Questão 8 (Química) do ITA 2010

Question

Considere o seguinte mecanismo de reação genérica:

\begin{aligned} \ce{A^{4+} + B^{2+}} &\rightarrow \ce{A^{3+} + B^{3+}} \quad \text{(etapa lenta)} \\ \ce{A^{4+} + B^{3+}} &\rightarrow \ce{A^{3+} + B^{4+}} \quad \text{(etapa rápida)} \\ \ce{C+ + B^{4+}} &\rightarrow \ce{C^{3+} + B^{2+}} \quad \text{(etapa rápida)} \end{aligned}

Com relação a este mecanismo, assinale a opção ERRADA.

A
A reação global é representada pela equação \ce{C+ + 2 A^{4+} -> C^{3+} + 2 A^{3+}}.
B
\ce{B^{2+}} é catalisador.
C
\ce{B^{3+}} e \ce{B^{4+}} são intermediários da reação.
D
A lei de velocidade é descrita pela equação v = k[\ce{C+}][\ce{A^{4+}}].
E
A reação é de segunda ordem.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 8 (Química) do ITA 2010

Química · Química: Lei de velocidade e ordem de reação

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}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\ \text{s}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\ \text{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}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 62{,}4\ \text{mmHg}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 101\ 325\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr}
1\text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \text{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}\ \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies), sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) = sólido. (\ \ell\ ) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (CM) = circuito metálico. (conc) = concentrado.
(ua) = unidades arbitrárias. [A] = concentração da espécie química A em \text{mol}\ \text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})	Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H	1	1,01	Cr	24	52,00
B	5	10,81	Fe	26	55,85
C	6	12,01	Ni	28	58,69
N	7	14,01	Cu	29	63,55
O	8	16,00	Zn	30	65,40
Na	11	22,99	Sr	38	87,62
P	15	30,97	Ag	47	107,87
S	16	32,07	I	53	126,90
Cl	17	35,45	W	74	183,84
Ar	18	39,95	Pt	78	195,08
K	19	39,10	Au	79	196,97
Ca	20	40,08	Pb	82	207,2

Considere o seguinte mecanismo de reação genérica:

\begin{aligned} \ce{A^{4+} + B^{2+}} &\rightarrow \ce{A^{3+} + B^{3+}} \quad \text{(etapa lenta)} \\ \ce{A^{4+} + B^{3+}} &\rightarrow \ce{A^{3+} + B^{4+}} \quad \text{(etapa rápida)} \\ \ce{C+ + B^{4+}} &\rightarrow \ce{C^{3+} + B^{2+}} \quad \text{(etapa rápida)} \end{aligned}

Com relação a este mecanismo, assinale a opção ERRADA.

A
A reação global é representada pela equação \ce{C+ + 2 A^{4+} -> C^{3+} + 2 A^{3+}}.
B
\ce{B^{2+}} é catalisador.
C
\ce{B^{3+}} e \ce{B^{4+}} são intermediários da reação.
D
A lei de velocidade é descrita pela equação v = k[\ce{C+}][\ce{A^{4+}}].
E
A reação é de segunda ordem.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Some as três etapas e cancele o que aparece dos dois lados.

Etapa 1: \ce{A^{4+} + B^{2+} -> A^{3+} + B^{3+}}
Etapa 2: \ce{A^{4+} + B^{3+} -> A^{3+} + B^{4+}}
Etapa 3: \ce{C+ + B^{4+} -> C^{3+} + B^{2+}}

Na soma, \ce{B^{3+}} e \ce{B^{4+}} aparecem como produto e depois como reagente, então são intermediários (C correta). \ce{B^{2+}} é consumido na etapa 1 e regenerado na etapa 3, então é catalisador (B correta). A reação global fica \ce{C+ + 2 A^{4+} -> C^{3+} + 2 A^{3+}} (A correta).

A lei de velocidade vem da etapa lenta, pois ela determina a velocidade da reação. Essa etapa envolve \ce{A^{4+}} e \ce{B^{2+}}:

v = k[\ce{A^{4+}}][\ce{B^{2+}}]

O \ce{C+} só participa de etapa rápida, posterior à lenta, e não aparece na lei de velocidade. Portanto a equação da alternativa D, v = k[\ce{C+}][\ce{A^{4+}}], está errada.

A reação é de ordem 1 em \ce{A^{4+}} e 1 em \ce{B^{2+}}, logo de segunda ordem no total (E correta).

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa D engana quem monta a lei de velocidade pela equação global, usando \ce{C+} e \ce{A^{4+}}, em vez de usar a etapa lenta.

Por que as outras alternativas estão erradas

AEstá correta: somando as etapas e cancelando \ce{B^{2+}}, \ce{B^{3+}} e \ce{B^{4+}}, obtém-se essa equação global.
BEstá correta: \ce{B^{2+}} é consumido na etapa lenta e regenerado na última etapa.
CEstá correta: \ce{B^{3+}} e \ce{B^{4+}} são formados e depois consumidos, não aparecem na global.
EEstá correta: a lei v = k[\ce{A^{4+}}][\ce{B^{2+}}] tem ordem total 2.

Assunto: Lei de velocidade e ordem de reação.

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Questão 8 no caderno Química do ITA 2010

Fonte: ITA 2010 · Química. Prova oficial ↗