5.6: Predire prodotti da reazioni chimiche

Parte del richiamo della chimica è che le cose non sempre funzionano come ci si aspetta. Pianifichi una reazione, anticipi i prodotti e, molto spesso, i risultati ti stupiscono! L’esercizio, quindi, sta cercando di capire cosa si è formato, perché e se la tua osservazione porta ad altre utili generalizzazioni. Il primo passo in questo processo di scoperta è anticipare o prevedere i prodotti che probabilmente si formeranno in una data reazione chimica., Le linee guida che descriviamo qui prediranno con precisione i prodotti della maggior parte delle classi di semplici reazioni chimiche. Man mano che la tua esperienza in chimica cresce, tuttavia, inizierai ad apprezzare l’inaspettato!

Nelle semplici reazioni di sintesi che coinvolgono la reazione di elementi, come il metallo di alluminio che reagisce con il gas di cloro, il prodotto sarà un composto semplice contenente entrambi gli elementi. In questo caso, è più facile considerare le spese comuni che gli elementi adottano come ioni e costruire il prodotto di conseguenza. L’alluminio è un elemento del gruppo III e in genere forma uno ion + 3., Il cloro, essendo il Gruppo VII, accetterà un elettrone e formerà un monoanione. Mettendo insieme queste previsioni, è probabile che il prodotto sia AlCl3. Infatti, se il metallo di alluminio e il gas di cloro sono autorizzati a reagire, l’AlCl3 solido è il prodotto predominante.

2 Al (s) + 3 Cl2 (g) → 2 AlCl3 (s)

La reazione di sintesi che coinvolge il gas idrogeno e il bromo non metallici può essere affrontata in modo simile. Il prodotto conterrà entrambi gli elementi. L’idrogeno, Gruppo I, ha un elettrone di valenza e formerà un legame covalente. Il bromo, Gruppo VII, ha sette elettroni di valenza e formerà un legame covalente., Il prodotto probabile è quindi HBr, con un legame covalente tra l’idrogeno e il bromo.

H2 (g) + Br2 (g)< → 2 HBr (g)

Per una reazione a sostituzione singola, ricordare che (in generale) i metalli sostituiranno i metalli e i non metalli sostituiranno i non metalli. Per la reazione tra piombo (IV) cloruro e fluoro gas, il fluoro sostituirà il cloro, portando ad un composto tra piombo e fluoro e la produzione di cloro elementare. Il piombo può essere visto come uno “spettatore” nella reazione e il prodotto è probabile che sia piombo(IV) fluoruro., L’equazione completa è mostrata sotto.

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

Nelle reazioni di sostituzione singola in cui si prevede che i metalli (o carbonio o idrogeno) sostituiscano i metalli, per prima cosa si dovrebbe controllare la serie di attività per vedere se è prevista una reazione. Ricorda che i metalli possono sostituire solo i metalli meno attivi di loro (a destra nella tabella). Se si prevede che la reazione si verifichi, utilizzare le stesse linee guida generali che abbiamo usato sopra. Ad esempio, ferro solido che reagisce con acido solforico acquoso (H2SO4)., In questa reazione la domanda è se il ferro sostituirà l’idrogeno e formerà il gas idrogeno. Consultando la serie di attività, vediamo che l’idrogeno è alla destra del ferro, il che significa che la reazione dovrebbe verificarsi. Successivamente, ragioniamo che il ferro sostituirà l’idrogeno, portando alla formazione di solfato di ferro, dove il solfato è lo spectator “spettatore”. La formazione di gas idrogeno richiede un cambiamento nel numero di ossidazione nell’idrogeno di +1 a zero., Due atomi di idrogeno devono quindi essere ridotti (una diminuzione del numero di ossidazione) e i due elettroni necessari per la riduzione devono provenire dal ferro. La carica sul ferro è quindi più probabile che sia + 2 (inizia a zero e dona due elettroni agli idrogeni). Il prodotto finale è quindi molto probabilmente solfato di ferro(II). L’equazione completa è mostrata sotto.

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

Le reazioni di decomposizione sono le più difficili da prevedere, ma ci sono alcune tendenze generali che sono utili., Ad esempio, la maggior parte dei carbonati metallici si decompongono al riscaldamento per produrre l’ossido di metallo e l’anidride carbonica.

NiCO3 (s) → NiO (s) + CO2 (g)

I carbonati di idrogeno metallico si decompongono anche al riscaldamento per dare carbonato di metallo, anidride carbonica e acqua.

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

Infine, molti composti contenenti ossigeno si decompongono al riscaldamento per produrre gas ossigeno e “altri composti”. Identificare questi composti e costruire una comprensione del perché e come si formano è una delle sfide della chimica., Alcuni esempi:

H2O2 (aq) → O2 (g) + H2O (l)

2 HgO (s) → O2 (g) + 2 Hg (l)

2 KClO3 (s) → 3 O2 (g) + 2 KCl (s)

I potenziali prodotti nelle reazioni a doppia sostituzione sono semplici da prevedere; gli anioni e i cationi si scambiano semplicemente. Ricorda, tuttavia, che uno dei prodotti deve precipitare, altrimenti non si è verificata alcuna reazione chimica. Per la reazione tra nitrato di piombo (II) e ioduro di potassio, si prevede che i prodotti siano ioduro di piombo(II) e nitrato di potassio., Non si verifica alcun redox e il prodotto, ioduro di piombo, precipita dalla soluzione come un solido giallo brillante. La questione di come si fa a prevedere questo tipo di tendenza di solubilità è affrontato nella sezione successiva.

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