Questão 3

IME 2019

Química

(IME - 2019/2020 - 2ª FASE)

Considere a reação de decomposição da nitramida em solução aquosa:

$NH_2NO_2(aq) ightarrow N_2O(g)+H_2O(l)$

Sabendo-se que a lei de velocidade, determinada experimentalmente, é dada pela expressão $v=kfrac{[NH_2NO_2]}{[H_30^+]}$ , foram propostos três possíveis mecanismos para a reação:

MECANISMO I:

$\NH_2NO_{2(aq)}+H_2O_{(l)} ightleftharpoons NHNO^-_{2(aq)}+H_3O^+_{(aq)} (equilibrio rapido)\ NHNO^-_{2(aq)} ightarrow N_20_{(g)}+OH^-_{(aq)} (etapa lenta) \ H_3O^+_{(aq)}OH^-_{(aq)} ightarrow 2H_2O_{(l)} (etapa rapida)$

MECANISMO II:

$\NH_2NO_2 ightarrow N_2O+H_2O (etapa elementar)$

MECANISMO III:

$\NH_2NO_2+H_3O ightleftharpoons NH_3NO^+_2+H_2O (equilibrio rapido)$

$NH_3NO^+_2 ightarrow N_2O+H_3O^+ (etapa lenta)$

Com base nas informações acima, determine se cada mecanismo proposto é compatível com a expressão da velocidade experimental, fundamentando suas respostas.

Gabarito:

Resolução:

Temos a reação:

$NH_2NO_{2(aq)} ightarrow N_2O_{g}+H_2O_{(l)}$

Em que:

$V=K.frac{[NH_2NO_2]}{[H_3O^+]}$

MECANISMO I:

$\NH_2NO_{2(aq)}+H_2O_{(l)} ightleftharpoons NHNO^-_{2(aq)}+H_3O^+_{(aq)} (equilibrio rapido)\ NHNO^-_{2(aq)} ightarrow N_20_{(g)}+OH^-_{(aq)} (etapa lenta) \ H_3O^+_{(aq)}OH^-_{(aq)} ightarrow 2H_2O_{(l)} (etapa rapida)$

Da 2ª etapa (lenta), temos:

$V=K_2[NHNO^-_2] (1)$

Mas da 1ª etapa (eq. médio), temos:

$\Kd.[NH_2NO_2]=Ki[NHNO^-_2].[H_3O^+] herefore$

$\ herefore[NHNO^-_2]=frac{Kd}{Ki}.frac{[NH_2NO_2]}{[H_3O^+]} (2)$

Substituindo (2) em (1):

$\V=left ( K_2.frac{Kd}{Ki} ight ).frac{[NH_2NO_2]}{[H_3O^+]}Rightarrow$

$\V={K}.frac{[NH_2NO_2]}{[H_3O^+]},$

compatível com a lei da velocidade.

MECANISMO II:

$NH_2NO_{2(aq)} ightarrow N_2O_{(g)}+H_2O_{(l)} (elementar)$

Temos que:

$V=K[NH_2NO_2],$

incompatível com a lei da velocidade.

MECANISMO III:

$NH_2NO_{2(aq)}+H_3O^+_{(aq)} ightleftharpoons NH_3NO^+_{2(aq)}+H_2O_{(l)} (equilibrio rapido)$

$NH_3NO^+_{2(aq)} ightarrow N_2O_{(g)}+H_3O^+_{(aq)} (lenta)$

Da 2ª etapa temos:

$V=K_2[NH_3NO^+_2] (3)$

Mas, da 1ª etapa (equilíbrio rápido):

$\Kd.[NH_2NO_2][H_3O^+]=Ki[NH_3NO^+_2] herefore$

$\ herefore[NH_3NO^+_2]=frac{Kd}{Ki}.[NH_2NO_2].[H_3O^+] (4)$

Substituindo (4) em (3):

$\V=left ( K_2.frac{Kd}{Ki} ight ).[NH_2NO_2].[H_3O^+]={K}.[NH_2NO_2].[H_3O^+]$

incompatível com a lei da velocidade.

Questões relacionadas

Questão 1

(IME - 2019/2020 - 1ª FASE) Considere que a superfície da Lua seja bombardeada a cada segundo por cerca de 100 bilhões de átomos de hidrogênio por cm2 em fun&cce...

Questão 2

(IME - 2019/2020 - 1ª FASE) A respeito das reações abaixo: I. II. III. Assinale a alternativa INCORRETA.

Questão 3

(IME - 2019/2020 - 1ª FASE) Uma liga de cobre e prata, isenta de impurezas, é colocada em um recipiente contendo uma solução de ácido sulfúrico e á...

Questão 9

(IME - 2019/2020 - 1ª FASE) A figura abaixo esquematiza o funcionamento de um aparelho de ionização que pode ser útil para medir baixas pressões compreendidas e...