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Questão 44 da UERJ 2021

Exame de Qualificação · Ciências da Natureza

Em um estudo de cinética química, foram realizados os experimentos W, X, Y e Z, nos quais o gás hidrogênio foi obtido a partir da reação química entre níquel e ácido clorídrico, conforme representado abaixo.

\ce{Ni (s) + 2 HCl (aq) -> NiCl2 (aq) + H2 (g)}

Em cada experimento, foram alteradas tanto a concentração do ácido clorídrico quanto a temperatura do sistema, mantendo-se a massa de níquel e o volume de solução do ácido constantes. Observe o gráfico:

Gráfico de concentração (mol/L) em função da temperatura (°C). O eixo horizontal apresenta os valores 0, 20, 40, 60, 80 e 100; o eixo vertical apresenta os valores 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 e 0,6. Os pontos indicam os experimentos W (40 °C; 0,4 mol/L), X (80 °C; 0,5 mol/L), Y (20 °C; 0,1 mol/L) e Z (60 °C; 0,2 mol/L).

A maior velocidade inicial de formação de gás hidrogênio foi verificada no seguinte experimento:

  1. A
    W
  2. B
    X
  3. C
    Y
  4. D
    Z
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Resolução comentada

A velocidade inicial de uma reação depende de dois fatores que o gráfico traz: a concentração do reagente e a temperatura. Quanto maior a concentração de \ce{HCl}, mais colisões entre as partículas por unidade de tempo. Quanto maior a temperatura, maior a energia cinética das partículas e maior a fração de colisões com energia suficiente para reagir.

A massa de níquel e o volume de ácido são iguais em todos os experimentos. Assim, basta comparar os pontos do gráfico:

  1. W: 40\ \text{°C} e 0{,}4\ \text{mol/L}
  2. X: 80\ \text{°C} e 0{,}5\ \text{mol/L}
  3. Y: 20\ \text{°C} e 0{,}1\ \text{mol/L}
  4. Z: 60\ \text{°C} e 0{,}2\ \text{mol/L}

O experimento X tem a maior temperatura (80 °C) e também a maior concentração (0,5 mol/L). Os dois fatores favorecem a velocidade ao mesmo tempo, então não é preciso decidir qual pesa mais. Qualquer outro experimento tem concentração menor e temperatura menor que X, logo reage mais devagar.

Portanto, a maior velocidade inicial de formação de \ce{H2} ocorre em X.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AW tem concentração alta (0,4 mol/L), mas temperatura de só 40 °C, menor que a de X, e concentração menor que a de X.
  • CY tem a menor temperatura e a menor concentração, portanto a menor velocidade.
  • DZ tem temperatura razoável (60 °C), mas concentração baixa (0,2 mol/L); X supera Z nos dois fatores.

Assuntos: cinética química, fatores que influenciam a velocidade, leitura de gráfico.

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Fonte: UERJ 2021 · Exame Único. Prova oficial ↗