- (a) Considere a combustão de
. Se o hidrogênio é queimado à velocidade de
, qual é a velocidade de consumo de oxigênio? Qual é a velocidade de formação de vapor de água? (b) A reação
é realizada em recipiente fechado. Se a pressão parcial de NO está diminuindo à velocidade de 23 torr/min, qual é a velocidade de variação da pressão total do recipiente?
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede.
-
Reação (a):
- Dado: o hidrogênio é queimado à velocidade de
. - Perguntas: (i) qual é a velocidade de consumo de
? (ii) qual é a velocidade de formação de ?
- Dado: o hidrogênio é queimado à velocidade de
-
Reação (b):
- Dado: a pressão parcial de
está diminuindo à velocidade de . (Ou seja, a taxa de variação é .) - Pergunta: qual é a velocidade de variação da pressão total do recipiente,
?
- Dado: a pressão parcial de
Passo 2
Conceito-chave sobre velocidade de reação e estequiometria (aula rápida e prática).
- Para uma reação genérica
, definimos a velocidade escalar da reação pela relação
-
Aqui
é a concentração de ( ), e são os coeficientes estequiométricos (números inteiros positivos). -
O sinal negativo aparece para reagentes porque suas concentrações diminuem com o tempo; para produtos aparece positivo porque suas concentrações aumentam.
-
Essa relação permite converter a taxa dada de uma espécie na taxa das outras usando os coeficientes da equação balanceada.
-
Para gases em um recipiente à temperatura e volume constantes, as pressões parciais são proporcionais ao número de mols (ou à concentração):
. Portanto, as mesmas relações estequiométricas valem para as taxas de variação das pressões parciais:
- Onde
é uma “velocidade de reação em unidades de pressão por tempo” ( , por exemplo). Isso vale porque e o fator comum cancela nas razões.
Passo 3
Aplicando ao item (a) passo a passo.
- Reação:
- Pelo item anterior, a velocidade escalar é
- Interpretação do dado: "o hidrogênio é queimado à velocidade de
" significa que a concentração de diminui com taxa (o valor dado é a velocidade de consumo, positiva em magnitude, mas a derivada é negativa). - Calcular
:
- Interpretação:
é positivo e representa a velocidade escalar da reação.
Passo 4
Continuando (a): obter as taxas pedidas usando
.
- Velocidade de consumo de
:
-
Em termos de magnitude de consumo:
(consumido). -
Velocidade de formação de
:
- Observação intuitiva: com coeficiente
para e para , a taxa de formação do vapor de água (em magnitude) é igual à taxa de consumo do .
Passo 5
Aplicando ao item (b) passo a passo.
- Reação:
- Para pressões parciais, pela razão estequiométrica vale
- Dado:
(a pressão parcial de NO está diminuindo). - Calcular
:
- Agora as outras taxas de variação das pressões parciais:
-
(Cl também está sendo consumido). -
(NOCl sendo formado).
-
Passo 6
Calcular a velocidade de variação da pressão total.
- A pressão total é
. Assim
- Substituindo os valores encontrados:
- Interpretação: a pressão total do recipiente está diminuindo a
.
Resposta
(a)
(consumo de
).
(a) (formação).
(b) .
(a)
(b)