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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 14 (Química) do ITA 2017

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 (\text{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 (\text{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 (\text{g}) = 9{,}81\ \text{m}\cdot\text{s}^{-2}
Constante de Planck (\text{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} = 1{,}01325 \times 10^5\ \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 Cl 17 35,45
He 2 4,00 K 19 39,10
Be 4 9,01 Cr 24 52,00
B 5 10,81 Mn 25 54,94
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Ni 28 58,69
O 8 16,00 Cu 29 63,55
F 9 19,00 Zn 30 65,38
Na 11 22,99 Br 35 79,90
Mg 12 24,31 Pd 46 106,42
Al 13 26,98 Ag 47 107,87
Si 14 28,09 Xe 54 131,30
P 15 30,97 Pt 78 195,08
S 16 32,06 Hg 80 200,59

Considere que a decomposição do \ce{N2O5}, representada pela equação química global

\ce{2 N2O5 -> 4 NO2 + O2}\ ,

apresente lei de velocidade de primeira ordem. No instante inicial da reação, a concentração de \ce{N2O5} é de 0{,}10\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} e a velocidade de consumo desta espécie é de 0{,}022\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{min}^{-1}. Assinale a opção que apresenta o valor da constante de velocidade da reação global, em \text{min}^{-1}.

  1. A
    0,0022
  2. B
    0,011
  3. C
    0,022
  4. D
    0,11
  5. E
    0,22
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Resolução comentada

Numa reação de primeira ordem, a lei de velocidade é v = k[\ce{N2O5}]. O ponto-chave é o que significa "velocidade" na reação global: pela definição da IUPAC, a velocidade da reação é dividida pelo coeficiente estequiométrico da espécie.

  1. Velocidade de consumo do \ce{N2O5}: -\dfrac{d[\ce{N2O5}]}{dt} = 0{,}022\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{min}^{-1}.

  2. Velocidade da reação global, dividindo pelo coeficiente 2 da equação:

v = \frac{1}{2}\cdot 0{,}022 = 0{,}011\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{min}^{-1}
  1. Constante de velocidade da reação global:
k = \frac{v}{[\ce{N2O5}]} = \frac{0{,}011}{0{,}10} = 0{,}11\ \text{min}^{-1}

O enunciado pede a constante da reação global, e não a da lei de consumo da espécie (que daria 0{,}022/0{,}10 = 0{,}22\ \text{min}^{-1}). Por isso é preciso usar a velocidade da reação, já dividida pelo coeficiente 2.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa E engana: 0{,}022/0{,}10 = 0{,}22 é a constante referente ao consumo do \ce{N2O5}, mas a questão pede a da reação global, que exige dividir a velocidade por 2.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ADivide a velocidade pela concentração e ainda erra a ordem de grandeza, sem fundamento na lei v=k[\ce{N2O5}].
  • BÉ a velocidade da reação global (0{,}011), esquecendo de dividir pela concentração 0{,}10.
  • CÉ a velocidade de consumo do \ce{N2O5}, não uma constante de velocidade.
  • EUsa a velocidade de consumo (0{,}022) direto, sem dividir pelo coeficiente 2 da reação global.

Assunto: Lei de velocidade e ordem de reação.

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Fonte: ITA 2017 · Química. Prova oficial ↗