.h) 1 0,001 0,001 3.10-5 2 0,002 0,001 6.10-5 3 0,002 0,002 24.10-5

REAÇÕES CINÉTICAS Foi determinado experimentalmente que os expoentes das

concentrações na lei de velocidade podem ser determinados da seguinte maneira: 1. Para reações elementares (ocorrem numa única etapa) a lei de velocidade fica:

2A + 3B A2B3 V = k . [A]2 . [B]3

2. Para reações não-elementares (ocorrem em várias etapas) a velocidade da reação é a velocidade da etapa mais lenta. Por exemplo: 4 HBr(g) + O2(g) 2H2O(g) + 2Br2(g) cujo mecanismo é: 1ª etapa: HBr + O2 HBrO2 (lenta)

2ª etapa: HBrO2 + HBr 2 HBrO (rápida)

3ª etapa: 2HBrO + 2HBr 2H2O + 2Br2 ( rápida)

Experimento [CH3CHO] V (mol/ℓ.h) 1 0,10 0,085

2 0,20 0,340

3 0,30 0,765

LEI DA VELOCIDADE (EXPERIMENTAL).

PARTE 01

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REVISÃO IMPACTO - A CERTEZA DE VENCER!!!

A lei de velocidade é determinada pela etapa lenta. Portanto:

V = k . [HBr] . [O2]

QUESTÃO 01

(PUC-SP/2003) A reação 2NO(g) + 2H2(g) N2(g) + 2H2O(g) foi estudada a 904 °C. Os dados da tabela seguinte referem-se a essa reação.

[NO] (mol/L) [H2] (mol/L) Velocidade (mol/L.s) 0,420 0,122 0,140 0,210 0,122 0,035 0,105 0,122 0,0087 0,210 0,244 0,070 0,210 0,366 0,105

A respeito dessa reação é correto afirmar que sua expressão da velocidade é: a) v = k[NO] [H2]. b) v = k[NO]4 [H2]2. c) v = k[NO]2 [H2]. d) v = k[NO]2 [H2]2. e) v = k[H2]. QUESTÃO 02

(UEL/2006) Os dados experimentais para a velocidade de reação, (v), indicados no quadro a seguir:

Foram obtidos a partir dos resultados em diferentes

concentrações de reagentes iniciais para a combustão do monóxido de carbono em temperatura constante:

CO + ½ O2 → CO2

A equação de velocidade para essa reação pode ser escrita

como V = k [CO]a. [O2]b, onde a e b são, respectivamente, as ordens de reação em relação aos componentes CO e O2.

De acordo com os dados experimentais, é correto afirmar que respectivamente os valores de a e b são: a) 1 e 2 b) 2 e 1 c) 3 e 2 d) 0 e 1 e) 1 e 1

QUESTÃO 03

(UEL/2003) O ozônio próximo à superfície é um poluente muito perigoso, pois causa sérios problemas respiratórios e também ataca as plantações através da redução do processo da fotossíntese. Um possível mecanismo que explica a formação de ozônio nos grandes centros urbanos é através dos produtos da poluição causada pelos carros, representada pela equação química a seguir:

De acordo com as reações apresentadas, a lei da velocidade é dada por: a) v = k .[O2].[O] b) v = k .[NO2] c) v = k .[NO2] + k [O2]. [O] d) v = k .[NO]. [O3] e) v = k .[O3] QUESTÃO 04

A reação NO2(g) + CO(g) → CO2(g) + NO(g) é de 2ª ordem em relação ao NO2(g) e de ordem zero em relação ao CO(g). Em determinadas condições de pressão e temperatura, essa reação ocorre com velocidade v. Se triplicarmos a concentração de NO2(g) e duplicarmos a concentração do CO(g), a nova velocidade da reação v, será igual a: a) 3v b) 6v c) 9v d) 12v e) 18v QUESTÃO 05

(UFRS) A reação “2A + B → Produtos” apresenta uma lei de velocidade expressa por v = k[A]2. Se a concentração do reagente A for mantida constante e a de B for duplicada, a velocidade de reação fica multiplicada por um fator igual a: a) 0 b)1 c)2 d)4 e)8 QUESTÃO 06

A ação anestésica do clorofórmio (CHCl3) dá-se por esse ser muito volátil. Dessa forma, ele absorve calor da pele, a qual tem temperatura diminuída, então os nervos sensitivos, que mandam as informações ao cérebro, ficam inativos e a sensação de dor e diminuída. A tabela a seguir apresenta os dados de três experimentos da reação química dada por:

CHCℓ3(g) + Cℓ2(g) → CCℓ4(g) + HCℓ(g).

Usando esses dados, assinale o correto. a) A lei da velocidade é: v = k[CHCl3][Cl2]. b) A reação é de segunda ordem em relação ao clorofórmio. c) O valor da constante de velocidade é k = 5 × 103 (mol/L)-1/s-1. d) A reação é de ordem três meios (3/2) em relação ao cloro. QUESTÃO 06

(UEM/2004) Os conversores catalíticos automotores, baseados em ligas metálicas sólidas contendo ródio, paládio ou molibdênio, são dispositivos antipoluição existentes na maioria dos carros. Sua função é absorver moléculas de gases poluentes e, através de um processo chamado catálise, oxidar ou decompor esses gases, como mostra o exemplo abaixo. Para a reação global:

2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g)

Na qual NO2 atmosférico é gerado a partir de NO expelido dos escapamentos de automóveis, é proposto o seguinte mecanismo, em duas etapas:

1ª Etapa: 2 NO(g) → N2O2 (g) (etapa rápida) 2ª Etapa: N2O2(g) + O2(g) → 2 NO2 (g) (etapa lenta) Considerando o mecanismo descrito acima a Lei da Velocidade será: a) v = k[NO] [O2]. b) v = k[NO]2 [O2]. c) v = k[N2O2].[O2] d) v = k[NO]4 [O2]2. e) v = k[NO]2 [H2]5

EXERCITANDO

Agora é sua vez! Teste seus conhecimentos.