Questão 7 (2º semestre · 2º dia · Grupo 2) da 2ª etapa da UFG 2011

Question

A reação química descreve a transformação do composto A em um complexo ativado intermediário que, por sua vez, forma o composto B.

\mathbf{A \rightleftharpoons \begin{matrix} \text{Complexo} \\ \text{Ativado} \end{matrix} \rightleftharpoons B + \text{calor}}

O gráfico a seguir apresenta a relação entre a energia e o caminho da reação.

Gráfico de energia (kJ.mol⁻¹) em função do caminho da reação. O patamar dos reagentes está em 10 kJ.mol⁻¹, o pico da curva (complexo ativado) atinge 60 kJ.mol⁻¹ e o patamar dos produtos está em 30 kJ.mol⁻¹.

Considerando o exposto,

a) calcule a energia de ativação e a variação de entalpia (\Delta\text{H}) da reação. (3,0 pontos)

b) esboce um gráfico entre a energia e o caminho da reação inversa. (2,0 pontos)

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 7 (2º semestre · 2º dia · Grupo 2) da 2ª etapa da UFG 2011

2º semestre · 2º dia · Química: Energia de ativação e catálise

A reação química descreve a transformação do composto A em um complexo ativado intermediário que, por sua vez, forma o composto B.

\mathbf{A \rightleftharpoons \begin{matrix} \text{Complexo} \\ \text{Ativado} \end{matrix} \rightleftharpoons B + \text{calor}}

O gráfico a seguir apresenta a relação entre a energia e o caminho da reação.

Gráfico de energia (kJ.mol⁻¹) em função do caminho da reação. O patamar dos reagentes está em 10 kJ.mol⁻¹, o pico da curva (complexo ativado) atinge 60 kJ.mol⁻¹ e o patamar dos produtos está em 30 kJ.mol⁻¹.

Considerando o exposto,

a) calcule a energia de ativação e a variação de entalpia (\Delta\text{H}) da reação. (3,0 pontos)

b) esboce um gráfico entre a energia e o caminho da reação inversa. (2,0 pontos)

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Resolução comentada

Resposta esperada pela UFG

a) Cálculo da energia de ativação:

A energia de ativação pode ser calculada pela diferença energética entre o complexo ativado (\text{H}_{\text{Complexo Ativado}}) e os reagentes (\text{H}_{\text{Reagentes}}), ou seja,

\Delta\text{H}_{\text{Ativação}} = \text{H}_{\text{Complexo Ativado}} - \text{H}_{\text{Reagentes}}

Com base no gráfico apresentado, tem-se que
\text{H}_{\text{Complexo Ativado}} = 60\ \text{kJ/mol}
\text{H}_{\text{reagentes}} = 10\ \text{kJ/mol}

Portanto, o valor do \Delta\text{H}_{\text{Ativação}} será:
\Delta\text{H}_{\text{Ativação}} = \text{H}_{\text{Complexo Ativado}} - \text{H}_{\text{Reagentes}}
\Delta\text{H}_{\text{Ativação}} = (60 - 10)\ \text{kJ/mol}
\Delta\text{H}_{\text{Ativação}}= + 50\ \text{kJ/mol}

Cálculo da variação de entalpia (\mathbf{\Delta H}) da reação:

A variação de entalpia (\Delta\text{H}) é calculada pela diferença entre a \Delta\text{H}_{\text{Produtos}} e \Delta\text{H}_{\text{Reagentes}}, ou seja,
\Delta\text{H}_{\text{Reação}} = \text{H}_{\text{Produtos}} - \text{H}_{\text{Reagentes}}

Com base no gráfico apresentado, tem-se que
\text{H}_{\text{Produtos}} = 30\ \text{kJ/mol}
\text{H}_{\text{Reagentes},} = 10\ \text{kJ/mol}
Portanto, o valor do \Delta\text{H}_{\text{Reação}} será:
\Delta\text{H}_{\text{Reação}} = \text{H}_{\text{Produtos}} - \text{H}_{\text{Reagentes}}
\Delta\text{H}_{\text{Reação}} = (30 - 10)\ \text{kJ/mol}
\Delta\text{H}_{\text{Reação}} = + 20\ \text{kJ/mol}

(3,0 pontos)

b) Esboce um gráfico entre a energia e o caminho da reação inversa.

[Figura: Gráfico de curva de energia em função do caminho da reação. O eixo vertical é rotulado como "Energia (KJ.mol⁻¹)" com graduações pontilhadas de 10 a 60, e o eixo horizontal é rotulado como "Caminho da reação". A curva inicia-se em um patamar horizontal na altura de 30 kJ·mol⁻¹ identificado como "Reagentes", sobe em arco até o ápice em 60 kJ·mol⁻¹, e decai até um patamar horizontal na altura de 10 kJ·mol⁻¹ identificado como "Produtos".]

(2,0 pontos)

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Resolução comentada

a) A energia de ativação é a energia que os reagentes precisam ganhar para chegar ao complexo ativado, isto é, a diferença entre o pico da curva e o patamar dos reagentes:

E_a = 60 - 10 = 50\ \text{kJ/mol}

A variação de entalpia é a diferença entre a energia dos produtos e a dos reagentes:

\Delta H = H_{\text{produtos}} - H_{\text{reagentes}} = 30 - 10 = +20\ \text{kJ/mol}

Como \Delta H > 0, a reação direta é endotérmica. Isso contradiz o "+ calor" escrito no lado dos produtos na equação do enunciado. Na resposta, siga os valores do gráfico.

Resposta: E_a = 50\ \text{kJ/mol} e \Delta H = +20\ \text{kJ/mol}.

b) Na reação inversa (\text{B} \rightarrow \text{A}), os papéis se trocam. O patamar inicial (reagentes) passa a ser o de B, em 30 kJ/mol, e o patamar final (produtos) passa a ser o de A, em 10 kJ/mol. O complexo ativado é o mesmo, então o pico continua em 60 kJ/mol.

O gráfico tem o seguinte aspecto:

eixo vertical: energia (kJ/mol); eixo horizontal: caminho da reação;
patamar inicial em 30 (reagente: B);
a curva sobe até o máximo em 60 (complexo ativado);
a curva desce até o patamar final em 10 (produto: A).

Os valores da reação inversa são:

E_a(\text{inversa}) = 60 - 30 = 30\ \text{kJ/mol}

\Delta H(\text{inversa}) = 10 - 30 = -20\ \text{kJ/mol}

A reação inversa é exotérmica, com o mesmo módulo de \Delta H da direta e sinal oposto.

Resposta: curva que parte de 30 kJ/mol, passa por um máximo em 60 kJ/mol e termina em 10 kJ/mol, com E_a = 30\ \text{kJ/mol} e \Delta H = -20\ \text{kJ/mol}.

Assuntos: Energia de ativação e catálise, Reações exotérmicas e endotérmicas.

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Questão 7 no caderno Grupo 2 da 2ª etapa da UFG 2011

Fonte: UFG 2ª etapa 2011 · 2º semestre · 2º dia · Grupo 2. Prova oficial ↗