PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 7 (Química) da 2ª fase do IME 2022
Texto-base das questões 01 a 10 · Química
FOLHA DE DADOS
Considere:
- 1\ \text{S (siemens)} = 1\ \text{ohm}^{-1};
- Constante de Faraday = 96.500\ \text{C.mol}^{-1};
- Número de Avogadro = 6{,}0 \times 10^{23};
- Constante universal dos gases ideais:
R = 2{,}0\ \text{cal.(mol.K)}^{-1} = 8{,}3\ \text{J.(mol.K)}^{-1} = 8{,}2 \cdot 10^{-2}\ \text{atm.L.(mol.K)}^{-1} ; - 1\ \text{atm} = 101.325\ \text{Pa} = 101{,}325\ \text{kPa} = 1{,}01325\ \text{bar} = 760\ \text{mmHg};
- 2^{1/2} = 1{,}4 ;
- 2^{\frac{65}{30{,}1}} = 2^{2{,}159} = 4{,}466;
- Capacidade calorífica molar média à pressão constante (\overline{C}_{\text{P}}), no intervalo de 0 a -10\ ^\circ\text{C}:
\ce{H2O (l)}: \overline{C}_{\text{P}} = 76{,}0\ \text{J.(mol.K)}^{-1};
\ce{H2O (s)}: \overline{C}_{\text{P}} = 38{,}0\ \text{J.(mol.K)}^{-1}; - Entalpia molar de fusão da água, a 1{,}0\ \text{atm}:
H_{\text{m, fusão}} = 6{,}0\ \text{kJ.mol}^{-1}; - Composição percentual do ar atmosférico = 79{,}0\% de \ce{N2(g)} e 21{,}0\% de \ce{O2(g)}
Entalpias-padrão de formação a 25^\circ\text{C}:
| Substância Química | \ce{C8H18(g)} | \ce{H2O(g)} | \ce{H2O(l)} | \ce{CO2(g)} | \ce{CO(g)} |
|---|---|---|---|---|---|
| \Delta H_{\text{f}}^\circ(\text{kJ.mol}^{-1}) | -208{,}45 | -241{,}82 | -285{,}83 | -393{,}51 | -110{,}53 |
Capacidade calorífica molar:
| Substância Química | \ce{N2(g)} | \ce{O2(g)} | \ce{H2O(g)} | \ce{CO2(g)} | \ce{CO(g)} |
|---|---|---|---|---|---|
| \overline{C}_{\text{P}}\ (\text{J.mol}^{-1}\text{.K}^{-1}) | 29{,}13 | 29{,}36 | 33{,}58 | 37{,}11 | 29{,}14 |
Tabela de logaritmos:
| x | 1{,}038 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 10 | 13 | 14 | 15 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \log(x) | 0{,}02 | 0{,}30 | 0{,}48 | 0{,}60 | 0{,}70 | 0{,}79 | 0{,}85 | 1 | 1{,}11 | 1{,}15 | 1{,}18 |
| \ln(x) | 0{,}04 | 0{,}70 | 1{,}10 | 1{,}39 | 1{,}60 | 1{,}79 | 1{,}95 | 2{,}30 | 2{,}57 | 2{,}64 | 2{,}71 |
Potencial padrão:
| Oxidante | \ce{F2} | \ce{Ce^{4+}} | \ce{Au^{3+}} | \ce{Cl2} | \ce{Fe^{3+}} | \ce{H3O+} | \ce{Ni^{2+}} | \ce{Na+} | \ce{Li+} |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| E^0(\text{V}) | + 2{,}87 | + 1{,}61 | + 1{,}50 | + 1{,}36 | + 0{,}77 | 0{,}00 | - 0{,}25 | - 2{,}71 | - 3{,}05 |
| Redutor | \ce{F-} | \ce{Ce^{3+}} | \ce{Au} | \ce{Cl-} | \ce{Fe^{2+}} | \ce{H2(g)} | \ce{Ni} | \ce{Na} | \ce{Li} |
Tabela Periódica dos Elementos Químicos:
Fonte: adapatada do site https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/40332
Escreva a fórmula estrutural plana do produto majoritário da mononitração, via substituição eletrofílica aromática, para cada reagente indicado abaixo:
a) ácido p-toluico (ácido 4-metilbenzoico);
b) p-cresol (4-metilfenol);
c) p-tolunitrila (4-metilbenzonitrila);
d) m-xileno (1,3-dimetilbenzeno); e
e) 2,6-difluoroacetanilida (N-(2,6-difluorofenil) etanamida);
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Resolução comentada
a) No ácido p-toluico há dois grupos que orientam a substituição. O \ce{-CH3} é ativador e orto/para dirigente. O \ce{-COOH} é desativador e meta dirigente. Como as posições para de cada grupo já estão ocupadas pelo outro, o \ce{NO2+} entra numa posição vizinha ao \ce{CH3} (orto a ele). Essa mesma posição é meta em relação ao \ce{COOH}, então os dois efeitos concordam.
Produto: anel benzênico com \ce{COOH} em C1, \ce{NO2} em C3 e \ce{CH3} em C4, o ácido 4-metil-3-nitrobenzoico.
Resposta: \ce{HOOC-C6H3(NO2)-CH3}, com \ce{NO2} orto ao \ce{CH3} e meta ao \ce{COOH} (ácido 4-metil-3-nitrobenzoico).
b) No p-cresol, a hidroxila é um ativador forte e orto/para dirigente, e a metila é um ativador fraco. Prevalece o efeito do \ce{OH}. A posição para ao \ce{OH} está ocupada pela metila, então o grupo nitro entra na posição orto ao \ce{OH} (que é meta ao \ce{CH3}).
Produto: \ce{OH} em C1, \ce{NO2} em C2 e \ce{CH3} em C4, o 4-metil-2-nitrofenol.
Resposta: anel com \ce{OH} e \ce{NO2} em posições vizinhas (orto) e \ce{CH3} para ao \ce{OH} (4-metil-2-nitrofenol).
c) Na p-tolunitrila, o \ce{-C≡N} é desativador e meta dirigente, e o \ce{-CH3} é ativador e orto/para dirigente. A posição orto ao \ce{CH3} é meta ao \ce{CN}, então os dois efeitos novamente concordam.
Produto: \ce{CN} em C1, \ce{NO2} em C3 e \ce{CH3} em C4, a 4-metil-3-nitrobenzonitrila.
Resposta: anel com \ce{CN} em C1, \ce{NO2} em C3 e \ce{CH3} em C4 (4-metil-3-nitrobenzonitrila).
d) No m-xileno, as duas metilas são orto/para dirigentes. As posições possíveis são:
- C2, entre as duas metilas: ativada pelos dois grupos, mas muito impedida estericamente.
- C4 (e C6, equivalente): orto a uma metila e para à outra, ativada pelos dois grupos e menos impedida.
- C5: meta às duas metilas, não ativada.
O produto majoritário é, portanto, o de C4.
Produto: o 1,3-dimetil-4-nitrobenzeno, também chamado 2,4-dimetilnitrobenzeno ou 4-nitro-m-xileno.
Resposta: m-xileno com \ce{NO2} em C4 (1,3-dimetil-4-nitrobenzeno).
e) Na 2,6-difluoroacetanilida, o grupo \ce{-NHCOCH3} é ativador moderado e orto/para dirigente. Suas duas posições orto estão ocupadas pelos átomos de F, então resta a posição para (C4). Os flúores são fracamente desativadores. Embora sejam orto/para dirigentes, o efeito da amida é bem mais forte, e C4 é a única posição livre dirigida por ela.
Produto: N-(2,6-difluoro-4-nitrofenil)etanamida, com \ce{NHCOCH3} em C1, \ce{F} em C2 e C6 e \ce{NO2} em C4.
Resposta: \ce{CH3CONH-C6H2F2-NO2}, com \ce{NO2} para ao grupo amida e meta aos dois F (N-(2,6-difluoro-4-nitrofenil)etanamida).
Assunto: Reações de substituição.
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Fonte: IME 2ª fase 2022 · Química. Prova oficial ↗