A mistura de ácido nítrico e ácido clorídrico produz uma reação química, que resulta nos compostos voláteis, cloreto de nitrosila ( NOCl ) e gás cloro , que se desprendem como vapores e são responsáveis pela mudança da água régia (
Parte do cloreto de nitrosila se decompõe em óxido nítrico e cloro , segundo o mecanismo a seguir:
Determinar a lei de velocidade para a formação do óxido nitroso (NO).
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão trata de cinética química, que é o estudo de como as reações químicas acontecem ao longo do tempo. O enunciado nos dá uma reação envolvendo ácido nítrico e ácido clorídrico que forma alguns compostos voláteis e depois se decompõe em outros produtos. Nosso objetivo é descobrir a lei de velocidade para a formação do óxido nitroso (NO). Para fazer isso, vamos seguir o mecanismo da reação passo a passo e aplicar alguns conceitos de cinética química.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o mecanismo proposto:
Primeiro passo:
2 NOCl xrightarrowK1 N2O2Cl2
Aqui, duas moléculas de cloreto de nitrosila (NOCl) reagem para formar N₂O₂Cl₂.
Segundo passo:
N2O2Cl2 xrightarrowK2 N2O2 + Cl2
O intermediário N₂O₂Cl₂ se decompõe em N₂O₂ e gás cloro (Cl₂).
Terceiro passo (equilíbrio rápido):
N2O2 undersetk-3stackrelK3long<=ftrightarrow 2 NO
O N₂O₂ está em equilíbrio rápido com duas moléculas de NO.
Passo 3
Para encontrar a lei de velocidade da formação de NO, precisamos identificar qual passo controla a taxa da reação. Normalmente, o passo mais lento é o passo determinante. Nesse caso, vamos supor que os dois primeiros passos são mais lentos comparados ao terceiro, que está em equilíbrio rápido.
Isso significa que podemos tratar o terceiro passo como um equilíbrio e usar a aproximação de equilíbrio para simplificar nossos cálculos.
Passo 4
Vamos agora expressar a concentração do intermediário N₂O₂ em termos das concentrações dos reagentes. Do terceiro passo, temos:
N2O2 undersetk-3stackrelK3long<=ftrightarrow 2 NO
A constante de equilíbrio K3 = [NO]^2[N2O2] é dada por:
[N2O2] = [NO]^2K3
Rearranjando para encontrar :
Passo 5
Agora, voltando ao segundo passo do mecanismo:
N2O2Cl2 xrightarrowK2 N2O2 + Cl2
A velocidade desse passo é:
Velocidade = K2 [N2O2Cl2]
Mas precisamos expressar 2 NOCl xrightarrowK1 N2O2Cl2 em termos de K1 [NOCl]^2 = [N2O2Cl2] . Do primeiro passo:
Velocidade = K2 times K1 [NOCl]^2
Assumindo um equilíbrio rápido para o primeiro passo (já que não foi especificado), podemos dizer que:
Então:
Passo 6
Finalmente, como nosso objetivo é encontrar a velocidade de formação de NO, e sabemos que:
Velocidade de formação de NO = d[NO]dt = K2 K1K3 [NOCl]^2 çã
Assim, a lei de velocidade para a formação de NO é proporcional ao quadrado da concentração de NOCl.
Resposta
A lei de velocidade para a formação do óxido nitroso (NO) é dada por: