Questão 110 — ENEM 2022 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Funções orgânicas (fenóis e aminas aromáticas) e equilíbrio ácido-base aplicado à extração líquido-líquido
• ⚡ Nível: Difícil — exige cruzar o reconhecimento de funções orgânicas com a previsão de reatividade ácido-base dentro de um fluxograma de separação em várias etapas.
• 🎯 Tema/Habilidade: Extração ácido-base como técnica de separação de misturas orgânicas; competência de interpretar processos de obtenção e purificação de substâncias a partir de suas propriedades químicas.
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "No esquema de tratamento do resíduo industrial, identifique qual substância orgânica fica retida em cada uma das duas frações aquosas intermediárias, na ordem II e depois III."
• Palavras-chave decisivas: frações aquosas, II e III, respectivamente
• Armadilha típica: inverter a ordem fenol/anilina entre as frações II e III, ou supor que a acetona — justamente por ser uma molécula polar do cotidiano — também seria "capturada" por alguma das fases aquosas do esquema ácido-base.
• O que a resposta precisa demonstrar: a capacidade de prever se cada componente se transforma em um sal iônico (e, por isso, migra para a água) ao reagir com a solução aquosa básica ou ácida usada em cada etapa da extração.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Extração líquido-líquido: técnica de separação que usa duas fases líquidas imiscíveis — uma orgânica, outra aquosa — agitadas em funil de separação; cada substância migra preferencialmente para a fase em que é mais solúvel.
• Fenol como ácido fraco: a hidroxila ligada diretamente ao anel aromático (C₆H₅OH) libera H⁺ com relativa facilidade porque o ânion fenolato resultante é estabilizado por ressonância com o anel — por isso o fenol reage com uma base forte (como NaOH), formando um sal.
• Anilina como base fraca: o grupo amino (C₆H₅NH₂) tem, no nitrogênio, um par de elétrons capaz de capturar H⁺ de um ácido forte (como HCl), ainda que essa basicidade seja atenuada pela deslocalização parcial do par de elétrons no anel aromático.
• Acetona como composto neutro: a carbonila da cetona (CH₃COCH₃) não possui hidrogênio ionizável nem realiza protonação relevante nas condições diluídas da extração — por isso não é "capturada" quimicamente por nenhuma das duas fases ácido-base.
• Regra-mestra da extração ácido-base: trata-se com base aquosa para extrair um ácido orgânico; trata-se com ácido aquoso para extrair uma base orgânica; o que sobra sem reagir é neutro e permanece na fase orgânica até o fim do processo.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "resíduo de um processo industrial" com componentes de funções orgânicas distintas (fenol, anilina e acetona) → sinaliza que a separação depende de reatividade química, e não apenas de diferenças físicas como ponto de ebulição ou densidade.
• Evidência 2: "esquema de separações" com frações numeradas em sequência → cada etapa usa um reagente aquoso diferente (primeiro uma base, depois um ácido), retirando um componente por vez da fase orgânica original.
• Evidência 3: "frações aquosas II e III" → confirma que se trata exatamente das duas etapas de extração ácido-base do esquema, cada uma associada a um componente que reagiu e se tornou solúvel em água.
• Síntese: juntando as evidências, a fração II resulta do tratamento com solução aquosa básica (captura o componente ácido, o fenol) e a fração III resulta do tratamento com solução aquosa ácida (captura o componente básico, a anilina); a acetona, neutra, não aparece em nenhuma das duas.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Classificar a função orgânica e o comportamento ácido-base de cada componente

O resíduo reúne três substâncias com comportamentos químicos bem diferentes:

• Fenol (C₆H₅OH) → função fenol → ácido fraco (pKa ≈ 10), reage com base.
• Anilina (C₆H₅NH₂) → amina aromática → base fraca, reage com ácido.
• Acetona (CH₃COCH₃) → cetona → função neutra, não reage nem com ácido nem com base nessas condições.

Subpasso 4.2 — Simular cada etapa do esquema de extração

Na primeira extração, a mistura orgânica é agitada com uma solução aquosa básica. Apenas o fenol reage, por ser o único ácido presente:

C₆H₅OH(org) + NaOH(aq) → C₆H₅O⁻Na⁺(aq) + H₂O

O fenolato de sódio formado é iônico e, portanto, solúvel em água — migra para a fração aquosa II, enquanto anilina e acetona permanecem na fase orgânica, já que nenhuma das duas reage com base.

Na etapa seguinte, a fase orgânica restante (agora só com anilina e acetona) é agitada com uma solução aquosa ácida. Apenas a anilina reage, por ser a única base presente:

C₆H₅NH₂(org) + HCl(aq) → C₆H₅NH₃⁺Cl⁻(aq)

O cloreto de anilínio formado também é iônico e solúvel em água — migra para a fração aquosa III, enquanto a acetona, sem grupo básico para reagir, permanece isolada na fase orgânica final.

Subpasso 4.3 — Verificação

Fechando o raciocínio: a fase orgânica que sobra ao final do esquema contém apenas acetona, recuperável por evaporação ou destilação do solvente, já que ela nunca reagiu em nenhuma das duas etapas. Conferindo com o que o comando pede — "frações aquosas II e III, respectivamente" —, o resultado é fenol (II) e anilina (III), o que corresponde exatamente à alternativa A.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) fenol e anilina.

✅ Correta: o fenol, ácido fraco, é neutralizado pela solução aquosa básica e migra como fenolato de sódio para a fração II; a anilina, base fraca, é neutralizada pela solução aquosa ácida seguinte e migra como cloreto de anilínio para a fração III — exatamente a ordem descrita no esquema.

B) fenol e acetona.

❌ Incorreta: acerta o fenol na fração II, mas erra ao colocar a acetona na fração III. A acetona é uma cetona neutra, sem hidrogênio ácido nem par de elétrons básico disponível para reagir com HCl aquoso; ela jamais se converteria em um sal solúvel em água nessas condições.

C) anilina e acetona.

❌ Incorreta: inverte a ordem correta — coloca a anilina, que só reage com ácido, na fração II, que é básica — e ainda repete o erro de associar a acetona, neutra, a uma fração aquosa.

D) ácido acético e anilina.

❌ Incorreta: acerta a anilina na fração III, mas erra o componente da fração II. O ácido acético não faz parte da composição do resíduo descrito nesse esquema; o único componente ácido presente é o fenol, e é ele que reage com a base para formar o sal solúvel.

E) ácido acético e acetona.

❌ Incorreta: combina os dois erros anteriores — atribui à fração II um ácido que não está no resíduo (ácido acético) e à fração III um composto neutro (acetona) que nunca reagiria com a solução ácida.

🏆 Gabarito: A — o fenol (ácido fraco) é extraído pela solução aquosa básica e forma a fração II; a anilina (base fraca) é extraída, na etapa seguinte, pela solução aquosa ácida e forma a fração III; a acetona, neutra, permanece na fase orgânica em todas as etapas.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: A é a única alternativa coerente tanto com a função química de cada substância (fenol ácido, anilina básica, acetona neutra) quanto com a ordem do esquema (a base extrai antes; o ácido extrai depois).
• Padrão de cobrança: o ENEM cobra com frequência processos de separação de misturas — filtração, destilação, decantação, cromatografia — e, em versões mais avançadas como esta, extração líquido-líquido associada a reações ácido-base de funções orgânicas específicas.
• Generalização: em qualquer esquema desse tipo, memorize a lógica "base aquosa retira ácido orgânico; ácido aquoso retira base orgânica; o que não reage com nenhum dos dois é neutro e fica por último na fase orgânica" — essa regra resolve o esquema independentemente das substâncias específicas envolvidas.
• Dica de eliminação rápida: identifique primeiro a alternativa que comete o erro mais grosseiro — colocar a acetona, substância neutra, em uma fração aquosa —, o que elimina B, C e E de imediato; depois confira se o componente ácido aparece antes do básico na ordem das frações (II antes de III) para decidir entre A e D.
• Conexões: funções orgânicas nitrogenadas e oxigenadas; equilíbrio ácido-base de Brønsted-Lowry; técnicas de purificação usadas na indústria e em laboratórios de síntese orgânica, como na produção de fármacos.