Questão 4 (Química) do ITA 2016

Question

A respeito de reações químicas descritas pela equação de Arrhenius, são feitas as seguintes proposições:

I. Para reações bimoleculares, o fator pré-exponencial na equação de Arrhenius é proporcional à frequência de colisões, efetivas ou não, entre as moléculas dos reagentes.
II. O fator exponencial na equação de Arrhenius é proporcional ao número de moléculas cuja energia cinética relativa é maior ou igual à energia de ativação da reação.
III. Multiplicando-se o negativo da constante dos gases (-R) pelo coeficiente angular da reta \ln k versus 1/T obtém-se o valor da energia de ativação da reação.
IV. O fator pré-exponencial da equação de Arrhenius é determinado pela intersecção da reta \ln k versus 1/T com o eixo das abscissas.

Das proposições acima, está(ão) ERRADA(S)

A
apenas I.
B
apenas I e II.
C
apenas I e IV.
D
apenas II e III.
E
apenas IV.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 4 (Química) do ITA 2016

Química · Química: Energia de ativação e catálise

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

A respeito de reações químicas descritas pela equação de Arrhenius, são feitas as seguintes proposições:

I. Para reações bimoleculares, o fator pré-exponencial na equação de Arrhenius é proporcional à frequência de colisões, efetivas ou não, entre as moléculas dos reagentes.
II. O fator exponencial na equação de Arrhenius é proporcional ao número de moléculas cuja energia cinética relativa é maior ou igual à energia de ativação da reação.
III. Multiplicando-se o negativo da constante dos gases (-R) pelo coeficiente angular da reta \ln k versus 1/T obtém-se o valor da energia de ativação da reação.
IV. O fator pré-exponencial da equação de Arrhenius é determinado pela intersecção da reta \ln k versus 1/T com o eixo das abscissas.

Das proposições acima, está(ão) ERRADA(S)

A
apenas I.
B
apenas I e II.
C
apenas I e IV.
D
apenas II e III.
E
apenas IV.

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Resolução comentada

A equação de Arrhenius é k = A\,e^{-E_a/RT}. Linearizando: \ln k = \ln A - \dfrac{E_a}{R}\cdot\dfrac{1}{T}. No gráfico de \ln k (ordenada) contra 1/T (abscissa), o coeficiente angular é -E_a/R e o coeficiente linear é \ln A.

I. Correta. O fator pré-exponencial A está ligado à frequência de colisões entre as moléculas (efetivas ou não) e à orientação. Na teoria das colisões, A é proporcional à frequência de colisões.

II. Correta. O fator e^{-E_a/RT} é a fração de moléculas com energia maior ou igual a E_a, distribuição de Boltzmann. Como a fração é proporcional ao número dessas moléculas, a afirmação vale.

III. Correta. Como coeficiente angular = -E_a/R, multiplicando por -R obtém-se E_a.

IV. Errada. A intersecção da reta com o eixo das abscissas (\ln k = 0) não dá A. O que a intersecção com o eixo das ordenadas (1/T = 0) dá é \ln A, não A diretamente. A afirmação troca o eixo e ainda confunde A com \ln A.

Logo, só a proposição IV está errada.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

AConsidera errada a I, mas o fator pré-exponencial de fato é proporcional à frequência de colisões, efetivas ou não.
BConsidera erradas I e II, que na verdade estão corretas, e deixa de apontar a IV.
CAponta a I como errada, mas ela está correta; só a IV está errada.
DConsidera erradas II e III, que estão corretas (fração de Boltzmann e coeficiente angular -E_a/R), e ignora a IV.

Assunto: Energia de ativação e catálise.

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Questão 4 no caderno Química do ITA 2016

Fonte: ITA 2016 · Química. Prova oficial ↗