c) 0,8 mol.l -1.min -1 ; 0,5 mol.l -1.min -1 ; 0,3 mol.l -1.min -1 d) 0,5 mol.l -1.min -1 ; 0,3 mol.l -1.min -1 ; 0,2

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1 Ministério da Educação UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Câmpus Curitiba Lista de Exercícios Cinética Química 2 Disciplina: Química (QB70D) - Profª Loraine 1. Numa reação completa de combustão, foi consumido, em 5 minutos, 0,25 mol de metano, que foi transformado em CO 2 + H 2 O. A velocidade da reação será: a) 0,8 mol/min c) 0,05 mol/min b) 0,4 mol/min d) 0,6 mol/min e) 0,3 mol/min Vm = [ ]/ t Vm = 0,25mol/5min Vm = 0,05mol/min 2. A água oxigenada H 2 O 2 (aq) se decompõe, produzindo água e gás oxigênio, de acordo com a equação: H 2 O 2 (aq) H 2 O(l) + ½ 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? a) 0,03 mol.l -1.min -1 ; 0,02 mol.l -1.min -1 ; 0,01 mol.l -1.min -1 b) -0,03 mol.l -1.min -1 ; -0,02 mol.l -1.min -1 ; - 0,01 mol.l -1.min -1 c) 0,8 mol.l -1.min -1 ; 0,5 mol.l -1.min -1 ; 0,3 mol.l -1.min -1 d) 0,5 mol.l -1.min -1 ; 0,3 mol.l -1.min -1 ; 0,2 mol.l -1.min -1 e) 0,8 mol.l -1.min -1 ; 0,05 mol.l -1.min -1 ; 0,015 mol.l -1.min -1 Intervalo I Vm = [ ]/ t Vm = 0,3mol.L -1 /10min Vm = 0,03mol/L.min Intervalo II Vm = [ ]/ t Vm = 0,2mol.L -1 /10min Vm = 0,02mol/L.min Intervalo III Vm = [ ]/ t Vm = 0,1 mol.l -1 /10min Vm = 0,01mol/L.min 3. A queima da gasolina ou do álcool, nos motores dos carros, é que fornece a energia motriz dos mesmos. No entanto, para que haja a explosão no motor, faz-se necessário o uso de velas de ignição. Qual dos gráficos abaixo melhor representa a variação de entalpia (calor de reação a pressão constante) da reação de combustão no motor? Reações de combustão são exotérmicas, portanto H<0, ou seja, energia dos produtos é menor que a energia dos reagentes. No entanto, para que a reação se inicie é necessário, neste caso, o uso das velas de ignição para dar ao sistema a energia de ativação necessária para que o processo ocorra. Sendo assim, precisamos buscar um gráfico que termodinamicamente corresponda a uma reação exotérmica mas, que também apresente a energia de ativação do sistema.

2 4. Observe o gráfico e escolha a alternativa correta. a) 42 kcal é a energia liberada na reação: z x+y F (42kcal é a energia máxima alcançada durante o processo) b) 30 kcal é a energia do complexo ativado. F (30kcal e o valor de energia final do sistema) c) 12 kcal é a energia absorvida na reação: x + y z F (12kcal é a energia liberada após a transformação do reagente em produto) d) 32 kcal é a energia de ativação para a reação: x + y z V (é a energia mínima necessária para transformar reagente em produto) 5. Considere a reação: M (g) + N (g) O (g) Observa-se experimentalmente que, dobrando-se a concentração de N, a velocidade de formação de O quadruplica; e, dobrando-se a concentração de M, a velocidade da reação não é afetada. A equação da velocidade v dessa reação é: a) v = k[m] 2 b) v = k[n] 2 c) v = k[m] d) v = k[m][n] e) v = k[m][n] 2 Temos que quando a reação é observada em termos de M não há alteração na reação, ou seja, a concentração de M não influi na lei de velocidade da reação. Olhando os valores de N observa-se o comportamento da concentração sendo elevada ao quadrado pois, ao dizermos que ao duplicar a concentração a velocidade quadruplica estamos dizendo que inicialmente temos v= k[n] 2 e ao duplicar a concentração temos v = k[2n] 2 o que justifica a quadruplicação da velocidade. 6. (Adaptado de Atkins) Ao dobrarmos a concentração de, a velocidade da reação aumenta quatro vezes. Ao dobrarmos as concentrações de NO e de, a velocidade aumenta 8 vezes. Quais são (a) a ordem dos reagentes, (b) a ordem total da reação? Da mesma forma observada na questão 5 temos comportamentod diferentes para cada um dos reagentes. Neste caso, porém, ambos os reagentes participam da equação de velocidade. Inicialmente temos [NO] e um determinado valor de velocidade mas ao termos [2.NO] temos o quádruplo da velocidade o que nos indica que na equação de velocidade o termo de [NO] está ao quadrado, ou seja [NO] 2. Agora quando dobramos também a concentração de O 2 a velocidade se multiplica em oito vezes, analisando a equação num todo podemos verificar que [O 2 ] irá participar da equação sendo o valor da velocidade diretamente proporcional ao valor de sua concentração. Desta forma a equação será v = k.[no] 2.[O 2 ], ficando a ordem do reagente NO igual a 2 e do reagente O 2 igual a 1. A ordem total da reação será a soma dos coeficientes individuais, ou seja, igual a (Adaptado de Netz) - A hidrólise da sulfacetamida segue cinética de primeira ordem com constante de velocidade, a 120 C. Calcular o tempo de meia-vida e a concentração que resta de sulfacetamida após 3 horas, considerando uma concentração inicial. Para o tempo de meia vida t 1/2 = ln2/k t 1/2 = 0,693/ s -1 t 1/2 = 77000s ou 1283min ou 21horas

3 8. Na temperatura de 427ºC, a reação de decomposição do pentóxido de nitrogênio em fase gasosa é de primeira ordem e se processa com uma velocidade de quando a concentração do é de (velocidade e concentração iniciais). Calcule a fração de decomposta em 10 segundos. Sendo dca/dt = velocidade de decomposição (v) podemos escrever que v=kca Desta forma v = k.[n 2 O 5 ] 0,4mol/L.s = k. 5mol.L k = 0,4s -1 /5 k = 0,08 s -1 Tendo o valor de k usaremos a equação Ca = Ca 0.e -kt Ca = 5mol/L.e- 0,08s-1.10s Ca = 5mol/L.e -0,24 Ca = 5mol/L.(-0,449) Ca = 2,2mol/L. Se Ca = 2,2mol/L e Ca 0 = 5mol/L temos que; 2, x% % 44,9% restantes, ou seja, 55,1% decompostos. Calcule o tempo necessário para que 95% do se decomponha. Se 95% de N 2 O 5 se decompõe teremos ao final deste processo 5% da concentração inicial desta substância e assim podemos escrever que Ca = 0,05Ca 0 Na equação temos que Ca = Ca 0.e -kt Substituindo temos: 0,05Ca 0 =Ca 0.e -0,08.t ln0,05 = -0,08.t -2,99 = -0,08.t t=37,4s 10. Uma substância decompõe-se de acordo com uma lei de velocidade de segunda, calcule a meia- ordem. Sendo a constante de velocidade vida da substância quando: Cinética de segunda ordem, equações: 1/Ca = 1/Ca 0 + k.t; t 1/2 = 1/k. Ca 0 ; 2 a concentração inicial for Apenas substituiremos na fórmula t 1/2 = 1/k. Ca 0 1/ L.mol -1.s -1.0,05mol.L s ou 8,16 horas a concentração inicial for Apenas substituiremos na fórmula t 1/2 = 1/k. Ca 0 1/ L.mol -1.s -1.0,01mol.L ou 40,8horas 11. Na sulfonação do tolueno a 50 C formam-se, principa lmente, dois isômeros; o ácido o-metilbenzenossulfônico e o ácido p-metilbenzenossulfônico. As reações de sulfonação podem ser consideradas de primeira ordem e a formação do isômero meta é desprezável. A constante de velocidade de formação do isômero orto é. O rendimento máximo que pode se obter nesse isômero é de 40% em relação à quantidade inicial de tolueno. Calcule a meia-vida do tolueno naquela temperatura. t 1/2 = ln2/k t 1/2 = 0,693/4, min -1 t 1/2 = 15,06min Porém apenas 40% do composto pode ser obtido nesta reação, desta forma: 40% t 1/2 = X 100% t 1/2 = 15,06 t 1/2 = 6,02min

4 12. Determinou-se a constante de velocidade para a decomposição de primeira ordem de um composto orgânico, em diversas temperaturas: K (s -1 ) 0, ,0216 0,095 0,326 1,15 T ( C) Calcule a energia de ativação para a reação. Lembrando da equação de Ahrrenius temos que lnk = lna Ea/RT Com os dados da tabela monta-se o gráfico de lnk vs 1/T (Lembre de usar T em Kelvin Temperatura em K = Temperatura o C+ 273 Através do gráfico calcula-se o coeficiente angular que, segundo a equação de Ahrrenius será Ea/R. Neste caso o coeficiente angular será de Desta forma = -Ea/R = Ea/8,314 Ea = ,314 Ea = 100,2kJ/mol 13. Azometano decompõe-se segundo a equação: Determinar a ordem de reação e a constante de velocidade a partir dos dados abaixo: Concentração Inicial Experiência 1 2 Tendo-se 2 experimentos podemos calcular a ordem de reação com o fator de multiplicação entre as concentrações ou entre as velocidades pois, se obtivermos que a velocidade é independente da concentração teremos uma reação de ordem zero, se a concentração e a velocidade forem diretamente proporcionais teremos uma reação de primeira ordem e, se tivermos a velocidade proporcional ao quadrado da concentração teremos uma reação de segunda ordem. Utilizando as concentrações temos que: 0,257/0,196 = 1,31 Utilizando as velocidades temos que: 4, /3, = 1,31 Sendo a concentração e a velocidade diretamente proporcionais podemos dizer que esta reação é de primeira ordem e que tem equação de velocidade v=k[ ] neste caso a equação pode ser representada por: v=k[c 2 H 6 N 2 ] Sabendo a ordem da reação e sua equação de velocidade, para calcular o valor de k podemos utilizar qualquer um dos experimentos citados: v=k[c 2 H 6 N 2 ] 3, mol/l = k (1, mol/l.min) 1, minutos 14. A decomposição de primeira ordem do peróxido de hidrogênio possui uma constante de velocidade de temperatura. Partindo de uma concentração inicial de 0,8 mol.l -1 de A concentração de após um dia. 1 dia 24h 1h 60min 1min 60s 1 dia = 86400s Ca = Ca 0.e -kt k.t = s s kt = 0,1944 Ca = 0,8mol/L.e -0,1944 Ca = 0,8mol/L.0,8233 Ca = 0,658mol/L a uma certa, calcule:

5 O tempo necessário para a concentração de cair a 0,75 mol.l -1. Ca = Ca 0.e -kt 0,75mol/L = 0,8mol/L.e -2,25.10^-6.t ln 0,75 = ln 0,8. (-2, t) -0,28 = -0,22. (-2, t) -0,28 = (-0,22t) -0,28/ = -0,22t /-0,22 = t t = 25711s 15. Um isótopo radioativo se decompõe com uma meia-vida de 15 minutos. Qual será o tempo necessário para que 80% da amostra se decomponha? Decomposição radioativa Cinética de primeira ordem t 1/2 = ln2/k 15 = 0,693/k k=0,0462min -1 Se 80% da amostra se decompôs Ca será 20% de Ca 0 Ca = Ca 0.e -kt 0,2Ca 0 = Ca 0.e -0,042.t 0,2 = e -0,042.t ln 0,2 = e -0,042.t -1,609/-0,0462 = t t = 34,8min