Considere as seguintes afirmações relativas a reações químicas em que não haja variação de temperatura e pressão:
I - Uma reação química realizada com a adição de um catalisador é denominada heterogênea se existir uma superfície de contato visível entre os reagentes e o catalisador
II - A ordem de qualquer reação química em relação à concentração do catalisador é igual a zero.
III - A constante de equilíbrio de uma reação química realizada com a adição de um catalisador tem valor numérico maior do que o da reação não catalisada.
IV - A lei de velocidade de uma reação química realizada com a adição de um catalisador, mantidas constantes as concentrações dos demais reagentes, é igual àquela da mesma reação não catalisada.
V - um dos produtos de uma reação química pode ser o catalisador da mesma reação.
$• \ \text{Afirmativa I:}$ $\color{royalblue}{\text{Verdadeira}}$
Um catalisador heterogêneo é aquele que fornece uma superfície sobre a qual as moléculas podem reagir mais facilmente, este processo começa com a adsorção de uma molécula sobre a superfície do catalisador. Além disso, existem dois tipos de adsorção, a física e a química, esta última conhecida como quimissorção, inclusive, mais forte que a física. Enfim, o termo "visível" não é o mais adequado, mas no momento em que o catalisador está numa fase diferente dos reagentes, pode-se dizer que temos uma catálise heterogênea.
$• \ \text{Afirmativa II:}$ $\color{orangered}{\text{Incorreta}}$
A priori, entende-se que o processo de catálise é feito em etapas - mais de um mecanismo - assim, lembre-se também que a etapa lenta é responsável pela equação de velocidade - princípio de gargalo. Nesse viés, vamos supor uma reação de catálise: \begin{matrix} (1) & A+C &\rightarrow& AC &,& (2)& AC + B &\rightarrow& C + \text{produtos}
\end{matrix}Atente que, a etapa determinante da velocidade pode (e provavelmente deve) ser a $(1)$, pois ocorre a formação do complexo ativado, molécula esta formada por dependência de fatores estéricos, e, quando formada é instável e de curta duração. Com isso, qual a equação da velocidade da reação catalisada? Ora:\begin{matrix} v = k^* [A] \cdot [C]
\end{matrix}Certamente, a ordem da reação relativa a concentração do catalisador é diferente de zero.
$• \ \text{Afirmativa III:}$ $\color{orangered}{\text{Incorreta}}$
Primeiramente, deve-se saber que a constante de equilíbrio é constante numa dada temperatura, tanto para processos elementares como de múltiplas etapas. Nesse contexto, uma justificativa para afirmativa estar incorreta, vem do fato que o catalisador apenas acelera a reação, inclusive, em ambos os sentidos numa mesma medida, por isso, um bom catalisador na reação direta também é um bom catalisador para reação inversa, vide que sua função é diminuir a energia de ativação. Desse modo, entende-se que a adição de um catalisador não afeta a taxa relativa das duas reações, ou seja, ele não muda absolutamente nada na constante de equilíbrio.
$\color{orangered}{Obs:}$ Mesmo não alterando a constante de equilíbrio, os catalisadores possuem uma importante aplicação aos sistemas de equilíbrio. Observe que, para o equilíbrio dinâmico, a velocidade da reação direta deve ser igual a inversa, em suma, o catalisador acelera este processo, isto é, ele faz com que a reação entre em equilíbrio mais rapidamente.
$• \ \text{Afirmativa IV:}$ $\color{orangered}{\text{Incorreta}}$
Discutimos isso anteriormente, a presença de um catalisador pode, e provavelmente deve mudar a equação de velocidade.
$• \ \text{Afirmativa V:}$ $\color{royalblue}{\text{Verdadeira}}$
Este é basicamente o processo de autocatálise, em que um produto ou intermediário da fase lenta atua como catalisador. No caso, a produção deste - produto ou intermediário - aumenta a velocidade da reação conforme é formado.
\begin{matrix} Letra \ (B)
\end{matrix}