1. [CNT_x_24]O seguinte mecanismo foi proposto para a reação na fase gasosa de \mathrm{H}_{2} com ICl:
\begin{aligned} \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})}+\mathrm{ICl}_{(\mathrm{g})} & \rightarrow \mathrm{HI}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})} \\\ \mathrm{HI}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{ICl}_{(\mathrm{g})} & \rightarrow \mathrm{I}_{2(\mathrm{~g})}+\mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})} \end{aligned}
a. Escreva a equação balanceada para a reação total.
b. Identifique os intermediários.
c. Escreva as leis de velocidade para cada etapa do mecanismo.
d. Se a primeira etapa é lenta e a segunda é rápida, qual a velocidade que você esperaria ser observada para a reação como um todo?

Passo 1

O enunciado apresenta o mecanismo em fase gasosa para a reação entre \mathrm{H}_2 e ICl, com duas etapas elementares:
\begin{aligned} \mathrm{(1)}\quad&\mathrm{H}_{2(\mathrm{g})} + \mathrm{ICl}_{(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{HI}_{(\mathrm{g})} + \mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})},\\\ \mathrm{(2)}\quad&\mathrm{HI}_{(\mathrm{g})} + \mathrm{ICl}_{(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{I}_{2(\mathrm{g})} + \mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})}. \end{aligned}
O conteúdo aplicado aqui é cinética química de mecanismos elementares: soma de etapas para obter a reação global, identificação de intermediários e leis de velocidade rateais.

Passo 2

Para obter a reação total faz-se a soma das duas etapas, cancelando o intermediário \mathrm{HI}:
\underbrace{\mathrm{H}_2 + \mathrm{ICl}}_{\text{etapa (1)}} \;+\;\underbrace{\mathrm{HI} + \mathrm{ICl}}_{\text{etapa (2)}}\;\longrightarrow\;\mathrm{HI} + 2\,\mathrm{HCl} + \mathrm{I}_2.
Cancelando \mathrm{HI} em ambos os lados, a reação balanceada fica
\mathrm{H}_{2(\mathrm{g})} + 2\,\mathrm{ICl}_{(\mathrm{g})} \;\longrightarrow\;\mathrm{I}_{2(\mathrm{g})} + 2\,\mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})}.

Passo 3

Um intermediário é uma espécie que é formada numa etapa e consumida em outra, sem aparecer no resultado final. Aqui, \mathrm{HI} aparece como produto na etapa ( 1) e é consumido na etapa ( 2), logo é o único intermediário.

Passo 4

Como são etapas elementares, cada uma obedece à lei de massa:
\text{etapa (1):}\quad v_1 = k_1\,[\mathrm{H}_2]\,[\mathrm{ICl}],
\text{etapa (2):}\quad v_2 = k_2\,[\mathrm{HI}]\,[\mathrm{ICl}].

Passo 5

Se a etapa ( 1) é lenta (etapa determinante de velocidade) e a ( 2) é rápida, a velocidade global fica igual à da etapa lenta:
v_{\text{global}} = v_1 = k_1\,[\mathrm{H}_2]\,[\mathrm{ICl}].

Resposta

a. \mathrm{H}_{2(\mathrm{g})} + 2\,\mathrm{ICl}_{(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{I}_{2(\mathrm{g})} + 2\,\mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})}.
b. Intermediário: \mathrm{HI}.
c. \displaystyle v_1 = k_1\,[\mathrm{H}_2]\,[\mathrm{ICl}],\quad v_2 = k_2\,[\mathrm{HI}]\,[\mathrm{ICl}].
d. v = k_1\,[\mathrm{H}_2]\,[\mathrm{ICl}].

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