12.12: Exercícios

12.1 Taxas de reação química

1.

Qual é a diferença entre taxa média, taxa inicial e taxa instantânea?

2.

O ozônio se decompõe em oxigênio de acordo com a equação${\text{2O}}_3(g)⟶{\text{3O}}_2(g).$Escreva a equação que relaciona as expressões de taxa para essa reação em termos do desaparecimento de O ₃ e da formação de oxigênio.

3.

Na indústria nuclear, o trifluoreto de cloro é usado para preparar o hexafluoreto de urânio, um composto volátil de urânio usado na separação de isótopos de urânio. O trifluoreto de cloro é preparado pela reação${\text{Cl}}_2(g)+{\text{3F}}_2(g)⟶{\text{2 cLF}}_3(g).$Escreva a equação que relaciona as expressões de taxa para essa reação em termos do desaparecimento de Cl ₂ e F ₂ e da formação de ClF ₃.

4.

Um estudo da taxa de dimerização de C ₄ H ₆ forneceu os dados mostrados na tabela:
${\text{2C}}_4{\text{H}}_6⟶{\text{C}}_8{\text{H}}_{12}$

Hora (s)	0	1600	3200	4800	6200
[C 4 H 6] (M)	1,00$\times$10 ^−2	5.04$\times$10 ^−3	3,37$\times$10 ^−3	2,53$\times$10 ^−3	2,08$\times$10 ^−3

(a) Determine a taxa média de dimerização entre 0 s e 1600 s e entre 1600 s e 3200 s.

(b) Estime a taxa instantânea de dimerização em 3200 s a partir de um gráfico de tempo versus [C ₄ H ₆]. Quais são as unidades dessa taxa?

(c) Determine a taxa média de formação de C ₈ H ₁₂ a 1600 s e a taxa instantânea de formação a 3200 s a partir das taxas encontradas nas partes (a) e (b).

5.

Um estudo da taxa da reação representada como$2\mathrm{UMA}⟶B$forneceu os seguintes dados:

Hora (s)	0,0	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0	35,0
[A] (M)	1,00	0,775	0,625	0,465	0,360	0,285	0,230

(a) Determine a taxa média de desaparecimento de A entre 0,0 s e 10,0 s e entre 10,0 s e 20,0 s.

(b) Estime a taxa instantânea de desaparecimento de A em 15,0 s a partir de um gráfico de tempo versus [A]. Quais são as unidades dessa taxa?

(c) Use as taxas encontradas nas partes (a) e (b) para determinar a taxa média de formação de B entre 0,00 s e 10,0 s, e a taxa instantânea de formação de B em 15,0 s.

6.

Considere a seguinte reação em solução aquosa:
${\text{5 Br}}^{\text{−}}(\mathit{\text{aq}})+{\text{BRo}}_3{}^{\text{−}}(\mathit{\text{aq}})+{\text{6H}}^{\text{+}}(\mathit{\text{aq}})⟶{\text{3 Br}}_2(\mathit{\text{aq}})+{\text{3H}}_2\text{O (}l)$

Se a taxa de desaparecimento de Br ^— (aq) em um determinado momento durante a reação for 3,5$\times$10 ⁻⁴ mol L ⁻¹ s ⁻¹, qual é a taxa de aparecimento de Br ₂ (aq) naquele momento?

12.2 Fatores que afetam as taxas de reação

7.

Descreva o efeito de cada um dos seguintes na taxa de reação do magnésio metálico com uma solução de ácido clorídrico: a molaridade do ácido clorídrico, a temperatura da solução e o tamanho dos pedaços de magnésio.

8.

Explique por que um ovo cozinha mais lentamente em água fervente em Denver do que em Nova York. (Dica: considere o efeito da temperatura na taxa de reação e o efeito da pressão no ponto de ebulição.)

9.

Vá para a seção interativa Reações e Taxas PhET. Use a guia Colisão Única para representar como a colisão entre oxigênio monoatômico (O) e monóxido de carbono (CO) resulta na quebra de uma ligação e na formação de outra. Puxe o êmbolo vermelho para liberar o átomo e observe os resultados. Em seguida, clique em “Reload Launcher” e mude para “Tiro angular” para ver a diferença.

(a) O que acontece quando o ângulo da colisão é alterado?

(b) Explique como isso é relevante para a taxa de reação.

10.

Na seção interativa de Reações e Taxas PhET, use a aba “Muitas Colisões” para observar como vários átomos e moléculas interagem sob condições variáveis. Selecione uma molécula para bombear para dentro da câmara. Defina a temperatura inicial e selecione as quantidades atuais de cada reagente. Selecione “Mostrar títulos” em Opções. Como a taxa da reação é afetada pela concentração e pela temperatura?

11.

No interativo PhET Reactions & Rates, na guia Many Collisions, configure uma simulação com 15 moléculas de A e 10 moléculas de BC. Selecione “Mostrar títulos” em Opções.

(a) Deixe a temperatura inicial na configuração padrão. Observe a reação. A taxa de reação é rápida ou lenta?

(b) Clique em “Pausar” e depois em “Redefinir tudo” e, em seguida, insira 15 moléculas de A e 10 moléculas de BC mais uma vez. Selecione “Mostrar títulos” em Opções. Desta vez, aumente a temperatura inicial até que, no gráfico, a linha de energia média total esteja completamente acima da curva de energia potencial. Descreva o que acontece com a reação.

12.3 Leis tarifárias

12.

Como a taxa de uma reação e sua constante de taxa diferem?

13.

Duplicar a concentração de um reagente aumenta a taxa de uma reação quatro vezes. Com esse conhecimento, responda às seguintes perguntas:

(a) Qual é a ordem da reação em relação a esse reagente?

(b) Triplicar a concentração de um reagente diferente aumenta a taxa de uma reação três vezes. Qual é a ordem da reação em relação a esse reagente?

14.

Triplicar a concentração de um reagente aumenta a taxa de uma reação em nove vezes. Com esse conhecimento, responda às seguintes perguntas:

(a) Qual é a ordem da reação em relação a esse reagente?

(b) Aumentar a concentração de um reagente em um fator de quatro aumenta a taxa de uma reação em quatro vezes. Qual é a ordem da reação em relação a esse reagente?

15.

Como a taxa de reação mudará no processo:$\text{CO (}g)+{\text{NÃO}}_2(g)⟶{\text{CO}}_2(g)+\text{NÃO (}g)$se a lei de taxa para a reação for$\text{avaliar}=k{\left[{\text{NÃO}}_2\right]}^2?$

(a) Diminuir a pressão de NO ₂ de 0,50 atm para 0,250 atm.

(b) Aumentar a concentração de CO de 0,01 M para 0,03 M.

16.

Como cada uma das seguintes opções afetará a taxa da reação:$\text{CO (}g)+{\text{NÃO}}_2(g)⟶{\text{CO}}_2(g)+\text{NÃO (}g)$se a lei de taxa para a reação for$\text{avaliar}=k\left[{\text{NÃO}}_2\right]\left[\text{CO}\right]$?

(a) Aumentar a pressão de NO ₂ de 0,1 atm para 0,3 atm

(b) Aumentar a concentração de CO de 0,02 M para 0,06 M.

17.

Os voos regulares de aeronaves supersônicas na estratosfera são preocupantes porque essas aeronaves produzem óxido nítrico, NO, como subproduto no escapamento de seus motores. O óxido nítrico reage com o ozônio, e foi sugerido que isso poderia contribuir para o esgotamento da camada de ozônio. A reação$\text{NÃO}+{\text{O}}_3⟶{\text{NÃO}}_2+{\text{O}}_2$é de primeira ordem em relação a NO e O ₃ com uma taxa constante de 2,20$\times$10 ⁷ L/mol/s. Qual é a taxa instantânea de desaparecimento do NO quando [NO] = 3,3$\times$10 ⁻⁶ M e [O ₃] = 5,9$\times$10 ⁻⁷ M?

18.

O fósforo radioativo é usado no estudo dos mecanismos de reação bioquímica porque os átomos de fósforo são componentes de muitas moléculas bioquímicas. A localização do fósforo (e a localização da molécula à qual ele está ligado) pode ser detectada a partir dos elétrons (partículas beta) que ele produz:
${}_{\text{15}}^{\text{32}}\text{P}⟶{}_{16}^{32}\text{S}+{\text{e}}^{-}$
taxa = 4,85$\times$10 ⁻²${\text{dia}}^{-1}\left[{}^{32}\text{P}\right]$

Qual é a taxa instantânea de produção de elétrons em uma amostra com uma concentração de fósforo de 0,0033 M?

19.

A constante de taxa para o decaimento radioativo de ¹⁴ C é 1,21$\times$10 ⁻⁴ anos ⁻¹. Os produtos da decomposição são átomos de nitrogênio e elétrons (partículas beta):
${}_6^{14}\text{C}⟶{}_7^{14}\text{N}+{\text{e}}^{-}$
$\text{avaliar}=k\left[{}_6^{14}\text{C}\right]$

Qual é a taxa instantânea de produção de átomos de N em uma amostra com um teor de carbono 14 de 6,5$\times$10 ⁻⁹ M?

20.

A decomposição do acetaldeído é uma reação de segunda ordem com uma taxa constante de 4,71$\times$10 ⁻⁸ L mol ⁻¹ s ⁻¹. Qual é a taxa instantânea de decomposição do acetaldeído em uma solução com uma concentração de 5,55$\times$10 ⁻⁴ M?

21.

O álcool é removido da corrente sanguínea por uma série de reações metabólicas. A primeira reação produz acetaldeído; em seguida, outros produtos são formados. Os dados a seguir foram determinados para a taxa na qual o álcool é removido do sangue de um homem comum, embora as taxas individuais possam variar de 25 a 30%. As mulheres metabolizam o álcool um pouco mais lentamente do que os homens:

[C 2 H 5 OH] (M)	4.4$\times$10 ^−2	3.3$\times$10 ^−2	2.2$\times$10 ^−2
Taxa (mol L ^−1 h ^−1)	2.0$\times$10 ^−2	2.0$\times$10 ^−2	2.0$\times$10 ^−2

Determine a lei da taxa, a constante da taxa e a ordem geral dessa reação.

22.

Sob certas condições, a decomposição da amônia em uma superfície metálica fornece os seguintes dados:

[NH 3] (M)	1,0$\times$10 ^−3	2.0$\times$10 ^−3	3,0$\times$10 ^−3
Taxa (mol L ^−1 h ^−1)	1,5$\times$10 ^−6	1,5$\times$10 ^−6	1,5$\times$10 ^−6

Determine a lei da taxa, a constante da taxa e a ordem geral dessa reação.

23.

O cloreto de nitrosilo, NOCl, se decompõe em NO e Cl ₂.
$\text{2 sem Cl (}g)⟶\text{2 NÃO (}g)+{\text{Cl}}_2(g)$

Determine a lei da taxa, a constante da taxa e a ordem geral dessa reação a partir dos seguintes dados:

[NoCl] (M)	0,10	0,20	0,30
Taxa (mol L ^−1 h ^−1)	8.0$\times$10 ^−10	3.2$\times$10 ^−9	7.2$\times$10 ^−9

24.

A partir dos dados a seguir, determine a lei da taxa, a constante da taxa e a ordem em relação a A para a reação$\mathrm{UMA}⟶2C.$

[A] (M)	1,33$\times$10 ^−2	2,66$\times$10 ^−2	3,99$\times$10 ^−2
Taxa (mol L ^−1 h ^−1)	3,80$\times$10 ^−7	1,52$\times$10 ^−6	3,42$\times$10 ^−6

25.

O monóxido de nitrogênio reage com o cloro de acordo com a equação:
$\text{2 NÃO (}g)+{\text{Cl}}_2(g)⟶\text{2 sem Cl (}g)$

As seguintes taxas iniciais de reação foram observadas para certas concentrações de reagentes:

[NÃO] (mol/L)	[Cl 2] (mol/L)	Taxa (mol L ^−1 h ^−1)
0,50	0,50	1,14
1,00	0,50	4,56
1,00	1,00	9,12

Qual é a lei de taxas que descreve a dependência da taxa nas concentrações de NO e Cl ₂? Qual é a constante de taxa? Quais são as ordens em relação a cada reagente?

26.

O hidrogênio reage com o monóxido de nitrogênio para formar monóxido de dinitrogênio (gás do riso) de acordo com a equação:${\text{H}}_2(g)+\text{2 NÃO (}g)⟶{\text{N}}_2\text{O (}g)+{\text{H}}_2\text{O (}g)$

Determine a lei da taxa, a constante da taxa e as ordens em relação a cada reagente a partir dos seguintes dados:

[NÃO] (M)	0,30	0,60	0,60
[H 2] (M)	0,35	0,35	0,70
Taxa (mol L ^−1 s ^−1)	2.835$\times$10 ^−3	1,134$\times$10 ^−2	2.268$\times$10 ^−2

27.

Para a reação$\mathrm{UMA}⟶B+C,$os seguintes dados foram obtidos a 30 °C:

[A] (M)	0,230	0,356	0,557
Taxa (mol L ^−1 s ^−1)	4.17$\times$10 ^−4	9,99$\times$10 ^−4	2,44$\times$10 ^−3

(a) Qual é a ordem da reação em relação a [A] e qual é a lei de taxas?

(b) Qual é a constante de taxa?

28.

Para a reação$Q⟶W+X,$os seguintes dados foram obtidos a 30 °C:

[Q] inicial (M)	0,170	0,212	0,357
Taxa (mol L ^−1 s ^−1)	6,68$\times$10 ^−3	1,04$\times$10 ^−2	2,94$\times$10 ^−2

(a) Qual é a ordem da reação em relação a [Q] e qual é a lei de taxas?

(b) Qual é a constante de taxa?

29.

A taxa constante para a decomposição de primeira ordem a 45 °C do pentóxido de dinitrogênio, N ₂ O ₅, dissolvido em clorofórmio, CHCl ₃, é 6,2$\times$10 ⁻⁴ min ⁻¹.
${\text{2N}}_2{\text{O}}_5⟶{\text{4 NÃO}}_2+{\text{O}}_2$

Qual é a taxa da reação quando [N ₂ O ₅] = 0,40 M?

30.

A produção anual de HNO ₃ em 2013 foi de 60 milhões de toneladas métricas. A maior parte foi preparada pela seguinte sequência de reações, cada uma executada em um recipiente de reação separado.

(uma)${\text{4H}}_3(g)+{\text{5O}}_2(g)⟶\text{4 NÃO (}g)+{\text{6H}}_2\text{O (}g)$

(b)$\text{2 NÃO (}g)+{\text{O}}_2(g)⟶{\text{2 NÃO}}_2(g)$

(c)${\text{3 NÃO}}_2(g)+{\text{H}}_2\text{O (}l)⟶{\text{2H NÃO}}_3(\mathrm{uma}q)+\text{NÃO (}g)$

A primeira reação é realizada pela queima de amônia no ar sobre um catalisador de platina. Essa reação é rápida. A reação na equação (c) também é rápida. A segunda reação limita a taxa na qual o ácido nítrico pode ser preparado a partir da amônia. Se a equação (b) é de segunda ordem em NO e primeira ordem em O ₂, qual é a taxa de formação de NO ₂ quando a concentração de oxigênio é 0,50 M e a concentração de óxido nítrico é 0,75 M? A constante de taxa para a reação é 5,8$\times$10 ⁻⁶ L ² mol ⁻² s ⁻¹.

31.

Os seguintes dados foram determinados para a reação:
${\text{EU}}^{\text{−}}+{\text{bobina}}^{\text{−}}⟶{\text{IO}}^{\text{−}}+{\text{Cl}}^{\text{−}}$

	1	2	3
${[{\text{EU}}^{\text{−}}]}_{\text{inicial}}$(M)	0,10	0,20	0,30
${[{\text{bobina}}^{\text{−}}]}_{\text{inicial}}$(M)	0,050	0,050	0,010
Taxa (mol L ^−1 s ^−1)	3,05$\times$10 ^−4	6.20$\times$10 ^−4	1,83$\times$10 ^−4

Determine a lei da taxa e a constante da taxa para essa reação.

12.4 Leis tarifárias integradas

32.

Descreva como os métodos gráficos podem ser usados para determinar a ordem de uma reação e sua constante de taxa a partir de uma série de dados que inclui a concentração de A em momentos variáveis.

33.

Use os dados fornecidos para determinar graficamente a constante de ordem e taxa da seguinte reação:${\text{ENTÃO}}_2{\text{Cl}}_2⟶{\text{ENTÃO}}_2+{\text{Cl}}_2$

Hora (s)	0	5,00$\times$10 ^3	1,00$\times$10 ^4	1,50$\times$10 ^4
[SO 2 Cl 2] (M)	0,100	0,0896	0,0802	0,0719
Hora (s)	2,50$\times$10 ^4	3,00$\times$10 ^4	4,00$\times$10 ^4
[SO 2 Cl 2] (M)	0,0577	0,0517	0,0415

34.

O ozônio puro se decompõe lentamente em oxigênio,${\text{2O}}_3(g)⟶{\text{3O}}_2(g).$Use os dados fornecidos em um método gráfico e determine a constante de ordem e taxa da reação.

Tempo (h)	0	2.0$\times$10 ^3	7.6$\times$10 ^3	1,00$\times$10 ^4
[O 3] (M)	1,00$\times$10 ^−5	4,98$\times$10 ^−6	2,07$\times$10 ^−6	1,66$\times$10 ^−6
Tempo (h)	1,23$\times$10 ^4	1,43$\times$10 ^4	1,70$\times$10 ^4
[O 3] (M)	1,39$\times$10 ^−6	1,22$\times$10 ^−6	1,05$\times$10 ^−6

35.

A partir dos dados fornecidos, use um método gráfico para determinar a constante de ordem e taxa da seguinte reação:
$2X⟶Y+Z$

Hora (s)	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0	30,0	35,0	40,0
[X] (M)	0,0990	0,0497	0,0332	0,0249	0,0200	0,0166	0,0143	0,0125

36.

Qual é a meia-vida da decomposição de primeira ordem do fósforo-32?$({}_{15}^{32}\text{P}⟶{}_{16}^{32}\text{S}+{\text{e}}^{-})$A taxa constante para o decaimento é 4,85$\times$10 ⁻² dias ⁻¹.

37.

Qual é a meia-vida da decomposição de primeira ordem do carbono-14?$({}_6^{14}\text{C}⟶{}_7^{14}\text{N}+{\text{e}}^{-})$A constante de taxa para o decaimento é 1,21$\times$10 ⁻⁴ anos ⁻¹.

38.

Qual é a meia-vida para a decomposição de NOCl quando a concentração de NOCl é 0,15 M? A constante de taxa para essa reação de segunda ordem é 8,0$\times$10 ⁻⁸ L mol ⁻¹ s ⁻¹.

39.

Qual é a meia-vida para a decomposição de O ₃ quando a concentração de O ₃ é 2,35$\times$10 ⁻⁶ M? A constante de taxa para essa reação de segunda ordem é 50,4 L mol ⁻¹ h ⁻¹.

40.

A reação do composto A para dar os compostos C e D foi considerada de segunda ordem em A. A constante de taxa para a reação foi determinada em 2,42 L mol ⁻¹ s ⁻¹. Se a concentração inicial for de 0,500 mol/L, qual é o valor de t _1/2?

41.

A meia-vida de uma reação do composto A para dar os compostos D e E é de 8,50 min quando a concentração inicial de A é 0,150 M. Quanto tempo levará para que a concentração caia para 0,0300 M se a reação for (a) de primeira ordem em relação a A ou (b) segunda ordem em relação a A?

42.

Algumas bactérias são resistentes ao antibiótico penicilina porque produzem penicilinase, uma enzima com peso molecular de 3$\times$10 ⁴ g/mol que converte a penicilina em moléculas inativas. Embora a cinética das reações catalisadas por enzimas possa ser complexa, em baixas concentrações essa reação pode ser descrita por uma lei de taxa que é de primeira ordem no catalisador (penicilinase) e que também envolve a concentração de penicilina. A partir dos seguintes dados: 1,0 L de uma solução contendo 0,15 µg (0,15$\times$10 ⁻⁶ g) de penicilinase, determine a ordem da reação em relação à penicilina e o valor da constante de taxa.

[Penicilina] (M)	Taxa (mol L ^−1 min ^−1)
2.0$\times$10 ^−6	1,0$\times$10 ^−10
3,0$\times$10 ^−6	1,5$\times$10 ^−10
4.0$\times$10 ^−6	2.0$\times$10 ^−10

43.

Tanto o tecnécio-99 quanto o tálio-201 são usados para obter imagens do músculo cardíaco em pacientes com suspeita de problemas cardíacos. As meias-vidas são de 6 h e 73 h, respectivamente. Qual porcentagem da radioatividade permaneceria para cada um dos isótopos após 2 dias (48 h)?

44.

Existem duas moléculas com a fórmula C ₃ H ₆. Propeno,${\text{CH}}_3\text{CH}={\text{CH}}_2,$é o monômero do polímero polipropileno, usado para tapetes internos e externos. O ciclopropano é usado como anestésico:

Quando aquecido a 499 °C, o ciclopropano se reorganiza (isomeriza) e forma propeno com uma taxa constante de
5,95$\times$10 ⁻⁴ s ⁻¹. Qual é a meia-vida dessa reação? Qual fração do ciclopropano permanece após 0,75 h a 499 °C?

45.

O flúor-18 é um isótopo radioativo que decai por emissão de pósitrons para formar oxigênio-18 com meia-vida de 109,7 min. (Um pósitron é uma partícula com a massa de um elétron e uma única unidade de carga positiva; a equação é${}_9^{18}\text{F}⟶{}_8^{18}\text{O}+{}_{\mathrm{+1}}^0\text{e})$ Os médicos usam ¹⁸ F para estudar o cérebro injetando uma quantidade de glicose substituída por flúor no sangue de um paciente. A glicose se acumula nas regiões onde o cérebro está ativo e precisa ser nutrida.

(a) Qual é a constante de taxa para a decomposição do flúor-18?

(b) Se uma amostra de glicose contendo flúor-18 radioativo for injetada no sangue, qual porcentagem da radioatividade permanecerá após 5,59 h?

(c) Quanto tempo leva para 99,99% do ¹⁸ F decair?

46.

Suponha que a meia-vida dos esteróides tomados por um atleta seja de 42 dias. Supondo que os esteróides se biodegradem por um processo de primeira ordem, quanto tempo demoraria para$\frac{1}{64}$da dose inicial para permanecer no corpo do atleta?

47.

Recentemente, o esqueleto do rei Ricardo III foi encontrado embaixo de um estacionamento na Inglaterra. Se as amostras de tecido do esqueleto contêm cerca de 93,79% do carbono-14 esperado em tecidos vivos, em que ano o rei Ricardo III morreu? A meia-vida do carbono-14 é de 5 a 30 anos.

48.

A nitroglicerina é um explosivo extremamente sensível. Em uma série de experimentos cuidadosamente controlados, amostras do explosivo foram aquecidas a 160 °C e sua decomposição de primeira ordem estudada. Determine as constantes de taxa média para cada experimento usando os seguintes dados:

Inicial [C 3 H 5 N 3 O 9] (M)	4,88	3,52	2,29	1,81	5.33	4,05	2,95	1,72
t (s)	300	300	300	300	180	180	180	180
% Decomposto	52,0	52,9	53.2	53,9	34,6	35,9	36,0	35,4

49.

Nos últimos 10 anos, o hidrocarboneto insaturado 1,3-butadieno$({\text{CH}}_{\text{2}}=\text{CH}—\text{CH}={\text{CH}}_2)$ficou em 38º lugar entre os 50 principais produtos químicos industriais. É usado principalmente para a fabricação de borracha sintética. Um isômero também existe como ciclobuteno:

A isomerização do ciclobuteno em butadieno é de primeira ordem e a constante da taxa foi medida como 2,0$\times$10 ⁻⁴ s ⁻¹ a 150 °C em um frasco de 0,53 L. Determine a pressão parcial do ciclobuteno e sua concentração após 30,0 minutos se uma reação de isomerização for realizada a 150 °C com uma pressão inicial de 55 torr.

12.5 Teoria da colisão

50.

As reações químicas ocorrem quando os reagentes colidem. Quais são os dois fatores que podem impedir que uma colisão produza uma reação química?

51.

Quando cada colisão entre reagentes leva a uma reação, o que determina a taxa na qual a reação ocorre?

52.

Qual é a energia de ativação de uma reação e como essa energia está relacionada ao complexo ativado da reação?

53.

Considere a relação entre a taxa de uma reação e sua energia de ativação.

54.

Descreva como métodos gráficos podem ser usados para determinar a energia de ativação de uma reação a partir de uma série de dados que inclui a taxa de reação em temperaturas variáveis.

55.

Como um aumento na temperatura afeta a taxa de reação? Explique esse efeito em termos da teoria de colisão da taxa de reação.

56.

A taxa de uma determinada reação dobra a cada aumento de temperatura de 10 °C.

(a) Quanto mais rápido a reação ocorre a 45° C do que a 25° C?

(b) Quanto mais rápido a reação prossegue a 95° C do que a 25° C?

57.

Em um experimento, uma amostra de NaClO ₃ foi 90% decomposta em 48 min. Aproximadamente quanto tempo essa decomposição levaria se a amostra tivesse sido aquecida 20 °C acima? (Dica: suponha que a taxa dobre para cada aumento de temperatura de 10 °C.)

58.

A constante de taxa a 325 °C para a reação de decomposição${\text{C}}_4{\text{H}}_8⟶{2\text{C}}_2{\text{H}}_4$é 6,1$\times$10 ⁻⁸ s ⁻¹, e a energia de ativação é 261 kJ por mol de C ₄ H ₈. Determine o fator de frequência da reação.

59.

A constante de taxa para a decomposição do acetaldeído, CH ₃ CHO, em metano, CH ₄ e monóxido de carbono, CO, na fase gasosa é 1,1$\times$10 ⁻² L mol ⁻¹ s ⁻¹ a 703 K e 4,95 L mol ⁻¹ s ^{−1 a} 865 K. Determine a energia de ativação para essa decomposição.

60.

Um nível elevado da enzima fosfatase alcalina (ALP) no soro humano é uma indicação de possível doença hepática ou óssea. O nível sérico de ALP é tão baixo que é muito difícil medir diretamente. No entanto, o ALP catalisa várias reações e sua concentração relativa pode ser determinada medindo a taxa de uma dessas reações sob condições controladas. Uma dessas reações é a conversão do p-nitrofenil fosfato (PNPP) em íon p-nitrofenóxido (PNP) e íon fosfato. O controle da temperatura durante o teste é muito importante; a taxa da reação aumenta 1,47 vezes se a temperatura mudar de 30 °C para 37 °C. Qual é a energia de ativação para a conversão catalisada por ALP de PNPP em PNP e fosfato?

61.

Em termos da teoria da colisão, a qual das seguintes é proporcional a taxa de uma reação química?

(a) a mudança na energia livre por segundo

(b) a mudança na temperatura por segundo

(c) o número de colisões por segundo

(d) o número de moléculas do produto

62.

O iodeto de hidrogênio, HI, se decompõe na fase gasosa para produzir hidrogênio, H ₂ e iodo, I ₂. O valor da constante de taxa, k, para a reação foi medido em várias temperaturas diferentes e os dados são mostrados aqui:

Temperatura (K)	k (L mol ^−1 s ^−1)
555	6.23$\times$10 ^−7
575	2,42$\times$10 ^−6
645	1,44$\times$10 ^−4
700	2,01$\times$10 ^−3

Qual é o valor da energia de ativação (em kJ/mol) para essa reação?

63.

O elemento Co existe em dois estados de oxidação, Co (II) e Co (III), e os íons formam muitos complexos. A taxa na qual um dos complexos de Co (III) foi reduzido em Fe (II) na água foi medida. Determine a energia de ativação da reação a partir dos seguintes dados:

T (K)	k (s ^−1)
293	0,054
298	0,100

64.

A hidrólise do açúcar sacarose em açúcares glicose e frutose,
${\text{C}}_{12}{\text{H}}_{22}{\text{O}}_{11}+{\text{H}}_2\text{O}⟶{\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6+{\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$

segue uma lei de taxa de primeira ordem para o desaparecimento da sacarose: taxa = k [C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁] (Os produtos da reação, glicose e frutose, têm as mesmas fórmulas moleculares, mas diferem na disposição dos átomos em suas moléculas.)

(a) Em solução neutra, k = 2,1$\times$10 ⁻¹¹ s ^{−1 a} 27 °C e 8,5$\times$10 ⁻¹¹ s ⁻¹ a 37 °C. Determine a energia de ativação, o fator de frequência e a constante de taxa para esta equação a 47 °C (assumindo que a cinética permanece consistente com a equação de Arrhenius nesta temperatura).

(b) Quando uma solução de sacarose com uma concentração inicial de 0,150 M atinge o equilíbrio, a concentração de sacarose é 1,65$\times$10 ⁻⁷ M. Quanto tempo a solução levará para atingir o equilíbrio a 27 °C na ausência de um catalisador? Como a concentração de sacarose em equilíbrio é muito baixa, suponha que a reação seja irreversível.

(c) Por que assumir que a reação é irreversível simplifica o cálculo na parte (b)?

65.

Use a simulação interativa PhET Reactions & Rates para simular um sistema. Na guia “Colisão única” do applet de simulação, ative a “Visualização de energia” clicando no ícone “+”. Selecione o primeiro$\mathrm{UMA}+BC⟶\mathrm{UMA}B+C$reação (A é amarelo, B é roxo e C é azul marinho). Usando a opção padrão “tiro direto”, tente lançar o átomo A com quantidades variáveis de energia. O que muda quando a linha de Energia Total no lançamento está abaixo do estado de transição da linha de Energia Potencial? Por quê? O que acontece quando está acima do estado de transição? Por quê?

66.

Use a simulação interativa PhET Reactions & Rates para simular um sistema. Na guia “Colisão única” do applet de simulação, ative a “Visualização de energia” clicando no ícone “+”. Selecione o primeiro$\mathrm{UMA}+BC⟶\mathrm{UMA}B+C$reação (A é amarelo, B é roxo e C é azul marinho). Usando a opção “tiro angular”, tente lançar o átomo A com ângulos variados, mas com mais energia total do que o estado de transição. O que acontece quando o átomo A atinge a molécula BC de diferentes direções? Por quê?

12.6 Mecanismos de reação

67.

Por que as reações elementares envolvendo três ou mais reagentes são muito incomuns?

68.

Em geral, podemos prever o efeito da duplicação da concentração de A na taxa da reação geral?$\mathrm{UMA}+B⟶C$? Podemos prever o efeito se a reação for conhecida por ser uma reação elementar?

69.

Defina esses termos:

(a) reação unimolecular

(b) reação bimolecular

(c) reação elementar

(d) reação geral

70.

Qual é a lei de taxas para a reação termolecular elementar$\mathrm{UMA}+2B⟶\text{produtos?}$Para$3\mathrm{UMA}⟶\text{produtos?}$

71.

Dadas as seguintes reações e as leis de taxa correspondentes, em qual das reações a reação elementar e a reação geral podem ser iguais?

$\begin{array}{ll}\text{(uma)}& {\text{Cl}}_2+\text{CO}⟶{\text{Cl}}_2\text{CO}\\ & \text{avaliar}=k{\left[{\text{Cl}}_2\right]}^{\text{3/2}}\left[\text{CO}\right]\end{array}$

$\begin{array}{ll}\text{(b)}& {\text{PCl}}_3+{\text{Cl}}_2⟶{\text{PCl}}_5\\ & \text{avaliar}=k\left[{\text{PCl}}_3\right]\left[{\text{Cl}}_2\right]\end{array}$

$\begin{array}{ll}\text{(c)}& 2\text{NÃO}+{\text{H}}_2⟶{\text{N}}_2+{\text{H}}_2{\text{O}}_2\\ & \text{avaliar}=k\left[\text{NÃO}\right]\left[{\text{H}}_2\right]\end{array}$

$\begin{array}{ll}\text{(d)}& 2\text{NÃO}+{\text{O}}_2⟶2{\text{NÃO}}_2\\ & \text{avaliar}=k{\text{[NÃO]}}^2\left[{\text{O}}_2\right]\end{array}$

$\begin{array}{ll}\text{(e)}& \text{NÃO}+{\text{O}}_3⟶{\text{NÃO}}_2+{\text{O}}_2\\ & \text{avaliar}=k\left[\text{NÃO}\right]\left[{\text{O}}_3\right]\end{array}$

72.

Escreva a lei de taxas para cada uma das seguintes reações elementares:

(uma)${\text{O}}_3\stackrel{\text{Luz do sol}}{\to }{\text{O}}_2+\text{O}$

(b)${\text{O}}_3+\text{Cl}⟶{\text{O}}_2+\text{ClO}$

(c)$\text{ClO}+\text{O}⟶\text{Cl}+{\text{O}}_2$

(d)${\text{O}}_3+\text{NÃO}⟶{\text{NÃO}}_2+{\text{O}}_2$

(e)${\text{NÃO}}_2+\text{O}⟶\text{NÃO}+{\text{O}}_2$

73.

O monóxido de nitrogênio, NO, reage com o hidrogênio, H ₂, de acordo com a seguinte equação:
$2\text{NÃO}+2{\text{H}}_2⟶{\text{N}}_2+2{\text{H}}_2\text{O}$

Qual seria a lei tarifária se o mecanismo dessa reação fosse:
$\begin{array}{l}2\text{NÃO}+{\text{H}}_2⟶{\text{N}}_2+{\text{H}}_2{\text{O}}_2\left(\text{lento}\right)\\ {\text{H}}_2{\text{O}}_2+{\text{H}}_2⟶2{\text{H}}_2\text{O}\left(\text{veloz}\right)\end{array}$

74.

Experimentos foram conduzidos para estudar a taxa da reação representada por essa equação. ²
$\text{2 NÃO}(g)+2{\text{H}}_2(g)⟶{\text{N}}_2(g)+2{\text{H}}_2\text{O}(g)$

As concentrações iniciais e as taxas de reação são dadas aqui.

Experimento	Concentração inicial [NO] (mol L ^−1)	Concentração inicial, [H 2] (mol L ^−1 min ^−1)	Taxa inicial de formação de N 2 (mol L ^−1 min ^−1)
1	0,0060	0,0010	1.8$\times$10 ^−4
2	0,0060	0,0020	3.6$\times$10 ^−4
3	0,0010	0,0060	0,30$\times$10 ^−4
4	0,0020	0,0060	1.2$\times$10 ^−4

Considere as seguintes perguntas:

(a) Determine a ordem de cada um dos reagentes, NO e H ₂, a partir dos dados fornecidos e mostre seu raciocínio.

(b) Escreva a lei geral da taxa para a reação.

(c) Calcule o valor da constante de taxa, k, para a reação. Inclua unidades.

(d) Para o experimento 2, calcule a concentração de NO restante quando exatamente metade da quantidade original de H ₂ foi consumida.

(e) A seguinte sequência de etapas elementares é um mecanismo proposto para a reação.

Etapa 1:$\text{NÃO}+\text{NÃO}\rightleftharpoons {\text{N}}_2{\text{O}}_2$

Etapa 2:${\text{N}}_2{\text{O}}_2+{\text{H}}_2\rightleftharpoons {\text{H}}_2\text{O}+{\text{N}}_2\text{O}$

Etapa 3:${\text{N}}_2\text{O}+{\text{H}}_2\rightleftharpoons {\text{N}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$

Com base nos dados apresentados, qual deles é a etapa determinante da taxa? Mostre que o mecanismo é consistente com a lei de taxa observada para a reação e com a estequiometria geral da reação.

75.

A reação do CO com o Cl ₂ produz fosgênio (CoCl ₂), um gás nervoso usado na Primeira Guerra Mundial. Use o mecanismo mostrado aqui para concluir os seguintes exercícios:
${\text{Cl}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{Cl}(g)$(rápido, k ₁ representa a constante de taxa direta, k ₋₁ a constante de taxa reversa)
$\text{CO}(g)+\text{Cl}(g)⟶\text{CoCl}(g)$(lento, k ₂ a taxa constante)
$\text{CoCl}(g)+\text{Cl}(g)⟶{\text{CoCl}}_2(g)$(rápido, k ₃ a taxa constante)

(a) Escreva a reação geral.

(b) Identifique todos os intermediários.

(c) Escreva a lei de taxas para cada reação elementar.

(d) Escreva a expressão geral da lei de taxas.

12.7 Catálise

76.

Considere o aumento na taxa de reação provocado por um catalisador.

77.

Compare as funções de catalisadores homogêneos e heterogêneos.

78.

Considere esse cenário e responda às seguintes perguntas: Átomos de cloro resultantes da decomposição de clorofluorometanos, como CCl ₂ F ₂, catalisam a decomposição do ozônio na atmosfera. Um mecanismo simplificado para a decomposição é:
$\begin{array}{}\\ \\ {\text{O}}_3\stackrel{\text{Luz do sol}}{\to }{\text{O}}_2+\text{O}\\ {\text{O}}_3+\text{Cl}⟶{\text{O}}_2+\text{ClO}\\ \text{ClO}+\text{O}⟶\text{Cl}+{\text{O}}_2\end{array}$

(a) Explique por que os átomos de cloro são catalisadores na transformação em fase gasosa:
$2{\text{O}}_3⟶3{\text{O}}_2$

(b) O óxido nítrico também está envolvido na decomposição do ozônio pelo mecanismo:
$\begin{array}{}\\ {\text{O}}_3\stackrel{\text{Luz do sol}}{\to }{\text{O}}_2+\text{O}\\ {\text{O}}_3+\text{NÃO}⟶{\text{NÃO}}_2+{\text{O}}_2\\ {\text{NÃO}}_2+\text{O}⟶\text{NÃO}+{\text{O}}_2\end{array}$

O NO é um catalisador para a decomposição? Explique sua resposta.

79.

Para cada um dos seguintes pares de diagramas de reação, identifique qual dos pares está catalisado:

(uma)

(b)

80.

Para cada um dos seguintes pares de diagramas de reação, identifique qual dos pares está catalisado:

(uma)

(b)

81.

Para cada um dos seguintes diagramas de reação, estime a energia de ativação (E _a) da reação:

(uma)

(b)

82.

Para cada um dos seguintes diagramas de reação, estime a energia de ativação (E _a) da reação:

(uma)

(b)

83.

Supondo que os diagramas do Exercício 12.81 representem mecanismos diferentes para a mesma reação, qual das reações tem a taxa mais rápida?

84.

Considere as semelhanças e diferenças nos dois diagramas de reação mostrados no Exercício 12.82. Esses diagramas representam duas reações gerais diferentes ou representam a mesma reação geral ocorrendo por dois mecanismos diferentes? Explique sua resposta.

Notas de pé

• 2 Esta pergunta foi retirada do Exame de Colocação Avançada de Química e é usada com a permissão do Educational Testing Service.