cin ética qu ímicaprofjoaoneto.com/2010/cinetica_quimica.pdf · 2010-04-29 · 1-em apenas 25...
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CinCinéética Qutica QuíímicamicaProf. Prof. MscMsc. João Neto. João Neto
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 22
CINÉTICA QUÍMICA
é a parte da Química que estuda a velocidade ou rapidez das reações.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 33
A + B A + B �� ABAB
Reagentes
(Consumidos)
Produtos
(Formados)
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 44
A + B A + B �� ABABColocamos A e B em contato. Eles reagem para Colocamos A e B em contato. Eles reagem para
produzir AB. A velocidade com que esta reaproduzir AB. A velocidade com que esta reaçção ocorre ão ocorre
éé notada pelo tempo com que A e B notada pelo tempo com que A e B ““desaparecemdesaparecem””, ou , ou
o tempo com que AB o tempo com que AB ““apareceaparece””. .
Uma reaUma reaçção serão seráá rráápidapida quando os produtos se quando os produtos se
formarem depressa e serformarem depressa e seráá lentalenta se esse processo se esse processo
demorar para acontecer. demorar para acontecer.
DeveDeve--se notar que A e B devem ser consumidos no se notar que A e B devem ser consumidos no
mesmo tempo em que AB se forma, portanto podemos mesmo tempo em que AB se forma, portanto podemos
expressar a velocidade da reaexpressar a velocidade da reaçção em termos do ão em termos do
consumo dos reagentes ou do aparecimento dos consumo dos reagentes ou do aparecimento dos
produtos.produtos.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 55
A velocidade mA velocidade méédia da readia da reaçção ão éé a relaa relaçção ão
entre a quantidade consumida ou entre a quantidade consumida ou
produzida e o intervalo de tempo gasto produzida e o intervalo de tempo gasto
para que isso ocorra.para que isso ocorra.
t
][v ;
t
Vv
t
nv ;
t
mv
mm
mm
∆
∆=
∆
∆=
∆
∆=
∆
∆=
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 66
A + 2B A + 2B �� XX
0,70,70,60,60,30,32525
0,70,70,60,60,30,32020
0,70,70,60,60,30,31515
0,60,60,80,80,40,41010
0,40,41,21,20,60,655
00221100
[X][X]
mol/Lmol/L
[B][B]
mol/Lmol/L
[A][A]
mol/Lmol/L
TempoTempo((minmin))
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 77
A + 2B A + 2B �� XX
0,40,41,21,20,60,655
00221100
[X][X]
mol/Lmol/L
[B][B]
mol/Lmol/L
[A][A]
mol/Lmol/L
TempoTempo((minmin))
11 min..08,0
min08,0
05
0,16,0
][][][
50
5050
5050
−−−=
×−=⇒
−
−=
−
−=⇒
∆
∆=
−
−−
−−
LmolV
L
molVV
tt
AAV
t
AV
m
mm
inicialfinal
inicialfinalmm
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 88
A + 2B A + 2B �� XX
0,40,41,21,20,60,655
00221100
[X][X]
mol/Lmol/L
[B][B]
mol/Lmol/L
[A][A]
mol/Lmol/L
TempoTempo((minmin))
11 min..16,0
min16,0
05
2,10,2
][][][
50
5050
5050
−−−=
×−=⇒
−
−=
−
−=⇒
∆
∆=
−
−−
−−
LmolV
L
molVV
tt
BBV
t
BV
m
mm
inicialfinal
inicialfinalmm
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 99
A + 2B A + 2B �� XX
0,40,41,21,20,60,655
00221100
[X][X]
mol/Lmol/L
[B][B]
mol/Lmol/L
[A][A]
mol/Lmol/L
TempoTempo((minmin))
11 min..08,0
min08,0
05
04,0
][][][
50
5050
5050
−−=
×=⇒
−
−=
−
−=⇒
∆
∆=
−
−−
−−
LmolV
L
molVV
tt
XXV
t
XV
m
mm
inicialfinal
inicialfinalmm
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1010
A + 2B A + 2B �� XX0 a 5 minutos0 a 5 minutos
A A �������� VVmm==--0,08 mol.L0,08 mol.L--11..minmin--11
B B ��������VVmm==--0,16 mol.L0,16 mol.L--11..minmin--11
X X ��������VVmm=0,08 mol.L=0,08 mol.L--11..minmin--11
Sinal negativo indica que a Sinal negativo indica que a substância estsubstância estáá sendo sendo consumida. O correto consumida. O correto éétrabalhar com a velocidade em trabalhar com a velocidade em mmóódulo no reagente.dulo no reagente.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1111
Qual a velocidade da reação
A + 2B � X?
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1212
t2
][
t3
][
t1
][v 322
mReação ∆
∆=
∆
∆=
∆
∆=
NHHN
A + 2B A + 2B �� XX
NN22 + 3H+ 3H22 �� 2NH2NH33
t1
][
t2
][
t1
][v
Reaçãom
∆
∆=
∆
∆=
∆
∆=
XBA
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1313
GrGrááfico de Velocidadefico de Velocidade: Os reagentes são
consumidos durante a reação e a sua quantidade diminuidiminui com a variação do
tempo, enquanto os produtos são formados e suas quantidades aumentamaumentam com o
tempo.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1414
1
0,6
0,40,3 0,3 0,3
2
1,2
0,8
0,6 0,6 0,6
0
0,4
0,60,7 0,7 0,7
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2
0 5 10 15 20 25
[A]
[B]
[C]
A + 2B A + 2B �� XX
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1515
Velocidade instantâneaVelocidade instantânea
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1616
Trace uma tangente à curva pelo ponto P.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1717
Escolha sobre a tangente dois pontos A e B. Notriângulo retângulo ABC, a tangente trigonométrica
do ângulo α é dada por:
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1818
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 1919
ExercExercíícioscios
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2020
1-Em apenas 25 milésimos de segundo, o gás nitrogênio é capaz de encher um airbag de 70 litros. Esse gás é produzido pela decomposição de um sal —extremamente venenoso se ingerido —chamado azoteto de sódio:
2NaN3 ����2Na +3N2
(Dados: volume molar do N2, nas condições internas do air-bag: 25 L/mol; massa molar do NaN3: 65 g/mol)
ExercExercíícioscios
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2121
2NaN3 ����2Na +3N2
a)Calcule a velocidade média dessa reação, em litros de N2, por segundo.
70 L de N2 ----------- 0.025 s
v ----------------- 1.0 s
v = 2800 L de N2
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2222
2NaN3 ����2Na +3N2
b)Calcule a velocidade média dessa reação, em mol de Na por minuto.
2Na--------------3N2
2mol-------------3x25L
x----------------2800L
x=74,66 mol
74,66 mol de Na --------1 s
y--------------------60 s (1 min)
y=4479,6 mol de Na/min
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2323
2NaN3 ����2Na +3N2
c)Calcule a velocidade média dessa reação, em gramas de NaN3 por hora.
2NaN3--------------------3N2
2 mol de NaN3 -------------3 mol de N2
2x65g------------------3x25L
z----------------------2800L
z = 4853,33 g de NaN3
4853,33 g de NaN3 -----------1 s
w-------------------3600 s (1h)
w= 17.471.988 g de NaN3/h
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2424
2-(UFPE) Uma boca de fogão a gás queima 5 L de butano (C4H10) por hora. Qual a velocidade da produção de gás carbônico nessa reação em L/hora, nas mesmas condições de temperatura e pressão?
C4H10 + 13/2O2 ���� 4CO2 + 5H2O
1 mol ------------------4 mol
1 L ---------------------4 L
5 L ----------------------x
x = 20 L
Lei de Gay-Lussac
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2525
3-(Vunesp) A decomposição de N2O5 em fase gasosa para formar NO2 e O2 está ocorrendo com o consumo de 3 mol de N2O5 por minuto. A velocidade de produção de NO2 na reação é:
a)3 mol/minuto b)4 mol/minuto
c)6 mol/minuto d)9 mol/minuto
e)12 mol/minuto
2N2O5 ���� 4NO2 + 1O2
2 mol -------4 mol
3 mol -------x
x=6 mol
X=6 mol/min
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2626
4-(Fuvest-SP) O seguinte gráfico refere-se ao estudo cinético de uma reação química:
a) lenta.
b) explosiva.
c) reversível.
d) endotérmica.
e) de oxidorredução.
Como ocorre aumento muito grande da velocidade no mesmo instante, isso mostra que a reação tem velocidade muito alta. Alternativa bAlternativa b
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2727
5-(Fuvest-SP) O gráfico mostrado a seguir foi construído com dados obtidos no estudo da decomposição de iodeto de hidrogênio, àtemperatura constante.
Em qual dos quatros trechos assinalados na curva, a reação ocorre com maior velocidade média?
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2828
Observando os intervalos de tempo e quantidade de Hl consumido no gráfico seguinte:
percebemos que a quantidade de Hl é praticamente constante e tI < tII < tIII< tIV
IVIIIIII
tempo
Quantidade
vvvv
t
Qv
v
>>>
↑
∆=↓
=∆
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 2929
6-(Unicamp-SP) Numa reação que ocorre em solução (reação I), há o desprendimento de oxigênio, e a sua velocidade pode ser medida pelo volume de O2(g) (desprendido). Uma outra reação (reação II) ocorre nas mesmas condições, porém consumindo O2(g), e esse consumo mede a velocidade dessa reação. O gráfico representa os resultados referentes às duas reações:
Considerando as duas horas iniciais, qual das reações tem velocidade maior? Justifique a resposta.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3030
III
IIII
II
II
mm
mm
mm
inicialfinal
inicialfinalmm
VV
hora
sarbitráriaunidadesVV
hora
sarbitráriaunidadesVV
tt
VVV
t
VV
=
=⇒−
−=
=⇒−
−=
−
−=⇒
∆
∆=
102
42
102
02
][][
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3131
7-(UFPI) O dióxido de nitrogênio — NO2 — é um
gás tóxico, pois sua inalação provoca irritação nas vias respiratórias. Analise os resultados expressos no gráfico a seguir e a reação de sua obtenção a partir do pentóxido de nitrogênio —N2O5 — na temperatura de 308 K. e, em seguida, marque a alternativa correta.
2N2O5 � 4NO2 + O2
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3232
2N2O5 � 4NO2 + O2
a)Nos momentos iniciais, a velocidade de formação do NO2 é maior que a do O2;
b)A velocidade de formação do NO2 é duas vezes a velocidade de formação do O2;
c)A velocidade de decomposição do N2O5 é a metade da velocidade de formação do O2;
d)No tempo de 4x103 s, a velocidade de decomposição do N2O5 émaior que a de formação do NO2;
e)No tempo de zero a 2x103 s, a velocidade de formação do O2 émaior que a formação do NO2
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3333
2N2O5 � 4NO2 + O2
a)Nos momentos iniciais, a velocidade de formação do NO2 é maior que a do O2;
b)A velocidade de formação do NO2 é duas vezes a velocidade de formação do O2;
c)A velocidade de decomposição do N2O5 é a metade da velocidade de formação do O2;
d)No tempo de 4x103 s, a velocidade de decomposição do N2O5 émaior que a de formação do NO2;
e)No tempo de zero a 2x103 s, a velocidade de formação do O2 émaior que a formação do NO2
Nos primeiros 4x103 s, por exemplo, há maior produção de NO2 ou seja: 2,2x10-3 mol de NO2/L, enquanto apenas 0,5x10
-3
mol de O2/L foi formado.
Alternativa aAlternativa a
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3434
8-(UFSC, adaptada) A água oxigenada (H2O2) decompõe-se, produzindo água e gás oxigênio, de acordo com a equação: 2H2O2 � 2H2O + O2.
Os gráficos a seguir foram construídos com base em dados obtidos num determinado experimento em que a concentração inicial de H2O2 era de 0,8 mol.L-1. Assinale a(s) afirmação(ões) correta(s).
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3535
Julgue cada proposição, justificando-a:
a)No intervalo II, a velocidade média da reação émenor que no intervalo III, mas é maior que no intervalo I.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3636
a)No intervalo II, a velocidade média da reação émenor que no intervalo III, mas é maior que no intervalo I.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3737
b)A velocidade da reação atinge seu valor máximo ao final da reação.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3838
b)A velocidade da reação atinge seu valor máximo ao final da reação.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 3939
b)A velocidade da reação atinge seu valor máximo ao final da reação.
Incorreta. A prIncorreta. A práática mostra que a velocidade de uma reatica mostra que a velocidade de uma reaçção ão diminui com o passar do tempo.diminui com o passar do tempo.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4040
c)A velocidade da reação diminui com a diminuição da concentração de água oxigenada.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4141
c)A velocidade da reação diminui com a diminuição da concentração de água oxigenada.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4242
d)Quando tiver sido consumido 0,5 mol/L da concentração inicial de H2O2, o tempo da reação será de 20 minutos, e a quantidade de oxigênio formada será de 0,25 mol.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4343
d)Quando tiver sido consumido 0,5 mol/L da concentração inicial de H2O2, o tempo da reação será de 20 minutos, e a quantidade de oxigênio formada será de 0,25 mol.
Correta Correta –– Observe o grObserve o grááfico!fico!
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4444
e)No intervalo de 0-30 minutos, a velocidade média da decomposição da água oxigenada, vmH2O2 é3,0x10-2mol .L-1 .min-1 .
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4545
e)No intervalo de 0-30 minutos, a velocidade média da decomposição da água oxigenada é 3,0x10-2mol .L-1 .min-1 . Incorreta Incorreta –– veja o cveja o cáálculo!lculo!
11
222222
min..02,0
min02,0
030
8,02,0
][][][
300
300300
300300
−−=
×=⇒
−
−=
−
−=⇒
∆
∆=
−
−−
−−
LmolV
L
molVV
tt
OHOHV
t
OHV
m
mm
inicialfinal
inicialfinalmm
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4646
f)O oxigênio tem velocidade média de formação que vale 2,0x10-2 mol.L-1.min-1 no intervalo 0 - 30 minutos.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4747
f)O oxigênio tem velocidade média de formação que vale 2,0x10-2 mol.L-1.min-1 no intervalo 0 - 30 minutos. Incorreta Incorreta –– veja o cveja o cáálculo!lculo!
11
222
min..01,0
min0,01
030
0,03,0
][][][
300
300300
300300
−−=
×=⇒
−
−=
−
−=⇒
∆
∆=
−
−−
−−
LmolV
L
molVV
tt
OOV
t
OV
m
mm
inicialfinal
inicialfinalmm
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4848
g) A velocidade média da reação, após 10 min, é:
112 min..105,1122
2222 −−−×===== LmolVVVV
V mOmOHmOHm
m
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 4949
11
11
11
min..015,0010
0,015,0
min..03,0010
0,03,0
min..03,0010
8,05,0
2
2
22
−−
−−
−−
=−
−=
=−
−=
=−
−=
LmolV
LmolV
LmolV
Om
OHm
OHm
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5050
112
11
11
11
min..105,1
1
015,0
2
03,0
2
03,0
122
min..015,0010
0,015,0
min..03,0010
0,03,0
min..03,0010
8,05,0
2222
2
2
22
−−−=
=
=
−−
−−
−−
×
==
==
=−
−=
=−
−=
=−
−=
LmolV
V
VVVV
LmolV
LmolV
LmolV
R
R
R
Om
OHm
OHm
m
m
OmOHmOHmm
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5151
9-(UFPB) Na reação de decomposição do clorato de potássio, a seguir, verifica-se a formação de 2,24 litros de O2 em 40 segundos, medidos nas CNTP
2KClO3 �2KCl + 3O2
Calcule a velocidade média de produção de O2, expressa em:
a)litro.segundo-1 (L/s)
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5252
9-(UFPB) Na reação de decomposição do clorato de potássio, a seguir, verifica-se a formação de 2,24 litros de O2 em 40 segundos, medidos nas CNTP
2KClO3 �2KCl + 3O2
Calcule a velocidade média de produção de O2, expressa em:
a)litro.segundo-1 (L/s)
2,24L O2 -------------------- 40 sx --------------------------1 sx=0,056 LV=0,056 L.s-1
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5353
9-(UFPB) Na reação de decomposição do clorato de potássio, a seguir, verifica-se a formação de 2,24 litros de O2 em 40 segundos, medidos nas CNTP
2KClO3 �2KCl + 3O2
Calcule a velocidade média de produção de O2, expressa em:
b)grama.segundo-1 (g/s)
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5454
9-(UFPB) Na reação de decomposição do clorato de potássio, a seguir, verifica-se a formação de 2,24 litros de O2 em 40 segundos, medidos nas CNTP
2KClO3 �2KCl + 3O2
Calcule a velocidade média de produção de O2, expressa em:
b)grama.segundo-1 (g/s)
1mol O2 = 32g32g O2 -------------------- 22,4 L
x ---------------------- 0,056 Lx=0,08 gV=0,08 g.s-1
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5555
10-(UERJ) A água oxigenada é empregada, freqüentemente, como agente microbicida de ação oxidante local. A liberação do oxigênio, que ocorre durante a sua decomposição, é acelerada por uma enzima presente no sangue. Na limpeza de um ferimento, esse microbicida liberou, ao se decompor, 1,6 g de oxigênio por segundo. Nessas condições, a velocidade de decomposição da água oxigenada, em mol/min, é igual a:
a) 6,0 c) 3,4
b) 5,4 d) 1.7
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5656
2H2O2 � 2H2O + O2
2 mol ---------------------- 1 mol
2 mol ---------------------- 32g
x ------------------------1,6g
x=0,1 mol de H2O2
0,1 mol H2O2 ---------------- 1 s
y ------------------------ 60 s (1min)
y=6 mol
V=6 mol/min ou V=6 mol.min-1
Letra ALetra A
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5757
11-(UFPR) No gráfico a seguir, estão representadas as concentrações, ao longo do tempo, de quatro substâncias — A, B, C e D — que participam de uma reação hipotética.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5858
A partir dessas informações, julgue (V ou F) as afirmações a seguir:
( ) As substâncias A e B são reagentes da reação.
( )A velocidade de produção de C é menor que a velocidade de produção de A.
( )Transcorridos 50 s do início da reação, a concentração de C é maior que a concentração de B.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 5959
( ) Nenhum produto se encontra presente no início da reação.
( ) A mistura das substâncias A e D resulta na produção de B.
( ) As substâncias A, B e D estão presentes no início da reação.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 6060
A partir dessas informações, julgue (V ou F) as afirmações a seguir:
(FF) As substâncias A e B são reagentes da reação.
B e D tem suas concentraB e D tem suas concentraçções diminuões diminuíídas das com o tempo. São essas substâncias, com o tempo. São essas substâncias, portanto, os reagentesportanto, os reagentes
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 6161
(VV)A velocidade de produção de C é menor que a velocidade de produção de A.
Enquanto ha produção de quase 2x10-3 molar de A, apenas 1x10-3 molar de C formado nos 50 segundos decorridos.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 6262
(VV)Transcorridos 50 s do início da reação, a concentração de C é maior que a concentração de B.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 6363
(FF) Nenhum produto se encontra presente no início da reação.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 6464
(FF) A mistura das substâncias A e D resulta na produção de B.
A mistura das substâncias B e D A mistura das substâncias B e D resultam na produresultam na produçção de C e A.ão de C e A.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 6565
(VV) As substâncias A, B e D estão presentes no início da reação.
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 6666
12-(UEPE) O gráfico a seguir representa variação de concentração das espécies A, B e C com o tempo. Qual das alternativas a seguir contém a equação química que melhor descreve a reação representada pelo gráfico?
Prof. Msc. João NetoProf. Msc. João Neto 6767
Pelo gráfico, percebe-se que B e C são reagentes — suas concentrações diminuem com o tempo —, enquanto A é produto (sua concentração aumenta com o tempo). Portanto:
bB + cC � aA
0,5mol B + 1,0mol C � 0,5mol A
1B + 2C � 1A