Questão de Química — Transformações Químicas: elementos químicos, tabela periódica e reações químicas — FGV 2023

Cinética Química: Mecanismos de Reação

Gabarito: letra A. A lei de velocidade global é determinada pela etapa lenta do mecanismo, que envolve o intermediário $N_2O_2$. Como a primeira etapa é um equilíbrio rápido, podemos expressar a concentração desse intermediário em função dos reagentes iniciais ($NO$) através da constante de equilíbrio $K_{eq} = \frac{k_1}{k_{-1}}$, resultando na expressão final $v = \frac{k_1 \cdot k_2}{k_{-1}} [NO]^2 [Br_2]$.

Para resolver questões de mecanismos de reação, o passo fundamental é identificar a etapa determinante da velocidade (a etapa lenta). A lei de velocidade é escrita com base nessa etapa:

$v = k_2 [N_2O_2] [Br_2]$

Como o $N_2O_2$ é um intermediário (não aparece na equação global da reação), devemos substituí-lo. A primeira etapa, sendo um equilíbrio rápido, permite a relação:

$k_1 [NO]^2 = k_{-1} [N_2O_2] \implies [N_2O_2] = \frac{k_1}{k_{-1}} [NO]^2$

Substituindo essa relação na lei de velocidade da etapa lenta, obtemos a expressão que descreve a dependência da velocidade em relação às concentrações dos reagentes iniciais.

Alternativa A — ✅ Correta ⟵ GABARITO

Esta alternativa apresenta a expressão correta derivada do mecanismo proposto, combinando as constantes de velocidade das etapas envolvidas e as concentrações dos reagentes de forma coerente com a etapa lenta e o equilíbrio prévio.

Alternativas B, C e D — ❌ Incorretas

Estas alternativas apresentam combinações algébricas incorretas das constantes $k_1$, $k_{-1}$ e $k_2$ ou das concentrações dos reagentes, não respeitando a derivação matemática exigida pelo mecanismo de duas etapas proposto.

Gabarito: letra A