AULA+15 - CINETICA QUÍMICA
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são questões tipicamente de cálculos estequiométricos. a)
1 – CONCEITO:
Vm = 4 - 8 mol ( 10 - 0 ) min
A cinética química é a parte da físicoquímica que estuda a velocidade das reações, fatores que influenciam na velocidade e como tornar uma reação mais rápida ou mais lenta. 2 – VELOCIDADE MÉDIA (Vm) Na Física, a velocidade média estuda o espaço percorrido por um corpo em um determinado intervalo de tempo. Na Química, o conceito é semelhante. Estudaremos a quantidade de reagente consumido ou de produto formado em um determinado intervalo de tempo. Variação do número de mols
Velocidade média
Vm (N2) = 0,4 mol/min Obs.: Devemos ignorar possíveis sinais negativos provenientes dos cálculos de variação do nº de mols (∆n) e do tempo de reação (∆t). b) Observe que nesse item a pergunta se refere ao produto da reação (NH3), mas a tabela faz um estudo cinético em função do N2. Nesse caso é necessária a utilização do cálculo estequiométrico. Cálculo da Vm em relação ao N2: Vm = 2 - 4 mol ( 20 - 10 ) min
Vm =
n
Vm = 0,2 mol N2/min
t Variação do tempo
EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. A cinética da reação N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) foi estudada na tabela abaixo: Mols de N2 Tempo ( min)
8
4
2
1
0
10
20
30
a) Determine a velocidade média da reação, nos dez primeiros minutos, em mol de N2/minuto. b) Determine a velocidade média de formação de NH3, em litros/hora, nas CNTP, no intervalo de 10-20 minutos. c) Determine a velocidade média de consumo do H2, em gramas/segundo, nos 20 primeiros minutos de reação. Solução: As questões que envolvem velocidade média em reações químicas, em geral
Como a proporção molar entre N2 e NH3 é de 1 : 2, concluímos que a Vm de produção de NH3 é o dobro da Vm de consumo do N2. Vm = 0,4 mol NH3/min Agora é preciso ajustar as unidades da velocidade. Observe que o item pede a velocidade em litros de NH3, nas CNTP por hora. Temos então: 1 mol de NH3 ----------- 22,4 litros 0,4 mol de NH3 --------x x = 8,96 litros de NH3/ min X 60 minutos = 537,6 litros de NH3/ hora. c) Cálculo da Vm em relação ao N2: Vm = 2 - 8 mol ( 20 - 0 ) min
Vm = 0,3 mol N2/min
Como a proporção molar entre N2 e H2 é de 1 : 3, concluímos que a Vm de consumo de H2 é o triplo da Vm de consumo do N2. Vm = 0,9 mol H2/min
de uma colisão eficaz, para gerar o complexo ativado (estado intermediário), o que garante o início da reação.
1 mol de H2 ------------- 2 gramas 0,9 mol de H2 ----------x
*Um bom exemplo é a energia que devemos fornecer para iniciar a queima do carvão em uma churrasqueira. Tal energia é utilizada para provocar a colisão eficaz entre as moléculas de carvão (C) e oxigênio (O2) produzindo gás carbônico, além de considerável quantidade de calor.
x = 1,8 g/min
C(s) + O2(g) → CO2(g) + CALOR
Dividindo-se o valor por 60, temos:
O estudo cinético de uma reação química pode ser representado graficamente:
Agora é preciso ajustar as unidades da velocidade. Observe que o item pede a velocidade em gramas de H2 por segundo. Temos então:
Vm = 0,03 gramas de H2/segundo.
Colisão eficaz (formação do complexo ativado)
3 – FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE:
H
3.1) CONCEITOS IMPORTANTES:
Ea
C
+
O2
a) TEORIA DAS COLISÕES:
CO 2
A ocorrência das reações químicas está diretamente relacionada ao momento em que as moléculas reagentes se chocam de forma eficaz ou efetiva (Colisão eficaz). A figura abaixo ilustra a ocorrência da reação H2 + Cℓ2 → 2 HCℓ :
H H
+
Cl Cl
Reagentes
H H
Cl Cl
Colisão eficaz
H HClCl
H HClCl
Produtos
Energia de ativação Complexo ativado
Obs: Quanto mais moléculas existirem como no reagente, mais difícil será para ocorrer uma colisão eficaz. b) ENERGIA CINÉTICA: É a energia mínima que as moléculas devem possuir por ocasião
Caminho da reação
3.2) TEMPERATURA: O aumento na temperatura → aumenta a energia cinética das moléculas → aumenta a frequência das colisões → aumenta a velocidade da reação. É por esse motivo, que guardamos alimentos em refrigeradores, pois a temperatura baixa faz com que a velocidade de decomposição dos alimentos seja baixa. 3.3) PRESSÃO: O aumento na pressão → diminui o volume do sistema → aumenta a aproximação das moléculas reagentes
→ aumenta a freqüência das colisões → aumenta a velocidade da reação. Obs. O efeito da pressão só é significativo quando a reação ocorre em fase gasosa. 3.4) SUPERFÍCIE DE CONTATO: A superfície de contato é a área de um determinado reagente que está exposta para contato com um outro reagente. Como a efetivação de uma reação depende do choque entre moléculas, o aumento na superfície de contato → aumenta a freqüência das colisões → aumenta a velocidade da reação.
H
Ea
Ea'
Caminho da reação
Ea = Energia de ativação da reação sem catalisador Ea' = Energia de ativação da reação com catalisador
Obs: Lembre-se de que a energia de ativação deve ser gerada para as moléculas reagentes. Assim, quanto menor ela for, mais rapidamente ocorrerá a colisão eficaz e consequentemente mais rápida será a reação
Obs. O efeito da superfície de contato só é considerável se um dos reagentes da reação for sólido.
4) VELOCIDADE INSTANTÂNEA
Exemplo: Quando quebrarmos um comprimido efervescente, reduzindo-o em pedaços, notamos que sua reação com a água se dá com uma velocidade muito superior em relação à utilização de um comprimido inteiro.
A velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações, em quantidade de matéria dos reagentes, elevadas a expoentes que são determinados experimentalmente.
3.5) CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES: O aumento na concentração dos reagentes → aumenta o nº de moléculas por unidade de volume → aumenta a probabilidade das colisões → aumenta a velocidade da reação. 3.6) CATALISADOR: Os catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade das reações, diminuindo a energia de ativação. São consumidos e depois produzidos, novamente. O gráfico abaixo representa a reação sem e com catalisador:
4.1) LEI DE AÇÃO DAS MASSAS:
v = k . [A]x . [B]y, onde: v = velocidade da reação k = constante da velocidade (só depende da temperatura) [ ] = concentração dos reagentes gasosos ou aquosos em mol/L x e y = expoentes que são determinados experimentalmente. OBS: Ordem da reação É a soma dos expoentes na expressão da velocidade
4.2) ESCREVENDO A LEI DA VELOCIDADE:
a) Reações Elementares:
1º modo: Conhecendo a etapa lenta!
São reações que ocorrem em uma única etapa.
Nesse modo, a lei da velocidade deve sempre ser determinada pela etapa lenta da reação, uma vez que essa etapa é a mais determinante na velocidade da reação.
Nesse tipo de reação, os expoentes (ordem da reação) são os próprios coeficientes estequiométricos na equação balanceada. Exemplo:
Exemplo: Considere a reação não elementar: 2 H2(g) + 2 NO(g)→ 1 N2(g) + H2O(g)
Considere a seguinte reação elementar:
As etapas dessa reação são dadas por:
2 HCl (g) → H2(g) + Cl2(g)
Etapa 1 (lenta):
A Lei da Velocidade para essa reação é:
1 H2(g) + 2 NO(g) → 1 N2Og) + 2 H2O(l)
V = k . [HCl]2
Etapa 2 (rápida): 1 N2O(g) + 2 H2O(l) → 1 N2(g) + 2 H2O(l)
ATENÇÃO: Vale lembrar que reagentes sólidos e líquidos não entram na expressão da Lei da Velocidade. Veja: Na reação 2 X(s) + Y(g) → Z(g), a expressão da velocidade fica V = k . [Y] Na reação 2 X(aq) + Y(ℓ) → Z(g), a lei da velocidade fica V = k . [X]2.
b) Reações Não Elementares: A Lei da velocidade para reações não elementares não pode ser determinada simplesmente olhando para a reação, como foi com as reações elementares. Existem dois modos de determinamos a expressão da Lei da Velocidade, nesse caso:
Os expoentes na lei da velocidade são dados pelos coeficientes dos reagentes na etapa lenta: v = k [H2]1. [NO]2. Essa reação é de 1ª ordem em relação ao H2, de 2ª ordem em relação ao NO e de 3ª ordem em relação à reação global (soma dos expoentes: 1+2 = 3). 2º modo: fazendo experiências! CO + NO2 → CO2 + NO Digamos que um cientista realizou essa reação diversas vezes, alterando a concentração dos reagentes de formas diferentes, mas mantendo a temperatura constante. Ele obteve os seguintes dados:
Observe que, da primeira para a segunda etapa, ele dobrou a concentração do CO, o que não alterou a velocidade da reação.
Portanto, o expoente dessa substância é zero. Como qualquer número elevado a zero é igual a 1, o CO não participa da equação da velocidade da reação. Agora, veja que do 2º experimento para o 3º dobrou-se a concentração do NO2, o que fez com que a velocidade da reação quadruplicasse.
Assim, o expoente da concentração dessa substância na equação da velocidade das reações é igual a 2 (4/2). Desse modo, descobrimos qual é a equação da velocidade dessa reação: V = k . [NO2]2.
NÍVEL BÁSICO 1. (Unisc 2017) A equação a seguir apresenta a reação de decomposição da água oxigenada, também denominada peróxido de hidrogênio. KI
2 H2O2(aq) → 2 H2O( l ) + O2(g) + 196 kJ mol Em relação a esta reação pode-se afirmar que a) é uma reação endotérmica. b) ocorre mais rapidamente em concentrações mais baixas. c) o iodeto de potássio atua como um inibidor da reação. d) ocorre a redução do oxigênio na formação do O2 . e) é uma reação exotérmica. 2. (G1 - ifsul 2016) Os veículos emitem óxidos de nitrogênio que destroem a camada de ozônio. A reação em fase gasosa ocorre em duas etapas: 1ª etapa: O3 + NO2 → O2 + NO3 (lenta) 2ª etapa: NO2 + NO3 → N2O5 (rápida) A lei de velocidade para a reação é a) v = k[O3 ][NO2 ] b) v = k[NO2 ][NO3 ] c) v = k[O2 ][NO3 ]
3. (Unisc 2016) Considerando que em uma reação hipotética A → B + C observou-se a seguinte variação na concentração de A em função do tempo:
A (mol L 0,240 0,200 0,180 0,162 0,153 −
0
180
2N2O5(g) → 4NO2(g) + O2(g) Considerando que a velocidade de desaparecimento do pentóxido de
dinitrogênio seja de 6 ⋅ 10−3 mol ⋅ L− ⋅ s− , assinale a alternativa que apresenta o valor correto para a velocidade de aparecimento NO2 expressa em mol ⋅ L− ⋅ s− . a) 18 ⋅ 10−3
b) 24 ⋅ 10−3 c) 6 ⋅ 10−3
d) 12 ⋅ 10−3 5. (Uepa 2014) Preparar o sagrado cafezinho de todos os dias, assar o pão de queijo e reunir a família para almoçar no domingo. Tarefas simples e do cotidiano ficarão mais caras a partir desta semana. O preço do gás de cozinha será reajustado pelas distribuidoras pela segunda vez este ano, com isso, cozinhar ficará mais caro. A equação química que mostra a queima do butano (gás de cozinha), em nossas residências é:
C4H10(g) +
d) v = k[N2O5 ]
Tempo (s)
4. (Acafe 2014) Considere a reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio:
300
540
840
A velocidade média (Vm ) da reação no intervalo de 180 a 300 segundos é a) 1,66 × 10−4 mol L−1 ⋅ s−1
b) 3,32 × 10−4 mol L−1 ⋅ s−1 c) 1,66 × 10−2 mol L−1 ⋅ s−1 d) 0,83 × 10−2 mol L−1 ⋅ s−1 e) 0,83 × 10−4 mol L−1 ⋅ s−1
13 O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O( l ) 2
O quadro abaixo ilustra a variação da concentração do gás butano em mols/L em função do tempo:
[C4H10(g) ](mol / L) Tempo (horas)
22,4
20,8
18,2
16,6
15,4
14,9
0
1
2
3
4
5
As velocidades médias da queima do gás de cozinha nos intervalos entre 0 a 5 e 1 a 3 horas são respectivamente: a) −1, 5 mols / L ⋅ h e −2,1mols / L ⋅ h b) 1,5 mols / L ⋅ h e 2,1mols / L ⋅ h c) 1,5 mols / L ⋅ h e −2,1mols / L ⋅ h d) 2,1mols / L ⋅ h e 1,5 mols / L ⋅ h e) −1, 5 mols / L ⋅ h e 2,1mols / L ⋅ h 6. (Ueg 2013) Durante a manifestação das reações químicas, ocorrem variações de energia. A quantidade de energia envolvida está associada às características químicas
dos reagentes consumidos e dos produtos que serão formados. O gráfico abaixo representa um diagrama de variação de energia de uma reação química hipotética em que a mistura dos reagentes A e B levam à formação dos produtos C e D.
8. (Uepa 2012) Um dos grandes problemas ambientais na atualidade relaciona-se com o desaparecimento da camada de ozônio na atmosfera. É importante notar que, quando desaparece o gás ozônio, aparece imediatamente o gás oxigênio de acordo com a equação abaixo: hv
2O3( g) → 3 O2( g)
Com base no diagrama, no sentido direto da reação, conclui-se que a a) energia de ativação da reação sem o catalisador é igual a 15 KJ. b) energia de ativação da reação com o catalisador é igual a 40 KJ. c) reação é endotérmica. d) variação de entalpia da reação é igual a −30 KJ. 7. (Uemg 2013) Um professor, utilizando comprimidos de antiácido efervescente à base de NaHCO3, realizou quatro procedimentos, ilustrados a seguir:
Procedimento I – Comprimido inteiro e água a 25°C Procedimento II – Comprimido inteiro e água a 5°C Procedimento III – Comprimido pulverizado e água a 25°C Procedimento IV – Comprimido pulverizado e água a 5°C A reação ocorreu mais rapidamente no procedimento a) I. b) II. c) III. d) IV.
Considerando a velocidade de aparecimento de O2 igual a 12 mol L ⋅ s, a velocidade de desaparecimento do ozônio na atmosfera em mol L ⋅ s é: a) 12 b) 8 c) 6 d) 4 e) 2 9. (Udesc 2012) Se um comprimido efervescente que contém ácido cítrico e carbonato de sódio for colocado em um copo com água, e mantiver-se o copo aberto, observa-se a dissolução do comprimido acompanhada pela liberação de um gás. Assinale a alternativa correta sobre esse fenômeno. a) A massa do sistema se manterá inalterada durante a dissolução. b) A velocidade de liberação das bolhas aumenta com a elevação da temperatura da água. c) Se o comprimido for pulverizado, a velocidade de dissolução será mais lenta. d) O gás liberado é o oxigênio molecular. e) O fenômeno corresponde a um processo físico. 10. (Ufsj 2012) O gás AB2 se decompõe em A e B2 , e o volume de B2 produzido é medido como função do tempo, obtendo-se os dados da tabela a seguir: t/min
V/L
0
0,0
5
4,5
10
8,9
15
12,0
20
14,3
Com base nos dados acima, é CORRETO afirmar que a) a velocidade média no intervalo de 5 a 10 minutos é 1,20 L min. b) com 15 minutos de reação, a velocidade instantânea é 1,20 L min. c) acima de 20 minutos, a velocidade média é constante e igual a 3,0 L min. d) a velocidade média de produção de B2 nos primeiros 5 minutos é 0,90 L min.
11. (Uftm 2011) A reação de decomposição do peróxido de hidrogênio, bem como vários processos industriais, podem ser catalisados pela presença de metais. O gráfico representa o perfil da energia envolvida e o caminho da reação para um processo A + B → C + D, sem e com catalisador.
Analisando o diagrama, pode-se afirmar que: a) A e B são reações endotérmicas. b) a energia de ativação é igual em ambas as reações. c) ambas as reações apresentam o mesmo valor de ∆H . d) o ∆H de A é maior que o ∆H de B. e) a reação representada por A ocorre mais rapidamente que a representada por B, porque possui uma energia de ativação maior. 13. (Ufg 2011) A amônia é matéria-prima para a fabricação de fertilizantes como a ureia (CON2H4 ), o sulfato de amônio [(NH4 )2 SO4 )] e o fosfato de amônio
A curva ___________ é a da reação com catalisador. Na ausência de catalisador, a energia de ativação da reação inversa (C + D → A + B) ___________ é que a da reação direta. A reação direta (A + B → C + D) é __________________. As lacunas são correta e respectivamente preenchidas por a) I ... maior ... endotérmica b) I ... maior ... exotérmica c) II ... maior ... endotérmica d) II ... maior ... exotérmica e) II ... menor ... exotérmica 12. (Udesc 2011) O diagrama de energia representa duas reações químicas distintas, representadas por A e B.
[(NH4 )3 PO4 )]. A reação de formação da amônia se processa em duas etapas, conforme equações químicas fornecidas abaixo.
N2( g) + 2 H2( g) → N2H4( g) 1 ( ) lenta N2H4( g) + H2( g) → 2 NH3( g) ( 2 ) rápida
Dessa forma, a velocidade da equação → global N2( g) + 3H2( g) 2NH 3( g) é dada pela seguinte expressão: 2
a) v = k ⋅ [N2 ] ⋅ [H2 ] 2
b) v= k ⋅ [NH3 ]
3
c) v= k ⋅ [N2 ][H2 ] 2
3
d) v = k ⋅ [NH3 ] [N2 ] ⋅ [H2 ]
2
e) v = k ⋅ [N2H4 ] [N2 ] ⋅ [H2 ]
14. (Ueg 2018) No gráfico a seguir, é apresentada a variação da energia durante uma reação química hipotética.
Com base no gráfico, pode-se correlacionar X, Y e Z, respectivamente, como a) intermediário da reação, energia de ativação e variação da entalpia. b) variação da entalpia, intermediário da reação e complexo ativado. c) complexo ativado, energia de ativação e variação de entalpia. d) variação da entalpia, energia de ativação e complexo ativado. e) energia de ativação, complexo ativado e variação da entalpia. 15. (G1 - ifba 2018) Para remover uma mancha de um prato de porcelana, fez-se o seguinte: cobriu-se a mancha com meio copo de água a temperatura ambiente, adicionaram-se algumas gotas de vinagre e deixou-se por uma noite. No dia seguinte, a mancha havia clareado levemente. Usando apenas água e vinagre, qual a alternativa abaixo que apresenta a(s) condição(ões) para que a remoção da mancha possa ocorrer em menor tempo? a) Adicionar meio copo de água fria. b) Deixar a mancha em contato com um copo cheio de água e algumas gotas de vinagre. c) Deixar o sistema em repouso por mais tempo. d) Colocar a mistura água e vinagre em contato com o prato, mas lavá-lo rapidamente com excesso de água. e) Adicionar mais vinagre à mistura e aquecer o sistema.
NÍVEL MÉDIO 1. (Fmp 2016) O gráfico a seguir mostra como a concentração do substrato afeta a taxa de reação química.
O modo de ação das enzimas e a análise do gráfico permitem concluir que a) todas as moléculas de enzimas estão unidas às moléculas de substrato quando a reação catalisada atinge a taxa máxima. b) com uma mesma concentração de substrato, a taxa de reação com enzima é menor que a taxa de reação sem enzima. c) a reação sem enzima possui energia de ativação menor do que a reação com enzima. d) o aumento da taxa de reação com enzima é inversamente proporcional ao aumento da concentração do substrato. e) a concentração do substrato não interfere na taxa de reação com enzimas porque estas são inespecíficas. 2. (Espcex (Aman) 2018) A gasolina é um combustível constituído por uma mistura de diversos compostos químicos, principalmente hidrocarbonetos. Estes compostos apresentam volatilidade elevada e geram facilmente vapores inflamáveis. Em um motor automotivo, a mistura de ar e vapores inflamáveis de gasolina é comprimida por um pistão dentro de um cilindro e posteriormente sofre ignição por uma centelha elétrica (faísca) produzida pela vela do motor. Adaptado de: BROWN, Theodore; L. LEMAY, H Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química a Ciência Central, 9ª edição, Editora Prentice-Hall, 2005, pág. 926. Pode-se afirmar que a centelha elétrica produzida pela vela do veículo neste evento tem a função química de
a) catalisar a reação por meio da mudança na estrutura química dos produtos, saindo contudo recuperada intacta ao final do processo. b) propiciar o contato entre os reagentes gasolina e oxigênio do ar (O2 ), baixando a temperatura do sistema para ocorrência de reação química. c) fornecer a energia de ativação necessária para ocorrência da reação química de combustão. d) manter estável a estrutura dos hidrocarbonetos presentes na gasolina. e) permitir a abertura da válvula de admissão do pistão para entrada de ar no interior do motor. 3. (Mackenzie 2018) O processo equacionado por NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g) é classificado, em termos cinéticos, como elementar e de segunda ordem. Desse modo, ao serem feitos dois experimentos, ambos sob determinada temperatura " T ", ao duplicar-se tanto a concentração do NO(g) como do O3(g) em relação ao primeiro experimento, o segundo experimento terá sua velocidade a) reduzida a um quarto. b) reduzida à metade. c) mantida constante. d) duplicada. e) quadruplicada. 4. (Ufrgs 2018) O ácido hidrazoico HN3 é um ácido volátil e tóxico que reage de modo extremamente explosivo e forma hidrogênio e nitrogênio, de acordo com a reação abaixo.
2 HN3 → H2 + 3 N2 Sob determinadas condições, a velocidade de decomposição do HN3 é de
6,0 × 10−2 mol L−1 min−1 .
Nas mesmas condições, as velocidades de formação de H2 e de N2 em
mol L−1 min−1, são, respectivamente,
a) b) c) d) e)
0,01 0,03 0,03 0,06 0,06
e 0,03. e 0,06. e 0,09. e 0,06. e 0,18.
5. (Puccamp 2017) Para mostrar a diferença da rapidez da reação entre ferro e ácido clorídrico, foi utilizado o ferro em limalha e em barra. Pingando dez gotas de
ácido clorídrico 1,0 mol ⋅ L−1 em cada material de ferro, espera-se que a reação seja a) mais rápida no ferro em barra porque a superfície de contato é menor. b) mais rápida no ferro em limalha porque a superfície de contato é maior. c) igual, pois a concentração e a quantidade do ácido foram iguais. d) mais lenta no ferro em limalha porque a superfície de contato é menor. e) mais lenta no ferro em barra porque a superfície de contato é maior. 6. (G1 - ifba 2017) Os gases butano e propano são os principais componentes do gás de cozinha (GLP - Gás Liquefeito de Petróleo). A combustão do butano (C4H10 ) correspondente à equação:
C4H10 + O2 → CO2 + H2O + Energia Se a velocidade da reação for 0,1 mols butano-minuto qual a massa de CO2 produzida em 1 hora? a) 1.056 g b) 176 g c) 17,6 g d) 132 g e) 26,4 g 7. (Uemg 2017) Uma reação química hipotética é representada pela seguinte equação: A (g) + B(g) → C(g) + D(g) e ocorre em duas etapas:
A (g) → E(g) + D(g) (Etapa lenta) E(g) + B(g) → C(g) (Etapa rápida) A lei da velocidade da reação pode ser dada por a) v= k ⋅ [A] b) v= k ⋅ [A][B] c) v= k ⋅ [C][D] d) v= k ⋅ [E][B] 8. (Upe-ssa 2 2016) Em uma seleção realizada por uma indústria, para chegarem à etapa final, os candidatos deveriam
elaborar quatro afirmativas sobre o gráfico apresentado a seguir e acertar, pelo menos, três delas.
b) será reduzida à metade do valor anterior. c) não se alterará. d) duplicará. e) aumentará por um fator de 4 vezes. 10. (Uerj 2016) No preparo de pães e bolos, é comum o emprego de fermentos químicos, que agem liberando gás carbônico, responsável pelo crescimento da massa. Um dos principais compostos desses fermentos é o bicarbonato de sódio, que se decompõe sob a ação do calor, de acordo com a seguinte equação química:
Um dos candidatos construiu as seguintes afirmações: I. A reação pode ser catalisada, com formação do complexo ativado, quando se atinge a energia de 320 kJ. II. O valor da quantidade de energia E3
determina a variação de entalpia ( ∆H) da reação, que é de −52 kJ. III. A reação é endotérmica, pois ocorre mediante aumento de energia no sistema. IV. A energia denominada no gráfico de E2 é chamada de energia de ativação que, para essa reação, é de 182 kJ. Quanto à passagem para a etapa final da seleção, esse candidato foi a) aprovado, pois acertou as afirmações I, II e IV. b) aprovado, pois acertou as afirmações II, III e IV. c) reprovado, pois acertou, apenas, a afirmação II. d) reprovado, pois acertou, apenas, as afirmações I e III. e) reprovado, pois acertou, apenas, as afirmações II e IV. 9. (Ufrgs 2016) Na reação
NO2(g) + CO(g) → CO2(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.
2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) Considere o preparo de dois bolos com as mesmas quantidades de ingredientes e sob as mesmas condições, diferindo apenas na temperatura do forno: um foi cozido a 160°C e o outro a 220°C. Em ambos, todo o fermento foi consumido. O gráfico que relaciona a massa de CO2 formada em função do tempo de cozimento, em cada uma dessas temperaturas de preparo, está apresentado em: a)
b)
c)
d)
I. A reação química abordada é de primeira ordem. II. A decomposição do etanal produz uma substância apolar e outra polar. III. O etanal possui a função química aldeído. IV. Sob condições apropriadas a oxidação do etanal produz ácido acético.
11. (G1 - ifsp 2016) Um técnico de laboratório químico precisa preparar algumas soluções aquosas, que são obtidas a partir das pastilhas da substância precursora no estado sólido. A solubilização desta substância consiste em um processo endotérmico. Ele está atrasado e precisa otimizar o tempo ao máximo, a fim de que essas soluções fiquem prontas. Desse modo, assinale a alternativa que apresenta o que o técnico deve fazer para tornar o processo de dissolução mais rápido. a) Ele deve triturar as pastilhas e adicionar um volume de água gelada para solubilizar. b) Ele deve utilizar somente água quente para solubilizar a substância. c) Ele deve utilizar somente água gelada para solubilizar a substância. d) Ele deve triturar as pastilhas e adicionar um volume de água quente para solubilizar. e) A temperatura da água não vai influenciar no processo de solubilização da substância, desde que esta esteja triturada.
Assinale a alternativa correta. a) Todas as afirmações estão corretas. b) Apenas II, III e IV estão corretas. c) Apenas I e II estão corretas. d) Apenas a afirmação III está correta.
12. (Acafe 2016) O etanal pode ser usado em fábricas de espelhos na redução de sais de prata que fixados no vidro permitem a reflexão da imagem. A velocidade inicial de decomposição de etanal foi medida em diferentes concentrações, conforme mostrado a seguir. [etanal] (mol / L) velocidade (mol / L ⋅ s)
0,10
0,20
0,30
0,40
0,085
0,34
0,76
1,40
CH3 CHO(g) → CH4(g) + CO(g) Baseado nas informações fornecidas e nos conceitos químicos, analise as afirmações a seguir.
13. (G1 - ifsp 2016) Colocamos um pedaço de palha de aço em cima de uma pia e a seu lado um prego de mesma massa. Notamos que a palha de aço enferruja com relativa rapidez enquanto que o prego, nas mesmas condições, enferrujará mais lentamente. Os dois materiais têm praticamente a mesma composição, mas enferrujam com velocidades diferentes. Isso ocorre devido a um fator que influencia na velocidade dessa reação, que é: a) temperatura. b) concentração dos reagentes. c) pressão no sistema. d) superfície de contato. e) presença de catalisadores. 14. (Ufjf-pism 3 2016) Um estudante resolveu fazer três experimentos com comprimidos efervescentes, muito utilizados no combate à azia, que liberam CO2 quando dissolvidos em água. Experimento 1: Em três copos distintos foram adicionados a mesma quantidade de H2O, mas com temperaturas diferentes
( −6, 25 e 100 °C). Em seguida, foi adicionado um comprimido efervescente inteiro em cada copo.
Experimento 2: Em dois copos distintos foi adicionada a mesma quantidade de H2O à temperatura ambiente. Ao primeiro copo foi adicionado um comprimido inteiro e ao segundo um comprimido triturado. Experimento 3: Em três copos distintos foram adicionados a mesma quantidade de H2O à temperatura ambiente e 1 , 1 e 2 1 1 comprimido não triturado, 2 respectivamente.
Com base nos parâmetros que influenciam a cinética de uma reação química, o estudante deve observar que: a) No experimento 1 a temperatura da água não interfere no processo de liberação de CO2 . b) No experimento 2 o aumento da superfície de contato favorece a liberação de CO2 . c) No experimento 3 a massa de comprimido é inversamente proporcional à quantidade de CO2 liberada.
d) No experimento 1 a água gelada ( −6 °C) favorece a dissolução do comprimido liberando mais CO2 . e) Nos experimentos 2 e 3 a massa do comprimido e a superfície de contato não interferem no processo de liberação de CO2 . 15. (Uece 2016) Alguns medicamentos são apresentados na forma de comprimidos que, quando ingeridos, dissolvem-se lentamente no líquido presente no tubo digestório, garantindo um efeito prolongado no organismo. Contudo, algumas pessoas, por conta própria, amassam o comprimido antes de tomá-lo. Esse procedimento é inconveniente, pois reduz o efeito prolongado devido a) à diminuição da superfície de contato do comprimido, provocando redução na velocidade da reação. b) à diminuição da superfície de contato, favorecendo a dissolução. c) ao aumento da velocidade da reação em consequência do aumento da superfície de contato do comprimido. d) diminuição da frequência de colisões das partículas do comprimido com as moléculas do líquido presente no tubo digestório.
NÍVEL ENEM 1. (Enem 2018) O sulfeto de mercúrio (II) foi usado como pigmento vermelho para pinturas de quadros e murais. Esse pigmento, conhecido como vermilion, escurece com o passar dos anos, fenômeno cuja origem é alvo de pesquisas. Aventou-se a hipótese de que o vermilion seja decomposto sob a ação da luz, produzindo uma fina camada de mercúrio metálico na superfície. Essa reação seria catalisada por íon cloreto presente na
umidade do ar. WOGAN, T. Mercury's Dark Influence on Art. Disponível em: www.chemistryworld.com. Acesso em: 26 abr. 2018 (adaptado). Segundo a hipótese proposta, o íon cloreto atua na decomposição fotoquímica do vermilion a) reagindo como agente oxidante. b) deslocando o equilíbrio químico. c) diminuindo a energia de ativação. d) precipitando cloreto de mercúrio. e) absorvendo a energia da luz visível. 2. (Enem 2014) A liberação dos gases clorofluorcarbonos (CFCs) na atmosfera pode provocar depleção de ozônio (O3 ) na estratosfera. O ozônio estratosférico é responsável por absorver parte da radiação ultravioleta emitida pelo Sol, a qual é nociva aos seres vivos. Esse processo, na camada de ozônio, é ilustrado simplificadamente na figura.
Quimicamente, a destruição do ozônio na atmosfera por gases CFCs é decorrência da a) clivagem da molécula de ozônio pelos CFCs para produzir espécies radicalares. b) produção de oxigênio molecular a partir de ozônio, catalisada por átomos de cloro. c) oxidação do monóxido de cloro por átomos de oxigênio para produzir átomos de cloro. d) reação direta entre os CFCs e o ozônio para produzir oxigênio molecular e monóxido de cloro. e) reação de substituição de um dos átomos de oxigênio na molécula de ozônio por átomos de cloro.
GABARITO NÍVEL BÁSICO Resposta da questão 1: [E]
Resposta da questão 7: [C]
Trata-se de uma reação que libera calor para o meio, portanto, exotérmica. Resposta da questão 2: [A] A etapa determinante da velocidade de uma reação química é sempre a etapa lenta, assim a lei da velocidade será em função da 1ª etapa: 1ª etapa: O3 + NO2 → O2 + NO3 (lenta)
v = k[O3 ][NO2 ]
[ ]f − [ ]i t f − ti
=
A temperatura e a superfície de contato são fatores que aumentam a velocidade da reação, sendo assim, o comprimido que está pulverizado e na temperatura de 25°C apresentará maior efervescência. Resposta da questão 8: [B] hv
→ 3 O2( g) 2O3( g) v O3
Resposta da questão 3: [A] Vm =
Alternativa [D]: Verdadeira. − 10 – 20 = − 30kJ. ΔH = HPRODUTOS – HREAGENTES =
0,180 − 0,200 300 − 180
= 1,66 ⋅ 10−4 mol ⋅ L−1 ⋅ s−1
v O2
2 3 v O3 v O 2 = = ; v O2 12 mol L ⋅ s 2 3 v O3 12 = ⇒ v O3 =8 mol L ⋅ s 2 3
Resposta da questão 4: [D]
Resposta da questão 9: [B]
A velocidade de aparecimento do dióxido de nitrogênio é o dobro da velocidade de desaparecimento do pentóxido de dinitrogênio. Assim será o dobro de
A liberação de bolhas corresponde a uma evidência de um processo químico. Nesse caso, podemos afirmar que a velocidade da reação aumenta conforme o aumento de temperatura.
6 ⋅ 10−3 mol ⋅ L−1 ⋅ s−1, ou seja,
12 ⋅ 10−3 mol ⋅ L−1 ⋅ s−1. Resposta da questão 5: [B] 14,9 − 22,4 ∆[ ] ∴ = Vmédia(0 −5) = 1,5 mols / L ⋅ h ∆t 5−0 16,6 − 20,8 ∆[ ] ∴ = Vmédia(1−3) = 2,1 mols / L ⋅ h ∆t 3 −1
Resposta da questão 6: [D] Alternativa [A]: Falsa. A energia de ativação sem catalisador vale 40 kJ. Alternativa [B]: Falsa. A energia de ativação com catalisador vale 25 kJ. Alternativa [C]: Falsa. A reação é exotérmica, pois a energia dos produtos é menor em relação à energia dos reagentes, indicando que a reação liberou calor.
Resposta da questão 10: [D] Considerações importantes: Equação do processo: 2AB → 2A + B2 1. Cálculo da velocidade média da reação: VAB VA VB2 VMEDIA = = = 2 2 1 Cálculo de VB2 entre 5 e 10 minutos:
= VB2
ΔVolume 8,9 − 4,5 = = 0,88 L / min ΔTempo 5
Portanto, concluímos que a velocidade média da reação entre 5 e 10 minutos vale 0,88L/min (o que exclui a alternativa [A]).
2. Com os dados fornecidos, não é possível calcular velocidades instantâneas (o que exclui as alternativas [B] e [C]).
3. Cálculo da velocidade média de formação de B2 (nos primeiros 5 minutos) a partir dos dados do exercício: ΔVolume 4,5 V= = = 0,9 L / min B2 ΔTempo 5 Resposta da questão 11: [D]
A curva II representa a reação com catalisador, pois apresenta menor energia de ativação. A reação inversa apresenta energia de ativação maior em relação à energia de ativação da reação direta. Quando observamos o gráfico no sentido da reação direta, observamos que a entalpia dos produtos é menor em relação à entalpia dos reagentes, ou seja, a reação direta é exotérmica. Resposta da questão 12: [C] O gráfico mostra que ambas as reações apresentam mesmo valor de variação de entalpia sendo exotérmicas, entretanto, apresentam energias de ativação diferentes. O caminho A apresenta maior energia de ativação, o que sugere que a reação seja mais lenta, quando comparada com B, que apresenta menor energia de ativação. Resposta da questão 13: [A] A reação de formação da amônia ocorre em 2 etapas, ou seja, trata-se de uma reação não elementar. Quando uma reação ocorre em mais de uma etapa e a determinante da velocidade é a lenta, assim a equação da velocidade ocorre a partir da equação 1.
Resposta da questão 15: [E] [A] Incorreta. O aumento de temperatura aumenta a velocidade da reação, facilitando a remoção da mancha. [B] Incorreta. Pois ao diluir o vinagre, sua concentração será menor, portanto menor será também a velocidade da reação. [C] Incorreta. A condição é que a remoção da mancha aconteça em menor tempo. [D] Incorreta. A ideia seria remover a mancha, e mesmo tendo ficado toda a noite, segundo o enunciado, isso não foi possível, então misturar água com vinagre e já retirar tampouco irá resolver o problema da mancha. [E] Correta. Ao se acrescentar mais vinagre a mistura estaremos concentrando o reagente a ainda aumentando a temperatura, ou seja, unindo dois fatores a fim de aumentar a velocidade da reação, removendo de forma mais rápida a macha.
2
v = k ⋅ [N2 ] ⋅ [H2 ]
Resposta da questão 14: [D]
GABARITO NÍVEL MÉDIO Resposta da questão 1: [A] [A] Correta. A velocidade da reação enzimática se estabiliza quando todas as moléculas de enzimas estão unidas ao substrato sob o qual atuam. [B] Incorreta. Numa mesma concentração de substrato, a taxa de reação será maior com enzima do que sem a
presença dela.
v
1NO(g) + 1 O3(g) →1NO2(g) + 1 O2(g) 2× M
2× M 1
1
v' = K × NO(g) × O3(g) v ' =K × (2 × M
)1 × ( 2 × M )1 2
v ' = K × 4 × M 2 = 4 × K × (M ) 1 4 2 43 v
v '= 4 × v [C] Incorreta. A enzima atua como um catalisador, ou seja, aumenta a velocidade de reação, diminuindo sua energia de ativação. [D] Incorreta. Pela análise do gráfico podese observar que com o aumento do substrato aumenta-se a taxa de reação até um determinado limite onde ela se manterá constante. [E] Incorreta. Pela análise do gráfico observa-se que a concentração aumenta a taxa de reação até a taxa máxima. Resposta da questão 2: [C]
v
1NO(g) + 1 O3(g) →1NO2(g) + 1 O2(g) 1M 1
v= K × NO(g) × O3(g) v= K × (M
)1 × ( M )1
v= K × ( M
)2
vHN3
vH2
2
1
vHN3 = 2
vH2 = 1
vHN3
vH2
+
3 N2 vN2 3
vN2 = vmédia 3
vHN= 6,0 × 10−2 mol L−1 min−1 3
vH2
=
1
6,0 × 10−2 mol L−1 min−1 = 2
vH2 = 3,0 × 10−2 mol L−1 min−1 = 0,03 mol L−1 min−1 vH2 1
=
vN2 3
vN2 = 3,0 × 10−2 mol L−1 min−1 3
Resposta da questão 3: [E]
1
2 HN3 → 1H2
2
Pode-se afirmar que a centelha elétrica produzida pela vela do veículo neste evento tem a função química de fornecer a energia mínima necessária para a ocorrência da reação química de combustão, ou seja, para fornecer a energia de ativação.
1M
Resposta da questão 4: [C]
Duplicando as concentrações dos reagentes, vem:
vN2 =3 × 3,0 × 10−2 mol L−1 min−1 vN2 = 9,0 × 10−2 mol L−1 min−1 = 0,09 mol L−1 min−1 Resposta da questão 5: [B] A velocidade da reação será mais rápida quanto maior for a superfície de contato. No caso do ferro, será em forma de limalhas, já que a concentração de ácido será a mesma em ambos os casos. Resposta da questão 6: [A]
C4H10 +
3 O2 → 4CO2 + 5H2O 2
Proporção entre butano e dióxido de carbono: 1: 4, ou seja, a cada 0,1 mol de
butano decomposto forma-se 0,4 mol de CO2 . 1 mol de CO2 0,4 mol x = 17,6 g 17,6 g yg
44 g x
1min
21 v= k ( 2 × [NO2 ] ) × [CO] 2 1 v= k(2 × [NO2 ])2 × [CO] 2
0
0
v= k × 4[NO2 ]2 = 4 k[NO2 ]2 14 2 43
velocidade inicial
60 min
y = 1.056 g
v= 4 × vinicial
Resposta da questão 7: [A]
Resposta da questão 10: [D]
A lei da velocidade da reação é calculada a partir da etapa lenta, ou seja, v= k × [A].
Quanto maior a temperatura, menor o tempo de formação de CO2 gasoso, ou seja, maior a velocidade da reação.
A (g) → E(g) + D(g) v= k × [R]x v= k × [A] Resposta da questão 8: [C]
Resposta da questão 11: [D] Resposta da questão 9: [E] A lei cinética é de segunda ordem em relação ao dióxido de nitrogênio (expoente dois) e de ordem zero (expoente zero) em relação ao monóxido de carbono, então: v = k[NO2 ]2 [CO]0 vinicial = k[NO2 ]2
Ao dobrar-se a concentração de dióxido de nitrogênio e reduzir-se a concentração de monóxido de carbono pela metade, teremos:
Como se trata de um processo endotérmico, o melhor processo será utilizar água quente e ainda triturar as pastilhas para aumentar a superfície de contato e assim, agilizar o processo de dissolução. Resposta da questão 12: [B] Análise das afirmações: [I] Incorreta. A reação química abordada é de segunda ordem, pois a concentração molar do etanal dobra e a velocidade
quadruplica (v = k[R]2 ). [etanal] dobrou 0,10 → 0,20 (mol / L) velocidad quadruplicou 0,085 → 0,34 e { 4×0,0 (mol / L ⋅ s)
[II] Correta. A decomposição do etanal produz uma substância apolar e outra polar. CH3 CHO(g) → CH4(g) + CO(g) 14 2 43 1 2 3 apolar ur r R 0 =
polar ur r R≠0
[III] Correta. O etanal possui a função química aldeído (apresenta carbonila em carbono primário).
Resposta da questão 15: [C] Ao amassar o comprimido a superfície de contato é aumentada e, consequentemente, a absorção do medicamento será mais rápida.
GABARITO NÍVEL ENEM Resposta da questão 1: [C]
[IV] Correta. Sob condições apropriadas a oxidação do etanal produz ácido acético.
De acordo com o enunciado, o sulfeto de mercúrio (II) (HgS ) pode ser decomposto sob a ação da luz, produzindo mercúrio metálico (Hg) e essa reação seria
( ) presente
catalisada pelo íon cloreto Cl −
na umidade do ar. Esquematicamente, temse:
Hg2+ S2− ⇒ HgS Cl − (presente na umidade)
Resposta da questão 13: [D]
HgS → Hg 14 2 43 luz
Quanto maior a superfície de contato, maior a velocidade da reação química.
Segundo a hipótese proposta, o íon cloreto atua como catalisador na decomposição fotoquímica do vermilion, ou seja, diminui a energia de ativação da reação.
Resposta da questão 14: [B] [A] Incorreta. Quanto maior a temperatura, mais rápida tende a ser a reação, portanto, maior a liberação de dióxido de carbono. [B] Correta. No copo onde foi colocado o comprimido triturado haverá maior formação de CO2 (efervescência). [C] Incorreta. Quanto maior a quantidade de reagente disponível, maior a possibilidade de resultar em choques efetivos para a formação de produto. [D] Incorreta. O aumento da temperatura é que irá favorecer a dissolução do comprimido, pois aumenta o grau de agitação das moléculas, favorecendo a possibilidade de choques efetivos, que resultará em produtos. [E] Incorreta. Tanto a massa (quantidade de reagente disponível) quanto a superfície de contato são fatores que influenciam a velocidade de uma reação química.
Vermilion
Resposta da questão 2: [B] Quimicamente, a destruição do ozônio na atmosfera por gases CFCs é decorrência da produção de oxigênio molecular a partir de ozônio, catalisada por átomos de cloro.
•Cl + O3 → •Cl O + O2 •Cl O + O → O2 + •Cl Global O3 + O → 2O2
1 – CONCEITO:
Vm = 4 - 8 mol ( 10 - 0 ) min
A cinética química é a parte da físicoquímica que estuda a velocidade das reações, fatores que influenciam na velocidade e como tornar uma reação mais rápida ou mais lenta. 2 – VELOCIDADE MÉDIA (Vm) Na Física, a velocidade média estuda o espaço percorrido por um corpo em um determinado intervalo de tempo. Na Química, o conceito é semelhante. Estudaremos a quantidade de reagente consumido ou de produto formado em um determinado intervalo de tempo. Variação do número de mols
Velocidade média
Vm (N2) = 0,4 mol/min Obs.: Devemos ignorar possíveis sinais negativos provenientes dos cálculos de variação do nº de mols (∆n) e do tempo de reação (∆t). b) Observe que nesse item a pergunta se refere ao produto da reação (NH3), mas a tabela faz um estudo cinético em função do N2. Nesse caso é necessária a utilização do cálculo estequiométrico. Cálculo da Vm em relação ao N2: Vm = 2 - 4 mol ( 20 - 10 ) min
Vm =
n
Vm = 0,2 mol N2/min
t Variação do tempo
EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. A cinética da reação N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) foi estudada na tabela abaixo: Mols de N2 Tempo ( min)
8
4
2
1
0
10
20
30
a) Determine a velocidade média da reação, nos dez primeiros minutos, em mol de N2/minuto. b) Determine a velocidade média de formação de NH3, em litros/hora, nas CNTP, no intervalo de 10-20 minutos. c) Determine a velocidade média de consumo do H2, em gramas/segundo, nos 20 primeiros minutos de reação. Solução: As questões que envolvem velocidade média em reações químicas, em geral
Como a proporção molar entre N2 e NH3 é de 1 : 2, concluímos que a Vm de produção de NH3 é o dobro da Vm de consumo do N2. Vm = 0,4 mol NH3/min Agora é preciso ajustar as unidades da velocidade. Observe que o item pede a velocidade em litros de NH3, nas CNTP por hora. Temos então: 1 mol de NH3 ----------- 22,4 litros 0,4 mol de NH3 --------x x = 8,96 litros de NH3/ min X 60 minutos = 537,6 litros de NH3/ hora. c) Cálculo da Vm em relação ao N2: Vm = 2 - 8 mol ( 20 - 0 ) min
Vm = 0,3 mol N2/min
Como a proporção molar entre N2 e H2 é de 1 : 3, concluímos que a Vm de consumo de H2 é o triplo da Vm de consumo do N2. Vm = 0,9 mol H2/min
de uma colisão eficaz, para gerar o complexo ativado (estado intermediário), o que garante o início da reação.
1 mol de H2 ------------- 2 gramas 0,9 mol de H2 ----------x
*Um bom exemplo é a energia que devemos fornecer para iniciar a queima do carvão em uma churrasqueira. Tal energia é utilizada para provocar a colisão eficaz entre as moléculas de carvão (C) e oxigênio (O2) produzindo gás carbônico, além de considerável quantidade de calor.
x = 1,8 g/min
C(s) + O2(g) → CO2(g) + CALOR
Dividindo-se o valor por 60, temos:
O estudo cinético de uma reação química pode ser representado graficamente:
Agora é preciso ajustar as unidades da velocidade. Observe que o item pede a velocidade em gramas de H2 por segundo. Temos então:
Vm = 0,03 gramas de H2/segundo.
Colisão eficaz (formação do complexo ativado)
3 – FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE:
H
3.1) CONCEITOS IMPORTANTES:
Ea
C
+
O2
a) TEORIA DAS COLISÕES:
CO 2
A ocorrência das reações químicas está diretamente relacionada ao momento em que as moléculas reagentes se chocam de forma eficaz ou efetiva (Colisão eficaz). A figura abaixo ilustra a ocorrência da reação H2 + Cℓ2 → 2 HCℓ :
H H
+
Cl Cl
Reagentes
H H
Cl Cl
Colisão eficaz
H HClCl
H HClCl
Produtos
Energia de ativação Complexo ativado
Obs: Quanto mais moléculas existirem como no reagente, mais difícil será para ocorrer uma colisão eficaz. b) ENERGIA CINÉTICA: É a energia mínima que as moléculas devem possuir por ocasião
Caminho da reação
3.2) TEMPERATURA: O aumento na temperatura → aumenta a energia cinética das moléculas → aumenta a frequência das colisões → aumenta a velocidade da reação. É por esse motivo, que guardamos alimentos em refrigeradores, pois a temperatura baixa faz com que a velocidade de decomposição dos alimentos seja baixa. 3.3) PRESSÃO: O aumento na pressão → diminui o volume do sistema → aumenta a aproximação das moléculas reagentes
→ aumenta a freqüência das colisões → aumenta a velocidade da reação. Obs. O efeito da pressão só é significativo quando a reação ocorre em fase gasosa. 3.4) SUPERFÍCIE DE CONTATO: A superfície de contato é a área de um determinado reagente que está exposta para contato com um outro reagente. Como a efetivação de uma reação depende do choque entre moléculas, o aumento na superfície de contato → aumenta a freqüência das colisões → aumenta a velocidade da reação.
H
Ea
Ea'
Caminho da reação
Ea = Energia de ativação da reação sem catalisador Ea' = Energia de ativação da reação com catalisador
Obs: Lembre-se de que a energia de ativação deve ser gerada para as moléculas reagentes. Assim, quanto menor ela for, mais rapidamente ocorrerá a colisão eficaz e consequentemente mais rápida será a reação
Obs. O efeito da superfície de contato só é considerável se um dos reagentes da reação for sólido.
4) VELOCIDADE INSTANTÂNEA
Exemplo: Quando quebrarmos um comprimido efervescente, reduzindo-o em pedaços, notamos que sua reação com a água se dá com uma velocidade muito superior em relação à utilização de um comprimido inteiro.
A velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações, em quantidade de matéria dos reagentes, elevadas a expoentes que são determinados experimentalmente.
3.5) CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES: O aumento na concentração dos reagentes → aumenta o nº de moléculas por unidade de volume → aumenta a probabilidade das colisões → aumenta a velocidade da reação. 3.6) CATALISADOR: Os catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade das reações, diminuindo a energia de ativação. São consumidos e depois produzidos, novamente. O gráfico abaixo representa a reação sem e com catalisador:
4.1) LEI DE AÇÃO DAS MASSAS:
v = k . [A]x . [B]y, onde: v = velocidade da reação k = constante da velocidade (só depende da temperatura) [ ] = concentração dos reagentes gasosos ou aquosos em mol/L x e y = expoentes que são determinados experimentalmente. OBS: Ordem da reação É a soma dos expoentes na expressão da velocidade
4.2) ESCREVENDO A LEI DA VELOCIDADE:
a) Reações Elementares:
1º modo: Conhecendo a etapa lenta!
São reações que ocorrem em uma única etapa.
Nesse modo, a lei da velocidade deve sempre ser determinada pela etapa lenta da reação, uma vez que essa etapa é a mais determinante na velocidade da reação.
Nesse tipo de reação, os expoentes (ordem da reação) são os próprios coeficientes estequiométricos na equação balanceada. Exemplo:
Exemplo: Considere a reação não elementar: 2 H2(g) + 2 NO(g)→ 1 N2(g) + H2O(g)
Considere a seguinte reação elementar:
As etapas dessa reação são dadas por:
2 HCl (g) → H2(g) + Cl2(g)
Etapa 1 (lenta):
A Lei da Velocidade para essa reação é:
1 H2(g) + 2 NO(g) → 1 N2Og) + 2 H2O(l)
V = k . [HCl]2
Etapa 2 (rápida): 1 N2O(g) + 2 H2O(l) → 1 N2(g) + 2 H2O(l)
ATENÇÃO: Vale lembrar que reagentes sólidos e líquidos não entram na expressão da Lei da Velocidade. Veja: Na reação 2 X(s) + Y(g) → Z(g), a expressão da velocidade fica V = k . [Y] Na reação 2 X(aq) + Y(ℓ) → Z(g), a lei da velocidade fica V = k . [X]2.
b) Reações Não Elementares: A Lei da velocidade para reações não elementares não pode ser determinada simplesmente olhando para a reação, como foi com as reações elementares. Existem dois modos de determinamos a expressão da Lei da Velocidade, nesse caso:
Os expoentes na lei da velocidade são dados pelos coeficientes dos reagentes na etapa lenta: v = k [H2]1. [NO]2. Essa reação é de 1ª ordem em relação ao H2, de 2ª ordem em relação ao NO e de 3ª ordem em relação à reação global (soma dos expoentes: 1+2 = 3). 2º modo: fazendo experiências! CO + NO2 → CO2 + NO Digamos que um cientista realizou essa reação diversas vezes, alterando a concentração dos reagentes de formas diferentes, mas mantendo a temperatura constante. Ele obteve os seguintes dados:
Observe que, da primeira para a segunda etapa, ele dobrou a concentração do CO, o que não alterou a velocidade da reação.
Portanto, o expoente dessa substância é zero. Como qualquer número elevado a zero é igual a 1, o CO não participa da equação da velocidade da reação. Agora, veja que do 2º experimento para o 3º dobrou-se a concentração do NO2, o que fez com que a velocidade da reação quadruplicasse.
Assim, o expoente da concentração dessa substância na equação da velocidade das reações é igual a 2 (4/2). Desse modo, descobrimos qual é a equação da velocidade dessa reação: V = k . [NO2]2.
NÍVEL BÁSICO 1. (Unisc 2017) A equação a seguir apresenta a reação de decomposição da água oxigenada, também denominada peróxido de hidrogênio. KI
2 H2O2(aq) → 2 H2O( l ) + O2(g) + 196 kJ mol Em relação a esta reação pode-se afirmar que a) é uma reação endotérmica. b) ocorre mais rapidamente em concentrações mais baixas. c) o iodeto de potássio atua como um inibidor da reação. d) ocorre a redução do oxigênio na formação do O2 . e) é uma reação exotérmica. 2. (G1 - ifsul 2016) Os veículos emitem óxidos de nitrogênio que destroem a camada de ozônio. A reação em fase gasosa ocorre em duas etapas: 1ª etapa: O3 + NO2 → O2 + NO3 (lenta) 2ª etapa: NO2 + NO3 → N2O5 (rápida) A lei de velocidade para a reação é a) v = k[O3 ][NO2 ] b) v = k[NO2 ][NO3 ] c) v = k[O2 ][NO3 ]
3. (Unisc 2016) Considerando que em uma reação hipotética A → B + C observou-se a seguinte variação na concentração de A em função do tempo:
A (mol L 0,240 0,200 0,180 0,162 0,153 −
0
180
2N2O5(g) → 4NO2(g) + O2(g) Considerando que a velocidade de desaparecimento do pentóxido de
dinitrogênio seja de 6 ⋅ 10−3 mol ⋅ L− ⋅ s− , assinale a alternativa que apresenta o valor correto para a velocidade de aparecimento NO2 expressa em mol ⋅ L− ⋅ s− . a) 18 ⋅ 10−3
b) 24 ⋅ 10−3 c) 6 ⋅ 10−3
d) 12 ⋅ 10−3 5. (Uepa 2014) Preparar o sagrado cafezinho de todos os dias, assar o pão de queijo e reunir a família para almoçar no domingo. Tarefas simples e do cotidiano ficarão mais caras a partir desta semana. O preço do gás de cozinha será reajustado pelas distribuidoras pela segunda vez este ano, com isso, cozinhar ficará mais caro. A equação química que mostra a queima do butano (gás de cozinha), em nossas residências é:
C4H10(g) +
d) v = k[N2O5 ]
Tempo (s)
4. (Acafe 2014) Considere a reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio:
300
540
840
A velocidade média (Vm ) da reação no intervalo de 180 a 300 segundos é a) 1,66 × 10−4 mol L−1 ⋅ s−1
b) 3,32 × 10−4 mol L−1 ⋅ s−1 c) 1,66 × 10−2 mol L−1 ⋅ s−1 d) 0,83 × 10−2 mol L−1 ⋅ s−1 e) 0,83 × 10−4 mol L−1 ⋅ s−1
13 O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O( l ) 2
O quadro abaixo ilustra a variação da concentração do gás butano em mols/L em função do tempo:
[C4H10(g) ](mol / L) Tempo (horas)
22,4
20,8
18,2
16,6
15,4
14,9
0
1
2
3
4
5
As velocidades médias da queima do gás de cozinha nos intervalos entre 0 a 5 e 1 a 3 horas são respectivamente: a) −1, 5 mols / L ⋅ h e −2,1mols / L ⋅ h b) 1,5 mols / L ⋅ h e 2,1mols / L ⋅ h c) 1,5 mols / L ⋅ h e −2,1mols / L ⋅ h d) 2,1mols / L ⋅ h e 1,5 mols / L ⋅ h e) −1, 5 mols / L ⋅ h e 2,1mols / L ⋅ h 6. (Ueg 2013) Durante a manifestação das reações químicas, ocorrem variações de energia. A quantidade de energia envolvida está associada às características químicas
dos reagentes consumidos e dos produtos que serão formados. O gráfico abaixo representa um diagrama de variação de energia de uma reação química hipotética em que a mistura dos reagentes A e B levam à formação dos produtos C e D.
8. (Uepa 2012) Um dos grandes problemas ambientais na atualidade relaciona-se com o desaparecimento da camada de ozônio na atmosfera. É importante notar que, quando desaparece o gás ozônio, aparece imediatamente o gás oxigênio de acordo com a equação abaixo: hv
2O3( g) → 3 O2( g)
Com base no diagrama, no sentido direto da reação, conclui-se que a a) energia de ativação da reação sem o catalisador é igual a 15 KJ. b) energia de ativação da reação com o catalisador é igual a 40 KJ. c) reação é endotérmica. d) variação de entalpia da reação é igual a −30 KJ. 7. (Uemg 2013) Um professor, utilizando comprimidos de antiácido efervescente à base de NaHCO3, realizou quatro procedimentos, ilustrados a seguir:
Procedimento I – Comprimido inteiro e água a 25°C Procedimento II – Comprimido inteiro e água a 5°C Procedimento III – Comprimido pulverizado e água a 25°C Procedimento IV – Comprimido pulverizado e água a 5°C A reação ocorreu mais rapidamente no procedimento a) I. b) II. c) III. d) IV.
Considerando a velocidade de aparecimento de O2 igual a 12 mol L ⋅ s, a velocidade de desaparecimento do ozônio na atmosfera em mol L ⋅ s é: a) 12 b) 8 c) 6 d) 4 e) 2 9. (Udesc 2012) Se um comprimido efervescente que contém ácido cítrico e carbonato de sódio for colocado em um copo com água, e mantiver-se o copo aberto, observa-se a dissolução do comprimido acompanhada pela liberação de um gás. Assinale a alternativa correta sobre esse fenômeno. a) A massa do sistema se manterá inalterada durante a dissolução. b) A velocidade de liberação das bolhas aumenta com a elevação da temperatura da água. c) Se o comprimido for pulverizado, a velocidade de dissolução será mais lenta. d) O gás liberado é o oxigênio molecular. e) O fenômeno corresponde a um processo físico. 10. (Ufsj 2012) O gás AB2 se decompõe em A e B2 , e o volume de B2 produzido é medido como função do tempo, obtendo-se os dados da tabela a seguir: t/min
V/L
0
0,0
5
4,5
10
8,9
15
12,0
20
14,3
Com base nos dados acima, é CORRETO afirmar que a) a velocidade média no intervalo de 5 a 10 minutos é 1,20 L min. b) com 15 minutos de reação, a velocidade instantânea é 1,20 L min. c) acima de 20 minutos, a velocidade média é constante e igual a 3,0 L min. d) a velocidade média de produção de B2 nos primeiros 5 minutos é 0,90 L min.
11. (Uftm 2011) A reação de decomposição do peróxido de hidrogênio, bem como vários processos industriais, podem ser catalisados pela presença de metais. O gráfico representa o perfil da energia envolvida e o caminho da reação para um processo A + B → C + D, sem e com catalisador.
Analisando o diagrama, pode-se afirmar que: a) A e B são reações endotérmicas. b) a energia de ativação é igual em ambas as reações. c) ambas as reações apresentam o mesmo valor de ∆H . d) o ∆H de A é maior que o ∆H de B. e) a reação representada por A ocorre mais rapidamente que a representada por B, porque possui uma energia de ativação maior. 13. (Ufg 2011) A amônia é matéria-prima para a fabricação de fertilizantes como a ureia (CON2H4 ), o sulfato de amônio [(NH4 )2 SO4 )] e o fosfato de amônio
A curva ___________ é a da reação com catalisador. Na ausência de catalisador, a energia de ativação da reação inversa (C + D → A + B) ___________ é que a da reação direta. A reação direta (A + B → C + D) é __________________. As lacunas são correta e respectivamente preenchidas por a) I ... maior ... endotérmica b) I ... maior ... exotérmica c) II ... maior ... endotérmica d) II ... maior ... exotérmica e) II ... menor ... exotérmica 12. (Udesc 2011) O diagrama de energia representa duas reações químicas distintas, representadas por A e B.
[(NH4 )3 PO4 )]. A reação de formação da amônia se processa em duas etapas, conforme equações químicas fornecidas abaixo.
N2( g) + 2 H2( g) → N2H4( g) 1 ( ) lenta N2H4( g) + H2( g) → 2 NH3( g) ( 2 ) rápida
Dessa forma, a velocidade da equação → global N2( g) + 3H2( g) 2NH 3( g) é dada pela seguinte expressão: 2
a) v = k ⋅ [N2 ] ⋅ [H2 ] 2
b) v= k ⋅ [NH3 ]
3
c) v= k ⋅ [N2 ][H2 ] 2
3
d) v = k ⋅ [NH3 ] [N2 ] ⋅ [H2 ]
2
e) v = k ⋅ [N2H4 ] [N2 ] ⋅ [H2 ]
14. (Ueg 2018) No gráfico a seguir, é apresentada a variação da energia durante uma reação química hipotética.
Com base no gráfico, pode-se correlacionar X, Y e Z, respectivamente, como a) intermediário da reação, energia de ativação e variação da entalpia. b) variação da entalpia, intermediário da reação e complexo ativado. c) complexo ativado, energia de ativação e variação de entalpia. d) variação da entalpia, energia de ativação e complexo ativado. e) energia de ativação, complexo ativado e variação da entalpia. 15. (G1 - ifba 2018) Para remover uma mancha de um prato de porcelana, fez-se o seguinte: cobriu-se a mancha com meio copo de água a temperatura ambiente, adicionaram-se algumas gotas de vinagre e deixou-se por uma noite. No dia seguinte, a mancha havia clareado levemente. Usando apenas água e vinagre, qual a alternativa abaixo que apresenta a(s) condição(ões) para que a remoção da mancha possa ocorrer em menor tempo? a) Adicionar meio copo de água fria. b) Deixar a mancha em contato com um copo cheio de água e algumas gotas de vinagre. c) Deixar o sistema em repouso por mais tempo. d) Colocar a mistura água e vinagre em contato com o prato, mas lavá-lo rapidamente com excesso de água. e) Adicionar mais vinagre à mistura e aquecer o sistema.
NÍVEL MÉDIO 1. (Fmp 2016) O gráfico a seguir mostra como a concentração do substrato afeta a taxa de reação química.
O modo de ação das enzimas e a análise do gráfico permitem concluir que a) todas as moléculas de enzimas estão unidas às moléculas de substrato quando a reação catalisada atinge a taxa máxima. b) com uma mesma concentração de substrato, a taxa de reação com enzima é menor que a taxa de reação sem enzima. c) a reação sem enzima possui energia de ativação menor do que a reação com enzima. d) o aumento da taxa de reação com enzima é inversamente proporcional ao aumento da concentração do substrato. e) a concentração do substrato não interfere na taxa de reação com enzimas porque estas são inespecíficas. 2. (Espcex (Aman) 2018) A gasolina é um combustível constituído por uma mistura de diversos compostos químicos, principalmente hidrocarbonetos. Estes compostos apresentam volatilidade elevada e geram facilmente vapores inflamáveis. Em um motor automotivo, a mistura de ar e vapores inflamáveis de gasolina é comprimida por um pistão dentro de um cilindro e posteriormente sofre ignição por uma centelha elétrica (faísca) produzida pela vela do motor. Adaptado de: BROWN, Theodore; L. LEMAY, H Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química a Ciência Central, 9ª edição, Editora Prentice-Hall, 2005, pág. 926. Pode-se afirmar que a centelha elétrica produzida pela vela do veículo neste evento tem a função química de
a) catalisar a reação por meio da mudança na estrutura química dos produtos, saindo contudo recuperada intacta ao final do processo. b) propiciar o contato entre os reagentes gasolina e oxigênio do ar (O2 ), baixando a temperatura do sistema para ocorrência de reação química. c) fornecer a energia de ativação necessária para ocorrência da reação química de combustão. d) manter estável a estrutura dos hidrocarbonetos presentes na gasolina. e) permitir a abertura da válvula de admissão do pistão para entrada de ar no interior do motor. 3. (Mackenzie 2018) O processo equacionado por NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g) é classificado, em termos cinéticos, como elementar e de segunda ordem. Desse modo, ao serem feitos dois experimentos, ambos sob determinada temperatura " T ", ao duplicar-se tanto a concentração do NO(g) como do O3(g) em relação ao primeiro experimento, o segundo experimento terá sua velocidade a) reduzida a um quarto. b) reduzida à metade. c) mantida constante. d) duplicada. e) quadruplicada. 4. (Ufrgs 2018) O ácido hidrazoico HN3 é um ácido volátil e tóxico que reage de modo extremamente explosivo e forma hidrogênio e nitrogênio, de acordo com a reação abaixo.
2 HN3 → H2 + 3 N2 Sob determinadas condições, a velocidade de decomposição do HN3 é de
6,0 × 10−2 mol L−1 min−1 .
Nas mesmas condições, as velocidades de formação de H2 e de N2 em
mol L−1 min−1, são, respectivamente,
a) b) c) d) e)
0,01 0,03 0,03 0,06 0,06
e 0,03. e 0,06. e 0,09. e 0,06. e 0,18.
5. (Puccamp 2017) Para mostrar a diferença da rapidez da reação entre ferro e ácido clorídrico, foi utilizado o ferro em limalha e em barra. Pingando dez gotas de
ácido clorídrico 1,0 mol ⋅ L−1 em cada material de ferro, espera-se que a reação seja a) mais rápida no ferro em barra porque a superfície de contato é menor. b) mais rápida no ferro em limalha porque a superfície de contato é maior. c) igual, pois a concentração e a quantidade do ácido foram iguais. d) mais lenta no ferro em limalha porque a superfície de contato é menor. e) mais lenta no ferro em barra porque a superfície de contato é maior. 6. (G1 - ifba 2017) Os gases butano e propano são os principais componentes do gás de cozinha (GLP - Gás Liquefeito de Petróleo). A combustão do butano (C4H10 ) correspondente à equação:
C4H10 + O2 → CO2 + H2O + Energia Se a velocidade da reação for 0,1 mols butano-minuto qual a massa de CO2 produzida em 1 hora? a) 1.056 g b) 176 g c) 17,6 g d) 132 g e) 26,4 g 7. (Uemg 2017) Uma reação química hipotética é representada pela seguinte equação: A (g) + B(g) → C(g) + D(g) e ocorre em duas etapas:
A (g) → E(g) + D(g) (Etapa lenta) E(g) + B(g) → C(g) (Etapa rápida) A lei da velocidade da reação pode ser dada por a) v= k ⋅ [A] b) v= k ⋅ [A][B] c) v= k ⋅ [C][D] d) v= k ⋅ [E][B] 8. (Upe-ssa 2 2016) Em uma seleção realizada por uma indústria, para chegarem à etapa final, os candidatos deveriam
elaborar quatro afirmativas sobre o gráfico apresentado a seguir e acertar, pelo menos, três delas.
b) será reduzida à metade do valor anterior. c) não se alterará. d) duplicará. e) aumentará por um fator de 4 vezes. 10. (Uerj 2016) No preparo de pães e bolos, é comum o emprego de fermentos químicos, que agem liberando gás carbônico, responsável pelo crescimento da massa. Um dos principais compostos desses fermentos é o bicarbonato de sódio, que se decompõe sob a ação do calor, de acordo com a seguinte equação química:
Um dos candidatos construiu as seguintes afirmações: I. A reação pode ser catalisada, com formação do complexo ativado, quando se atinge a energia de 320 kJ. II. O valor da quantidade de energia E3
determina a variação de entalpia ( ∆H) da reação, que é de −52 kJ. III. A reação é endotérmica, pois ocorre mediante aumento de energia no sistema. IV. A energia denominada no gráfico de E2 é chamada de energia de ativação que, para essa reação, é de 182 kJ. Quanto à passagem para a etapa final da seleção, esse candidato foi a) aprovado, pois acertou as afirmações I, II e IV. b) aprovado, pois acertou as afirmações II, III e IV. c) reprovado, pois acertou, apenas, a afirmação II. d) reprovado, pois acertou, apenas, as afirmações I e III. e) reprovado, pois acertou, apenas, as afirmações II e IV. 9. (Ufrgs 2016) Na reação
NO2(g) + CO(g) → CO2(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.
2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) Considere o preparo de dois bolos com as mesmas quantidades de ingredientes e sob as mesmas condições, diferindo apenas na temperatura do forno: um foi cozido a 160°C e o outro a 220°C. Em ambos, todo o fermento foi consumido. O gráfico que relaciona a massa de CO2 formada em função do tempo de cozimento, em cada uma dessas temperaturas de preparo, está apresentado em: a)
b)
c)
d)
I. A reação química abordada é de primeira ordem. II. A decomposição do etanal produz uma substância apolar e outra polar. III. O etanal possui a função química aldeído. IV. Sob condições apropriadas a oxidação do etanal produz ácido acético.
11. (G1 - ifsp 2016) Um técnico de laboratório químico precisa preparar algumas soluções aquosas, que são obtidas a partir das pastilhas da substância precursora no estado sólido. A solubilização desta substância consiste em um processo endotérmico. Ele está atrasado e precisa otimizar o tempo ao máximo, a fim de que essas soluções fiquem prontas. Desse modo, assinale a alternativa que apresenta o que o técnico deve fazer para tornar o processo de dissolução mais rápido. a) Ele deve triturar as pastilhas e adicionar um volume de água gelada para solubilizar. b) Ele deve utilizar somente água quente para solubilizar a substância. c) Ele deve utilizar somente água gelada para solubilizar a substância. d) Ele deve triturar as pastilhas e adicionar um volume de água quente para solubilizar. e) A temperatura da água não vai influenciar no processo de solubilização da substância, desde que esta esteja triturada.
Assinale a alternativa correta. a) Todas as afirmações estão corretas. b) Apenas II, III e IV estão corretas. c) Apenas I e II estão corretas. d) Apenas a afirmação III está correta.
12. (Acafe 2016) O etanal pode ser usado em fábricas de espelhos na redução de sais de prata que fixados no vidro permitem a reflexão da imagem. A velocidade inicial de decomposição de etanal foi medida em diferentes concentrações, conforme mostrado a seguir. [etanal] (mol / L) velocidade (mol / L ⋅ s)
0,10
0,20
0,30
0,40
0,085
0,34
0,76
1,40
CH3 CHO(g) → CH4(g) + CO(g) Baseado nas informações fornecidas e nos conceitos químicos, analise as afirmações a seguir.
13. (G1 - ifsp 2016) Colocamos um pedaço de palha de aço em cima de uma pia e a seu lado um prego de mesma massa. Notamos que a palha de aço enferruja com relativa rapidez enquanto que o prego, nas mesmas condições, enferrujará mais lentamente. Os dois materiais têm praticamente a mesma composição, mas enferrujam com velocidades diferentes. Isso ocorre devido a um fator que influencia na velocidade dessa reação, que é: a) temperatura. b) concentração dos reagentes. c) pressão no sistema. d) superfície de contato. e) presença de catalisadores. 14. (Ufjf-pism 3 2016) Um estudante resolveu fazer três experimentos com comprimidos efervescentes, muito utilizados no combate à azia, que liberam CO2 quando dissolvidos em água. Experimento 1: Em três copos distintos foram adicionados a mesma quantidade de H2O, mas com temperaturas diferentes
( −6, 25 e 100 °C). Em seguida, foi adicionado um comprimido efervescente inteiro em cada copo.
Experimento 2: Em dois copos distintos foi adicionada a mesma quantidade de H2O à temperatura ambiente. Ao primeiro copo foi adicionado um comprimido inteiro e ao segundo um comprimido triturado. Experimento 3: Em três copos distintos foram adicionados a mesma quantidade de H2O à temperatura ambiente e 1 , 1 e 2 1 1 comprimido não triturado, 2 respectivamente.
Com base nos parâmetros que influenciam a cinética de uma reação química, o estudante deve observar que: a) No experimento 1 a temperatura da água não interfere no processo de liberação de CO2 . b) No experimento 2 o aumento da superfície de contato favorece a liberação de CO2 . c) No experimento 3 a massa de comprimido é inversamente proporcional à quantidade de CO2 liberada.
d) No experimento 1 a água gelada ( −6 °C) favorece a dissolução do comprimido liberando mais CO2 . e) Nos experimentos 2 e 3 a massa do comprimido e a superfície de contato não interferem no processo de liberação de CO2 . 15. (Uece 2016) Alguns medicamentos são apresentados na forma de comprimidos que, quando ingeridos, dissolvem-se lentamente no líquido presente no tubo digestório, garantindo um efeito prolongado no organismo. Contudo, algumas pessoas, por conta própria, amassam o comprimido antes de tomá-lo. Esse procedimento é inconveniente, pois reduz o efeito prolongado devido a) à diminuição da superfície de contato do comprimido, provocando redução na velocidade da reação. b) à diminuição da superfície de contato, favorecendo a dissolução. c) ao aumento da velocidade da reação em consequência do aumento da superfície de contato do comprimido. d) diminuição da frequência de colisões das partículas do comprimido com as moléculas do líquido presente no tubo digestório.
NÍVEL ENEM 1. (Enem 2018) O sulfeto de mercúrio (II) foi usado como pigmento vermelho para pinturas de quadros e murais. Esse pigmento, conhecido como vermilion, escurece com o passar dos anos, fenômeno cuja origem é alvo de pesquisas. Aventou-se a hipótese de que o vermilion seja decomposto sob a ação da luz, produzindo uma fina camada de mercúrio metálico na superfície. Essa reação seria catalisada por íon cloreto presente na
umidade do ar. WOGAN, T. Mercury's Dark Influence on Art. Disponível em: www.chemistryworld.com. Acesso em: 26 abr. 2018 (adaptado). Segundo a hipótese proposta, o íon cloreto atua na decomposição fotoquímica do vermilion a) reagindo como agente oxidante. b) deslocando o equilíbrio químico. c) diminuindo a energia de ativação. d) precipitando cloreto de mercúrio. e) absorvendo a energia da luz visível. 2. (Enem 2014) A liberação dos gases clorofluorcarbonos (CFCs) na atmosfera pode provocar depleção de ozônio (O3 ) na estratosfera. O ozônio estratosférico é responsável por absorver parte da radiação ultravioleta emitida pelo Sol, a qual é nociva aos seres vivos. Esse processo, na camada de ozônio, é ilustrado simplificadamente na figura.
Quimicamente, a destruição do ozônio na atmosfera por gases CFCs é decorrência da a) clivagem da molécula de ozônio pelos CFCs para produzir espécies radicalares. b) produção de oxigênio molecular a partir de ozônio, catalisada por átomos de cloro. c) oxidação do monóxido de cloro por átomos de oxigênio para produzir átomos de cloro. d) reação direta entre os CFCs e o ozônio para produzir oxigênio molecular e monóxido de cloro. e) reação de substituição de um dos átomos de oxigênio na molécula de ozônio por átomos de cloro.
GABARITO NÍVEL BÁSICO Resposta da questão 1: [E]
Resposta da questão 7: [C]
Trata-se de uma reação que libera calor para o meio, portanto, exotérmica. Resposta da questão 2: [A] A etapa determinante da velocidade de uma reação química é sempre a etapa lenta, assim a lei da velocidade será em função da 1ª etapa: 1ª etapa: O3 + NO2 → O2 + NO3 (lenta)
v = k[O3 ][NO2 ]
[ ]f − [ ]i t f − ti
=
A temperatura e a superfície de contato são fatores que aumentam a velocidade da reação, sendo assim, o comprimido que está pulverizado e na temperatura de 25°C apresentará maior efervescência. Resposta da questão 8: [B] hv
→ 3 O2( g) 2O3( g) v O3
Resposta da questão 3: [A] Vm =
Alternativa [D]: Verdadeira. − 10 – 20 = − 30kJ. ΔH = HPRODUTOS – HREAGENTES =
0,180 − 0,200 300 − 180
= 1,66 ⋅ 10−4 mol ⋅ L−1 ⋅ s−1
v O2
2 3 v O3 v O 2 = = ; v O2 12 mol L ⋅ s 2 3 v O3 12 = ⇒ v O3 =8 mol L ⋅ s 2 3
Resposta da questão 4: [D]
Resposta da questão 9: [B]
A velocidade de aparecimento do dióxido de nitrogênio é o dobro da velocidade de desaparecimento do pentóxido de dinitrogênio. Assim será o dobro de
A liberação de bolhas corresponde a uma evidência de um processo químico. Nesse caso, podemos afirmar que a velocidade da reação aumenta conforme o aumento de temperatura.
6 ⋅ 10−3 mol ⋅ L−1 ⋅ s−1, ou seja,
12 ⋅ 10−3 mol ⋅ L−1 ⋅ s−1. Resposta da questão 5: [B] 14,9 − 22,4 ∆[ ] ∴ = Vmédia(0 −5) = 1,5 mols / L ⋅ h ∆t 5−0 16,6 − 20,8 ∆[ ] ∴ = Vmédia(1−3) = 2,1 mols / L ⋅ h ∆t 3 −1
Resposta da questão 6: [D] Alternativa [A]: Falsa. A energia de ativação sem catalisador vale 40 kJ. Alternativa [B]: Falsa. A energia de ativação com catalisador vale 25 kJ. Alternativa [C]: Falsa. A reação é exotérmica, pois a energia dos produtos é menor em relação à energia dos reagentes, indicando que a reação liberou calor.
Resposta da questão 10: [D] Considerações importantes: Equação do processo: 2AB → 2A + B2 1. Cálculo da velocidade média da reação: VAB VA VB2 VMEDIA = = = 2 2 1 Cálculo de VB2 entre 5 e 10 minutos:
= VB2
ΔVolume 8,9 − 4,5 = = 0,88 L / min ΔTempo 5
Portanto, concluímos que a velocidade média da reação entre 5 e 10 minutos vale 0,88L/min (o que exclui a alternativa [A]).
2. Com os dados fornecidos, não é possível calcular velocidades instantâneas (o que exclui as alternativas [B] e [C]).
3. Cálculo da velocidade média de formação de B2 (nos primeiros 5 minutos) a partir dos dados do exercício: ΔVolume 4,5 V= = = 0,9 L / min B2 ΔTempo 5 Resposta da questão 11: [D]
A curva II representa a reação com catalisador, pois apresenta menor energia de ativação. A reação inversa apresenta energia de ativação maior em relação à energia de ativação da reação direta. Quando observamos o gráfico no sentido da reação direta, observamos que a entalpia dos produtos é menor em relação à entalpia dos reagentes, ou seja, a reação direta é exotérmica. Resposta da questão 12: [C] O gráfico mostra que ambas as reações apresentam mesmo valor de variação de entalpia sendo exotérmicas, entretanto, apresentam energias de ativação diferentes. O caminho A apresenta maior energia de ativação, o que sugere que a reação seja mais lenta, quando comparada com B, que apresenta menor energia de ativação. Resposta da questão 13: [A] A reação de formação da amônia ocorre em 2 etapas, ou seja, trata-se de uma reação não elementar. Quando uma reação ocorre em mais de uma etapa e a determinante da velocidade é a lenta, assim a equação da velocidade ocorre a partir da equação 1.
Resposta da questão 15: [E] [A] Incorreta. O aumento de temperatura aumenta a velocidade da reação, facilitando a remoção da mancha. [B] Incorreta. Pois ao diluir o vinagre, sua concentração será menor, portanto menor será também a velocidade da reação. [C] Incorreta. A condição é que a remoção da mancha aconteça em menor tempo. [D] Incorreta. A ideia seria remover a mancha, e mesmo tendo ficado toda a noite, segundo o enunciado, isso não foi possível, então misturar água com vinagre e já retirar tampouco irá resolver o problema da mancha. [E] Correta. Ao se acrescentar mais vinagre a mistura estaremos concentrando o reagente a ainda aumentando a temperatura, ou seja, unindo dois fatores a fim de aumentar a velocidade da reação, removendo de forma mais rápida a macha.
2
v = k ⋅ [N2 ] ⋅ [H2 ]
Resposta da questão 14: [D]
GABARITO NÍVEL MÉDIO Resposta da questão 1: [A] [A] Correta. A velocidade da reação enzimática se estabiliza quando todas as moléculas de enzimas estão unidas ao substrato sob o qual atuam. [B] Incorreta. Numa mesma concentração de substrato, a taxa de reação será maior com enzima do que sem a
presença dela.
v
1NO(g) + 1 O3(g) →1NO2(g) + 1 O2(g) 2× M
2× M 1
1
v' = K × NO(g) × O3(g) v ' =K × (2 × M
)1 × ( 2 × M )1 2
v ' = K × 4 × M 2 = 4 × K × (M ) 1 4 2 43 v
v '= 4 × v [C] Incorreta. A enzima atua como um catalisador, ou seja, aumenta a velocidade de reação, diminuindo sua energia de ativação. [D] Incorreta. Pela análise do gráfico podese observar que com o aumento do substrato aumenta-se a taxa de reação até um determinado limite onde ela se manterá constante. [E] Incorreta. Pela análise do gráfico observa-se que a concentração aumenta a taxa de reação até a taxa máxima. Resposta da questão 2: [C]
v
1NO(g) + 1 O3(g) →1NO2(g) + 1 O2(g) 1M 1
v= K × NO(g) × O3(g) v= K × (M
)1 × ( M )1
v= K × ( M
)2
vHN3
vH2
2
1
vHN3 = 2
vH2 = 1
vHN3
vH2
+
3 N2 vN2 3
vN2 = vmédia 3
vHN= 6,0 × 10−2 mol L−1 min−1 3
vH2
=
1
6,0 × 10−2 mol L−1 min−1 = 2
vH2 = 3,0 × 10−2 mol L−1 min−1 = 0,03 mol L−1 min−1 vH2 1
=
vN2 3
vN2 = 3,0 × 10−2 mol L−1 min−1 3
Resposta da questão 3: [E]
1
2 HN3 → 1H2
2
Pode-se afirmar que a centelha elétrica produzida pela vela do veículo neste evento tem a função química de fornecer a energia mínima necessária para a ocorrência da reação química de combustão, ou seja, para fornecer a energia de ativação.
1M
Resposta da questão 4: [C]
Duplicando as concentrações dos reagentes, vem:
vN2 =3 × 3,0 × 10−2 mol L−1 min−1 vN2 = 9,0 × 10−2 mol L−1 min−1 = 0,09 mol L−1 min−1 Resposta da questão 5: [B] A velocidade da reação será mais rápida quanto maior for a superfície de contato. No caso do ferro, será em forma de limalhas, já que a concentração de ácido será a mesma em ambos os casos. Resposta da questão 6: [A]
C4H10 +
3 O2 → 4CO2 + 5H2O 2
Proporção entre butano e dióxido de carbono: 1: 4, ou seja, a cada 0,1 mol de
butano decomposto forma-se 0,4 mol de CO2 . 1 mol de CO2 0,4 mol x = 17,6 g 17,6 g yg
44 g x
1min
21 v= k ( 2 × [NO2 ] ) × [CO] 2 1 v= k(2 × [NO2 ])2 × [CO] 2
0
0
v= k × 4[NO2 ]2 = 4 k[NO2 ]2 14 2 43
velocidade inicial
60 min
y = 1.056 g
v= 4 × vinicial
Resposta da questão 7: [A]
Resposta da questão 10: [D]
A lei da velocidade da reação é calculada a partir da etapa lenta, ou seja, v= k × [A].
Quanto maior a temperatura, menor o tempo de formação de CO2 gasoso, ou seja, maior a velocidade da reação.
A (g) → E(g) + D(g) v= k × [R]x v= k × [A] Resposta da questão 8: [C]
Resposta da questão 11: [D] Resposta da questão 9: [E] A lei cinética é de segunda ordem em relação ao dióxido de nitrogênio (expoente dois) e de ordem zero (expoente zero) em relação ao monóxido de carbono, então: v = k[NO2 ]2 [CO]0 vinicial = k[NO2 ]2
Ao dobrar-se a concentração de dióxido de nitrogênio e reduzir-se a concentração de monóxido de carbono pela metade, teremos:
Como se trata de um processo endotérmico, o melhor processo será utilizar água quente e ainda triturar as pastilhas para aumentar a superfície de contato e assim, agilizar o processo de dissolução. Resposta da questão 12: [B] Análise das afirmações: [I] Incorreta. A reação química abordada é de segunda ordem, pois a concentração molar do etanal dobra e a velocidade
quadruplica (v = k[R]2 ). [etanal] dobrou 0,10 → 0,20 (mol / L) velocidad quadruplicou 0,085 → 0,34 e { 4×0,0 (mol / L ⋅ s)
[II] Correta. A decomposição do etanal produz uma substância apolar e outra polar. CH3 CHO(g) → CH4(g) + CO(g) 14 2 43 1 2 3 apolar ur r R 0 =
polar ur r R≠0
[III] Correta. O etanal possui a função química aldeído (apresenta carbonila em carbono primário).
Resposta da questão 15: [C] Ao amassar o comprimido a superfície de contato é aumentada e, consequentemente, a absorção do medicamento será mais rápida.
GABARITO NÍVEL ENEM Resposta da questão 1: [C]
[IV] Correta. Sob condições apropriadas a oxidação do etanal produz ácido acético.
De acordo com o enunciado, o sulfeto de mercúrio (II) (HgS ) pode ser decomposto sob a ação da luz, produzindo mercúrio metálico (Hg) e essa reação seria
( ) presente
catalisada pelo íon cloreto Cl −
na umidade do ar. Esquematicamente, temse:
Hg2+ S2− ⇒ HgS Cl − (presente na umidade)
Resposta da questão 13: [D]
HgS → Hg 14 2 43 luz
Quanto maior a superfície de contato, maior a velocidade da reação química.
Segundo a hipótese proposta, o íon cloreto atua como catalisador na decomposição fotoquímica do vermilion, ou seja, diminui a energia de ativação da reação.
Resposta da questão 14: [B] [A] Incorreta. Quanto maior a temperatura, mais rápida tende a ser a reação, portanto, maior a liberação de dióxido de carbono. [B] Correta. No copo onde foi colocado o comprimido triturado haverá maior formação de CO2 (efervescência). [C] Incorreta. Quanto maior a quantidade de reagente disponível, maior a possibilidade de resultar em choques efetivos para a formação de produto. [D] Incorreta. O aumento da temperatura é que irá favorecer a dissolução do comprimido, pois aumenta o grau de agitação das moléculas, favorecendo a possibilidade de choques efetivos, que resultará em produtos. [E] Incorreta. Tanto a massa (quantidade de reagente disponível) quanto a superfície de contato são fatores que influenciam a velocidade de uma reação química.
Vermilion
Resposta da questão 2: [B] Quimicamente, a destruição do ozônio na atmosfera por gases CFCs é decorrência da produção de oxigênio molecular a partir de ozônio, catalisada por átomos de cloro.
•Cl + O3 → •Cl O + O2 •Cl O + O → O2 + •Cl Global O3 + O → 2O2
