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Lista de Exercícios CINETICA QUIMICA – Turma C
1. Considere a seguinte reação hipotética em solução aquosa: A(aq) B(aq)
Um frasco é carregado com 0,065 mol de A em um volume total de 100 mL. Os seguintes dados são coletados:
Tempo
(min) 0 10 20 30 40
Quantidade de
matéria de A 0,065 0,051 0,042 0,036 0,031
(a) Calcule a quantidade de matéria de B em cada tempo na tabela, supondo que não existem moléculas de B quanto o tempo for zero. (b) Calcule a velocidade média de desaparecimento de A para cada intervalo de 10 min. e t= 30 min., qual é a velocidade de aparecimento de B em unidades de mol L
-1s
-1. Suponha que o volume da
solução seja constante. Resposta:
Considerar 1 min= 60 s e prencher a tabela. Lembrar que a velocidade media revisando a teoria com esta tabela de exemplo
Logo completar a Tabela, olhe as unidades de velocidade:
Tempo
(min) 0 10 20 30 40
Tempo
(s) 0 600 1200 1800 2400
Quantidade de
matéria de A 0,065 0,051 0,042 0,036 0,031
[A] mol/l 6,5 x10 -1
5,1 x10 -1
4,2 x10 -1
3,6 x10 -1
3,1 x10 -1
[B] mol/l 0 1,4 x10
-1 2,3 x10
-1 2,9 x10
-1 3,4 x10
-1
V media
desaparecimento de
A mol/l min
- 1,4 x10 -2
0,9 x10 -2
0,6 x10 -2
0,5 x10 -2
V media de
aparecimento de B
mol/l s
- 2,3 x10 -4
1,5 x10 -4
1,0 x10 -4
0,8 x10 -4
2. A velocidade de desaparecimento de HCl foi medido pela seguinte reação:
CH3OH(aq) + HCl (aq) CH3Cl (aq) + H2O(l) Os seguintes dados foram coletados:
Tempo (min) [HCl] (mol/l)
0,0 1,85
54,0 1,58
107,0 1,36
215,0 1,02
430,0 0,580
a) Calcule a velocidade média da reação, em mol l
-1s
-1, para intervalos de tempo em cada medida.
b) Faça um gráfico de [HCl] versus tempo. Use o gráfico determinar a velocidade instantânea em mol L-1
s
-1 a t= 5.000 e t= 8.000 s.
Solução: completando a tabela
a)
Tempo (min)
Tempo (s)
[HCl] (mol/l) Velocidade média mol l
-1s
-1
0,0 0 1,85 -
54,0 3240 1,58 8,3 x10 -5
107,0 6420 1,36 6,9 x10 -5
215,0 12900 1,02 5,2 x10 -5
430,0 25800 0,580 3,4 x10 -5
b)
3. A velocidade inicial de uma reação A + B C foi medida por várias concentrações iniciais diferentes de A e B, e os resultados são como seguem:
Número de Experimento
[A] (mol/L)
[B] (mol/L)
Velocidade inicial (mol L
-1 s
-1)
1 0,100 0,100 4,0 x 10-5
2 0,100 0,200 4,0 x 10-5
3 0,200 0,100 16,0 x 10-5
Usando esses dados, determine: (a) A lei de velocidade para reação;
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
[HC
l] m
ol l-1
t (s)
(b) A magnitude de constante de reação (c) A velocidade de reação quando [A] = 0,050 mol/L e [B] = 0,100 mol/L
Solução:
Considerando o experimento (1) e (2) será de ordem 1 em [A]
Considerando o experimento (2) e (3) será de ordem 2 em [B]
a) V = k [A] [B]2
b) (mol L-1
s-1
) = k (mol/L)(mol/L)2
k = L2s
-1mol
-1
c) Considerando os valores do primeiro experimento
V = k [A] [B]2
k = 4,0 x 10-5
/ (0,1)3= 4,0 x 10
-2 L
2s
-1mol
-1
4. Você determina a velocidade para uma reação A + B C tem forma, Velocidade = k[A]
x
Qual é o valor da velocidade x se: (a) A velocidade triplica quando [A] é triplicado (b) A velocidade aumenta 8 vezes quando [A] é dobrado. (c) Não existe variação da velocidade quando [A] é triplicado. Solução
(a) 3 V = k[3A]x
Sabe-se que: Velocidade = k[A]x
3 k[A]x = k [3A]
x
3 = 3x
Por tanto x = 1
Ou seja, v = [3A]1
v = 3 A ou de primeiro ordem
(b) 8 V = k[2A]x
8k[A]x = k2
x [A]
x
8 = 2x
Então x = 3 ou cinética de ordem 3
(c) V = k[3A]x
k[A]x = k[3A]
x
1 = 3
x
Então x = 0 ou cinética de ordem 0
5. A decomposição na fase gasosa de SO2Cl2 segundo reação: SO2Cl2(g) SO2 (g) + Cl2(g)
É de primeiro ordem em SO2Cl2(g). A 600 K a meia vida para esse processo é 2,3 x 10
5s.
(a) Qual é a constante de velocidade a essa temperatura? (b) A 320 °C a constante de velocidade é 2.2 x 10-5s
-1. Qual é a meia-vida a essa temperatura?
(c) Se a decomposição do cloreto de sulfurila SO2Cl2(g) é um processo de primeira ordem, e a constante de velocidade para a decomposição a 660 K é 4,5 x 10
-2 s
-1:
(c-1) Se começamos com uma pressão inicial de 375 torr, qual é a pressão dessa substância após de 65 s? (c-2) A qual tempo a pressão de SO2Cl2(g) cairá para um décimo de seu valor inicial?. Solução
Sem a reação pertence uma cinética de primeira ordem, então temos que: V = k [SO2Cl2]
t1/2 = ln2/k
a) K = ln2/ t1/2 = ln2/ 2,3 x 10 5s = 3,0 x 10
-6s
-1
b) T = 320 o C ; k = 2,2 x 10
-5s , então t1/2 = ln2/k = ln2/ 2,2 x 10
-5s = 3,1 x 10
4 s
c) c-1) T = 660 K ; k = 4,5 x 10-2
s-1
Se sabe que [A]t = [ A]0e-kt
Assumindo que [A]t = Pt
[P]t = [P]o e –kt
E sabendo que a [P]o = 375 torr
[P]65s = 375 e
–4,5 x 10 -2 *
65 = 20,1 torr.
c-2) [P]t / [P]o = e
–kt
1/10 = e
–4,5 x 10 -2 * t
Então t = 51 s.
6. A constante de velocidade de primeira ordem para a decomposição de N2O5:
N2O5 (g) 2 NO2(g) + O2(g) a 70°C, é 6,82 x 10-3
s-1
. Suponha que comecemos com 0,025 mol de N2O5 (g) em um volume de 2,0 L (a) Qual quantidade de matéria de N2O5restará depois de 2,5 min. (b) Quantos minutos serão necessários para que a quantidade de N2O5 (g) caia para 0,010 mol? (c) Qual é a meia-vida de N2O5 (g) a 70 °C Solução
a ) Se sabe que [A]t = [ A]0e
-kt
[A]t = [ A]0 e-kt
[A]0 = [0,025/2] = 0,0125
[A]t = 0,0125 e-6,82 x 10-3 * 150 s
[A]t = 0,0045
b) ln [A]t /[A]0 = - kt
ln 0,01/0,0125 = - 6,82 x 10-3
s-1
* t
t = 33 s
c ) t1/2 = ln2/k
t1/2 = 0,69/ 6,82 x 10-3
= 100 s.
7. (a) A energia de ativação para a isomerização da isonitrila de metila é 160 J/mol. Calcule a fração de moléculas de isonitrila de metila que tem energia maior ou igual a 160 KJ a 500 K (b) Calcule esta fração para uma temperatura de 510 K. Qual é a razão entre a fração a 510 K e aquela a 500 K.
Assuma: f = fração de moléculas; f= e-Ea/RT
Solução
(a)
f= e-Ea/RT
R = 8,314 J K-1
mol-1
f= e-Ea/RT
f= e
- 160/8,314* 500 = 0,96
( b) f= e- 160/8,314* 510
= 0,96 apróx.
8. Para o processo elementar, N2O5(g) 2 NO2(g) + O2(g) ,
A energia de ativação (Ea) e ∆E total são 154 KJ/mol e 136 KJ/mol, respectivamente.
(a) Esboce o perfil de energia para essa reação e rotule (Ea) e ∆E. (b) Qual é a Ea para a reação inversa. Solução
a) E (KJ/mol)
N2O5(g) 2 NO2(g) + O2(g) Caminho da Rxn.
9 . Com base no seguinte perfil de reação A D ?? (A) Quantos intermediários são formados na reação? (B) Qual etapa é a mais rápida? (C) A reação A D é exotérmica ou endotérmica?? Solução : Ver esquema do perfil de energia: (A) 3 (B) C - D (C) Endotérmica
Ea =154 KJ/ mol
∆E =136 KJ/ mol
(D) 10. A velocidade de reação CH3COOC2H5 (aq) + OH
- (aq) CH3COO
- (aq) + C2H5OH(aq)
Foi medida a varias temperaturas e os seguintes dados foram coletados:
T oC K (mol
-1L s
-1)
15 0,0521
25 0,101
35 0,184
45 0,332
(a) Usando esses dados faça um gráfico ln k versus 1/T (b) Usando seu gráfico, determine o valor de Ea.
Sabendo que: ln k = - Ea/RT + ln A Solução
(a)
T oC K (mol
-1L s
-1)
T (K) 1/T ln K
15 0,0521 288 0,00347 - 2,955
25 0,101 298 0,00335 - 2,926
35 0,184 308 0,00325 - 1,693
45 0,332 318 0,00314 - 1,103
b)
X = (2,955 – 2,926)/ (3,47 – 3,35) x 10-3
= 5,6 x 10
-2
- Ea/R = - 5,6 x 10
-2
Sendo R = 8,314 J K-1
mol-1
Então Ea = 4721 J mol
-1
Preparado: Prof. Pilar Hidalgo Dez/2010
3,10 3,15 3,20 3,25 3,30 3,35 3,40 3,45 3,50
-3,0
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
- Ea /R = x
ln k
1/T x 10-3