QuímicaFácilProblema · 2 pts

Cinética químicaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2026 · Junio

También trata: Formulación y nomenclatura orgánica · Pilas galvánicas y potenciales
Comunitat Valenciana · 2026 · Junio
Enunciado
Considere la reacción en fase gaseosa 2 NO(g)+Br2(g)⟶2 NOBr(g)2\,\text{NO}(g) + \text{Br}_2(g) \longrightarrow 2\,\text{NOBr}(g), que es de orden 2 respecto del NO y de orden 1 respecto del Br2\text{Br}_2.

a) Calcule la constante de velocidad, si la velocidad inicial es de 3⋅10−5 mol⋅L−1⋅min−13\cdot 10^{-5}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{min}^{-1} cuando las concentraciones iniciales de reactivos son [NO]0=3⋅10−2 mol⋅L−1[\text{NO}]_0 = 3\cdot 10^{-2}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} y [Br2]0=2⋅10−3 mol⋅L−1[\text{Br}_2]_0 = 2\cdot 10^{-3}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}. (0,5 puntos)

b) Calcule las velocidades iniciales de desaparición de NO y de Br2\text{Br}_2, en las condiciones del apartado anterior. (0,5 puntos)

Conteste a una de las siguientes cuestiones:

c1) Nombre los siguientes compuestos e indique el grupo funcional presente en cada uno de ellos. (1 punto)

A: CH3−CH2−CH(OH)−CH3\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH(OH)}{-}\text{CH}_3, B: CH3−CH2−CO−CH3\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CO}{-}\text{CH}_3, C: CH3−CH2−CH2−COOCH3\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{COOCH}_3 y D: CH3−CH2−CH2−COOH\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{COOH}.

c2) Se construye una pila electroquímica en la que se produce la reacción global siguiente:Zn(s)+2 AgNO3(ac)⟶2 Ag(s)+Zn(NO3)2(ac)\text{Zn}(s) + 2\,\text{AgNO}_3(ac) \longrightarrow 2\,\text{Ag}(s) + \text{Zn(NO}_3)_2(ac)Escriba las semirreacciones que tienen lugar en el ánodo y el cátodo y calcule la fuerza electromotriz de la pila en condiciones estándar. (1 punto)

Datos: potencial estándar de reducción, E∘ (V)E^\circ\ (\text{V}): Zn2+∣Zn\text{Zn}^{2+}|\text{Zn}: −0,76-0{,}76; Ag+∣Ag\text{Ag}^+|\text{Ag}: +0,80+0{,}80.
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Resultado
a) v=k[NO]2[Br2]v = k[\text{NO}]^2[\text{Br}_2]; k=16,7 L2⋅mol−2⋅min−1k = 16{,}7\ \text{L}^2\cdot\text{mol}^{-2}\cdot\text{min}^{-1}.

b) Desaparición de NO: 6⋅10−56\cdot 10^{-5} mol·L⁻¹·min⁻¹; de Br₂: 3⋅10−53\cdot 10^{-5} mol·L⁻¹·min⁻¹.

c1) A: butan-2-ol (alcohol); B: butanona (cetona); C: butanoato de metilo (éster); D: ácido butanoico (ácido carboxílico).

c2) Ánodo: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻; cátodo: Ag⁺ + e⁻ → Ag. E∘=+1,56E^\circ = +1{,}56 V.
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Estrategia

Los órdenes parciales dan directamente la ecuación de velocidad, v=k[NO]2[Br2]v = k[\text{NO}]^2[\text{Br}_2]: con una velocidad y sus concentraciones, se despeja kk. Las unidades de kk salen de la propia cuenta.

En b) hay que distinguir la velocidad de la reacción de la velocidad con que desaparece cada reactivo: se relacionan con los coeficientes. Por cada Br2\text{Br}_2 que reacciona desaparecen dos NO, así que el NO se gasta el doble de rápido.

En c1) basta reconocer el grupo de cada uno (–OH, C=O en medio de la cadena, –COO– y –COOH) y contar los carbonos: los cuatro tienen cadena de cuatro carbonos. En c2) el que se oxida (el Zn, que pasa a Zn2+\text{Zn}^{2+}) es el ánodo, y el que se reduce (la plata) el cátodo; la fem es la diferencia de potenciales de reducción, cátodo menos ánodo.
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Desarrollo

a) Ecuación de velocidad

Con los órdenes del enunciado:v=k [NO]2 [Br2]⇒k=v[NO]2[Br2]v = k\,[\text{NO}]^2\,[\text{Br}_2] \quad\Rightarrow\quad k = \frac{v}{[\text{NO}]^2[\text{Br}_2]}Constante de velocidad:k=3⋅10−5 mol⋅L−1⋅min−1(3⋅10−2 mol⋅L−1)2 (2⋅10−3 mol⋅L−1)=3⋅10−51,8⋅10−6=16,7 L2⋅mol−2⋅min−1k = \frac{3\cdot 10^{-5}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{min}^{-1}}{(3\cdot 10^{-2}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1})^2\,(2\cdot 10^{-3}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1})} = \frac{3\cdot 10^{-5}}{1{,}8\cdot 10^{-6}} = 16{,}7\ \text{L}^2\cdot\text{mol}^{-2}\cdot\text{min}^{-1}Las unidades son las de una reacción de orden total 3.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
b) Relación entre velocidadesv=−12 d[NO]dt=−d[Br2]dt=12 d[NOBr]dtv = -\frac{1}{2}\,\frac{d[\text{NO}]}{dt} = -\frac{d[\text{Br}_2]}{dt} = \frac{1}{2}\,\frac{d[\text{NOBr}]}{dt}Velocidades de desaparición:−d[NO]dt=2v=2⋅3⋅10−5=6⋅10−5 mol⋅L−1⋅min−1-\frac{d[\text{NO}]}{dt} = 2v = 2\cdot 3\cdot 10^{-5} = 6\cdot 10^{-5}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{min}^{-1}−d[Br2]dt=v=3⋅10−5 mol⋅L−1⋅min−1-\frac{d[\text{Br}_2]}{dt} = v = 3\cdot 10^{-5}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{min}^{-1}c1) Nombres y grupos funcionales
CompuestoNombreGrupo funcional
A: CH3−CH2−CH(OH)−CH3\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH(OH)}{-}\text{CH}_3butan-2-ol (2-butanol)hidroxilo: alcohol
B: CH3−CH2−CO−CH3\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CO}{-}\text{CH}_3butanonacarbonilo: cetona
C: CH3−CH2−CH2−COOCH3\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{COOCH}_3butanoato de metiloéster
D: CH3−CH2−CH2−COOH\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{COOH}ácido butanoicocarboxilo: ácido carboxílico
En A el –OH va en el carbono 2 (se numera por el extremo más cercano al grupo). En B no hace falta localizador: en una cadena de cuatro carbonos el carbonilo de una cetona solo puede estar en el 2. En C la parte del ácido tiene cuatro carbonos (butanoato) y el grupo unido al oxígeno es un metilo.

c2) Quién se oxida y quién se reduce

En la reacción global el Zn pasa de 0 a +2 (se oxida) y la plata, de +1 a 0 (se reduce). Es lo esperable: el par Ag+∣Ag\text{Ag}^+|\text{Ag} tiene el potencial de reducción mayor.

Semirreacciones:Aˊnodo (oxidacioˊn):Zn(s)⟶Zn2+(ac)+2 e−\text{Ánodo (oxidación):}\quad \text{Zn}(s) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(ac) + 2\,e^-Caˊtodo (reduccioˊn):2 Ag+(ac)+2 e−⟶2 Ag(s)\text{Cátodo (reducción):}\quad 2\,\text{Ag}^+(ac) + 2\,e^- \longrightarrow 2\,\text{Ag}(s)Global:Zn(s)+2 Ag+(ac)⟶Zn2+(ac)+2 Ag(s)\text{Global:}\quad \text{Zn}(s) + 2\,\text{Ag}^+(ac) \longrightarrow \text{Zn}^{2+}(ac) + 2\,\text{Ag}(s)Fuerza electromotriz. Los potenciales de reducción no se multiplican por los coeficientes:Epila∘=Ecaˊtodo∘−Eaˊnodo∘=0,80−(−0,76)=1,56 VE^\circ_\text{pila} = E^\circ_\text{cátodo} - E^\circ_\text{ánodo} = 0{,}80 - (-0{,}76) = 1{,}56\ \text{V}Sale positiva, como corresponde a una pila (reacción espontánea).
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Consejo

En b) no confundas la velocidad de la reacción con la de cada sustancia: la del NO es el doble porque su coeficiente es 2. Escribe la relación con los coeficientes antes de dar los números.

En c2) no multipliques el potencial de la plata por 2 aunque ajustes su semirreacción por 2: el potencial es una propiedad intensiva. Y en a) da kk con sus unidades; con orden total 3 son L2⋅mol−2⋅min−1\text{L}^2\cdot\text{mol}^{-2}\cdot\text{min}^{-1}.
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