Ejercicio resuelto de Cinética química · Química · 2026

Ejercicio 5. (2 puntos)

Considere la reacción en fase gaseosa $2\,\text{NO}(g) + \text{Br}_2(g) \rightarrow 2\,\text{NOBr}(g)$, que es de orden 2 respecto del NO y de orden 1 respecto del $\text{Br}_2$.

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

b) Calcule las velocidades iniciales de desaparición de NO y de $\text{Br}_2$, 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: $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH(OH)}-\text{CH}_3$, B: $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CO}-\text{CH}_3$, C: $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{COOCH}_3$ y D: $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{COOH}$.

c2) Se construye una pila electroquímica en la que se produce la reacción global siguiente:

$\text{Zn}(s) + 2\,\text{AgNO}_3(ac) \rightarrow 2\,\text{Ag}(s) + \text{Zn(NO}_3)_2(ac)$

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, $E^o$(V): $\text{Zn}^{2+}|\text{Zn}$: $-0{,}76$; $\text{Ag}^+|\text{Ag}$: $+0{,}80$.

$\textbf{a) Calcule la constante de velocidad, si la velocidad inicial es de } \boldsymbol{3\cdot10^{-5}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}\cdot min^{-1}}}\textbf{ cuando las concentraciones iniciales de reactivos son } \boldsymbol{[\mathrm{NO}]_o=3\cdot10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}}\textbf{ y } \boldsymbol{[\mathrm{Br_2}]_o=2\cdot10^{-3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}}\textbf{. (0,5 puntos)}$

Los órdenes de reacción los da el enunciado, de manera que la ley de velocidad es:

$v=k\,[\mathrm{NO}]^2\,[\mathrm{Br_2}]$

Despejamos la constante y sustituimos los datos:

$k=\dfrac{v}{[\mathrm{NO}]^2[\mathrm{Br_2}]}=\dfrac{3\cdot10^{-5}}{\left(3\cdot10^{-2}\right)^2\cdot2\cdot10^{-3}}$

$k=16{,}7\ \mathrm{L^2\cdot mol^{-2}\cdot min^{-1}}$

Las unidades salen de la propia ecuación: el orden total es 3, así que la constante lleva $\mathrm{mol^{-2}}$ y $\mathrm{L^{2}}$ para que $v$ quede en $\mathrm{mol\cdot L^{-1}\cdot min^{-1}}$.

$\textbf{b) Calcule las velocidades iniciales de desaparición de NO y de } \boldsymbol{\mathrm{Br_2}}\textbf{, en las condiciones del apartado anterior. (0,5 puntos)}$

La velocidad de reacción se define dividiendo cada variación por el coeficiente estequiométrico correspondiente:

$v=-\dfrac{1}{2}\dfrac{d[\mathrm{NO}]}{dt}=-\dfrac{d[\mathrm{Br_2}]}{dt}=\dfrac{1}{2}\dfrac{d[\mathrm{NOBr}]}{dt}$

De ahí, la velocidad con que desaparece cada reactivo:

$-\dfrac{d[\mathrm{NO}]}{dt}=2v=2\cdot3\cdot10^{-5}=6\cdot10^{-5}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}\cdot min^{-1}}$

$-\dfrac{d[\mathrm{Br_2}]}{dt}=v=3\cdot10^{-5}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}\cdot min^{-1}}$

El monóxido de nitrógeno desaparece al doble de velocidad que el bromo, que es justo lo que dice la ecuación ajustada: por cada molécula de bromo que reacciona se consumen dos de NO.

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

Compuesto	Nombre	Grupo funcional $\mathrm{A:\ CH_3-CH_2-CH(OH)-CH_3}$	butan-2-ol	hidroxilo, $-\mathrm{OH}$ (alcohol) $\mathrm{B:\ CH_3-CH_2-CO-CH_3}$	butan-2-ona	carbonilo, $-\mathrm{CO}-$ (cetona) $\mathrm{C:\ CH_3-CH_2-CH_2-COOCH_3}$	butanoato de metilo	éster, $-\mathrm{COO}-$ $\mathrm{D:\ CH_3-CH_2-CH_2-COOH}$	ácido butanoico	carboxilo, $-\mathrm{COOH}$

Los cuatro tienen cuatro carbonos en la cadena principal, salvo el éster, en el que el grupo metilo procede del alcohol y no cuenta para la cadena del ácido.

$\textbf{c2) Escriba las semirreacciones que tienen lugar en el ánodo y el cátodo y calcule la fuerza electromotriz de la pila en condiciones estándar. (1 punto)}$

En la reacción global el cinc metálico pasa a $\mathrm{Zn^{2+}}$, es decir, se oxida, y la plata pasa de $\mathrm{Ag^+}$ a plata metálica, es decir, se reduce. Es coherente con los potenciales: el par con el potencial de reducción mayor es el que se reduce.

La oxidación tiene lugar en el ánodo, que es el polo negativo de la pila:

$\text{Ánodo:}\quad \mathrm{Zn}(s)\rightarrow \mathrm{Zn^{2+}}(ac)+2\,e^-$

La reducción tiene lugar en el cátodo, el polo positivo:

$\text{Cátodo:}\quad 2\,\mathrm{Ag^+}(ac)+2\,e^-\rightarrow 2\,\mathrm{Ag}(s)$

Los iones nitrato no intervienen: son iones espectadores.

La fuerza electromotriz en condiciones estándar es la diferencia de los potenciales de reducción del cátodo y del ánodo:

$E^o_{\text{pila}}=E^o_{\text{cátodo}}-E^o_{\text{ánodo}}=0{,}80-(-0{,}76)=1{,}56\ \mathrm{V}$

El valor es positivo, de modo que la reacción es espontánea tal como está escrita, que es lo que se espera de una pila. Su notación abreviada es:

$\mathrm{Zn}(s)\,|\,\mathrm{Zn^{2+}}(ac)\,\|\,\mathrm{Ag^+}(ac)\,|\,\mathrm{Ag}(s)$