UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS MEDIANEIRA LISTA DE EXERCÍCIOS 07: CINÉTICA QUÍMICA

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ – CAMPUS MEDIANEIRA

DISCIPLINA: Química Turma: Engenharia de Produção

LISTA DE EXERCÍCIOS 07: CINÉTICA QUÍMICA

1. Uma reação A + B → C obedece à seguinte lei de velocidade: velocidade = k [A]2_[B]. a) Se [A] é dobrada, como variará a velocidade? A constante de velocidade variará?

b) Quais são as ordens de reação para A e B?

c) Qual a ordem de reação global?

d) Qual a unidade da constante de velocidade.

2. Uma reação A + B → C obedece à seguinte lei de velocidade: velocidade = k [B]2.

a) Se [A] é dobrada, como variará a velocidade? A constante de velocidade variará? Justifique sua resposta.

b) Quais são as ordens de reação para A e B?

c) Qual a ordem de reação global?

d) Qual a unidade da constante de velocidade.

3. A decomposição de N2O5 em tetracloreto de carbono acontece como segue: 2N2O5 → 4NO2 + O2.

A lei de velocidade é de primeira ordem em N2O5. A 64 ºC a constante de velocidade é de 7,84 x 10-3 s-1. a) Escreva a lei de velocidade para a reação.

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c) O que acontece com a velocidade quando a concentração de N2O5 dobrar?

4. Você determina que a lei de velocidade para uma reação A → B + C tem a seguinte forma:

velocidade = k[A]x. Qual é o valor de x se: a) A velocidade triplica quando [A] é triplicada,

b) A velocidade aumenta oito vezes quando [A] é dobrada, c) Não existe variação na velocidade quando [A] é triplicada.

5. O íon iodeto reage com o íon hipoclorito (o ingrediente ativo dos alvejantes clorados) da seguinte

forma: OCl-_{+ I}-_{→ OI}-_{+ Cl}-_{. Essa reação rápida fornece os seguintes dados de velocidade:}

a) Escreva a lei de velocidade para essa reação.

b) Calcule a constante de velocidade.

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6. A reação 2ClO2(aq) + 2OH-(aq) → ClO-3(aq) + ClO-2(aq) + 2H2O(l) foi estudada com os seguintes resultados:

a) Determine a lei de velocidade para essa reação.

b) Calcule a constante de velocidade.

c) Calcule a velocidade quando [ClO2] = 0,010 mol.L-1 e [OH-] = 0,015 mol.L-1.

7. A decomposição na fase gasosa de SO2Cl2:

SO2Cl2(g) → SO2(g) + Cl2(g)

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a) A 600K a meia vida para esse processo é de 2,2 x 105 _{s. Qual a constante de velocidade a essa} temperatura?

b) A 320 ºC a constante de velocidade é 2,16 x 10-5 s-1. Qual é a meia-vida a essa temperatura?

8. Você estudou a oxidação na fase gasosa de HBr por O2:

4HBr(g) + O2(g) → 2H2O(g) + 2Br(g)

Você descobre que a reação é de 1° ordem em relação a HBr e de 1° ordem em relação de O2. Você propõe o seguinte mecanismo:

HBr(g) + O2(g) → HOOBr(g) (I) HOOBr(g) +HBr(g) → 2HOBr(g) (II) HOBr(g) +HBr(g) → H2O(g) + Br2(g) (III)

a) Identifique como as etapas elementares somam-se para fornecer a reação total?

b) Quais são o(s) intermediário(s) nesse mecanismo?

9. O que é catalisador?

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DISCIPLINA: Química Turma: Engenharia de Produção

RESPOSTA DA LISTA DE EXERCÍCIOS 07: CINÉTICA QUÍMICA

01

a) V´= 4V

b) 2° ordem para [A] e 1° ordem para [B] c) 3° ordem global

d) M-2.s-1 ou L2 mol-2 s-1

02

a) NÃO ALTERA

b) Ordem zero para [A] e 2° ordem para [B]

c) 2° ordem global d) M-1.s-1 ou L mol-1 s-1 03 a)V= k.[N2O5] b)1,88 x 10-4 M.s-1 ou 1,88 x 10-4 mol L-1.s-1 c) 3,76 x 10-4 M.s-1 04 a) x= 1 b) x= 3 c) x= 0 05

a)V= k.[OCl-].[I-] b) 60,44 L mol-1 s-1 c) 3,02 x 10-5_{mol L}-1_.s-1 06

a)V= k.[ClO2]2.[OH-] b) 2,3 x 102_L2_mol-2_s-1 c) 3,45 x 10-4 M.s-1 7. a) K= 3,15 x 10-6_s-1 b) t½ = 3,2 x 104 s 8.

a) (I) +(II) +2x(III) b) HOOBr e HOBr

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DISCIPLINA: Química Turma: Eng. de produção

LISTA 08 – EQUILÍBRIO QUÍMICO 01. Escreva a expressão de equilíbrio, para as seguintes equações:

(a) 2O3(g) ↔ 3O2(g)

(b) 2NO(g) + Cl2(g) ↔ 2NOCl(g)

(c) Ag+(aq) + 2NH3(aq) ↔ Ag(NH3)2+(aq)

(d) PH3BCl3(s) ↔2PH3(g) + BCl3(g)

02. Determine a constante de equilíbrio Kc para esta reação a 500 K, dadas as seguintes

concentrações no equilíbrio, BrCl é 0,131 mol.L-1, Br2 é 3,51 mol.L-1 , Cl2 é 0,156 mol.L-1 . 2BrCl (g) ↔ Cl2(g) + Br2(g)

03. A 500K, K para a reação é 3,6:

2H2 (g) + D2(g) ↔ 2HD(g) Qual é o K, para a reação:

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2 04. A 500 K, Kc para a reação F2 (g) ↔ 2F(g) é 7,3 x 10-13 calcule Kc para a reação

½ F2 (g) ↔ F(g)

05. A 1000 K o valor de K para a reação 2SO3(g) ↔ 2SO2(g) + O2(g) é 0,350. Calcule o valor de Q, determinando o sentido no qual a reação prosseguirá em direção ao equilíbrio se as pressões parciais dos reagentes forem PSO3 = 0,18 atm, PSO2 0,40 atm e PO2 2,50 atm.

06. Considere o seguinte equilíbrio:

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

Em qual sentido o equilíbrio se deslocará quando cada uma das seguintes variações for feita ao sistema no equilíbrio.

(a) Adição de N2O4 desloca para produtos

(b) Remoção de NO2

desloca para produtos

(c) Aumento da pressão total pela adição de NO2(g) desloca para reagentes

(d) Aumento do volume

07. Considere o seguinte equilíbrio:

2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g)

Como cada uma das seguintes variações afetará a mistura em equilíbrio dos três gases? (a) O2(g) é adicionado ao sistema;

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3

(b) a mistura da reação é aquecida;

favorece a reação endotérmica

(c) o volume do recipiente é dobrado;

desloca para reagentes

08. Para a seguinte reação, ΔH° = 2.816 KJ:

6CO2(g) + 6H2O(l) ↔ C6H12O6(s) + 6O2(g) Como o rendimento de C6H12O6 no equilíbrio é afetado

(a) Pelo aumento de PCO2

aumentando a pressão parcial de CO2, aumenta-se a quantidade desse reagente, o sistema se

deslocará para o sentido dos produtos, para consumir o CO2. (b) Pelo aumento da temperatura

(c) Pela remoção de CO2 desloca para reagentes

(d) Pela diminuição da pressão total

há a mesma quantidade de mols (6) de gases tanto nos reagentes quanto nos produtos, a alteração de pressão não produzirá efeito no deslocamento de equilíbrio.

(e) Pela remoção de parte de C6H12O6 desloca para produtos

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10. A 2.000 °C constante de equilíbrio para a reação

é K = 2,4 x 103_{. Se a pressão parcial inicial de NO for 37,3 atm, quais são as pressões} parciais de NO, N2 e O2 no equilíbrio?

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5

11. Se Q = 1,0 x 1050_{para a reação a seguir a 25 °C, a reação: terá tendência para formar} produtos ou reagentes, ou estará em equilíbrio?

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DISCIPLINA: Química Turma: Eng. de produção

LISTA 08 – EQUILÍBRIO QUÍMICO

01. K = [Produtos]/ [Reagentes], substâncias sólidas não entra na fórmula da constante

02. K = 31,9

03. K = 0,28

04. K = 8,5 x10-7

05.

Q = 12,35 e K = 0,350 ( Q >K), Logo a reação prosseguirá da direita para esquerda formando mais reagentes, no caso SO3.

06. (responda igual a aula)

(a) desloca para produtos (b) desloca para produtos (c) desloca para reagentes (d) desloca para produtos

(a) desloca para produtos

(b) favorece a reação endotérmica (c) desloca para reagentes

(a) Aumentando a pressão parcial de CO2, aumenta-se a quantidade desse reagente, o sistema se deslocará para o sentido

dos produtos, para consumir o CO2.

(b) desloca para produtos (c) desloca para reagentes

(d) Há a mesma quantidade de mols (6) de gases tanto nos reagentes quanto nos produtos, a alteração de pressão não produzirá efeito no deslocamento de equilíbrio.

(e) desloca para produtos

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10. PNO = 0,3 atm PN2 = PO2 = 18,5 atm

11. K = 1,3 x 1069

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DISCIPLINA: Química

LISTA DE EXERCICIOS 09 – POTENCIAL DE CÉLULA (FEM PILHA)

1. A bateria de níquel-cádmio, pilha seca, usada em dispositivos que funcionam com bateria, usa seguinte reação redox para gerar eletricidade:

Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O(l) → Cd(OH)2 (s) + Ni(OH)2(s)

Identifique as substâncias oxidadas e reduzidas e, também, o agente oxidante e o agente redutor.

2. Em cada uma das seguintes equações de oxirredução balanceadas, identifique os elementos que sofrem variações no número de oxidação e indique o valor da variação em cada caso.

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b) PBr3(l) + 3H2O(l) → H3PO3(aq) + 3HBr(aq)

3. Uma célula voltaica é construída, sendo que em um compartimento é colocado uma lâmina de alumínio em uma solução de Al(NO3)3, e o outro compartimento tem uma lâmina de níquel colocada em uma solução de NiSO4. A reação completa da célula é:

2Al(s) + 3Ni2+(aq) → 2Al3+(aq) + 3Ni(s)

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b) Qual eletrodo é o anódico e qual o catódico?

c) Indique os sinais dos eletrodos.

d) Os elétrons passam do eletrodo de alumínio para o eletrodo de níquel ou do de níquel para o de aluminío?

e) Em quais sentidos os cátions e os ânions migram na solução?

4. Uma célula voltaica é baseada nas duas semi-reações seguintes: Cd2+(aq) + 2e-→ Cd(s)

Sn2+(aq) + 2e-→ Sn(s)

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b) Determine o potencial padrão da célula.

5. Uma célula voltaica é baseada em uma semicélula Co2+_{/Co e em uma semicélula AgCl/Ag.}

a) Qual a reação que ocorre no ânodo?

b) Qual o potencial-padrão da célula?

6. Utilizando os potenciais de redução padrão, calcule a FEM padrão para cada uma das seguintes reações: a) Ni(s) + 2Ce4+(aq) → Ni2+(aq) + 2Ce3+(aq)

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c) 2Al3+(aq) + 3Ca(s) → 2Al(s) + 3Ca2+(aq)

d) H2(g) + F2(g) → 2H+(aq) + 2F-(aq)

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RESPOSTA DA LISTA DE EXERCICIOS 09 – POTENCIAL DE CÉLULA (FEM PILHA)

1. Substância reduzida: Ni, e agente oxidante: NiO2 ; substância oxidada: Cd, e agente redutor: Cd

2. a)I2O5(s) → I2(s) redução Δn= 5e CO(g) → CO2(g) oxidação Δn= 2 b) Não ocorre

3. a) Al(s) → Al3++ 3e oxidação e Ni2+(aq) + 2e → Ni(s) redução b) Eletrodo anódico Al(s) e Eletrodo catódico Ni(s)

c) Eletrodo anódico (-) Al(s) e Eletrodo catódico (+) Ni(s)

d) Al(s) → Ni(s) ânodo para cátodo

e) Cátions migram para cátodo e ânions migram para ânodo 4. Cd(s) → Cd2+(aq) + 2e Sn2+ (aq) + 2e → Sn(s) Cd(s) + Sn2+(aq) →Sn(s) +Cd2+(aq) b) ε° = +0,26 V 5. a) ânodo Co2+/ Co b) ε° = +0,50V 6. a) ε° = +1,84V b) ε° = +1,21V c) ε° = +1,21V d) ε° = +2,87V e) ε° = -3,25V

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LISTA 10 – EQUILÍBRIO QUÍMICO E EFEITO DA CONCENTRAÇÃO NA FEM DA PILHA

1) Numa célula, as duas semi-reações e seus respectivos potenciais-padrão de redução são os seguintes:

Ag+1 + e- → Ag E° = + 0,80V

Sn+2 + 2e → Sn E° = - 0,14V

Escreva a equação global da pilha e calcule sua F.E.M.

2) Seja a pilha esquematizada a seguir, onde é fornecido o sentido do fluxo de e-.

Responda:

a) Qual eletrodo é o cátodo (polo +)?

(polo +) Ag

b) Qual eletrodo é o ânodo (polo -)?

(polo -) Pb

c) Qual é a semi-reação no eletrodo de chumbo?

Pb(s) → Pb2+(aq) + 2e

d) Qual é a semi-reação no eletrodo de prata?

Ag+(aq) + e → Ag(s)

e) Qual é a espécie química que se oxida?

Pb

f) Qual é a espécie química que se reduz?

Ag

g) Qual é a placa que apresenta sua massa aumentada?

Ag

h) Qual é a placa que apresenta a massa diminuída?

Pb

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Pb(s) + 2Ag+1(aq) → 2Ag(s) + Pb+2(aq)

3) O que é uma ponte salina? Qual a sua função numa célula galvânica? Uma ponte salina pode ser substituída por um fio de platina em forma de U? Explicar.

4) Calcule a energia livre de Gibbs para os seguintes eletrodos que atuam no processo de corrosão e indique se a reação é espontânea ou não.

Cu+2 + 2e- → Cu E = + 0,34 V Ag+ + 1e- → Ag E = + 0,80 V

5) Uma célula voltaica é construída, a qual usa a seguinte reação e funciona a 298 K: Zn(s) +Ni+2_{(aq) → Zn}+2_{(aq) +Ni(s)}

a) A fem dessa célula sob condições-padrão.

b) Qual é a fem dessa célula quando [ Ni+2_{]=3mol/L, [Zn}+2_]=0,1mol/L?

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6) A célula abaixo pode ser usada para determinar o pH no compartimento catódico. Calcule o pH na seguinte situação:

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7) A reação que ocorre em uma célula nicad (níquel-cádmio) usado na bateria em computador tipo laptop:

Cd(s) + 2Ni(OH)3(s) → Cd(OH)2(s) + 2Ni(OH)2(s) E o potencial da célula é 1,25V. Qual é a energia livre da reação.

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8) Calcule ΔG° a 25°C para a reação:

8H+(aq) + MnO4–(aq) + 5Ag(s) → Mn2+(aq) + 5Ag+(aq) + 4H2O

9) Calcule a tensão produzida a 25°C pela célula:

Sn(s) | Sn2+_{(aq) | | Ag}+_{(aq) | Ag(s)}

Se [Sn2+] = 0,15 mol L–1, e [Ag+] = 1,7 mol L–1.

10) Explique a diferença entre a célula galvânica e a célula eletrolítica.

11) Determine o tempo, em horas, requerido para depositar 7,00 g de magnésio metálico a partir de cloreto de magnésio fundido, usando corrente de 7,30A.

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RESPOSTA DA LISTA 10 – EQUILÍBRIO QUÍMICO E EFEITO DA CONCENTRAÇÃO NA FEM DA PILHA

1) Sn(s) + 2Ag+1(aq) → Ag(s) + Sn+2(aq) E° = + 0,94V

2) a) (polo +) Ag b) (polo -) Pb c) Pb(s) → Pb2+(aq) + 2e d) Ag+(aq) + e → Ag(s) e) Pb f) Ag g) Ag h) Pb

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3) 4) ΔG = -88780 J mol-1 5) a) E° = + 0,53 V b) E° = + 0,574 V c) E° = + 0,511 V 6) pH = 1,50 7) -241,25 x103_{J mol}-1 8) -3,4 x 105_{J mol}-1 9) E° = + 0,98V 10) 11) 2,12h