A mistura de ácido nítrico e ácido clorídrico produz uma reação química, que resulta nos compostos voláteis, cloreto de nitrosila ( NOCl ) e gás cloro (Cl2), que se desprendem como vapores e são responsáveis pela mudança da água régia (
HNO3(aq)+3 HCl(aq) NOCl(g)+Cl2(g)+2 H2 O
Parte do cloreto de nitrosila (NOCl) se decompõe em óxido nítrico (NO) e cloro (Cl2), segundo o mecanismo a seguir:
& 2 NOCl xrightarrowK1 N2 O2 Cl2 & N2 O2 Cl2 xrightarrowK2 N2 O2+Cl2 & N2 O2 undersetk-3stackrelK3long<=ftrightarrow 2 NO (equilíbrio rápido) íá
De acordo com a lei de velocidade obtida qual deverá ser a etapa determinante desta reação. Justifique.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão tá pedindo. Temos uma reação química envolvendo ácido nítrico ( HNO3) e ácido clorídrico ( HCl) que forma alguns compostos voláteis como cloreto de nitrosila ( NOCl) e gás cloro ( Cl2). A gente também tem um mecanismo com três etapas envolvendo essas substâncias. A matéria que vamos usar aqui é Cinética Química, que estuda a velocidade das reações e como os diferentes passos influenciam nessa velocidade. Precisaremos entender o conceito de etapa determinante de reação e como identificar qual passo do mecanismo controla a velocidade total da reação.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é a etapa determinante de uma reação. Em um mecanismo de reação com múltiplos passos, a etapa mais lenta é chamada de etapa determinante, porque ela limita a velocidade com que a reação ocorre. É como um engarrafamento na estrada: independente de quantos carros querem passar antes, apenas alguns conseguem devido ao gargalo.

Passo 3

Agora, vamos analisar o mecanismo fornecido:
  1. 2 NOCl xrightarrowK1 N2 O2 Cl2
  2. N2 O2 Cl2 xrightarrowK2 N2 O2+Cl2
  3. N2 O2 undersetk-3stackrelK3long<=ftrightarrow 2 NO (equilíbrio rápido)
A gente precisa identificar qual dessas etapas é a mais lenta, ou seja, a que vai determinar a velocidade global da reação.

Passo 4

A terceira etapa é indicada como um “equilíbrio rápido”, o que sugere que ela atinge o equilíbrio rapidamente comparada às outras etapas. Isso geralmente significa que essa etapa não é a determinante da velocidade. Então, podemos focar nas duas primeiras etapas.

Passo 5

Para determinar qual das duas primeiras etapas é a etapa determinante, vamos olhar para as constantes de velocidade:
  • Etapa 1: K1
  • Etapa 2: K2
Geralmente, a etapa com a menor constante de velocidade é a mais lenta. Se K1 for menor que K2, então a primeira etapa é a lenta e portanto a etapa determinante. Se for o contrário, a segunda.

Passo 6

Sem valores numéricos específicos para K1 e K2, assumimos que a primeira etapa, sendo a inicial do mecanismo, tende a ser a mais lenta, especialmente se for uma etapa de formação de um intermediário instável. Além disso, a decomposição do intermediário ocorre na etapa seguinte, sugerindo que a formação dele é o passo limitante.

Resposta

A etapa determinante da reação é a primeira etapa, onde dois NOCl reagem formando N2O2Cl2. Isso ocorre porque essa etapa é a mais lenta do mecanismo e, portanto, controla a velocidade global da reação.

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