Experiments yielded the following results:
Initial Concentrations (mol L-1) | {Initial Rate of Formation of
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[NO] |
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(a) What is the rate law for the reaction? (b) What is the value of the rate constant? © What are the units for the rate constant? (Hint: Identify the two experiments where only
changes and the two experiments where only the
varies.)
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos uma reação química:
E alguns dados experimentais sobre as concentrações iniciais de NO e H₂, além da taxa inicial de formação de N₂. Nosso objetivo é determinar a lei de velocidade da reação, calcular a constante de velocidade e descobrir as unidades dessa constante. Para isso, vamos usar conceitos de cinética química, especificamente como a taxa de reação depende das concentrações dos reagentes.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a lei de velocidade. Ela geralmente tem a forma:
Onde:
-
é a constante de velocidade, -
e são as concentrações dos reagentes, -
e são as ordens da reação em relação a cada reagente.
Nosso objetivo é encontrar
,
e
.
Passo 3
Vamos analisar as experiências fornecidas. Primeiro, identifique quais experimentos variaram apenas a concentração de NO, mantendo [H₂] constante, e quais variaram apenas [H₂], mantendo [NO] constante.
Observando a tabela:
-
Experimento 1 para 2 e 2:
- [NO] =
- [H₂] =
- Taxa =
- [NO] =
-
Experimento 2 para 2 e 2:
- [NO] =
- [H₂] =
- Taxa =
- [NO] =
-
Experimento 1 para 2 e 2:
- [NO] =
- [H₂] =
- Taxa =
- [NO] =
Passo 4
Vamos comparar os Experiment 1 e 2, onde apenas [NO] muda:
- Dobra a concentração de [NO]
- A taxa quadruplica
Isso nos ajuda a determinar a ordem em relação a NO (
). Se ao dobrar [NO], a taxa quadruplica, então:
Então, a ordem em relação a NO é 2.
Passo 5
Agora, vamos comparar o Experimento 2 e 3, onde apenas [H₂] muda:
- Dobra a concentração de [H₂]
- A taxa dobra
Isso nos ajuda a determinar a ordem em relação a H₂ (
). Se ao dobrar [H₂], a taxa dobra, então:
Então, a ordem em relação a H₂ é 1.
Passo 6
Agora que temos
e
, a lei de velocidade fica:
Passo 7
Vamos encontrar o valor da constante de velocidade
. Podemos usar qualquer um dos experimentos. Vamos usar o primeiro:
Calculando:
Passo 8
Finalmente, vamos determinar as unidades de
. Sabemos que:
Então:
Resolvendo para
:
Resposta
(a) A lei de velocidade é:
(b) O valor da constante de velocidade
é aproximadamente
.
© As unidades da constante de velocidade
são
.