Classificació de les reaccions químiques

La reacció bàsica de la indústria dels fertilitzants és la síntesi de l'amoníac: $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$. L'esquema la representa amb el model de partícules:

1. a) A quin tipus pertany segons la seva estructura: síntesi, descomposició, substitució o doble substitució?
2. b) Justifica-ho a partir del nombre de reactius i de productes de l'equació.

Classifica cadascuna d'aquestes reaccions com a síntesi, descomposició, substitució o doble substitució, justificant la tria en cada cas:

1. a) $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$ (motor d'hidrogen)
2. b) $2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\ \text{H}_2 + \text{O}_2$ (electròlisi de l'aigua a l'Estació Espacial Internacional per obtenir oxigen respirable)
3. c) $\text{Zn} + 2\ \text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$ (zinc amb àcid al laboratori)
4. d) $\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ (neutralització)

Als forns de les cimenteres la pedra calcària es transforma segons $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$.

1. a) Classifica la reacció segons la seva estructura i justifica-ho.
2. b) Anomena els dos productes, sabent que el $\text{CaO}$ és la calç viva utilitzada en construcció.

Al laboratori, en barrejar sengles dissolucions incolores de nitrat de plata i de clorur de sodi apareix un sòlid blanc que cau al fons del tub: $\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl} + \text{NaNO}_3$. El tub es representa a la figura.

1. a) Explica què és un precipitat i assenyala quin és en aquesta reacció.
2. b) Raona per què aquesta reacció es classifica com a doble substitució (o d'intercanvi).

L'àcid clorhídric i l'hidròxid de sodi reaccionen segons $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Assenyala quin dels reactius és l'àcid i quin és la base.
2. b) Anomena els dos tipus de substàncies que es formen sempre en una reacció de neutralització.
3. c) Indica a quin tipus estructural (síntesi, descomposició, substitució o doble substitució) pertany la neutralització.

En barrejar en un vas dissolucions incolores de nitrat de plom(II) i de iodur de potassi apareix un cridaner precipitat groc de iodur de plom(II); a la dissolució hi queda dissolt nitrat de potassi. Observa l'esquema:

1. a) Escriu i iguala l'equació de la reacció.
2. b) Classifica-la segons la seva estructura i justifica per què rep el nom de reacció de precipitació.

La combustió del gas natural s'escriu $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$. Utilitza els nombres d'oxidació: en el $\text{CH}_4$ el carboni actua amb $-4$, en el $\text{CO}_2$ amb $+4$; l'oxigen val $0$ en el $\text{O}_2$ i $-2$ en els productes.

1. a) Indica quin element augmenta el seu nombre d'oxidació (s'oxida) i quin el disminueix (es redueix).
2. b) El que cedeix electrons és el reductor i el que els capta, l'oxidant: identifica'ls.
3. c) Conclou si tota combustió és, en el fons, una reacció d'oxidació-reducció.

Per soldar in situ els carrils del ferrocarril s'utilitza la reacció de la termita: $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 2\ \text{Al} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 2\ \text{Fe}$, tan exotèrmica que el ferro s'obté fos. El muntatge de la soldadura s'esquematitza a la figura.

1. a) Classifica-la per la seva estructura (síntesi, descomposició, substitució o doble substitució) i justifica-ho.
2. b) Assigna els nombres d'oxidació del ferro i de l'alumini a tots dos costats ($+3$ en els òxids, $0$ en els metalls) i identifica l'oxidant i el reductor.
3. c) Relaciona el caràcter exotèrmic de la reacció amb la seva utilitat per a aquesta soldadura i explica per què no importa que l'altre producte sigui un òxid.

La corrosió de l'acer dels vaixells es pot resumir en $4\ \text{Fe} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Fe}_2\text{O}_3$. Per protegir els cascos s'hi fixen blocs de zinc, anomenats ànodes de sacrifici, que es van gastant en lloc del ferro. La disposició dels blocs es mostra a la figura.

1. a) Classifica la reacció de corrosió per la seva estructura i, assignant nombres d'oxidació ($0$ en els elements, $+3$ i $-2$ en l'òxid), comprova que també és redox: què s'oxida?
2. b) El zinc s'oxida amb més facilitat que el ferro (cedeix abans els seus electrons). Raona, amb aquesta dada, per què els blocs de zinc eviten que s'oxidi el casc.
3. c) Explica per què aquests blocs s'han de reposar periòdicament i què passaria si no es reposessin.

La sèrie de reactivitat d'alguns metalls (de més a menys reactiu) és: $\text{K} > \text{Ca} > \text{Na} > \text{Mg} > \text{Al} > \text{Zn} > \text{Fe} > \text{Pb} > \text{H} > \text{Cu} > \text{Ag}$. Un metall desplaça dels seus compostos els que estan a la seva dreta a la sèrie, i només els situats a l'esquerra de l'hidrogen reaccionen amb els àcids desprenent $\text{H}_2$.

Prediu, justificant-ho amb la sèrie, si es produirà reacció en cada cas i escriu l'equació igualada quan n'hi hagi:

1. a) Coure amb àcid clorhídric.
2. b) Zinc amb àcid clorhídric (productes: clorur de zinc i hidrogen).
3. c) Plata amb dissolució de sulfat de coure(II).
4. d) Zinc amb dissolució de sulfat de coure(II) (productes: sulfat de zinc i coure).

El conegut experiment del «volcà efervescent» (i els antiàcids efervescents) barreja un carbonat amb un àcid. Amb carbonat de sodi i àcid clorhídric la reacció global és $\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\ \text{HCl} \rightarrow 2\ \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.

1. a) Classifica la reacció global per la seva estructura.
2. b) En realitat l'intercanvi produeix primer àcid carbònic, $\text{H}_2\text{CO}_3$, un compost inestable que es descompon en aigua i diòxid de carboni: escriu i iguala aquesta segona equació i classifica-la.
3. c) Conclou que una transformació observada al laboratori pot ser l'encadenament de dues reaccions de tipus diferents, i relaciona el bombolleig amb el gas format.