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) Quantidade de matéria de A
0
10
20
30
40
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) Tempo (s) Quantidade de matéria de A [A] mol/l [B] mol/l V media desaparecimento de A mol/l min V media de aparecimento de B mol/l s
0
10
20
30
40
0
600
1200
1800
2400
0,065
0,051
0,042
0,036
0,031
6,5 x10 -1 0 -
5,1 x10 -1 1,4 x10 -1 1,4 x10 -2
4,2 x10 -1 2,3 x10 -1 0,9 x10 -2
3,6 x10 -1 2,9 x10 -1 0,6 x10 -2
3,1 x10 -1 3,4 x10 -1 0,5 x10 -2
-
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) Os seguintes dados foram coletados:
CH3Cl (aq) + H2O(l)
Tempo (min) 0,0 54,0 107,0 215,0 430,0
[HCl] (mol/l) 1,85 1,58 1,36 1,02 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) 0,0 54,0 107,0 215,0 430,0
Tempo (s) 0 3240 6420 12900 25800
[HCl] (mol/l)
Velocidade média mol l-1s-1 8,3 x10 -5 6,9 x10 -5 -5 5,2 x10 3,4 x10 -5
1,85 1,58 1,36 1,02 0,580
b) 2,0 1,8 1,6
1 -
l l o m ] l C H [
1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
t (s)
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)
1 0,100 2 0,100 3 0,200 Usando esses dados, determine: (a) A lei de velocidade para reação;
[B] (mol/L)
Velocidade inicial (mol L-1 s-1)
0,100 0,200 0,100
4,0 x 10-5 4,0 x 10-5 16,0 x 10-5
(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] 2
a)
V = k [A] [B]
c)
Considerando os valores do primeiro experimento 2 V = k [A] [B] -5 3 -2 2 -1 -1 k = 4,0 x 10 / (0,1) = 4,0 x 10 L s mol
-1 -1
b) (mol L s ) = k (mol/L)(mol/L)2 2 -1 -1 k = L s mol
4. Você determina a velocidade para uma reação A + B C tem forma, x Velocidade = k[A] 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 x
(a)
3 V = k[3A] x Sabe-se que: Velocidade = k[A] x x 3 k[A] = k [3A] x 3=3 Por tanto x = 1 1 Ou seja, v = [3A] v = 3 A ou de primeiro ordem
(b)
8 V = k[2A] x x x 8k[A] = k2 [A] x 8=2 Então x = 3 ou cinética de ordem 3
(c)
x
x
V = k[3A] x x k[A] = k[3A] x 1 =3 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? -1 (b) A 320 °C a constante de velocidade é 2.2 x 10-5s . Qual é a meia-vida a essa temperatura?
(c) Se a decomposição do cloreto de sulfurila SO 2Cl2(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 5
-6 -1
a)
K = ln2/ t1/2 = ln2/ 2,3 x 10 s = 3,0 x 10 s
b)
T = 320
c)
c-1)
o
-5
C ;
-5
k = 2,2 x 10 s , então
T = 660 K ;
-2
-1
k = 4,5 x 10 s
-kt
Se sabe que [A]t = [ A]0e
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)
–kt
[P]t / [P]o = e
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 N 2O5:
N2O5 (g)
2 NO2(g) + O2(g)
-3 -1
a 70°C, é 6,82 x 10 s .
Suponha que comecemos com 0,025 mol de N 2O5 (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 N 2O5 (g) caia para 0,010 mol? (c) Qual é a meia-vida de N2O5 (g) a 70 °C Solução
a)
-kt
Se sabe que [A]t = [ A]0e -kt
[A]t = [ A]0 e [A]0 = [0,025/2] = 0,0125 -6,82 x 10-3 * 150 s [A]t = 0,0125 e [A]t = 0,0045 b)
4
t1/2 = ln2/k = ln2/ 2,2 x 10 s = 3,1 x 10 s
ln [A]t /[A]0 = - kt -3 -1 ln 0,01/0,0125 = - 6,82 x 10 s * t t = 33 s
c) t1/2
t1/2 = ln2/k -3 = 0,69/ 6,82 x 10 = 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. -Ea/RT
Assuma: f = fração de moléculas; f= e Solução
(a) -Ea/RT
f= e -1
-1
R = 8,314 J K mol
-Ea/RT
f= e
- 160/8,314* 500
f= e ( b)
f= e
- 160/8,314* 510
= 0,96
= 0,96 apróx.
8. Para o processo elementar, N 2O5(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 (E a) e ∆E. (b) Qual é a Ea para a reação inversa. Solução
a) E (KJ/mol)
Ea =154 KJ/ mol ∆E
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
=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:
o
-1
-1
T C
K (mol L s )
15 25 35 45
0,0521 0,101 0,184 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)
o
-1
-1
T C
K (mol L s )
T (K)
1/T
ln K
15 25 35 45
0,0521 0,101 0,184 0,332
288 298 308 318
0,00347 0,00335 0,00325 0,00314
- 2,955 - 2,926 - 1,693 - 1,103
-1,0
-1,5
- Ea /R = x
k n-2,0 l
-2,5
-3,0
3,10
3,15
3,20
3,25
3,30
3,35
3,40
3,45
3,50
-3
1/T x 10
b) X = (2,955 – 2,926)/ (3,47 – 3,35) x 10-3 = 5,6 x 10 -2 -2
- Ea/R = - 5,6 x 10 Sendo R = 8,314 J K-1mol-1 -1
Então Ea = 4721 J mol
Preparado: Prof. Pilar Hidalgo
Dez/2010
