Quando o ar de uma cidade está muito poluído, várias reações químicas podem ocorrer na atmosfera do local. Uma delas é a reação entre o dióxido de nitrogênio e o ozônio, que forma trióxido de nitrogênio e gás oxigênio, como na equação a seguir:
NO2(g)+O3(g) NO3(g)+O2(g)
Utilizando os dados a seguir para a equação fornecida, determine a expressão da velocidade e o valor da constante da velocidade desse processo: (1,0)
Concentração inicial de NO2 <br> mol / L Concentração inicial de O3 <br> mol / L Velocidade inicial <br> (mol.L.s)
15.10^-5 3.10^-5 6,6.10^-2
15.10^-5 6.10^-5 13,2.10^-2
7,5.10^-5 6.10^-5 6,6.10^-2

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de cinética química! A questão apresenta uma reação entre dióxido de nitrogênio ( NO2) e ozônio ( O3) formando trióxido de nitrogênio ( NO3) e gás oxigênio ( O2). A matéria envolvida aqui é a cinética química, que estuda a velocidade das reações químicas e como ela depende das concentrações dos reagentes. Para resolver, vamos precisar entender como determinar a expressão da velocidade da reação e calcular a constante da velocidade usando os dados fornecidos.

Passo 2

Primeiro, precisamos lembrar que a lei de velocidade ou expressão da velocidade de uma reação relaciona a velocidade da reação com as concentrações dos reagentes elevadas a certos expoentes. A forma geral é:
v = k [NO2]^m [O3]^n
Onde:
  • v é a velocidade da reação,
  • k é a constante da velocidade,
  • [NO2] e [O3] são as concentrações dos reagentes,
  • m e n são as ordens da reação em relação a cada reagente.

Passo 3

Vamos determinar os exponentes m e n comparando os experimentos que mudam a concentração de um reagente enquanto mantém a outra constante.
Comparando Experimento 1 e 2:
  • Experimento 1:
    • [NO2] = 15 times 10^-5 mol/L
    • [O3] = 3 times 10^-5 mol/L
    • Velocidade v1 = 6,6 times 10^-2 mol·L⁻¹·s⁻¹
  • Experimento 2:
    • [NO2] = 15 times 10^-5 mol/L
    • [O3] = 6 times 10^-5 mol/L
    • Velocidade v2 = 13,2 times 10^-2 mol·L⁻¹·s⁻¹
Aqui, a concentração de NO2 permanece a mesma, enquanto a de O3 dobra (de 3 times 10^-5 para 6 times 10^-5). A velocidade também dobrou (de 6,6 times 10^-2 para 13,2 times 10^-2).
Isso indica que a reação é primeira ordem em relação ao O3, já que dobrar sua concentração dobra a velocidade. Logo, n = 1.

Passo 4

Agora, vamos comparar o Experimento 2 e 3 para descobrir a ordem em relação ao NO2.
  • Experimento 2:
    • [NO2] = 15 times 10^-5 mol/L
    • [O3] = 6 times 10^-5 mol/L
    • Velocidade v2 = 13,2 times 10^-2 mol·L⁻¹·s⁻¹
  • Experimento 3:
    • [NO2] = 7,5 times 10^-5 mol/L
    • [O3] = 6 times 10^-5 mol/L
    • Velocidade v3 = 6,6 times 10^-2 mol·L⁻¹·s⁻¹
Aqui, a concentração de O3 permanece a mesma, enquanto a de NO2 reduz para metade (de 15 times 10^-5 para 7,5 times 10^-5). A velocidade também reduziu para metade (de 13,2 times 10^-2 para 6,6 times 10^-2).
Isso mostra que a reação é primeira ordem em relação ao NO2, pois reduzir sua concentração pela metade reduz a velocidade pela metade. Logo, m = 1.

Passo 5

Com as ordens das reações encontradas ( m = 1 e n = 1), a expressão da velocidade fica:
v = k [NO2] [O3]

Passo 6

Agora, vamos encontrar o valor da constante da velocidade k. Podemos usar qualquer um dos experimentos para isso. Vamos usar o Experimento 1:
v = 6,6 times 10^-2 = k times (15 times 10^-5) times (3 times 10^-5)
Resolvendo para k:
k = 6,6 times 10^-215 times 10^-5 times 3 times 10^-5 = 6,6 times 10^-245 times 10^-10 = 6,645 times 10^8 = 0,1467 times 10^8 = 1,467 times 10^7 , L^2mol^-2s^-1

Resposta

A expressão da velocidade da reação é:
v = 1,467 times 10^7 , L^2mol^-2s^-1 times [NO2] [O3]
E a constante da velocidade k é:
k = 1,467 times 10^7 , L^2mol^-2s^-1

Exercícios relacionados