Questão de Química · FGV SEE-MG 2023 (nº 43)

A velocidade de uma reação química que ocorre em várias etapas é geralmente determinada pela etapa mais lenta, chamada de etapa determinante da velocidade. Se uma etapa anterior à determinante for um equilíbrio rápido, podemos usar a relação de equilíbrio para expressar a concentração de qualquer intermediário (substância formada e consumida durante a reação, mas que não aparece na equação geral) em termos dos reagentes originais.

(A) Correta: Esta expressão é obtida ao identificar a segunda etapa como a etapa determinante da velocidade (lenta), cuja lei de velocidade elementar é $v = k_2[N_2O_2][Br_2]$. Como $N_2O_2$ é um intermediário, sua concentração é substituída usando a condição de equilíbrio rápido da primeira etapa ($k_1[NO]^2 = k_{-1}[N_2O_2]$), resultando em $[N_2O_2] = \dfrac{k_1}{k_{-1}}[NO]^2$. Substituindo, a lei de velocidade global se torna $v = k_2 \left(\dfrac{k_1}{k_{-1}}[NO]^2\right)[Br_2]$, e a constante de velocidade global é $\dfrac{k_1 k_2}{k_{-1}}$.

(B) Incorreta: Esta alternativa inverte a constante $k_2$ com $k_{-1}$ no denominador, o que não segue a derivação correta da lei de velocidade a partir do mecanismo proposto. A armadilha aqui é confundir qual constante de velocidade do equilíbrio ($k_1$ ou $k_{-1}$) deve estar no numerador ou denominador ao expressar a concentração do intermediário.

(C) Incorreta: Esta expressão não corresponde à derivação da constante de velocidade a partir do mecanismo, pois coloca $k_2$ e $k_{-1}$ no denominador, o que é inconsistente com a etapa determinante da velocidade e a condição de equilíbrio.

(D) Incorreta: Esta alternativa inverte a relação entre $k_1$ e $k_2$ com $k_{-1}$, colocando $k_1$ e $k_{-1}$ no denominador, o que está incorreto para este tipo de mecanismo.