Expressão da Velocidade

UFRJ
A expressão da velocidade de uma reação deve ser determinada experimentalmente, não podendo, em geral, ser predita diretamente a partir dos coeficientes estequiométricos da reação.
O gráfico a seguir apresenta dados experimentais que possibilitam a obtenção da expressão da velocidade da seguinte reação:



O gráfico anterior apresenta dados experimentais que possibilitam a obtenção da expressão da velocidade da seguinte reação:


a) Escreva a expressão da velocidade desta reação.
b) Calcule o número de mols de cada produto ao final da reação apresentada se, no início, há 3 mols de cada reagente.

Gabarito:
a) v=k[H2][ICl]

b) nHCL=3 ; nI2=1,5

A expressão da velocidade é obtida pela aplicação direta da lei da ação das massas. Vejamos um caso genérico de aplicação dessa lei;
aA + bB -> cC + dD
V=K[A]^a.[B]^b, onde [A] e [B] são as concentrações molares dos reagentes em estado aquoso ou gasoso, os expoentes a e b são os coeficientes de seus respectivos reagentes e K é uma constante característica de cada reação cujo valor é obtido experimentalmente.
Dada a equação 2 ICl(g) + 1 H2(g) -> I2(g) + 2 HCl(g), a lei de velocidade deveria ser expressa por:
V=[ICl]^2.[H2]^1, mas observando os dados da questão vemos que quando mantemos a concentração de H2 constante e dobramos a concentração de ICl, a velocidade da reação dobra, ao invés de quadruplicar. Isso nos permite concluir que a reação se processa em mais de um etapa (nesse caso, a lei de velocidade deve ser formulada a partir dos reagentes da etapa lenta, pois essa etapa permitirá um acréscimo ou decréscimo no valor da velocidade da reação, já que as outras etapas dependerão dela).
Tais etapas são:
ICl(g) + H2(g) -> HCl(g) + HI(g) (etapa lenta)
HI(g) + ICl(g) -> HCl (g) + I2 (g) (etapa rápida)
Somando = 2ICl(g) + H2(g) -> I2(g) + 2HCl(g) (equação global)
A velocidade será dada pela aplicação da Lei da Ação das Massas na reação que representa a etapa lenta do processo:
V=K.[ICl].[H2] (resposta do item a)
Para responder o item b utilizaremos cálculo estequiométrico.
Observemos que a proporção de quantidade de matéria dos reagentes é de 2 mols de ICl para 1 mol de H2. Quando adicionarmos 3 mols de cada reagente, teremos uma quantidade em excesso de H2, pois para qua 3 mols de H2 reajam completamente devemos ter o dobro de ICl, ou seja, 6 mols. Concluimos que 3 mols de ICl reagirão com 1,5 mols de H2 (a metade, devido à proporção estequiométrica).
De um modo geral, as proporções da reação são de 2 mols de ICl -> (reagem com) -> 1 mol de H2 -> (e formarão) -> 1 mol de I2 -> (e) -> 2 mols de HCl.
Pelas proporções, cada mol de H2 forma a mesma quantidade de I2 e o dobro de HCl. Logo, serão formados 1,5 mols de I2 e 3 mols de HCl. (resposta do item b)
Espero ter ajudado. Abraços.

Good Job Heitor Galileu, obrigado