Dada as seguintes etapas da reação para produzir hidrazina, responda:
a) Qual é a equação global estequiométrica?
b) Qual das três etapas é a determinante da velocidade?
c) Escreva a equação de velocidade para a etapa determinante da velocidade.
d) Que intermediários de reação estão envolvidos?
Etapas da reação:

Etapa 1 (Rápida):

NH3(aq)+OCl^-(aq) NH2 Cl(aq)+OH^-(aq)

Etapa 2 (Lenta):

NH2 Cl(aq)+NH3(aq) N2 H5^+(aq)+Cl^-(aq)

Etapa 3 (Rápida):

N2 H5 ^+(aq)+OH^-(aq) N2 H4(aq)+H2 O(l)

Passo 1

O enunciado apresenta um mecanismo em três etapas para a produção de hidrazina, envolvendo espécies químicas em solução aquosa. O conteúdo é cinética de reações e mecanismo de reação, e vamos precisar combinar estequiometricamente as etapas e identificar a etapa lenta para escrever a lei de velocidade e os intermediários.

Passo 2

Somamos as três etapas cancelando os intermediários ( NH2Cl, N2H5^+) e o íon OH^- que aparece como produto na etapa 1 e reagente na etapa 3.
Etapa 1:
NH3 + OCl^- to NH2Cl + OH^-
Etapa 2:
NH2Cl + NH3 to N2H5^+ + Cl^-
Etapa 3:
N2H5^+ + OH^- to N2H4 + H2O
Somando:
2,NH3 + OCl^- ;longrightarrow;N2H4 + Cl^- + H2O

Passo 3

A etapa determinante da velocidade é a etapa 2, pois ela é explicitamente indicada como “lenta” no mecanismo. Para a etapa 2, a lei de velocidade elementar é proporcional às concentrações dos reagentes dessa etapa, isto é
v = k2,[NH2Cl],[NH3]
Se quisermos expressar [NH2Cl] em função dos reagentes iniciais usando a pré-equilíbrio da etapa 1, temos
K1=[NH2Cl],[OH^-][NH3],[OCl^-] Longrightarrow [NH2Cl]=K1,[NH3],[OCl^-][OH^-]
e assim a lei global observada seria
v = k2,K1,[NH3]^2,[OCl^-][OH^-]

Passo 4

Os intermediários de reação são as espécies formadas e consumidas dentro do mecanismo, ou seja
NH2Cl (cloramina) e N2H5^+ (íon hidrazínio).

Resposta

a) 2,NH3 + OCl^- longrightarrow N2H4 + Cl^- + H2O
b) A etapa 2 ( NH2Cl + NH3to N2H5^+ + Cl^-).
c) v = k2,[NH2Cl],[NH3] (ou, usando o pré-equilíbrio da etapa 1, v = k2K1,[NH3]^2[OCl^-]/[OH^-]).
d) Os intermediários são NH2Cl e N2H5^+.

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