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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 9 (Química) do ITA 2008

Química · Química: Energia de ativação e catálise

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6{,}02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J V}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\text{ L (CNTP)}
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 62{,}4\text{ mmHg L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\text{ m s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão = 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101325\text{ Nm}^{\mathbf{-2}} = 760\text{ Torr}
1\text{ N} = 1\text{ kg m s}^{-2}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\text{ mmHg}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}.
Condições-padrão: 25\ ^\circ\text{C}, 1\text{ atm}, concentração das soluções: 1\text{ mol L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) ou (c) = sólido cristalino; (l) ou (\ell) = líquido; (g) = gás; (aq) = aquoso; (graf) = grafite; (CM) = circuito metálico; (conc) = concentrado; (ua) = unidades arbitrárias; [A] = concentração da espécie química A em \text{mol L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g mol}^{-1})		 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g mol}^{-1})
H 1 1,01 Cl 17 35,45
Be 4 9,01 K 19 39,10
B 5 10,81 Ca 20 40,08
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,39
F 9 19,00 As 33 74,92
Na 11 22,99 Br 35 79,91
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
Al 13 26,98 Cd 48 112,41
P 15 30,97 Sn 50 118,71
S 16 32,06 I 53 126,90
Pt 78 195,08

A reação hipotética \text{A(s)} + \text{B(aq)} \rightarrow \text{C(g)} + \text{D(aq)} + \text{E}(\ell) é autocatalisada por \text{C(g)}. Considerando que essa reação ocorre em sistema fechado, volume constante e sob atmosfera inerte, assinale a opção que apresenta a curva que melhor representa a variação da massa de \text{A(s)}, m_\text{A}, em função do tempo, desde o início da reação até imediatamente antes do equilíbrio químico ser estabelecido dentro do sistema.

  1. A
    Gráfico cartesiano com eixo vertical $m_\text{A}$ e eixo horizontal "tempo", mostrando uma reta decrescente com inclinação constante.
  2. B
    Gráfico cartesiano com eixo vertical $m_\text{A}$ e eixo horizontal "tempo", mostrando uma curva decrescente convexa, cuja taxa de decaimento diminui com o tempo.
  3. C
    Gráfico cartesiano com eixo vertical $m_\text{A}$ e eixo horizontal "tempo", mostrando dois segmentos de reta decrescentes, o primeiro com inclinação mais acentuada e o segundo menos inclinado.
  4. D
    Gráfico cartesiano com eixo vertical $m_\text{A}$ e eixo horizontal "tempo", mostrando um patamar horizontal constante no início seguido por uma reta decrescente.
  5. E
    Gráfico cartesiano com eixo vertical $m_\text{A}$ e eixo horizontal "tempo", mostrando uma curva decrescente sigmoidal, que se inicia suave, torna-se mais íngreme na região central e depois volta a suavizar.
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Resolução comentada

Numa reação autocatalisada, um dos produtos (aqui, o gás C) acelera a própria reação. No começo quase não há C no sistema, então a velocidade é pequena e o consumo de A é lento.

À medida que C se forma, a catálise aumenta a velocidade e a massa de A cai cada vez mais rápido. Isso corresponde à parte central, mais íngreme, da curva.

Depois, os reagentes (A e B) vão se esgotando e o sistema se aproxima do equilíbrio. A velocidade líquida volta a diminuir e a curva suaviza de novo.

A velocidade da reação é a inclinação da curva m_\text{A} \times t:

  1. início: inclinação pequena (pouco C);
  2. meio: inclinação máxima (muito C e ainda muito reagente);
  3. fim: inclinação tendendo a zero (aproximação do equilíbrio).

Esse é o formato sigmoidal decrescente, que aparece na figura F5. Como o enunciado pede a curva até imediatamente antes do equilíbrio, a curva só se aproxima do patamar final.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AReta decrescente indica velocidade constante, típica de ordem zero, sem autocatálise.
  • BCurva convexa com decaimento cada vez mais lento é a de uma reação comum, mais rápida no início, quando há mais reagente.
  • CDois trechos com velocidade decrescente também descrevem reação que desacelera, sem o efeito de aceleração do catalisador formado.
  • DPatamar inicial seguido de reta supõe um período de indução sem consumo e depois velocidade constante, o que não representa a aceleração gradual nem a desaceleração final.

Assuntos: Energia de ativação e catálise, Velocidade de reação e fatores que a alteram.

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Fonte: ITA 2008 · Química. Prova oficial ↗