Listas de exercício Cinética Química

Listas de exercício Cinética Química

1. Físico-Química III - BA011520
Prof. Márcio Marques Martins
Unidade 2 - Lista 1
Velocidades e Leis de Velocidade de Reação
20.2. A reação de oxirredução entre ferro metálico e íons permanganato em solução aquosa
ácida é
















.
A certa temperatura, a reação ocorre com uma velocidade tal que 1,00 milimol de H+ é
consumido em 2 minutos e 33,8 segundos. Qual é a velocidade (invariante) dessa reação na
unidade de mols por segundo?
20.4. Considere a reação química

Determine a ordem com relação a A, B e C, e escreva a lei de velocidade completa (incluindo o
valor da constante de velocidade) a partir dos seguintes dados experimentais:
Velocidade inicial
(mol.L
-1
.s
-1
)
[A]/mol.L
-1
[B]/mol.L
-1
[C]/mol.L
-1

6,76 x 10
-6
0,550 0,200 1,15
9,82 x 10
-7
0,210 0,200 1,15
1,68 x 10
-6
0,210 0,333 1,15
9,84 x 10
-7
0,210 0,200 1,77


20.7. Experimentos com leis de velocidade nem sempre fornecem dados de velocidade em
mols por segundo. Alguns deles fornecem o tempo necessário para uma reação atingir
determinado ponto. Quanto mais rápida a reação, menor o tempo necessário. A partir dos
dados abaixo, admita que o tempo dado é o necessário para que 0,10 mol.L-1 de A reaja.
Determine a lei de velocidade completa da reação
.
Tempo Medido (s) [A]/mol.L
-1
[B]/mol.L
-1

36,8 0,20 0,40
25,0 0,20 0,60
10,0 0,50 0,60

2. Físico-Química III - BA011520
Prof. Márcio Marques Martins
Unidade 2 - Lista 2
Características das Leis de Velocidade de Reação
20.13. Admita que a decomposição térmica do óxido de mercúrio (II), HgO, segue a cinética de
primeira ordem. A reação pode ser acompanhada observando a produção de oxigênio:


.
A uma determinada temperatura, k = 6,02 x 10
-4
s
-1
. Se 1,00 g de HgO estiver presente
inicialmente, quanto tempo levará para produzir (a) 1,00 mL de O2 nas CNTP, (b) 10,0 mL de )2
nas CNTP.
20.14. Suponha que a decomposição térmica do óxido de mercúrio segue a cinética de
segunda ordem com o mesmo valor numérico de k apresentado no exercício 20.13 (mas com
diferentes unidades). Responda os itens (a) e (b) do exercício 20.13 a partir dessa suposição.
Compare as respostas com as obtidas no caso anterior.
20.17. (a) Escreva a lei de velocidade e a lei de velocidade integrada para uma reação química
que segue uma cinética de terceira ordem em relação a um dos reagentes. (b) O que você terá
que colocar em um gráfico para obter uma linha reta para uma reação que segue uma cinética
de terceira ordem?
20.18 Deduza uma expressão para a meia-vida de (a) uma reação de terceira ordem. (b) uma
reação cuja ordem é -1; (c) uma reação cuja ordem é 1/2. (Exemplos dos dois últimos casos são
raros, mas conhecidos.)
20.19 Quais são o coeficiente angular e a intersecção no eixo y de uma linha reta obtida do
gráfico para uma reação de ordem zero?
20.21. Use a equação 2.24 para calcular o tempo necessário para uma reação de ordem zero
chegar ao fim.
20.23. Uma reação em solução aquosa, na qual o solvente H2O atua como reagente, tem a lei
de velocidade


A é a outra espécie reagente. Explique por que, na maioria das circunstâncias, esta reação
pode ser definida em termos de uma cinética de pseudoprimeira ordem. Quais são as unidades
da constante de velocidade?

3. 20.26. Um gráfico do logaritmo base 10 da concentração, , versus tempo produz uma
linha reta para uma reação de primeira ordem? Se produzir, qual é o coeficiente angular dessa
linha?

4. Físico-Química III - BA011520
Prof. Márcio Marques Martins
Unidade 2- Lista 3
Reações no equilíbrio, paralelas e consecutivas
20.28. Para a reação várias medições da velocidade inicial foram realizadas
usando somente A e B, e somente C e D. A partir dos dados abaixo, calcule a constante de
equilíbrio para a reação.
Velocidade (mol.L
-1
.s
-1
) [A]/mol.L
-1
[B]/mol.L
-1

1,081 x 10
-5
0,660 1,23
6,577 x 10
-5
4,01 1,23
6,568 x 10
-5
4,01 2,25

Velocidade (mol.L
-1
.s
-1
) [C]/mol.L
-1
[D]/mol.L
-1

7,805 x 10
-7
2,88 0,995
1,290 x 10
-6
2,88 1,65
1,300 x 10
-6
1,01 1,65


20.31. Um trissacarídeo é um carboidrato composto de três moléculas de açúcar (“sacarídeo”).
Considere um trissacarídeo composto de três açúcares diferentes, representado por A-B-C. Em
solução ácida, hidrolisa de duas maneiras possíveis:








Se k1 = 4,40 x 10
-5
s
-1
e k2 = 3,95 x 10
-4
s
-1
, qual será a relação A-B/B-C no início da reação? É
possível determinar essa relação quando a reação atinge o equilíbrio?
20.33. Para um conjunto simples de duas reações paralelas, a diminuição da espécie inicial A é
fácil de observar graficamente obtendo o logaritmo da equação 2.38. Qual é o coeficiente
angular da linha reta obtida deste gráfico? Existe alguma maneira fácil de determinar os
valores individuais apenas por este gráfico?
20.38. Um par de reações consecutivas interessante envolve a absorção do álcool etílico pelo
corpo, que é um processo de primeira ordem, seguida da oxidação do álcool a acetaldeído pela
desidrogenase alcoólica do fígado (DHAF), por um processo de ordem zero. Portanto, as
variações diferenciais nos três estados do etanol podem ser descritas como

5. Que são ligeiras modificações das equações 2.46. A forma integrada da primeira equação é a
mesma que de duas reações consecutivas de primeira ordem, mas não é para a segunda e
terceira equações. (a) O que A, B e C representam nesse exemplo?
(b) Determine a forma integrada de [B] em relação ao tempo. Faça isso encontrando a
expressão integrada de [A]t, substituindo [A]t na segunda expressão, rearranjando os
infinitésimos, e integrando um lado em relação a [B] como variável. As integrações são mais
simples que no caso de reações consecutivas de primeira ordem no exemplo apresentado no
capítulo.
(c) Determine a forma integrada de [C] em relação ao tempo.
(d) Valores aproximados de k1 e k2 são, respectivamente, 3,00 x 10
-3
e 4,4 x 10
-5
mol/s. Use
suas expressões para fazer um gráfico de [A]t, [B]t e [C]t. Use 1,00 mol de C2H5OH como [A]0.
Varie este valor e veja como isto afeta os gráficos de [A]t, [B]t e [C]t.

6. Físico-Química III - BA011520
Prof. Márcio Marques Martins
Unidade 2 - Lista 4
Dependência da Temperatura
20.41.O óxido nitroso N2O pode ser decomposto termicamente. Os seguintes valores da
constante de velocidade k foram determinados nas seguintes temperaturas.
k (cm
3
/molécula.s) T/K
6,79 x 10
-16
2056
8,38 x 10
-16
2095
1,03 x 10
-15
2132
1,39 x 10
-15
2173
Esta reação segue a equação de Arrhenius? Qual é o valor do fatos pré-exponencial?
20.43. Uma regra prática que tem sido utilizada é a de que a velocidade de uma reação
química dobra a cada aumento de 10 graus na temperatura absoluta, a partir da temperatura
ambiente (normalmente, 295 K). Se isso for rigorosamente verdade, qual será a energia de
ativação de uma reação química?
20.44. Na temperatura ambiente (22ºC), a constante de velocidade da transferência de
prótons entre moléculas de água em solução é cerca de 1 x 10
11
s
-1
, que é uma das reações
mais rápidas conhecidas. Se a energia de ativação para esse processo for igual à metade da
força da ligação O-H, que é igual a 498 kJ/mol, qual será o valor do fator A para essa reação?
20.45. Recentemente, pesquisadores estudando a cinética de átomos de metais com
moléculas pequenas de gases mediram a constante de velocidade de reação na fase gasosa
Co + NO Produtos
e encontraram o valor de 9,9 x 10
-12
cm
3
/s, a 1153 K. Se a energia de ativação dessa reação for
1,9 kJ/mol, qual será o valor do fator pré-exponencial?
20.46.Uma reação tem k = 1,77 x 10-6 L.mol
-1
.s
-1
a 25,0ºC, e uma energia de ativação de 2,00
kj/mol. (a) Qual é a ordem de reação? (b) Qual é o valor da constante de velocidade a 100]C?

7. Físico-Química III - BA011520
Prof. Márcio Marques Martins
Unidade 2 - Lista 5
Mecanismos e estado estacionário
20.51. (a) sugira um mecanismo de reação para a bromação do etano





.
(b) Você espera que essa reação seja mais rápida ou mais lenta do que a cloração do metano?
(dica: considere a força das ligações envolvidas nas etapas iniciais do mecanismo.)
20.56. Um mecanismo proposto para a cloração do metano na fase gasosa é














e assim por diante.
Suponha que a primeira etapa é a EDV. Qual é a velocidade esperada em termos dos reagentes
originais. Cl2 e CH4? Como você poderia determinar se esse mecanismo é potencialmente
correto (ou, com o mesmo objetivo, potencialmente incorreto)?
20.57. Considere o mecanismo proposto no problema anterior. Agora admita que a segunda
etapa é a EDV. Use a aproximação do estado estacionário para determinar uma lei de
velocidade em termos dos reagentes originais. Agora, como você poderia determinar se este
mecanismo pode ser correto?

8. Físico-Química III - BA011520
Prof. Márcio Marques Martins
Unidade 2 - Lista 6
Teoria do Estado de Transição
20.70. Faça uma estimativa de G
*
para um processo elementar cuja constante de velocidade
k é 8,5 x 10
-1
mol.L
-1
.s
-1
a 450 K.

20.71. Para as seguintes reações




a primeira tem um A com um valor menor que a segunda. O que se pode dizer sobre as
propriedades relativas dos intermediários HCl2 e HBr2 partindo apenas dos valores relativos de
A?