PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 58 do ITA 2019

1ª fase · Química · Química: Reações de adição e eliminação

Texto-base das questões 49 a 60 · 1ª fase

Constantes

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (\text{F}) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\ \text{s}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\ \text{V}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\ \text{L} (CNTP)
Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (\text{g}) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{m}^2\ \text{kg}\ \text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\ \text{s}^{-1}
Número de Euler (\text{e}) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \text{s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0^\circ\ \text{C} e 760\ \text{mmHg}
Condições ambientes: 25^\circ\ \text{C} e 1\ \text{atm}
Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\ \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(\text{s}) = \text{sólido}. (\ell) = \text{líquido}. (\text{g}) = \text{gás}. (\text{aq}) = \text{aquoso}. (\text{conc}) = \text{concentrado}. (\text{ua}) = \text{unidades arbitrárias}.
u.m.a. = \text{unidade de massa atômica}. [\text{X}] = \text{concentração da espécie química X em mol}\ \text{L}^{-1}
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Co 27 58,93
N 7 14,01 Ni 28 58,69
O 8 16,00 Cu 29 63,55
F 9 19,00 Zn 30 65,38
S 16 32,06 Br 35 79,90

A reação de adição nucleofílica de dienos conjugados pode levar à formação de produtos 1,2-substituídos ou 1,4-substituídos, dependendo das condições de temperatura e da estrutura do reagente. A figura mostra o diagrama de energia em função da coordenada de reação para a adição de HBr a 1,3-butadieno. Com base nessa figura, sejam feitas as seguintes afirmações:

Diagrama de energia livre em função da coordenada de reação para CH₂=CHCH=CH₂ + HBr. As curvas partem do mesmo nível dos reagentes, passam por um primeiro máximo comum e por um mínimo correspondente a um intermediário comum. A partir desse mínimo, a curva tracejada passa por um segundo máximo mais baixo e termina no nível do produto 1,2; a curva contínua passa por um segundo máximo mais alto e termina no nível do produto 1,4, abaixo do nível do produto 1,2.

I. O produto 1,2 deve se formar mais rapidamente que o produto 1,4.
II. O produto 1,4 é termodinamicamente mais estável que o produto 1,2.
III. Independentemente da temperatura da reação, há a formação de um intermediário comum a partir do qual os produtos são formados.
IV. Se a temperatura for suficiente para fornecer energia aos reagentes e intermediários para formar os produtos, mas não for suficiente para reverter produtos em intermediários, o produto 1,2 será formado majoritariamente.

Das afirmações acima, está(ão) CORRETA(S)

  1. A
    apenas I e II.
  2. B
    apenas I e IV.
  3. C
    apenas II, III e IV.
  4. D
    apenas III.
  5. E
    todas.
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Resolução comentada

Na figura, os reagentes formam um intermediário comum (o carbocátion alílico), e dele partem dois caminhos: o tracejado, para o produto 1,2, e o contínuo, para o 1,4.

I. Correta. A barreira do tracejado é mais baixa, então o 1,2 se forma mais rápido (controle cinético).

II. Correta. O produto 1,4 termina em nível de energia mais baixo, logo é mais estável (controle termodinâmico).

III. Correta. O intermediário comum aparece na figura, e ele existe qualquer que seja a temperatura. A temperatura só decide qual caminho domina depois.

IV. Correta. Com temperatura baixa, há energia para vencer as barreiras de ida, mas não para reverter os produtos em intermediário. A reação é irreversível, e o produto majoritário é o que se forma mais rápido, o 1,2.

Como as quatro afirmações estão corretas:

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AOmite III e IV, que também são verdadeiras: o intermediário é comum e, a baixa temperatura, o 1,2 predomina.
  • BOmite a II, mas o 1,4 está em nível de energia menor e é o mais estável.
  • CExclui a I, mas a menor barreira do 1,2 faz esse produto se formar mais rápido.
  • DConsidera só a III, desprezando as análises cinética e termodinâmica, que também estão corretas.

Assuntos: Reações de adição e eliminação, Energia de ativação e catálise.

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Fonte: ITA 2019 · 1ª fase. Prova oficial ↗