Experiments yielded the following results:
Initial Concentrations <br>
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||
---|---|---|
|
|
Initial Rate of Formation <br> of
|
0.40 | 0.30 |
|
0.60 | 0.30 |
|
0.80 | 0.60 |
|
(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? (d) What is the overall order of this reaction?
© What are the units for the rate constant? (d) What is the overall order of this reaction?
Passo 1
Vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma tabela com concentrações iniciais de A e B, e a taxa inicial de formação de C. Nosso objetivo é determinar a lei da velocidade da reação, o valor da constante de taxa, as unidades dessa constante e a ordem total da reação. Para isso, vamos precisar usar conceitos de cinética química, especificamente como determinar a ordem da reação em relação a cada reagente e calcular a constante de velocidade usando a lei da velocidade encontrada.
Passo 2
Primeiro, vamos determinar a ordem da reação em relação a cada reagente, ou seja, os expoentes m e n na lei da velocidade:
Para isso, vamos comparar os experimentos que variam apenas uma concentração mantendo a outra constante. Isso nos permitirá isolar o efeito de cada reagente na taxa.
Passo 3
Vamos comparar o Experimento 1 e o Experimento 2. Nesses dois experimentos, a concentração de B
permanece constante em 0.30 mol/L, enquanto a concentração de A
aumenta de 0.40 para 0.60 mol/L. Observamos que a taxa aumenta de
para
mol L
s
.
Usando a relação:
Resolvendo para m:
Então, a reação é de segunda ordem em relação a A.
Passo 4
Agora, vamos comparar o Experimento 1 e o Experimento 3. Aqui, a concentração de A
aumenta de 0.40 para 0.80 mol/L e a concentração de B
aumenta de 0.30 para 0.60 mol/L. A taxa aumenta de
para
mol L
s
.
Usando a relação:
Dividindo ambos os lados por 4:
Então, a reação também é de segunda ordem em relação a B.
Passo 5
Com os valores de m e n, podemos escrever a lei da velocidade da reação:
Passo 6
Agora, vamos calcular o valor da constante de taxa
usando os dados de qualquer um dos experimentos. Vamos usar o Experimento 1:
Passo 7
As unidades da constante de taxa
podem ser determinadas a partir da lei da velocidade. Como a reação é de quarta ordem (segunda ordem em A e segunda ordem em B), as unidades de
são:
Passo 8
Finalmente, a ordem total da reação é a soma das ordens em cada reagente:
Resposta
(a) A lei da velocidade é
.
(b) O valor da constante de taxa
é aproximadamente
.
© As unidades da constante de taxa
são
.
(d) A ordem total da reação é 4.