- Senast uppdaterad
- Spara som PDF
- Sid-ID
- 79224
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}}}\) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!- \!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{ span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart }{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\ norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm {span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\ mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{ \ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{ \unicode[.8,0]{x212B}}\)
Lärandemål
- Klassificera en reaktion som kombination, sönderdelning, enkelersättning, dubbelersättning eller förbränning.
- Förutsäg produkterna och balansera en förbränningsreaktion.
Många kemiska reaktioner kan klassificeras som en av fem grundtyper. Att ha en grundlig förståelse för dessa typer av reaktioner kommer att vara användbart för att förutsäga produkterna av en okänd reaktion. De fem grundläggande typerna av kemiska reaktioner är kombination, sönderdelning, enkelersättning, dubbelersättning och förbränning. Genom att analysera reaktanterna och produkterna från en given reaktion kan du placera den i en av dessa kategorier. Vissa reaktioner kommer att passa in i mer än en kategori.
Kombinationsreaktioner
Akombinationsreaktion, även känd som ensyntesreaktion, är en reaktion där två eller flera ämnen kombineras för att bilda ett enda nytt ämne.Kombinationsreaktioner kan också kallas syntesreaktioner. Den allmänna formen av en kombinationsreaktion är:
\[\ce{A} + \ce{B} \rightarrow \ce{AB}\]
En kombinationsreaktion är två element som kombineras för att bilda en förening. Fast natriummetall reagerar med klorgas för att bilda fast natriumklorid.
\[2 \ce{Na} \left( s \right) + \ce{Cl_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{NaCl} \left( s \right)\]
Lägg märke till att för att kunna skriva och balansera ekvationen korrekt är det viktigt att komma ihåg de sju grundämnen som finns i naturen som diatomiska molekyler (\(\ce{H_2}\), \(\ce{N_2}\), \( \ce{O_2}\), \(\ce{F_2}\), \(\ce{Cl_2}\), \(\ce{Br_2}\) och \(\ce{I_2}\)).
En sorts kombinationsreaktion som förekommer ofta är reaktionen av ett element med syre för att bilda en oxid. Metaller och icke-metaller reagerar båda lätt med syre under de flesta förhållanden. Magnesium reagerar snabbt och dramatiskt när det antänds och kombineras med syre från luften för att producera ett fint pulver av magnesiumoxid.
\[2 \ce{Mg} \left( s \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{MgO} \left( s \right)\]
Nedbrytningsreaktioner
Anedbrytningsreaktionär en reaktion där en förening bryts ner till två eller flera enklare ämnen.Den allmänna formen av en nedbrytningsreaktion är:
\[\ce{AB} \rightarrow \ce{A} + \ce{B}\]
De flesta nedbrytningsreaktioner kräver tillförsel av energi i form av värme, ljus eller elektricitet.
Binära föreningar är föreningar som består av bara två element. Den enklaste typen av nedbrytningsreaktion är när en binär förening sönderdelas till sina grundämnen. Kvicksilver(II)oxid, ett rött fast ämne, sönderdelas vid upphettning för att producera kvicksilver och syrgas.
\[2 \ce{HgO} \left( s \right) \rightarrow 2 \ce{Hg} \left( l \right) + \ce{O_2} \left( g \right)\]
En reaktion anses också vara en nedbrytningsreaktion även när en eller flera av produkterna fortfarande är en förening. Ett metallkarbonat sönderdelas till en metalloxid och koldioxidgas. Till exempel sönderdelas kalciumkarbonat till kalciumoxid och koldioxid.
\[\ce{CaCO_3} \left( s \right) \rightarrow \ce{CaO} \left( s \right) + \ce{CO_2} \left( g \right)\]
Metallhydroxider sönderdelas vid upphettning för att ge metalloxider och vatten. Natriumhydroxid sönderdelas för att producera natriumoxid och vatten.
\[2 \ce{NaOH} \left( s \right) \rightarrow \ce{Na_2O} \left( s \right) + \ce{H_2O} \left( g \right)\]
Enstaka ersättningsreaktioner
Aenstaka ersättningsreaktionär en reaktion där ett element ersätter ett liknande element i en förening. Den allmänna formen av en singelersättningsreaktion (även kallad singelförskjutning) är:
\[\ce{A} + \ce{BC} \rightarrow \ce{AC} + \ce{B}\]
I denna allmänna reaktion är elementet \(\ce{A}\) en metall och ersätter elementet \(\ce{B}\), också en metall, i föreningen. När elementet som ersätter är en icke-metall, måste det ersätta en annan icke-metall i en förening, och den allmänna ekvationen blir:
\[\ce{Y} + \ce{XZ} \rightarrow \ce{XY} + \ce{Z}\]
\(\ce{Y}\) är en icke-metall och ersätter icke-metallen \(\ce{Z}\) i föreningen med \(\ce{X}\).
Magnesium är en mer reaktiv metall än koppar. När en remsa av magnesiummetall placeras i en vattenlösning av koppar(II)nitrat ersätter den kopparn. Produkterna från reaktionen är vattenhaltigt magnesiumnitrat och fast kopparmetall.
\[\ce{Mg} \left( s \right) + \ce{Cu(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Mg(NO_3)_2} \left( aq \right) + \ce{Cu} \left( s \right)\]
Många metaller reagerar lätt med syror, och när de gör det är en av reaktionens produkter vätgas. Zink reagerar med saltsyra för att producera vattenhaltig zinkklorid och väte (se figur nedan).
\[\ce{Zn} \left( s \right) + 2 \ce{HCl} \left( aq \right) \rightarrow \ce{ZnCl_2} \left( aq \right) + \ce{H_2} \left (g \höger)\]
Figur 10.6.1:Zinkmetall reagerar med saltsyra för att avge vätgas i en enstaka ersättningsreaktion.
Figur 10.6.2:På bilden här är cirka 3 pund natriummetall som reagerar med vatten. Natriummetall reagerar kraftigt när den tappas i en behållare med vatten och avger vätgas. En stor bit natrium genererar ofta så mycket värme att vätet antänds.
Dubbelersättningsreaktioner
Adubbelersättningsreaktionär en reaktion där de positiva och negativa jonerna av två joniska föreningar byter plats för att bilda två nya föreningar. Den allmänna formen av en dubbelersättningsreaktion (även kallad dubbelförskjutning) är:
\[\ce{AB} + \ce{CD} \rightarrow \ce{AD} + \ce{CB}\]
I denna reaktion är \(\ce{A}\) och \(\ce{C}\) positivt laddade katjoner, medan \(\ce{B}\) och \(\ce{D}\) är negativt laddade anjoner. Dubbelersättningsreaktioner förekommer vanligtvis mellan ämnen i vattenlösning. För att en reaktion ska inträffa är en av produkterna vanligtvis en fast fällning, en gas eller en molekylär förening såsom vatten.
En fällning bildas i en dubbelersättningsreaktion när katjonerna från en av reaktanterna kombineras med anjonerna från den andra reaktanten för att bilda en olöslig jonförening. När vattenlösningar av kaliumjodid och bly(II)nitrat blandas sker följande reaktion.
\[2 \ce{KI} \left( aq \right) + \ce{Pb(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{KNO_3} \left( aq \right) + \ce {PbI_2} \left( s \right)\]
Figur 10.6.3:När några droppar bly(II)nitrat tillsätts till en lösning av kaliumjodid bildas omedelbart en gul fällning av bly(II)jodid i en dubbelersättningsreaktion.
Förbränningsreaktioner
Aförbränningsreaktionär en reaktion där ett ämne reagerar med syrgas och frigör energi i form av ljus och värme.Förbränningsreaktioner måste involvera \(\ce{O_2}\) som en reaktant. Förbränning av vätgas producerar vattenånga (se figur nedan).
\[2 \ce{H_2} \left( g \right) + \ce{O_2} \left( g \right) + 2 \ce{H_2O} \left( g \right)\]
Observera att denna reaktion också kvalificerar sig som en kombinationsreaktion.
Figur 10.6.4:DeHindenburgvar ett vätefyllt luftskepp som råkade ut för en olycka vid sitt försök att landa i New Jersey 1937. Vätgas förbrändes omedelbart i ett enormt eldklot, förstörde luftskeppet och dödade 36 människor. Den kemiska reaktionen var enkel: väte som kombinerades med syre för att producera vatten.
Många förbränningsreaktioner sker med ett kolväte, en förening som enbart består av kol och väte. Produkterna från förbränning av kolväten är alltid koldioxid och vatten. Många kolväten används som bränsle eftersom deras förbränning frigör mycket stora mängder värmeenergi. Propan \(\left( \ce{C_3H_8} \right)\) är ett gasformigt kolväte som vanligtvis används som bränslekälla i gasolgrillar.
\[\ce{C_3H_8} \left( g \right) + 5 \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 3 \ce{CO_2} \left( g \right) + 4 \ce{H_2O} \left( g \right)\]
Exempel 10.6.1
Etanol kan användas som bränslekälla i en alkohollampa. Formeln för etanol är \(\ce{C_2H_5OH}\). Skriv den balanserade ekvationen för förbränning av etanol.
Lösning:
Steg 1: Planera problemet.
Etanol och syre är reaktanterna. Liksom med ett kolväte är produkterna från förbränningen av en alkohol koldioxid och vatten.
Steg 2: Lös.
Skriv skelettekvationerna: \(\ce{C_2H_5OH} \left( l \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow \ce{CO_2} \left( g \right) + \ce{ H_2O} \left( g \right)\)
Balansera ekvationen.
\[\ce{C_2H_5OH} \left( l \right) + 3 \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{CO_2} \left( g \right) + 3 \ce{H_2O} \left( g \right)\]
Steg 3: Tänk på ditt resultat.
Förbränningsreaktioner måste ha syre som reaktant. Observera att vattnet som produceras är i gastillstånd snarare än flytande på grund av de höga temperaturer som åtföljer en förbränningsreaktion.
Kompletterande resurser
- Simulering av syntesen av vatten:http://www.dit.ncssm/edu/core/Chapte...Synthesis.html
- Se syntesen av kalciumoxid påhttp://www.youtube.com/watch?v-dszSKIM5rqk
- Se reaktionen mellan koppar och klorgas påhttp://www.youtube.com/watch?v-edLpxdERQZc
- Se nedbrytningen av väteperoxid klhttp://www.youtube.com/watch?v=oX5FyaqNx54
- Se nedbrytningen av kaliumklorat klhttp://www.youtube.com/watch?v=svRIg_kzE68
- Ett videoexperiment av väteersättning med kalcium kan ses påhttp://www.youtube.com/watch?v=hjB96do_fRw
- Ett videoexperiment av magnesiummetall som reagerar med saltsyra kan ses påhttp://www.youtube.com/watch?v=OBdgeJFzSec
- Se en animering av en dubbelersättningsreaktion påhttp://www.dlt.ncssm.edu/core/Chapte...cidToBase.html
- Ett videoexperiment där en fällning bildas genom att reagera natriumklorid med silvernitrat kan ses kl.http://www.youtube.com/watch?v=eFF3El4mwok
- Ett videoexperiment av dubbelersättningsreaktionen mellan koppar(II)sulfat och natriumsulfid kan ses påhttp://www.youtube.com/watch?v=KkKBDcFfZWo
- En video av dubbelersättningsreaktionen mellan natriumsulfat och bariumklorid kan ses påhttp://www.youtube.com/watch?v=XaMyfjYLhxU
- Se en djupgående förklaring av förbränningsreaktionen som uppstår när du slår en tändsticka påhttp://www.pbs.org/wgbh/nova/cigarette/onfire.html
- Se en spännande videodemonstration som bekräftar betydelsen av syre i en förbränningsreaktion klhttp://education.jlab.org/frost/life_candle.html
- Se en annan videodemonstration som bekräftar betydelsen av syre i en förbränningsreaktion klhttp://education.jlab.org/frost/combustion.html
- Reaktionsidentifiering:http://www.sciencegeek.net/Chemistry...tification.htm
Bidragsgivare
Allison Soult, Ph.D. (Institutionen för kemi, University of Kentucky)