Cinética Química - Mecanismos de Reação, Catálise e Velocidade - Exercícios Resolvidos

1 É dado o mecanismo 1ª etapa O3 NO2 O2 NO3 lenta 2ª etapa NO3 NO2 N2O5 rápida a Obtenha a equação global b Qual das duas etapas é a etapa determinante da velocidade do processo global Explique c Quantas e quais são as moléculas que colidem na etapa determinante da velocidade d Represente a equação de velocidade lei cinética da reação global 2 Investigações experimentais mostraram que para a reação em fase gasosa NO2 CO CO2 NO a lei cinética é v k NO22 Qual dos mecanismos a seguir pode ser o verdadeiro mecanismo dessa reação Justifique Mecanismo I NO2 CO CO2 NO única Mecanismo II 2 NO2 NO3 NO lenta NO3 CO NO2 CO2 rápida Mecanismo III NO2 NO O lenta CO O CO2 rápida 3 Numa das etapas da produção do ácido sulfúrico ocorre a reação equacionada a seguir 2 SO2 g O2 g 2 SO3 g Antigamente essa reação era realizada o método é chamado processo das câmaras de chumbo empregandose NO gasoso como catalisador Responda a Tratase de uma catálise homogênea ou heterogênea Explique b Sabendo que o mecanismo da reação é o que aparece a seguir determine se o NO aparece ou não na equação global do processo 2 NO O2 2 NO2 2 SO2 2 NO2 2 NO 2 SO3 4 A figura abaixo representa a ação de um catalisador na entalpia de uma reação química e consequentemente na velocidade da reação responda a Dê o significado de cada uma das três variações de entalpia indicadas na figura b Relacione com os mecanismos de reação e sugira quantas etapas possuiria essa reação c Qual das etapas é a determinante para a velocidade Justifique 5 A fabricação industrial do ácido sulfúrico H2SO4 é realizada a partir de enxofre oxigênio e água em 3 etapas representadas pelo diagrama energético abaixo Podemos usálos O3 NO2 O2 NO3 lenta NO3 NO2 N2O5 rápida O3 2 NO2 N2O5 O2 b A etapa determinante se trata da mais lenta do processo O3 NO2 O2 NO3 c 2 moléculas O3 e NO2 d A lei cinética se basearia na reação lenta v0 k O3 NO2 6 Considere o gráfico abaixo que representa o andamento da oxidação do SO2 e as informações nele contidas Julgue as afirmativas abaixo com V ou F A energia de ativação da reação na ausência de NO2 é indicada pela letra w A letra v indica que a reação é exotérmica A função do NO2é aumentar a energia de ativação da reação A energia de ativação da reação na presença de NO2 é indicada pela letra x A energia de ativação da etapa II é indicada pela letra z 7 Comente sobre a equação de Arrhenius 8 Qual a expressão de Arrhenius para diferentes constantes de velocidade para sua respetiva temperatura 9 Esboce o gráfico geral de LnK x 1T e comente sobre o coeficiente angular relacionada ao valores da energia de ativação Extra importante 10 o ozônio pode ser convertido em gás oxigênio através da reação com radicais de oxido de hidrogênio como demonstrando a seguir OH O3 HO2 O2 Os seguintes valores foram obtidos experimentalmente a Podemos usálos O3 NO2 O2 NO3 lenta NO3 NO2 N2O5 rápida O3 2 NO2 N2O5 O2 b A etapa determinante se trata da mais lenta do processo O3 NO2 O2 NO3 c 2 moléculas O3 e NO2 d A lei cinética se basearia na reação lenta v0 k O3 NO2 2 Global NO2 CO CO2 NO Para que se tenha v kNO2² devemos ter exatamente 2 moléculas de NO2 para tal O único mecanismo que possibilita é o mecanismo π 3 a Homogênea pois o catalisador está na mesma fase que os reagentes b Devemos pensar em qual das reações é a mais lenta Note que na segunda 4 moléculas devem colidir em contraste com a primeira que apenas 3 precisam Sendo assim como é mais raro de ocorrer é a mais lenta e a lei se torna v k SO2² NO2² Não temos NO na lei 4 a A Entalpia necessária para iniciar a reação iniciar com catalisador B Entalpia necessária para a reação iniciar sem catalisador C Entalpia resultante da reação completa b A reação catalisada possui 2 etapas sendo a primeira a mais lenta pois possui maior entalpia A A não catalisada apenas 1 etapa B c A Por ser a mais lenta da reação catalisada B Por ser a única da não catalisada 5 a Falso a energia final é muito menor porém há liberação de energia e logo é exotérmico b Falso por necessitar de mais energia para ser efetivada a 2ª etapa é a mais lenta c Se fato pelo mesmo motivo que o item b d Falso a constante da reação depende da temp logo a reação também 6 Na ordem V De fato W representa a energia necessária para transpor a barreira energética sem catalisador F A letra v indica a energia total entre o ponto mais alto e mais baixo E A definição de catalisador é reduzir energia de ativação 10 Vamos deduzir que é desprezado a Energia de Ativação da mesma Basta verificar os elementos da reta do gráfico y 20748 10360 x lnA 20748 A 7025 108 lmol1s1 Ea R 10360 Ea 8603 J mol F x representa a diferença de energia entre o ponto mais alto nao catalisado e com a etapa I do processo catalisado v de fato z representa a energia de ativação da etapa II 7 Eq de Arrhenius k A e EaRT A fator préexponencial representa a frequência de colisões eficazes relacionase com geometria dos moléculas densidade dentro outras grandezas e EaRT descreve como a taxa da reação ocorre relacionando val da reação com a energia de ativação e a temperatura Limitações Em reações complexas ou iônicas a reação deixa de ser determinada pelas colisões e outras forças passam a reger a evolução da reação Amplamente usada modelar reações 8 A expressão comentada é k1 A e EaRT1 lnk1 lnA Ea R 1 T1 k2 A e EaRT2 lnk2 lnA Ea R 1 T2 Daí substituindo lnk1 k2 Ea R 1 T1 1 T2 9 Sabemos de Arrhenius lnk1 lnA Ea R 1 T1 lnk lnA uma reta coef angular α 1 T D coeficiente angular Ea R α Ea R α Relação entre coeficiente angular e energia de ativação