5.6: het voorspellen van producten uit chemische reacties

een deel van de verleiding van chemie is dat dingen niet altijd werken zoals je verwacht. U plant een reactie, anticipeert op de producten en, heel vaak, de resultaten verbazen u! De oefening, dan, is het proberen om erachter te komen wat werd gevormd, waarom, en of uw observatie leidt tot andere nuttige generalisaties. De eerste stap in dit proces van ontdekking is het anticiperen of voorspellen van de producten die waarschijnlijk in een bepaalde chemische reactie zullen worden gevormd., De richtlijnen die we hier beschrijven zullen nauwkeurig de producten van de meeste klassen van eenvoudige chemische reacties voorspellen. Naarmate je ervaring in de chemie groeit, zul je echter het onverwachte beginnen te waarderen!

bij eenvoudige synthesereacties waarbij elementen reageren, zoals aluminiummetaal dat reageert met chloorgas, is het product Een eenvoudige verbinding die beide elementen bevat. In dit geval is het het gemakkelijkst om de gemeenschappelijke kosten die de elementen aannemen als ionen te overwegen en uw product dienovereenkomstig te bouwen. Aluminium is een groep III-element en zal typisch een +3-ion vormen., Chloor, dat groep VII is, zal één elektron accepteren en een monoanion vormen. Bij het samenstellen van deze voorspellingen is het product waarschijnlijk AlCl3. In feite, als aluminiummetaal en chloorgas worden toegestaan om te reageren, vaste AlCl3 is het overheersende product.

2 Al (s) + 3 Cl2 (g) → 2 AlCl3 (s)

De synthesereactie waarbij het niet-metalen waterstofgas en broom betrokken zijn, kan op dezelfde manier worden benaderd. Het product zal beide elementen bevatten. Waterstof, Groep I, heeft één valentie elektron en zal één covalente binding vormen. Broom, Groep VII, heeft zeven valentie-elektronen en zal één covalente binding vormen., Het waarschijnlijke product is dus HBr, met één covalente binding tussen waterstof en broom.

H2 (g) + Br2 (g) < → 2 HBr (g)

voor een eenmalige vervangende reactie, bedenk dan dat (in het algemeen) metalen metalen zullen vervangen en niet-metalen niet-metalen zullen vervangen. Voor de reactie tussen lood(IV) chloride en fluorgas zal het fluor het chloor vervangen, wat leidt tot een verbinding tussen lood en fluor en de productie van elementair chloor. Het lood kan worden gezien als een” toeschouwer ” in de reactie en het product is waarschijnlijk lood(IV) fluoride., De volledige vergelijking wordt hieronder weergegeven.

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

bij eenmalige vervangingsreacties waarbij metalen (of koolstof of waterstof) naar verwachting metalen zullen vervangen, moet u eerst de activiteitsreeks controleren om te zien of er een reactie wordt verwacht. Vergeet niet dat metalen alleen metalen kunnen vervangen die minder actief zijn dan zichzelf (rechts in de tabel). Als de reactie wordt voorspeld, gebruik dan dezelfde algemene richtlijnen die we hierboven hebben gebruikt. Bijvoorbeeld vast ijzer dat reageert met waterig zwavelzuur (H2SO4)., In deze reactie is de vraag of ijzer waterstof zal verdringen en waterstofgas zal vormen. Bij het raadplegen van de activiteitsreeks zien we dat waterstof rechts van ijzer staat, wat betekent dat de reactie verwacht wordt. Vervolgens redeneren we dat ijzer waterstof zal vervangen, wat leidt tot de vorming van ijzersulfaat, waarbij het Sulfaat het “toeschouwer” – ion is. De vorming van waterstofgas vereist een verandering van het oxidatiegetal in de waterstof van +1 tot nul., Twee waterstofatomen moeten daarom worden gereduceerd (een afname van het oxidatiegetal) en de twee elektronen die nodig zijn voor de reductie moeten uit het ijzer komen. De lading op het ijzer is daarom het meest waarschijnlijk +2 (Het begint bij nul en doneert twee elektronen aan de waterstof). Het eindproduct is daarom hoogstwaarschijnlijk ijzer (II) sulfaat. De volledige vergelijking wordt hieronder weergegeven.

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

decompositie reacties zijn het moeilijkst te voorspellen, maar er zijn enkele algemene trends die nuttig zijn., Bijvoorbeeld, zullen de meeste metaalcarbonaten ontleden bij verhitting om het metaaloxide en kooldioxide op te leveren.

NiCO3 (s) → NiO (s) + CO2 (g)

Metaalhydrogeencarbonaten ontleden ook bij verhitting tot het metaalcarbonaat, kooldioxide en water.

2 NaHCO3 (s) → Na2CO3 (s) + H2o (g) + CO2 (g)

ten slotte zullen veel zuurstofhoudende verbindingen ontleden bij verhitting om zuurstofgas en “andere verbindingen”op te leveren. Het identificeren van deze samenstellingen en het bouwen van een begrip van waarom en hoe zij worden gevormd is één van de uitdagingen van chemie., Enkele voorbeelden:

H2O2 (aq) → O2 (g) + H2O (l)

2 HgO (s) → O2 (g) + 2 Hg (l)

2 KClO3 (s) → 3 O2 (g) + 2 KCl (s)

De potentiële producten in dubbelvervangende reacties zijn eenvoudig te voorspellen; de anionen en kationen wisselen gewoon. Vergeet echter niet dat een van de producten moet neerslaan, anders geen chemische reactie heeft plaatsgevonden. Voor de reactie tussen lood(II) nitraat en kaliumjodide wordt voorspeld dat de producten lood(II) jodide en kaliumnitraat zijn., Er treedt geen redox op en het product, loodjodide, precipiteert uit de oplossing als een heldergele vaste stof. De vraag hoe u dit soort oplosbaarheidstrend voorspelt, wordt in de volgende paragraaf behandeld.

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