5.6: forudsigelse af produkter fra kemiske reaktioner

en del af kemiens lokke er, at tingene ikke altid fungerer som du forventer. Du planlægger en reaktion, forventer produkterne og ganske ofte resultaterne forbløffer dig! Øvelsen forsøger derefter at finde ud af, hvad der blev dannet, hvorfor, og om din observation fører til andre nyttige generaliseringer. Det første trin i denne opdagelsesproces er at forudse eller forudsige de produkter, der sandsynligvis vil blive dannet i en given kemisk reaktion., De retningslinjer, vi beskriver her, vil nøjagtigt forudsige produkterne fra de fleste klasser af enkle kemiske reaktioner. Som din erfaring i kemi vokser, imidlertid, du vil begynde at sætte pris på det uventede!

i enkle syntesereaktioner, der involverer reaktion af elementer, såsom aluminiummetal, der reagerer med klorgas, vil produktet være en simpel forbindelse indeholdende begge elementer. I dette tilfælde er det nemmest at overveje de fælles afgifter, som elementerne vedtager som ioner og opbygge dit produkt i overensstemmelse hermed. Aluminium er et Gruppe III element og vil typisk danne en + 3 ion., Klor, der er gruppe VII, vil acceptere en elektron og danne en monoanion. Ved at sætte disse forudsigelser sammen, vil produktet sandsynligvis være AlCl3. Faktisk, hvis aluminiummetal og klorgas får lov til at reagere, er fast AlCl3 det dominerende produkt.

2 Al (s) + 3 Cl2 (g) 2 2 AlCl3 (s)

syntesereaktionen, der involverer ikke-metaller hydrogengas og brom, kan næres på lignende måde. Produktet vil indeholde begge elementer. Hydrogen, Gruppe I, har en valenselektron og vil danne en kovalent binding. Brom, gruppe VII, har syv valenselektroner og vil danne en kovalent binding., Det sandsynlige produkt er derfor HBr med en kovalent binding mellem hydrogen og brom.

2 (g) + Br2 (g) < → 2 HBr (g)

med en enkelt udskiftning reaktion, minde om, at (i almindelighed) metaller vil erstatte metaller og ikke-metaller vil erstatte ikke-metaller. For reaktionen mellem bly(IV) chlorid og fluorgas vil fluoren erstatte kloren, hvilket fører til en forbindelse mellem bly og fluor og produktion af elementært chlor. Blyet kan ses som en” tilskuer ” i reaktionen, og produktet er sandsynligvis bly(IV) fluorid., Den komplette ligning er vist nedenfor.

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

I enkelt-udskiftning reaktioner, hvor metaller (eller kulstof og brint) forventes at erstatte metaller, først bør du kontrollere aktiviteten-serien for at se, om nogen reaktion er forventet. Husk at metaller kun kan erstatte metaller, der er mindre aktive end dem selv (til højre i tabellen). Hvis reaktionen forudsiges at forekomme, skal du bruge de samme generelle retningslinjer, som vi brugte ovenfor. For eksempel fast jern, der reagerer med vandig svovlsyre (H2SO4)., I denne reaktion er spørgsmålet, om jern vil fortrænge brint og danne brintgas. Når vi konsulterer aktivitetsserien, ser vi, at brint er til højre for jern, hvilket betyder, at reaktionen forventes at forekomme. Dernæst begrunder vi, at jern vil erstatte brint, hvilket fører til dannelsen af jernsulfat, hvor sulfatet er “tilskueren” ion. Dannelsen af hydrogengas kræver en ændring i O .idationstal i hydrogen på +1 til nul., To hydrogenatomer skal derfor reduceres (et fald i O .idationstal), og de to elektroner, der kræves til reduktionen, skal komme fra jernet. Ladningen på jernet er derfor sandsynligvis +2 (den starter ved nul og donerer to elektroner til hydrogenerne). Det endelige produkt er derfor sandsynligvis jern (II) sulfat. Den komplette ligning er vist nedenfor.

Fe (s) + H2SO4 (a.) Fe FeSO4 (a.) + H2 (g)

Nedbrydningsreaktioner er de sværeste at forudsige, men der er nogle generelle tendenser, der er nyttige., For eksempel vil de fleste metalcarbonater nedbrydes ved opvarmning for at give metalo .id og kuldio .id.

NiCO3 (s) Nic NiO (s) + CO2 (g)

Metalhydrogencarbonater nedbrydes også ved opvarmning for at give metalcarbonatet, kuldio .id og vand.

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

endelig vil mange iltholdige forbindelser nedbrydes ved opvarmning for at give iltgas og “andre forbindelser”. At identificere disse forbindelser og opbygge en forståelse af hvorfor og hvordan de dannes er en af udfordringerne i kemi., Nogle eksempler:

H2O2 (aq) → O2 (g) + H2O (l)

2 HgO (s) → O2 (g) + 2 Hg (l)

2 KClO3 (s) → 3 O2 (g) + 2 KCl (s)

potentielle produkter i dobbelt-udskiftning reaktioner er enkle at forudsige; den anioner og kationer, blot udveksling. Husk dog, at et af produkterne skal udfælde, ellers er der ikke sket nogen kemisk reaktion. For reaktionen mellem bly(II) nitrat og kaliumiodid forventes produkterne at være bly (II) iodid og kaliumnitrat., Ingen redo.forekommer, og produktet, blyiodid, udfældes fra opløsningen som et lyst gult fast stof. Spørgsmålet om, hvordan du forudsige denne type opløselighed tendens behandles i næste afsnit.

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