5.6: Vorhersage von Produkten aus chemischen Reaktionen

Ein Teil der Verlockung der Chemie ist, dass die Dinge nicht immer so funktionieren, wie Sie es erwarten. Sie planen eine Reaktion, antizipieren die Produkte und oft verblüffen Sie die Ergebnisse! Die Übung versucht also herauszufinden, was gebildet wurde, warum und ob Ihre Beobachtung zu anderen nützlichen Verallgemeinerungen führt. Der erste Schritt in diesem Entdeckungsprozess besteht darin, die Produkte zu antizipieren oder vorherzusagen, die wahrscheinlich in einer bestimmten chemischen Reaktion gebildet werden., Die Richtlinien, die wir hier beschreiben, werden die Produkte der meisten Klassen einfacher chemischer Reaktionen genau vorhersagen. Mit zunehmender Erfahrung in der Chemie werden Sie jedoch das Unerwartete zu schätzen wissen!

Bei einfachen Synthesereaktionen mit Reaktion von Elementen, wie Aluminiummetall, das mit Chlorgas reagiert, wird das Produkt eine einfache Verbindung sein, die beide Elemente enthält. In diesem Fall ist es am einfachsten, die gemeinsamen Ladungen zu berücksichtigen, die die Elemente als Ionen annehmen, und Ihr Produkt entsprechend aufzubauen. Aluminium ist ein Element der Gruppe III und bildet typischerweise ein + 3-Ion., Chlor, Gruppe VII, akzeptiert ein Elektron und bildet ein Monoanion. Wenn man diese Vorhersagen zusammenstellt, ist das Produkt wahrscheinlich AlCl3. Wenn Aluminiummetall und Chlorgas reagieren dürfen, ist festes AlCl3 das vorherrschende Produkt.

2 Al (s) + 3 Cl2 (g) → 2 AlCl3 (s)

Ähnlich kann die Synthesereaktion mit dem nichtmetallischen Wasserstoffgas und Brom angegangen werden. Das Produkt enthält beide Elemente. Wasserstoff, Gruppe I, hat ein Valenzelektron und bildet eine kovalente Bindung. Brom, Gruppe VII, hat sieben Valenzelektronen und bildet eine kovalente Bindung., Das wahrscheinliche Produkt ist daher HBr mit einer kovalenten Bindung zwischen Wasserstoff und Brom.

H2 (g) + Br2 (g) < → 2 HBr (g)

Denken Sie bei einer Einzelersatzreaktion daran, dass (im Allgemeinen) Metalle Metalle ersetzen und Nichtmetalle Nichtmetalle ersetzen. Für die Reaktion zwischen Blei (IV) – Chlorid und Fluorgas ersetzt das Fluor das Chlor, was zu einer Verbindung zwischen Blei und Fluor und der Produktion von elementarem Chlor führt. Das Blei kann als „Zuschauer“ in der Reaktion angesehen werden und das Produkt ist wahrscheinlich Blei(IV) Fluorid., Die vollständige Gleichung ist unten dargestellt.

PbCl4 ( s) + 2 F2 (g) → PbF4 (s) + 2 Cl2 (g)

Bei Einzelersatzreaktionen, bei denen von Metallen (oder Kohlenstoff oder Wasserstoff) erwartet wird, dass Sie Metalle ersetzen, sollten Sie zuerst die Aktivitätsreihe überprüfen, um festzustellen, ob eine Reaktion erwartet wird. Denken Sie daran, dass Metalle nur Metalle ersetzen können, die weniger aktiv sind als sie selbst (rechts in der Tabelle). Wenn die Reaktion vorhergesagt wird, verwenden Sie die gleichen allgemeinen Richtlinien, die wir oben verwendet haben. Beispielsweise reagiert festes Eisen mit wässriger Schwefelsäure (H2SO4)., Bei dieser Reaktion stellt sich die Frage, ob Eisen Wasserstoff verdrängt und Wasserstoffgas bildet. Wenn wir die Aktivitätsreihe betrachten, sehen wir, dass Wasserstoff rechts von Eisen ist, was bedeutet, dass die Reaktion erwartet wird. Als nächstes denken wir, dass Eisen Wasserstoff ersetzen wird, was zur Bildung von Eisensulfat führt, wo das Sulfat das „Zuschauer“ – Ion ist. Die Bildung von Wasserstoffgas erfordert eine Änderung der Oxidationszahl im Wasserstoff von +1 auf Null., Zwei Wasserstoffatome müssen daher reduziert werden (eine Abnahme der Oxidationszahl) und die beiden für die Reduktion erforderlichen Elektronen müssen aus dem Eisen stammen. Die Ladung auf dem Eisen ist daher höchstwahrscheinlich +2 (es beginnt bei Null und spendet zwei Elektronen an die Hydrogene). Das Endprodukt ist daher höchstwahrscheinlich Eisen (II) – sulfat. Die vollständige Gleichung ist unten dargestellt.

Fe ( s) + H2SO4 (aq) → FeSO4 (aq) + H2 (g)

Zersetzungsreaktionen sind am schwierigsten vorherzusagen, aber es gibt einige allgemeine Trends, die nützlich sind., Zum Beispiel zersetzen sich die meisten Metallkarbonate beim Erhitzen, um Metalloxid und Kohlendioxid zu erhalten.

NiCO3 (s) → NiO (s) + CO2 (g)

Metallhydrogencarbonate zersetzen sich auch beim Erhitzen, um das Metallcarbonat, Kohlendioxid und Wasser zu erhalten.

2 NaHCO3 (s) → Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)

Schließlich zersetzen sich viele sauerstoffhaltige Verbindungen beim Erhitzen, um Sauerstoffgas und „andere Verbindungen“zu erhalten. Diese Verbindungen zu identifizieren und zu verstehen, warum und wie sie gebildet werden, ist eine der Herausforderungen der Chemie., Einige Beispiele:

H2O2 (aq) → O2 (g) + H2O (l)

2 HgO (s) → O2 (g) + 2 Hg (l)

2 KClO3 (s) → 3 O2 (g) + 2 KCl (s)

Das Potenzial, Produkte im double-Ersatz-Reaktionen sind einfach vorherzusagen; die Anionen und Kationen einfach austauschen. Denken Sie jedoch daran, dass eines der Produkte ausfallen muss, da sonst keine chemische Reaktion aufgetreten ist. Für die Reaktion zwischen Blei (II) Nitrat und Kaliumiodid wird vorausgesagt, dass die Produkte Blei(II) Iodid und Kaliumnitrat sind., Es tritt keine Redox auf, und das Produkt, Bleiiodid, fällt als hellgelber Feststoff aus der Lösung aus. Die Frage, wie Sie diese Art von Löslichkeitstrend vorhersagen, wird im nächsten Abschnitt behandelt.

Pb(NO3)2 (aq) + 2 KI(aq)< → PbI2 (s) + 2 KNO3 (aq)