2 H2(g)+2 NO(g) 2 H2 O(g)+N2(g)
Experiment [H2] / M [NO] / M Initial rate / M s^-1
1 0.010 0.025 2.4 times 10^-6
2 0.0050 0.025 1.2 times 10^-6
3 0.010 0.0125 0.60 times 10^-6
a) Qual é a lei de velocidade da reação ?, b) Calcule a constante de velocidade da reação, c) Proponha um mecanismo para a reação, consistente com a lei de velocidade.
Estudos feitos em faixas mais amplas de concentrações de reagentes mostram que a lei de velocidade fica:
rate =k1[NO]^2[H2]1+k2[H2]
d) Como fica a lei de velocidade para concentrações bem baixas e concentrações bem altas de H2 ?

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma reação química:
2 H2(g) + 2 NO(g) 2 H2 O(g) + N2(g)
E nos dão uma tabela com diferentes concentrações de H2 e NO, além das taxas iniciais da reação. A matéria aqui é Cinética Química, que estuda a velocidade das reações e como diferentes fatores a afetam. Vamos precisar aplicar a Lei da Velocidade para determinar como a velocidade da reação depende das concentrações dos reagentes.

Passo 2

Primeiro, vamos encontrar a lei de velocidade da reação. A lei de velocidade geral tem a forma:
rate = k [H2]^m [NO]^n
Onde k é a constante de velocidade, e m e n são as ordens da reação em relação a H2 e NO, respectivamente. Nosso objetivo é encontrar os valores de m, n e k.

Passo 3

Vamos comparar os experimentos 1 e 2 para ver como a variação de H2 afeta a taxa, mantendo a concentração de NO constante ( 0.025 , M).
  • Experimento 1: [H2] = 0.010 , M, taxa = 2.4 times 10^-6 , M/s
  • Experimento 2: [H2] = 0.0050 , M, taxa = 1.2 times 10^-6 , M/s
A concentração de H2 foi reduzida pela metade, e a taxa também foi reduzida pela metade. Isso sugere que a ordem em relação a H2 ( m) é 1.

Passo 4

Agora, vamos comparar os experimentos 1 e 3 para ver como a variação de NO afeta a taxa, mantendo a concentração de H2 constante ( 0.010 , M).
  • Experimento 1: [NO] = 0.025 , M, taxa = 2.4 times 10^-6 , M/s
  • Experimento 3: [NO] = 0.0125 , M, taxa = 0.60 times 10^-6 , M/s
A concentração de NO foi reduzida pela metade, e a taxa também foi reduzida pela metade. Isso sugere que a ordem em relação a NO ( n) é 1.

Passo 5

Com isso, a lei de velocidade fica:
rate = k [H2] [NO]
Agora, vamos encontrar a constante de velocidade k. Podemos usar qualquer um dos experimentos; vamos usar o experimento 1.
2.4 times 10^-6 = k times 0.010 times 0.025

Passo 6

Resolvendo para k:
k = 2.4 times 10^-60.010 times 0.025 = 2.4 times 10^-62.5 times 10^-4 = 9.6 times 10^-3 , M^-1s^-1

Passo 7

Agora, propomos um mecanismo consistente com a lei de velocidade. Uma possibilidade é que a reação ocorra em duas etapas, sendo a etapa lenta a que determina a velocidade:
  1. H2 + NO H NO + H
  2. H + NO H2 O + N2
A etapa lenta envolve a reação de H2 com NO, o que está de acordo com a lei de velocidade encontrada.

Resposta

A lei de velocidade da reação é rate = k [H2] [NO] e a constante de velocidade é k = 9.6 times 10^-3 , M^-1s^-1.

Exercícios relacionados