5.6: Przewidywanie produktów z reakcji chemicznych

częścią uroku chemii jest to, że rzeczy nie zawsze układają się tak, jak oczekujesz. Planujesz reakcję, przewidujesz produkty i, dość często, Wyniki Cię zadziwiają! Ćwiczenie to stara się dowiedzieć, co zostało utworzone, dlaczego i czy Twoja obserwacja prowadzi do innych użytecznych uogólnień. Pierwszym krokiem w tym procesie odkrycia jest przewidywanie lub przewidywanie produktów, które mogą powstać w danej reakcji chemicznej., Wytyczne, które tutaj opisujemy, precyzyjnie przewidują produkty większości klas prostych reakcji chemicznych. W miarę jak twoje doświadczenie w chemii rośnie, zaczniesz doceniać nieoczekiwane!

w prostych reakcjach syntezy obejmujących reakcję pierwiastków, takich jak metal aluminium reagujący z gazem chloru, produkt będzie prostym związkiem zawierającym oba pierwiastki. W takim przypadku najłatwiej jest wziąć pod uwagę wspólne ładunki, które pierwiastki przyjmują jako jony i odpowiednio zbudować produkt. Aluminium jest pierwiastkiem grupy III i zwykle tworzy Jon a + 3., Chlor, będący grupą VII, przyjmie jeden elektron i utworzy monoanion. Zestawiając te prognozy, produktem prawdopodobnie będzie AlCl3. W rzeczywistości, jeśli dopuszcza się reakcję metalu aluminium i chloru gazowego, stały AlCl3 jest produktem dominującym.

2 Al (s) + 3 Cl2 (g) → 2 AlCl3 (s)

w podobny sposób można podejść do reakcji syntezy z udziałem niemetalowego wodoru i bromu. Produkt będzie zawierał oba elementy. Wodór, Grupa I, ma jeden elektron walencyjny i tworzy jedno wiązanie kowalencyjne. Brom, Grupa VII, ma siedem elektronów walencyjnych i utworzy jedno wiązanie kowalencyjne., Prawdopodobnym produktem jest zatem HBr, z jednym wiązaniem kowalencyjnym między Wodorem a bromem.

H2 (g) + Br2 (G) < → 2 HBr (g)

w przypadku reakcji jednokrotnego zastąpienia, przypomnijmy, że (ogólnie) metale zastąpią metale, a niemetale zastąpią niemetale. W reakcji między chlorkiem ołowiu(IV) A gazem fluor, fluor zastąpi chlor, prowadząc do powstania związku między ołowiem a fluorem i produkcji chloru elementarnego. Ołów może być postrzegany jako „widz” w reakcji, a produkt jest prawdopodobnie fluorkiem ołowiu (IV)., Pełne równanie przedstawiono poniżej.

PbCl4 (s) + 2 F2 (g) → pbf4 (s) + 2 Cl2 (g)

w reakcjach jednonapięciowych, w których metale (węgiel lub wodór) mają zastąpić metale, najpierw należy sprawdzić serię aktywności, aby sprawdzić, czy nie przewiduje się żadnej reakcji. Pamiętaj, że metale mogą zastąpić tylko te, które są mniej aktywne od siebie (po prawej stronie w tabeli). Jeśli przewiduje się wystąpienie reakcji, użyj tych samych ogólnych wytycznych, których użyliśmy powyżej. Na przykład stałe żelazo reagujące z wodnym kwasem siarkowym (H2SO4)., W tej reakcji powstaje pytanie, czy żelazo wyprze wodór i utworzy Gaz wodorowy. Analizując szereg aktywności, widzimy, że wodór znajduje się po prawej stronie żelaza, co oznacza, że oczekuje się wystąpienia reakcji. Następnie rozumujemy, że żelazo zastąpi Wodór, co prowadzi do powstania siarczanu żelaza, gdzie siarczan jest jonem „widza”. Powstanie gazu wodorowego wymaga zmiany liczby utleniania w wodorze od +1 do zera., Dwa atomy wodoru muszą zatem zostać zredukowane (spadek liczby utleniania), a dwa elektrony potrzebne do redukcji muszą pochodzić z żelaza. Ładunek na żelazie jest więc najprawdopodobniej +2(zaczyna się od zera i oddaje dwa elektrony hydrogenom). Produktem końcowym jest więc najprawdopodobniej siarczan żelaza (II). Pełne równanie przedstawiono poniżej.

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

reakcje rozkładu są najtrudniejsze do przewidzenia, ale istnieją pewne ogólne trendy, które są przydatne., Na przykład większość węglanów metali rozkłada się podczas ogrzewania, aby uzyskać tlenek metalu i dwutlenek węgla.

Nio3 (s) → NiO (s) + CO2 (g)

wodorowęglany metali rozkładają się również podczas ogrzewania, dając węglan metalu, dwutlenek węgla i wodę.

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

wreszcie, wiele związków zawierających tlen ulegnie rozkładowi podczas ogrzewania, aby uzyskać Gaz tlenowy i „inne związki”. Identyfikacja tych związków i budowanie zrozumienia, dlaczego i jak powstają jest jednym z wyzwań chemii., Niektóre przykłady:

H2O2 (aq) → O2 (g) + H2O (l)

2 HgO (s) → O2 (g) + 2 Hg (l)

2 KClO3 (s) → 3 O2 (g) + 2 KCl (s)

potencjalne produkty w reakcjach podwójnej wymiany są proste do przewidzenia; aniony i kationy po prostu się wymieniają. Pamiętaj jednak, że jeden z produktów musi wytrącać się, w przeciwnym razie nie wystąpiła żadna reakcja chemiczna. W reakcji między azotanem ołowiu(II) a jodkiem potasu przewiduje się, że produktami są jodek ołowiu(II) i azotan potasu., Nie występuje redoks, a produkt, jodek ołowiu, wytrąca się z roztworu jako jasnożółte ciało stałe. Pytanie, w jaki sposób można przewidzieć tego typu trend rozpuszczalności jest omówione w następnej sekcji.

Pb(NO3)2 (Aq) + 2 KI(AQ)< → PBI2 (s) + 2 KNO3 (AQ)