CINÉTICA QUÍMICA

 01) A reação do relógio de iodo é bastante comum em feiras de ciências e em demonstrações didáticas.

Nela, a ocorrência de várias reações que envolvem Iodo e compostos, contendo enxofre em diversos estados de oxidação, leva à formação de uma coloração azul súbita, dependente da concentração dos reagentes. Uma possibilidade de realização dessa reação usa persulfato, tiossulfato e iodeto, e, nesse caso, uma das etapas é a reação entre o íon persulfato (S₂O₈^2-) e o íon iodeto (I^-), cuja velocidade de decomposição do persulfato foi determinada e encontra-se na tabela abaixo.

 Experimento     Concentrações iniciais (mol.L^-1)    Velocidade S₂O₈^2- inicial (mol.L^-1.s^-1)

                              S₂O₈^2-                   I^-

         1                   0,08              0,16                                0,512

         2                   0,08              0,32                                1,024

         3                   0,32              0,16                                2,048

         4                   0,16              0,40                                   X

 Assinale a alternativa que apresenta a velocidade inicial “X” do experimento 4, em mol L^-1 s^-1, tendo em vista as condições expressas acima.

 (A) 0,512          B) 2,048           (C) 2,560           (D) 6,400            (E) 8,120

     Resumos teóricos

 Velocidade de uma reação (v): também conhecida como lei cinética é calculada levando em consideração a concentração dos reagentes (A e B) em um certo momento, a ordem da reação referente a cada reagente e a constante de velocidade.

 Ordem da reação (α e β): expressa a influência da variação da concentração dos reagentes na velocidade da reação. Valor determinado experimentalmente.

 Constante de velocidade (K): constante de proporcionalidade (velocidade) da reação, seu valor depende da temperatura, da superfície de contato e da presença de um catalisador.

 Lei cinética da velocidade: v = K . [A]^α  . [B]^β

     Resolução do teste

 Reagentes: [A (persulfato) = S₂O₈^2- e B (Iodeto) = I^-]

 Tabela de dados experimentais: na da comparação das velocidades nos experimentos 1 e 2, observa-se que a velocidade é diretamente proporcional à concentração do iodeto (com ordem parcial 1 = α), pois quando a concentração do iodeto dobra a velocidade também dobra.

 A comparação entre os experimentos 1 e 3 mostra que a velocidade é também diretamente proporcional à concentração do persulfato (também com ordem parcial 1 = β), pois quando a concentração do persulfato dobra a velocidade também dobra.

 Assim, a velocidade pode ser expressa como: v = k [S₂O₈^2-]¹ x [I^1-]¹

 Para calcular a velocidade “X” precisamos ainda da constante de velocidade que tem um valor constante para cada reação.

 Vamos usar o experimento 1: v = 0,512; [S₂O₈^2-]¹ = 00,8 e [I^1-]¹ = 0,16

 v = k [S₂O₈^2-]¹ x [I^1-]¹ => 0,512 = K . 0,08 . 0,16 = 40

 Velocidade inicial “X”: v = k.[S₂O₈^2-]¹. [I^1-]¹ => v = 40 x 0,16 x 0,40 = 2,56

      Resposta: letra C

02) Em um estudo de tratamento de efluentes líquidos por eletrodiálise com diferentes concentrações iniciais de Cu²⁺, foram obtidos os seguintes dados de velocidade de migração (V) de Cu²⁺ para o compartimento catódico, em função do tempo.

 Experimento        Concentração inicial de Cu²⁺ (mol/L)     V inicial (mol/L.min)

 Experimento 1                 0,003                                                 1,2

 Experimento 2                0,012                                                 4,8

 Experimento 3                0,024                                                 9,6

 Com base nos dados, conclui-se que a ordem de reação e o valor da constante de velocidade, em min^-1, são, respectivamente,

 a) 1 e 400         b) 2 e 400           c) 1 e 0,0025           d) 2 e 0,0025

        Resumos teóricos

 Velocidade de uma reação (v): também conhecida como lei cinética é calculada levando em consideração a concentração dos reagentes (A e B) em um certo momento, a ordem da reação referente a cada reagente e a constante de velocidade.

 Ordem da reação (α e β): expressa a influência da variação da concentração dos reagentes na velocidade da reação. Valor determinado experimentalmente.

 Constante de velocidade (K): constante de proporcionalidade (velocidade) da reação, seu valor depende da temperatura, da superfície de contato e da presença de um catalisador.

Lei cinética da velocidade: v = K . [A]^α

      Resolução do teste

 Reagente: [A = Cu²⁺]

 Tabela de dados experimentais: na da comparação das velocidades nos experimentos 1 e 2, observa-se que a velocidade é diretamente proporcional à concentração do cátion cobre (com ordem parcial 1 = α), pois quando a concentração do cátion cobre quadruplica a velocidade também quadruplica.

 Assim, a velocidade pode ser expressa como: v = k [Cu²⁺]¹

 Ordem da reação: primeira ordem

 Cálculo da constante de velocidade usando os dados experimentais da reação.

 Vamos usar o experimento 1: v = k [Cu²⁺]¹ => 1,2 = K . [0,003]¹

 K = 1,2 / 0,003 = 400

        Resposta: letra A

03) O tempo de meia-vida é definido como o tempo necessário para que a concentração inicial de reagente seja reduzida à metade. Uma reação química do tipo A => B tem a concentração do reagente A e a velocidade instantânea de decomposição monitoradas ao longo do tempo, resultando na tabela abaixo.

     t (min)                  [A] (mol .L^–1 )                  v (mol .L^{–1 .}min^–1 )

       0                                1,20                                0,0832

       5                                0,85                                0,0590

       10                              0,60                                0,0416

       15                              0,42                                0,0294

       20                              0,30                                0,0208

       A ordem dessa reação e o tempo de meia vida do reagente A são, respectivamente,

a) ordem zero, 5 minutos            b) primeira ordem, 5 minutos      c) primeira ordem, 10 minutos  

d) segunda ordem, 5 minutos      e) segunda ordem, 10 minutos

Resumos teóricos

ORDEM: são os expoentes da equação de velocidade que representam a influência da variação da concentração do reagente na velocidade instantânea da reação.

 Seja a reação:  A_(g) =>  B_(g)

 Equação da velocidade instantânea => v = K . [A]^x , que representa o produto entre a constante de velocidade (K) e a concentração do reagente (A) elevada a um expoente “x” que representa da ordem da reação em relação ao reagente A.

 Meia vida: é o tempo necessário para que a metade da quantidade de amostra desapareça.

     Resolução do teste

 t (min)       [A] (mol L^–1)        v (mol L^–1 min^–1)

 0                       1,20                       0,0832

 5                       0,85                       0,0590

 10                     0,60                       0,0416

 15                     0,42                       0,0294

 20                     0,30                        0,0208

 Velocidade no tempo zero => v = K . [1,20]^x = 0,832

 Velocidade no tempo 10 minutos => v = K . [0,6]^x = 0,416

 Velocidade no tempo 20 minutos => v = K . [0,3]^x = 0,208

 A escolha dos tempos foi visando facilidade no cálculo matemático (0,3 é a metade de 0,6 e este é a metade de 1,20).

 Observe que a concentração ficou a metade após 10 minutos e a velocidade também e ao passar mais 10 minutos ficou novamente a metade, ou seja a velocidade é diretamente proporcional a variação da concentração do reagente.

Ordem da reação: para o cálculo dar a metade o valor de “x” deve ser igual a 1, ou seja reação de primeira ordem em relação ao reagente A.

 Tempo de meia vida é igual a 10 minutos.

       Resposta: letra C

04) Na reação NO_2(g) + CO_(g) => CO_2(g) + NO_(g)

 A lei cinética é de segunda ordem em relação ao dióxido de nitrogênio e de ordem zero em relação ao monóxido de carbono. Quando, simultaneamente, dobrar-se a concentração de dióxido de nitrogênio e reduzir-se a concentração de monóxido de carbono pela metade, a velocidade da reação

a) será reduzida a um quarto do valor anterior         b) será reduzida à metade do valor anterior              c) não se alterará                  d) duplicará                e) aumentará por um fator de 4 vezes

 

     Resolução do teste

 A lei cinética é de segunda ordem em relação ao dióxido de nitrogênio significa que na equação de velocidade terá expoente igual a 2 e de ordem zero em relação ao monóxido de carbono significa que na equação de velocidade terá expoente igual a zero

 Velocidade: v = K . [NO₂]² . [CO]⁰

 Ordem zero significa que qualquer variação da concentração de monóxido de carbono elevado no expoente zero será igual a 1 e não vai alterar a velocidade da reação.

 Segunda ordem significa que qualquer variação da concentração do dióxido de nitrogênio será elevada no expoente dois (ao quadrado) e a velocidade da reação aumenta na mesma proporção.

     Resposta: letra E