Cinética Química Parte I 1. (Enem 2ª aplicação 2010) Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no contexto da preparação e da conservação de alimentos: 1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. Esse procedimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos. 2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão. 3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias produtoras de enzimas que aceleram as reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas. Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? a) Temperatura, superfície de contato e concentração. b) Concentração, superfície de contato e catalisadores. c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. d) Superfície de contato, temperatura e concentração. e) Temperatura, concentração e catalisadores. 2. (Uerj 2014) Em um experimento, são produzidos feixes de átomos de hidrogênio, de hélio, de prata e de chumbo. Estes átomos deslocam-se paralelamente com velocidades de mesma magnitude. Suas energias cinéticas valem, respectivamente, EH, EHe, EAg e EPb. A relação entre essas energias é dada por: a) EHe > EH > EPb > EAg b) EAg > EPb > EH > EHe c) EH > EHe > EAg > EPb d) EPb > EAg > EHe > EH 3. (Unesp 2013) Em um laboratório de química, dois estudantes realizam um experimento com o objetivo de determinar a velocidade da reação apresentada a seguir. automóveis tem contribuído para redução da taxa de aumento da poluição urbana. São representadas duas curvas das energias envolvidas na reação das espécies reagentes A + B → C + D na presença e na ausência do catalisador. Em relação à sua atuação no processo reacional, é correto afirmar que o catalisador a) aumenta a energia de ativação da reação direta, diminui a energia de ativação da reação inversa e desloca o equilíbrio reacional no sentido dos produtos. b) aumenta a energia de ativação da reação direta, aumenta a energia de ativação da reação inversa e não altera o equilíbrio reacional. c) diminui a energia de ativação da reação direta, aumenta a energia de ativação da reação inversa e desloca o equilíbrio reacional no sentido dos produtos. d) diminui a energia de ativação da reação direta, diminui a energia de ativação da reação inversa e não altera o equilíbrio reacional. e) diminui a energia de ativação da reação direta, diminui a energia de ativação da reação inversa e desloca o equilíbrio reacional no sentido dos produtos. 5. (Fuvest 2013) Quando certos metais são colocados em contato com soluções ácidas, pode haver formação de gás hidrogênio. Abaixo, segue uma tabela elaborada por uma estudante de Química, contendo resultados de experimentos que ela realizou em diferentes condições. MgCO3 ( s ) + 2HCℓ ( aq) → MgCℓ 2 ( aq ) + H2O ( ℓ ) + CO2 ( g ) Sabendo que a reação ocorre em um sistema aberto, o parâmetro do meio reacional que deverá ser considerado para a determinação da velocidade dessa reação é 2+ a) a diminuição da concentração de íons Mg . b) o teor de umidade no interior do sistema. c) a diminuição da massa total do sistema. d) a variação da concentração de íons Cℓ− . e) a elevação da pressão do sistema. 4. (Fgv 2013) O uso de catalisadores para diminuir a emissão de gases poluentes pelos escapamentos dos www.soexatas.com Página 1 Experi mento 1 2 3 4 Reagentes Solução de HCℓ ( aq) de Metal concentraçã o 0,2 mol/L 1,0 g de Zn 200 mL (raspas ) 1,0 g 200 mL de Cu (fio) 1,0 g 200 mL de Zn (pó) 1,0 g de Zn (raspas 200 mL ) + 1,0 g de Cu (fio) Tempo para liberar 30 mL de H2 Observaçõe s 30 s Liberação de H2 e calor Não liberou H2 Sem alterações 18 s Liberação de H2 e calor 8s Liberação de H2 e calor; massa de Cu não se alterou Após realizar esses experimentos, a estudante fez três afirmações: I. A velocidade da reação de Zn com ácido aumenta na presença de Cu. II. O aumento na concentração inicial do ácido causa o aumento da velocidade de liberação do gás H2. III. Os resultados dos experimentos 1 e 3 mostram que, quanto maior o quociente superfície de contato/massa total de amostra de Zn, maior a velocidade de reação. Com os dados contidos na tabela, a estudante somente poderia concluir o que se afirma em a) I. b) II. c) I e II. d) I e III. e) II e III. 6. (Unesp 2013) O esquema apresentado descreve os diagramas energéticos para uma mesma reação química, realizada na ausência e na presença de um agente catalisador. Com base no esquema, responda qual a curva que representa a reação na presença de catalisador. Explique sua resposta e faça uma previsão sobre a variação da entalpia dessa reação na ausência e na presença do catalisador. 7. (Ufmg 2013) Para investigar a cinética de reações de – oxirredução envolvendo o íon iodeto, I , e iodo, I2, um estudante utilizou duas substâncias: o persulfato de potássio, K2S2O8, capaz de promover a oxidação do iodeto e o tiossulfato de potássio, K2S2O3, capaz de promover a redução do iodo. As equações químicas das reações envolvendo essas espécies estão apresentadas na tabela. Equaçã o Reação I K 2S2O8 ( aq) + 2KI ( aq ) → 2K 2SO4 ( aq) + I2 ( aq II 2K 2S2O3 ( aq ) + I2 ( aq ) → K 2S4 O6 ( aq) + 2KI ( aq Com essas informações, o estudante propôs um experimento, no qual adicionou a dois tubos de ensaio, A e B, as seguintes soluções: Tubo A: 10 mL de KI, 0,5 mol/L + 10 mL de K2S2O3, 0,01 mol/L. Tubo B: 10 mL de K2S2O8, 0,02 mol/L + gotas de solução de amido. a) CALCULE as quantidades, em mol, dos reagentes contidos nos dois tubos. Em seguida, ele transferiu o conteúdo do tubo A para o tubo B. Quando o conteúdo dos dois tubos foi misturado, ocorreu a produção de iodo, de acordo com a reação I, e o seu consumo, de acordo com a reação II, ambas indicadas na tabela desta questão. b) O primeiro reagente a ser consumido completamente é o KI, K2S2O3 ou K2S2O8? Transcorridos alguns minutos, a solução, que inicialmente era incolor, adquiriu uma coloração azul. Essa cor aparece www.soexatas.com Página 2 somente quando o iodo, I2, se liga ao amido, uma reação que é muito rápida. c) EXPLIQUE por que a cor somente aparece após algum tempo de reação. d) Considerando-se as reações I e II, sabe-se que a I é lenta e que a II é rápida. EXPLIQUE como se modificariam as observações feitas durante o experimento, caso a reação I fosse rápida e a reação II fosse lenta. 8. (Uepg 2013) No ar poluído pode ocorrer a reação representada abaixo entre o dióxido de nitrogênio (NO2 ) e o ozônio ( O3 ) : NO2( g) + O3( g) ⇌ NO3( g) + O2( g) Para essa reação, os seguintes dados foram obtidos a 25 °C: Velocidade inicial ( mol L ⋅ s ) Experiment o Concentraçã o inicial de NO2 (mol/L) Concentraçã o inicial de O3 (mol/L) 1 5,0 × 10 −6 1,0 × 10 −6 2,2 × 10 −3 2 5,0 × 10 −6 2,0 × 10 −6 4,4 × 10−3 3 2,5 × 10−6 2,0 × 10 −6 2,2 × 10 −3 De acordo com os dados da tabela, assinale o que for correto. 01) A ordem global da reação é 2. 02) A expressão da lei cinética da reação é υ = k [NO2 ] [O3 ]. 04) A ordem da reação em relação ao O3 é 2, pois duplicando a sua concentração a velocidade também é duplicada. 08) Utilizando os dados do experimento 1, o valor da constante de velocidade para essa reação é de 4,4 × 108 mol L ⋅ s. 16) A velocidade da reaחדo independe da concentraחדo de NO 2 . 9. (Ime 2013) O gráfico abaixo ilustra as variações de energia devido a uma reação química conduzida nas mesmas condições iniciais de temperatura, pressão, volume de reator e quantidades de reagentes em dois sistemas diferentes. Estes sistemas diferem apenas pela presença de catalisador. Com base no gráfico, é possível afirmar que: www.soexatas.com a) A curva 1 representa a reação catalisada, que ocorre com absorção de calor. b) A curva 2 representa a reação catalisada, que ocorre com absorção de calor. c) A curva 1 representa a reação catalisada com energia de ativação dada por E1 + E3 . d) A curva 2 representa a reação não catalisada, que ocorre com liberação de calor e a sua energia de ativação é dada por E2 + E3 . e) A curva 1 representa a reação catalisada, que ocorre com liberação de calor e a sua energia de ativação é dada por E1. 10. (Espcex (Aman) 2013) A água oxigenada ou solução aquosa de peróxido de hidrogênio (H2O2 ) é uma espécie bastante utilizada no dia a dia na desinfecção de lentes de contato e ferimentos. A sua decomposição produz oxigênio gasoso e pode ser acelerada por alguns fatores como o incremento da temperatura e a adição de catalisadores. Um estudo experimental da cinética da reação de decomposição da água oxigenada foi realizado alterando-se fatores como a temperatura e o emprego de catalisadores, seguindo as condições experimentais listadas na tabela a seguir: 1 Tempo de Duração da Reação no Experimento (t) t1 2 t2 75 ausente 3 t3 90 presente 4 t4 90 ausente Condição Experimental Temperatura (°C) Catalisador 60 ausente Analisando os dados fornecidos, assinale a alternativa correta que indica a ordem crescente dos tempos de duração dos experimentos. a) t1 < t 2 < t 3 < t 4 b) t 3 < t 4 < t 2 < t1 c) t 3 < t 2 < t1 < t 4 d) t 4 < t 2 < t3 < t1 e) t1 < t 3 < t 4 < t 2 Página 3 11. (Pucrj 2013) Para a reação entre duas substâncias moleculares em fase gasosa, considerando a teoria das colisões, o aumento da velocidade da reação causada pela presença de um catalisador é devido: a) ao aumento instantâneo da temperatura que acelera a agitação das moléculas. b) ao aumento da taxa de colisão entre os reagentes, porém preservando a energia necessária para que a colisão gere produtos. c) à diminuição da energia de ativação para que a colisão entre as moléculas, no início da reação, gere produtos. d) ao aumento da energia de ativação que é a diferença entre a energia final dos reagentes e dos produtos. e) à diminuição da variação de entalpia da reação. d) menos intensa e de menor duração que numa temperatura mais alta. 14. (Uftm 2012) A formação do ácido nítrico (HNO3 ) pelo processo Ostwald pode ocorrer em duas etapas pela reação da amônia (NH3 ) com o oxigênio do ar. Entretanto, este processo só é viável em escala industrial quando essa reação é realizada sobre a superfície de platina, pois a cinética reacional é favorecida. Na figura, é representado o diagrama da energia potencial, considerando-se a primeira etapa do processo na ausência da platina. 12. (Cefet MG 2013) A síntese do álcool terc-butílico pode ser realizada via substituição nucleofílica de 1ª ordem, a partir do cloreto de terc-butila, de acordo com as etapas descritas. I. (CH3 )3 C Cℓ II. (CH3 )3 C+ → (CH3 )3 C+ + H2O + Cℓ− → (CH3 )3 C OH2+ (lenta) (rápida) III. (CH3 )3 C OH2+ → (CH3 )3 C OH + H+ (rápida) A velocidade v para essa reação de síntese é expressa por a) k[(CH3 )3 C Cℓ] b) k[(CH3 )3 C OH2+ ] c) k[(CH3 )3 C+ ]2 [Cℓ − ] d) k[(CH3 )3 C OH][H+ ] e) k[(CH3 )3 C+ ][(CH3 )3 C OH2+ ] 13. (Unicamp 2012) Glow sticks ou light sticks são pequenos tubos plásticos utilizados em festas por causa da luz que eles emitem. Ao serem pressionados, ocorre uma mistura de peróxido de hidrogênio com um éster orgânico e um corante. Com o tempo, o peróxido e o éster vão reagindo, liberando energia que excita o corante, que está em excesso. O corante excitado, ao voltar para a condição não excitada, emite luz. Quanto maior a quantidade de moléculas excitadas, mais intensa é a luz emitida. Esse processo é contínuo, enquanto o dispositivo funciona. Com base no conhecimento químico, é possível afirmar que o funcionamento do dispositivo, numa temperatura mais baixa, mostrará uma luz a) mais intensa e de menor duração que numa temperatura mais alta. b) mais intensa e de maior duração que numa temperatura mais alta. c) menos intensa e de maior duração que numa temperatura mais alta. www.soexatas.com a) Apresente a variação do número de oxidação do átomo de nitrogênio na conversão de amônia em ácido nítrico. Quanto ao calor de reação, como se classifica a primeira etapa do processo Ostwald? Justifique. b) Qual é a função da platina no processo da síntese do ácido nítrico? Refaça o desenho do diagrama de energia apresentado na figura, considerando dois caminhos de reação, com e sem o uso da platina. 15. (Ita 2002) Considere uma reação química representada pela equação: Reagentes → Produtos. A figura a seguir mostra esquematicamente como varia a energia potencial (Ep) deste sistema reagente em função do avanço da reação química. As letras a, b, c, d e e representam diferenças de energia. Com base nas informações apresentadas na figura é CORRETO afirmar que a) a energia de ativação da reação direta é a diferença de energia dada por c - a + d. Página 4 b) a variação de entalpia da reação é a diferença de energia dada por e - d. c) a energia de ativação da reação direta é a diferença de energia dada por b + d. d) a variação de entalpia da reação é a diferença de energia dada por e - (a + b). e) a variação de entalpia da reação é a diferença de energia dada por e. 16. (Mackenzie 2002) A combustão da gasolina pode ser equacionada por: C8H18 + O2 → CO2 + H2O (equação não balanceada) Considere que após uma hora e meia de reação foram produzidos 36 mols de CO2. Dessa forma, a velocidade de reação, expressa em número de mols de gasolina consumida por minuto, é de: a) 3,0 b) 4,5 c) 0,1 d) 0,4 e) 0,05 Ligação H−H N≡N H−N Energia de -1 Ligação (kJ.mol ) 436 944 390 c) Suponha que a uma determinada temperatura T foram colocados, em um recipiente de 2,0 litros de capacidade, 2,0 mols de gás nitrogênio e 4,0 mols de gás hidrogênio. Calcule o valor da constante de equilíbrio, Kc, sabendo que havia se formado 2,0 mols de amônia ao se atingir o equilíbrio. d) Considere que a lei de velocidade para a reação de formação da amônia é v = k [H2 ]3 [N2 ]. Calcule quantas vezes a velocidade final aumenta, quando a concentração de nitrogênio é duplicada e a de hidrogênio é triplicada, mantendo-se a temperatura constante. 2. (Ufjf 2006) Considere o diagrama de energia da reação de decomposição do H2O2 representado. Parte II 1. (Ufjf 2012) A síntese da amônia foi desenvolvida por Haber-Bosh e teve papel importante durante a 1ª Guerra Mundial. A Alemanha não conseguia importar salitre para fabricação dos explosivos e, a partir da síntese de NH3, os alemães produziam o HNO3 e deste chegavam aos explosivos de que necessitavam. A equação que representa sua formação é mostrada abaixo: 3H2(g) + N2(g) ⇌ 2NH3(g) a) A partir da equação química para a reação de formação da amônia, descrita acima, e sabendo que a reação apresenta ∆H < 0, o que aconteceria com o equilíbrio, caso a temperatura do sistema aumentasse? b) Calcule a variação de entalpia da formação da amônia, a partir das energias de ligação mostradas na tabela a seguir, a 298K: Assinale a alternativa INCORRETA: a) A reação de decomposição do H2O2 é exotérmica. b) A curva "A" apresenta maior energia de ativação que a curva "B". c) A presença de um catalisador afeta o ∆H da reação. d) A curva "B" representa a reação com a presença de um catalisador. e) A letra "Z" representa o ∆H da reação de decomposição do H2O2. Observe a equação química que representa a produção do açúcar invertido: Parte III H+ 1. (Uerj 2012) O açúcar invertido é composto por uma mistura de glicose e frutose; já o açúcar comum é constituído somente por sacarose. A solução aquosa do açúcar invertido mantém-se no estado líquido sob condições ambientes, pois possui menor temperatura de congelamento do que a do açúcar comum. www.soexatas.com C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 sacarose glicos e frutose Em um processo de fabricação de açúcar invertido, a velocidade da reação foi medida em função da Página 5 concentração de sacarose, uma vez que a concentração de água não afeta essa velocidade. O gráfico abaixo indica os resultados obtidos: peróxido de hidrogênio em três frascos idênticos - A, B e C de 1 L de água oxigenada, mantidos em diferentes condições de luminosidade e temperatura. Observe os resultados no gráfico: Determine a constante cinética dessa reação. Em seguida, aponte o fator responsável pela menor temperatura de congelamento da solução aquosa de açúcar invertido. 2. (Uerj 2012) As curvas que descrevem as velocidades de reação de muitas enzimas em função das variações das concentrações de seus substratos seguem a equação de Michaelis. Tal equação é representada por uma hipérbole retangular cuja fórmula é: V x [S ] v = max K m + [S ] v = velocidade de reação Vmax = velocidade máxima de reação K m = constante de Michaelis [S] = concentração de substrato A constante de Michaelis corresponde à concentração de V substrato na qual v = max . 2 Considere um experimento em que uma enzima, cuja Na condição em que ocorreu a menor taxa de decomposição do peróxido de hidrogênio, a velocidade -1 média de formação de O2, em mol.ano , foi igual a: a) 1 b) 2 c) 6 d) 12 4. (Uerj 2006) A sacarose é uma importante fonte de glicídios alimentares. Durante o processo digestivo, sua hidrólise é catalisada pela enzima sacarase ou invertase. Em um laboratório, essa hidrólise foi feita por aquecimento, em presença de HCℓ. As variações da velocidade de reação da hidrólise da sacarose em função do pH do meio estão mostradas em dois dos gráficos a seguir. constante de Michaelis é igual a 9 ⋅ 10 −3 milimol/L , foi incubada em condições ideais, com concentração de substrato igual a 10 −3 milimol/L . A velocidade de reação medida correspondeu a 10 unidades. Em seguida, a concentração de substrato foi bastante elevada de modo a manter essa enzima completamente saturada. Neste caso, a velocidade de reação medida será, nas mesmas unidades, equivalente a: a) 1 b) 10 c) 100 d) 1000 3. (Uerj 2009) A água oxigenada consiste em uma solução aquosa de peróxido de hidrogênio, que se decompõe, sob a ação da luz e do calor, segundo a equação química: 2H2O2(aq) → 2H2O(ℓ) + O2(g) Em um experimento, foi monitorada a quantidade de www.soexatas.com Aqueles que representam a hidrólise catalisada pela enzima e pelo HCℓ são, respectivamente, os de números: a) I e II b) I e III c) IV e II d) IV e III Página 6 5. (Uerj 2005) As fitas de gravação contêm, na sua composição, acetato de celulose, que se decompõe sob a ação da umidade atmosférica, liberando ácido acético. A curva que representa o aumento do teor desse ácido em função do tempo está indicada no gráfico a seguir. A velocidade da reação de decomposição do acetato de celulose pode ser determinada a partir da equação da reta r, tangente à curva no ponto P, que é definida por y = 1 t, 50 Em relação à sua atuação no processo reacional, é correto afirmar que o catalisador a) aumenta a energia de ativação da reação direta, diminui a energia de ativação da reação inversa e desloca o equilíbrio reacional no sentido dos produtos. b) aumenta a energia de ativação da reação direta, aumenta a energia de ativação da reação inversa e não altera o equilíbrio reacional. c) diminui a energia de ativação da reação direta, aumenta a energia de ativação da reação inversa e desloca o equilíbrio reacional no sentido dos produtos. d) diminui a energia de ativação da reação direta, diminui a energia de ativação da reação inversa e não altera o equilíbrio reacional. e) diminui a energia de ativação da reação direta, diminui a energia de ativação da reação inversa e desloca o equilíbrio reacional no sentido dos produtos. 2. (Ita 2012) A figura apresenta a variação de velocidade em função do tempo para a reação química hipotética não catalisada representada pela equação A 2 + B2 ⇌ 2AB . Reproduza esta figura no caderno de soluções, incluindo no mesmo gráfico, além das curvas da reação catalisada, as da reação não catalisada, explicitando ambas as condições. na qual t representa o tempo em minutos. -1 A velocidade dessa reação no instante t , em mol × L × -1 min , e sua classificação estão indicadas em: a) 0,002 - oxidação b) 0,002 - esterificação c) 0,020 - dupla-troca d) 0,200 - neutralização Parte IV 1. (Fgv 2013) O uso de catalisadores para diminuir a emissão de gases poluentes pelos escapamentos dos automóveis tem contribuído para redução da taxa de aumento da poluição urbana. São representadas duas curvas das energias envolvidas na reação das espécies reagentes A + B → C + D na presença e na ausência do catalisador. www.soexatas.com 3. (Fatec 2011) No inverno de 2010, a umidade relativa do ar, na capital e em vários municípios do interior do Estado de São Paulo, atingiu níveis muito baixos, semelhantes aos encontrados em desertos, e as temperaturas, durante vários dias, estiveram acima das médias para essa época do ano. Nesses dias muito secos e quentes, além dos danos à saúde, alguns outros fatos corriqueiros puderam ser observados. Assinale a alternativa que identifica um desses fatos. a) As roupas lavadas e estendidas em um varal demoraram mais para secar do que em dias úmidos e frios. b) Os incêndios provocados por queimadas propagaram-se mais rapidamente do que em dias úmidos e frios. c) As garrafas de refrigerante retiradas da geladeira ficaram mais “suadas” do que nos dias úmidos e frios. d) A concentração de poluentes do ar, nos grandes centros urbanos, ficou menor do que nos dias úmidos e frios. e) Os aparelhos de ar condicionado “drenaram” mais água líquida do que nos dias úmidos e frios. Página 7 4. (Unesp 2011) Um professor de química apresentou a figura como sendo a representação de um sistema reacional espontâneo. Em seguida, solicitou aos estudantes que traçassem um gráfico da energia em função do caminho da reação, para o sistema representado. Para atender corretamente à solicitação do professor, os estudantes devem apresentar um gráfico como o que está representado em a) I. As moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio estão em equilíbrio químico e, por isso, não reagem. II. À temperatura ambiente, as moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio não têm energia suficiente para iniciar a combustão. III. As moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio encontram-se tão separadas que não há colisão entre elas. Dentre as explicações, está correto apenas o que se propõe em a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. 6. (Unifesp 2010) Em uma aula de laboratório de química, foram realizados três experimentos para o estudo da reação entre zinco e ácido clorídrico. Em três tubos de ensaio rotulados como I, II e III, foram –3 colocados em cada um 5,0 x 10 mol (0,327 g) de zinco e 4,0 mL de solução de ácido clorídrico, nas concentrações indicadas na figura. Foi anotado o tempo de reação até ocorrer o desaparecimento completo do metal. A figura mostra o esquema dos experimentos, antes da adição do ácido no metal. b) c) d) a) Qual experimento deve ter ocorrido com menor tempo de reação? Justifique. b) Determine o volume da solução inicial de HCℓ que está em excesso no experimento III. Apresente os cálculos efetuados. e) 5. (Fuvest 2011) Ao abastecer um automóvel com gasolina, é possível sentir o odor do combustível a certa distância da bomba. Isso significa que, no ar, existem moléculas dos componentes da gasolina, que são percebidas pelo olfato. Mesmo havendo, no ar, moléculas de combustível e de oxigênio, não há combustão nesse caso. Três explicações diferentes foram propostas para isso: www.soexatas.com Página 8