Problema resuelto de Química: Cinética químicaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2025 · Julio

a) Ley de velocidad general$$v = k\,[\text{F}]^x\,[\text{OH}^-]^y$$Orden respecto de F. En los experimentos 1 y 2, $[\text{OH}^-]$ es la misma y $[\text{F}]$ se duplica:$$\frac{v_2}{v_1} = \frac{k\,(0{,}02)^x\,(0{,}002)^y}{k\,(0{,}01)^x\,(0{,}002)^y} = 2^x = \frac{1{,}36\cdot 10^{-3}}{3{,}40\cdot 10^{-4}} = 4 \;\Rightarrow\; x = 2$$Orden respecto de OH⁻. En los experimentos 1 y 3, $[\text{F}]$ es la misma y $[\text{OH}^-]$ se duplica:$$\frac{v_3}{v_1} = \frac{k\,(0{,}01)^x\,(0{,}004)^y}{k\,(0{,}01)^x\,(0{,}002)^y} = 2^y = \frac{6{,}80\cdot 10^{-4}}{3{,}40\cdot 10^{-4}} = 2 \;\Rightarrow\; y = 1$$Ley de velocidad. La reacción es de orden 2 respecto de F, de orden 1 respecto de $\text{OH}^-$ y de orden total 3:$$v = k\,[\text{F}]^2\,[\text{OH}^-]$$b) Constante de velocidad

Con los datos del experimento 1:$$k = \frac{v_1}{[\text{F}]^2\,[\text{OH}^-]} = \frac{3{,}40\cdot 10^{-4}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}}{(0{,}01\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1})^2\cdot 0{,}002\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}} = 1700\ \text{L}^2\cdot\text{mol}^{-2}\cdot\text{s}^{-1}$$Los experimentos 2 y 3 dan el mismo valor. Las unidades salen de $\dfrac{\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}}{(\text{mol}\cdot\text{L}^{-1})^3} = \text{L}^2\cdot\text{mol}^{-2}\cdot\text{s}^{-1}$ (es decir, $\text{M}^{-2}\cdot\text{s}^{-1}$).

c1) i) Deshidratación del propan-2-ol$$\underset{\text{propan-2-ol}}{\text{CH}_3\!-\!\text{CH(OH)}\!-\!\text{CH}_3} \xrightarrow{\;\text{H}_2\text{SO}_4,\ \text{calor}\;} \underset{\text{A: propeno}}{\text{CH}_2{\mkern2mu=\mkern2mu}\text{CH}\!-\!\text{CH}_3} + \underset{\text{B: agua}}{\text{H}_2\text{O}}$$El grupo $-\text{OH}$ y un hidrógeno del carbono vecino salen juntos como agua y entre esos dos carbonos queda un doble enlace: es una reacción de eliminación (deshidratación). El reactivo es el propan-2-ol (2-propanol); A es el propeno y B, agua.

c1) ii) Oxidación del butan-1-ol

El $-\text{OH}$ está en un carbono primario (en el extremo de la cadena). El permanganato lo oxida primero a aldehído:$$\underset{\text{butan-1-ol}}{\text{CH}_3\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\text{OH}} \xrightarrow{\;\text{KMnO}_4,\ \text{calor}\;} \underset{\text{butanal}}{\text{CH}_3\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CHO}}$$y, como el permanganato en caliente es un oxidante fuerte, el aldehído sigue oxidándose hasta el ácido carboxílico:$$\text{CH}_3\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CHO} \xrightarrow{\;\text{KMnO}_4\;} \underset{\text{C: ácido butanoico}}{\text{CH}_3\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{COOH}}$$Es una reacción de oxidación. El reactivo es el butan-1-ol (1-butanol); el producto C es el ácido butanoico (si la oxidación se detiene antes, el butanal; los criterios aceptan los dos).

c2) Isómeros de C₄H₁₀O

Dos posibilidades (hay más):

• Alcohol: $\text{CH}_3\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\text{OH}$, butan-1-ol (1-butanol).
• Éter (isómero de función del anterior): $\text{CH}_3\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{O}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_3$, dietil éter (etoxietano).

Otros válidos: butan-2-ol $\text{CH}_3\!-\!\text{CH(OH)}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_3$ (de posición), 2-metilpropan-1-ol $(\text{CH}_3)_2\text{CH}\!-\!\text{CH}_2\text{OH}$ y 2-metilpropan-2-ol $(\text{CH}_3)_3\text{C}\!-\!\text{OH}$ (de cadena), metil propil éter $\text{CH}_3\!-\!\text{O}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_3$ o metil isopropil éter $\text{CH}_3\!-\!\text{O}\!-\!\text{CH}(\text{CH}_3)_2$.