(UFC-CE) A Química Ambiental procura, entre outras coisas, adotar formas de atenuar a emissão de substâncias gasosas que depreciam a qualidade do ar. A reação entre os gases monóxido de carbono e oxigênio para produzir dióxido de carbono, de acordo com a equação abaixo, tem grande importância para o estudo ecológico:
Considerando a reação simples, escolha a alternativa correta.
a) A velocidade de formação do dióxido de carbono independe da concentração dos reagentes.
b) A velocidade de formação do dióxido de carbono independe da temperatura do ambiente.
c) A reação química como mostrada acima não está ajustada em sua estequiometria.
d) A reação é de terceira ordem em relação ao monóxido de carbono.
e) A reação é de terceira ordem em relação aos reagentes.
a) A velocidade de formação do dióxido de carbono independe da concentração dos reagentes.
b) A velocidade de formação do dióxido de carbono independe da temperatura do ambiente.
c) A reação química como mostrada acima não está ajustada em sua estequiometria.
d) A reação é de terceira ordem em relação ao monóxido de carbono.
e) A reação é de terceira ordem em relação aos reagentes.
Passo 1
O enunciado apresenta a reação
Pergunta: entre as alternativas (a) a (e), qual é a correta considerando “a reação simples” dada. Informações relevantes fornecidas:
- Equação química com coeficientes estequiométricos
, e . - A expressão “reação simples” sugere que a equação pode ser tratada como uma etapa elementar (ou seja, a reação ocorre tal como está representada, sem mecanismo complexo).
- As alternativas tratam de dependência da velocidade com respeito às concentrações, temperatura e ordem da reação.
Passo 2
Verificação rápida da estequiometria (balanceamento): conte átomos nos dois lados.
- Carbono: à esquerda
átomos (dos ); à direita átomos (dos ). - Oxigênio: à esquerda
átomos; à direita átomos.
Conclusão: a equação está balanceada (não há desequilíbrio estequiométrico).
Passo 3
Explicação didática sobre velocidade de reação, lei de velocidade e ordem:
- A velocidade instantânea de uma reação (frequentemente denotada por
ou ) costuma obedecer a uma lei de velocidade experimental do tipo
onde
é a constante de velocidade (depende da temperatura) e os expoentes
são as ordens parciais da reação em relação a cada reagente.
- A ordem total da reação é a soma dos expoentes:
. - Importante: esses expoentes são, em geral, determinados experimentalmente; porém, se a reação é elementar (uma única etapa), a lei de velocidade segue diretamente da estequiometria da etapa elementar: os expoentes correspondem aos coeficientes estequiométricos dos reagentes na etapa elementar.
- A constante
depende fortemente da temperatura segundo a equação de Arrhenius:
onde
é o fator pré-exponencial,
a energia de ativação,
a constante dos gases e
a temperatura absoluta. Logo, a velocidade geralmente depende da temperatura.
Passo 4
Aplicando ao caso “reação simples” (elementar) dada:
- Se tratarmos a reação como elementar, a lei de velocidade é diretamente obtida pelos coeficientes estequiométricos dos reagentes. Assim a forma da lei é
- Aqui o expoente de
é , o expoente de é . - Ordem total da reação é
, ou seja, terceira ordem global.
Passo 5
Avaliação das alternativas (usando as conclusões acima), explicando por que cada uma é falsa ou consistente com a dedução:
a) “A velocidade de formação do dióxido de carbono independe da concentração dos reagentes.” — Falsa. Para quase todas as reações a velocidade depende das concentrações via a lei de velocidade; no caso elementar aqui, depende explicitamente de e
.
a) “A velocidade de formação do dióxido de carbono independe da concentração dos reagentes.” — Falsa. Para quase todas as reações a velocidade depende das concentrações via a lei de velocidade; no caso elementar aqui, depende explicitamente de
b) “A velocidade de formação do dióxido de carbono independe da temperatura do ambiente.” — Falsa. A constante
depende da temperatura segundo a equação de Arrhenius, então a velocidade normalmente varia com
.
c) “A reação química como mostrada acima não está ajustada em sua estequiometria.” — Falsa. Verificamos no Passo 2 que a equação está balanceada (átomos de C e O conferem).
d) “A reação é de terceira ordem em relação ao monóxido de carbono.” — Falsa. Em relação ao
a ordem parcial, para uma etapa elementar, é
(porque há coeficiente
). "Terceira ordem em relação ao
" significaria expoente
em
, o que não é o caso.
e) “A reação é de terceira ordem em relação aos reagentes.” — A dedução do Passo 4 mostrou que a ordem total é
(para
) mais
(para
), dando ordem total
. Isso coincide com a afirmação da alternativa que diz que a reação é de terceira ordem em relação aos reagentes (i.e., ordem global 3).
Resposta
e)