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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 18 (Química) do ITA 2016

Química · Química: Lei de velocidade e ordem de reação

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\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}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} =
= 62{,}4\text{ mmHg}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}
Constante de Planck (h) = 6{,}626 \times 10^{-34}\text{ m}^2\cdot\text{kg}\cdot\text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101325\text{ N}\cdot\text{m}^{-2} = 760\text{ Torr} = 1{,}01325\text{ bar}

1\text{ J} = 1\text{ N}\cdot\text{m} = 1\text{ kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2}. \ln 2 = 0{,}693

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: 1\text{ bar}; concentração das soluções = 1\text{ mol}\cdot\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. [X] = concentração da espécie química X em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Cr 24 52,00
He 2 4,00 Mn 25 54,94
Li 3 6,94 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Co 27 58,93
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,38
Na 11 22,99 Br 35 79,90
Mg 12 24,31 Ag 47 107,87
P 15 30,97 I 53 126,90
S 16 32,06 Pt 78 195,08
Cl 17 35,45 Hg 80 200,59
K 19 39,10 Pb 82 207,21
Ca 20 40,08

Uma reação hipotética de decomposição de uma substância gasosa catalisada em superfície metálica tem lei de velocidade de ordem zero, com uma constante de velocidade (k) igual a 10^{-3}\ \text{atm}\cdot\text{s}^{-1}. Sabendo que a pressão inicial do reagente é igual a 0{,}6\ \text{atm}, assinale a opção que apresenta o tempo necessário, em segundos, para que um terço do reagente se decomponha.

  1. A
    0,00001
  2. B
    200
  3. C
    400
  4. D
    600
  5. E
    693
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Resolução comentada

Em uma reação de ordem zero, a velocidade não depende da concentração (ou da pressão) do reagente. Ela é constante e igual a k. Por isso, a pressão do reagente cai linearmente com o tempo:

P = P_0 - k\,t

O enunciado pede o tempo para que um terço do reagente se decomponha. Passo a passo:

  1. Pressão consumida: \dfrac{1}{3}\times 0{,}6\ \text{atm} = 0{,}2\ \text{atm}.
  2. Como a pressão diminui k a cada segundo, vale k\,t = 0{,}2\ \text{atm}.
  3. Isolando o tempo:
t = \frac{0{,}2\ \text{atm}}{10^{-3}\ \text{atm}\cdot\text{s}^{-1}} = 200\ \text{s}

A unidade de k (atm/s) já indica ordem zero: é pressão por tempo, e o resultado sai em segundos. O \ln 2 fornecido no texto-base serve para reações de primeira ordem e não é usado aqui.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa E engana quem usa \ln 2 = 0{,}693 (dado do texto-base) como se a reação fosse de primeira ordem; a D engana quem calcula o consumo total.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ADivide 10^{-3} por algo errado, sem relação com 0{,}2\ \text{atm}/k; valor absurdamente pequeno.
  • CCorresponde a consumir 0{,}4\ \text{atm} (dois terços do reagente) em vez de um terço.
  • DÉ o tempo para consumir todo o reagente (0{,}6/10^{-3}), não um terço.
  • EUsa \ln 2 como se fosse meia-vida de primeira ordem, o que não vale para ordem zero.

Assunto: Lei de velocidade e ordem de reação.

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Fonte: ITA 2016 · Química. Prova oficial ↗