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Química geral e reações químicas
E x E m p lO 14 . 3
Determinando uma Equação de Velocidade Problema A velocidade da reação entre CO e NO2 a 540 K CO(g) + NO2(g) n CO2(g) + NO(g) foi medida começando com várias concentrações de CO e NO2. Determine a equação de velocidade e o valor da constante de velocidade. concentrações iniciais (mol/L)
Experimento
[CO]
[NO2]
Velocidade Inicial (mol/L ∙ h)
1
5,10 × 10−4
0,350 × 10−4
3,4 × 10−8
2
5,10 × 10
0,700 × 10
−4
6,8 × 10−8
3
5,10 × 10−4
0,175 × 10−4
1,7 × 10−8
4
1,02 × 10−3
0,350 × 10−4
6,8 × 10−8
5
1,53 × 10−3
0,350 × 10−4
10,2 × 10−8
−4
Mapa Estratégico 14.3 PROBLEMA
Derivar a equação de velocidade e o valor de k para uma determinada reação. DADOS/INFORMAÇÕES
• 5 experimentos que medem a
velocidade inicial em função da concentração do reagente Compare as velocidades para dois experimentos, onde a concentração do reagente A é constante e a do reagente B é variada
E T A P A 1.
Forneça a dependência da velocidade em um reagente (B) Compare as velocidades para dois experimentos em que a concentração do reagente B é constante e a do reagente A é variada.
E T A P A 2.
Forneça a dependência de velocidade no outro reagente (A) Utilize a dependência de velocidade em A e B para escrever a equação de velocidade.
E T A P A 3.
Velocidade = k [A]n[B]m Substitua os dados de velocidade para um experimento na equação de velocidade para calcular k.
E T A P A 4.
Valor da constante de velocidade k
Quimica e reacao quimica Volume 2.indb 628
O que você sabe? A tabela contém concentrações dos dois reagentes e velocidades iniciais para cinco experimentos.
Estratégia Para uma reação que envolve diversos reagentes, a aproximação geral é manter a concentração de um reagente constante e, então, verificar como a velocidade da reação varia enquanto a concentração do outro reagente é variada. A velocidade é proporcional à concentração de um reagente, R, elevada a alguma potência n (a ordem da reação) Velocidade ∝ [R]n Se [R] dobra e a velocidade dobra do experimento 1 ao 2, então n = 1. Se [R] dobra e a velocidade aumenta por um fator 4, então n = 2. Se a velocidade é inalterada, então n = 0.
Solução Nos três primeiros experimentos, a concentração de CO é mantida constante. No segundo experimento, a concentração de NO2 foi duplicada em relação ao experimento 1, levando a um aumento da velocidade para o dobro. Como a velocidade foi dobrada, a reação é de primeira ordem em NO2. Isso é confirmado pelo experimento 3. Diminuir [NO2] no experimento 3 para a metade do seu valor original faz com que a velocidade diminua pela metade. Os dados nos experimentos 1 e 4 (com [NO2] constante) mostram que a duplicação da [CO] dobra a velocidade, e os dados dos experimentos 1 e 5 mostram que, ao triplicar a concentração de CO, a velocidade é triplicada. Esses resultados indicam que a reação é de primeira ordem em [CO]. Desse modo, sabemos agora que a equação de velocidade é Velocidade de reação = k[CO][NO2] A constante de velocidade, k, pode ser encontrada pela inserção de dados para um dos experimentos na equação de velocidade. Utilizando dados do experimento 1, por exemplo, Velocidade
3,4
10
8
mol/L
h
k(5,10
10
4
mol/L)(0,350
10
4
mol/L)
k = 1,9 L/mol ∙ h
Pense bem antes de responder Para verificar sua resposta, calcule k para dois ou mais dos experimentos. Se os valores determinados para k diferem significativamente, então, saberá que você cometeu um erro no cálculo das ordens de reação. A mesma lei de velocidade seria aplicada se as reações fossem realizadas sob uma temperatura diferente, porém, a constante de velocidade k teria um valor diferente.
07/08/2015 14:04:03