ITA 2026 — Questão 25 · Cinética química

Quando e se necessário, utilize os valores fornecidos: número de Avogadro $N_A=\mathrm{6,02}\times {10}^{23}$ mol⁻¹; constante de Faraday $F=\mathrm{9,65}\times {10}^4$ C·mol⁻¹ = $\mathrm{9,65}\times {10}^4$ A·s·mol⁻¹ = $\mathrm{9,65}\times {10}^4$ J·V⁻¹·mol⁻¹; carga elementar $\mathrm{1,60}\times {10}^{-19}$ C; constante dos gases $R=\mathrm{8,21}\times {10}^{-2}$ atm·L·K⁻¹·mol⁻¹ = 8,31 J·K⁻¹·mol⁻¹ = 1,98 cal·K⁻¹·mol⁻¹; constante de Planck $h=\mathrm{6,63}\times {10}^{-34}$ J·s; velocidade da luz no vácuo $\mathrm{3,0}\times {10}^8$ m·s⁻¹; constante de Euler e = 2,72. Definições: 1 atm = 760 Torr = $\mathrm{1,01325}\times {10}^5$ N·m⁻² = 1,01325 bar. 1 J = 1 N·m = 1 kg·m²·s⁻² = $\mathrm{6,24}\times {10}^{18}$ eV. CNTP: 0 °C e 1 atm. Condições ambientes: 25 °C e 1 atm. Condições-padrão: 1 bar; concentração das soluções = 1 mol·L⁻¹ (rigorosamente, atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão. Convenções: (s) sólido; (ℓ) líquido; (g) gasoso; (aq) aquoso; (conc) concentrado; (ua) unidades arbitrárias; u.m.a. unidade de massa atômica; [X] concentração da espécie química X em mol·L⁻¹. $\ln \left(X\right)=\mathrm{2,3}\log \left(X\right)$; $\ln \left(2\right)=\mathrm{0,693}$. Um grupo de pesquisadores está testando um novo catalisador heterogêneo para oxidação de um poluente orgânico. Na ausência de catalisador, a constante de velocidade é igual a 2,0·${10}^{-3}$$s^{-1}$a 310K, e a energia de ativação é 85 kJ·${\mathrm{mol}}^{-1}$. Na presença do catalisador, a constante de velocidade da reação a 310 K aumenta 10 vezes. Considerações: i) o fator pré-exponencial e a ordem de reação não se alteram com a adição do catalisador; e ii) a concentração inicial do poluente é de 0,200 mol·$L^{-1}$. Assinale a alternativa que melhor representa, respectivamente, a energia de ativação e o tempo necessário para que a concentração do poluente caia para 0,050 mol·$L^{-1}$na presença do catalisador.