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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 4 (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

A reação química genérica \ce{X -> Y} tem lei de velocidade de primeira ordem em relação ao reagente \ce{X}. À medida que a reação ocorre a uma temperatura constante, é ERRADO afirmar que

  1. A
    a constante de velocidade da reação não se altera.
  2. B
    o tempo de meia-vida do reagente X permanece constante.
  3. C
    a energia de ativação da reação não se altera.
  4. D
    a velocidade da reação permanece constante.
  5. E
    a ordem de reação não se altera.
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Resolução comentada

Numa reação de primeira ordem, a lei de velocidade é v = k[\ce{X}]. Vamos ver o que muda e o que não muda enquanto \ce{X} é consumido, com a temperatura constante.

  1. A constante k depende só da temperatura (e do catalisador). Como a temperatura é fixa, k não muda.
  2. A meia-vida de primeira ordem é t_{1/2} = \dfrac{\ln 2}{k}. Como k é constante, t_{1/2} também é, e não depende da concentração inicial.
  3. A energia de ativação é característica do caminho da reação (equação de Arrhenius, k = A\,e^{-E_a/RT}). Sem mudar o mecanismo ou o catalisador, ela não se altera.
  4. A ordem da reação é determinada pelo mecanismo e é uma propriedade da lei de velocidade, então também não muda ao longo da reação.
  5. A velocidade é v = k[\ce{X}]. Como \ce{X} é consumido, [\ce{X}] diminui e, com k constante, v diminui com o tempo.

Portanto, a afirmação errada é a de que a velocidade permanece constante. Isso só ocorreria numa reação de ordem zero.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa D engana quem confunde constante de velocidade (que é constante) com velocidade da reação (que cai junto com [\ce{X}]).

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AVerdadeira: k depende apenas da temperatura, que é constante.
  • BVerdadeira: em primeira ordem t_{1/2}=\ln 2/k, constante e independente da concentração.
  • CVerdadeira: a energia de ativação não depende da concentração dos reagentes.
  • EVerdadeira: a ordem é propriedade do mecanismo e não varia durante a reação.

Assuntos: Lei de velocidade e ordem de reação, Velocidade de reação e fatores que a alteram.

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Fonte: ITA 2017 · Química. Prova oficial ↗