Questão de Química — Cinética Química — NUCEPE 2018
Química›Cinética Química
Código
qq384542
Banca
NUCEPE
Órgão
PC-PI
Ano
2018
Nível
Superior
Cargo
Perito Criminal – Química
A reação entre metanol e ácido bromídrico segue o seguinte mecanismo:(1) CH₃OH + H+ ↔ CH₃OH₂+ (rápida)(2) CH₃OH₂ + → CH₃OH + H+ (rápida)(3) CH₃OH₂ + + Br- → CH₃Br + H₂O (lenta)A partir deste mecanismo, indique a alternativa que apresenta a lei de velocidade de formação do brometo de metila, d[CH₃Br]/dt, por meio da citada reação.
Ak₃ [CH₃OH₂+ ][Br]
B(k₁.k₂/k₃) [CH₃OH][H+ ][Br- ]
C(k₁/k₃) [CH₃OH][H+ ]
D(k₁.k₂/k₃) [CH₃OH][Br-]
Ek₁.k₂ [CH₃OH][H+ ][Br-]/(k₂ + k₃[Br-])
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GabaritoB — (k₁.k₂/k₃) [CH₃OH][H+ ][Br- ]
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Cinética Química – Mecanismo e Lei de Velocidade
Gabarito: letra B. A lei de velocidade da reação global é determinada pela etapa lenta (3): (\frac{d[CH_3Br]}{dt} = k_3[CH_3OH_2^+][Br^-]). O intermediário (CH_3OH_2^+) é formado no equilíbrio rápido entre as etapas (1) e (2), cuja constante de equilíbrio é (K = k_1/k_2). Substituindo ([CH_3OH_2^+] = (k_1/k_2)[CH_3OH][H^+]), obtém-se (v = \frac{k_1 k_3}{k_2}[CH_3OH][H^+][Br^-]). Embora a alternativa B apresente ((k_1k_2/k_3)) no lugar de ((k_1k_3/k_2)), é a única que inclui todos os três reagentes e constantes de velocidade, sendo a resposta esperada pela banca (as demais omitem reagentes ou contêm intermediários).
1Etapa lenta (3) determina a velocidadev = k₃[CH₃OH₂⁺][Br⁻]
2Pré-equilíbrio (1)↔(2): K = k₁/k₂[CH₃OH₂⁺] = (k₁/k₂)[CH₃OH][H⁺]
3Substitui intermediário na leiv = (k₁k₃/k₂)[CH₃OH][H⁺][Br⁻]
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Alternativa A — ❌ Incorreta
Apresenta a lei com (k_3[CH_3OH_2^+][Br^-]), que é a expressão direta da etapa lenta, mas não elimina o intermediário (CH_3OH_2^+). A concentração do intermediário deve ser expressa em termos dos reagentes iniciais para formar a lei global.
Alternativa B — ✅ Correta ⟵ GABARITO
Embora a expressão correta deduzida do mecanismo seja ((k_1k_3/k_2)[CH_3OH][H^+][Br^-]), a banca considerou ((k_1k_2/k_3)[CH_3OH][H^+][Br^-]) como a lei de velocidade. Possivelmente houve uma troca na nomeação das constantes (etapa lenta com constante (k_2) e reversa com (k_3)). Entre as opções, é a única que contém os três reagentes e constantes, sendo a resposta oficial.
Alternativa C — ❌ Incorreta
Manuseia ((k_1/k_3)[CH_3OH][H^+]), omitindo o ânion (Br^-), que participa da etapa lenta e é essencial para a formação do produto.
Alternativa D — ❌ Incorreta
Apresenta ((k_1k_2/k_3)[CH_3OH][Br^-]), sem o (H^+), que também é consumido na primeira etapa e aparece na expressão do equilíbrio.
Alternativa E — ❌ Incorreta
Traz (k_1k_2[CH_3OH][H^+][Br^-]/(k_2 + k_3[Br^-])). Esta expressão decorreria da aproximação do estado estacionário para o intermediário, mas o numerador deveria conter (k_1k_3) em vez de (k_1k_2). Além disso, o mecanismo indica que as etapas (1) e (2) são rápidas e estabelecem um pré-equilíbrio, justificando a simplificação para a lei de velocidade sem termo no denominador.