Exercicis: 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.

En introduir un clau de ferro en una dissolució blava de sulfat de coure(II), el clau es recobreix d'un dipòsit vermellós i el color blau de la dissolució va empal·lidint. La reacció és $\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$. La situació es mostra a la figura.

1. a) Classifica la reacció segons la seva estructura.
2. b) Indica quin element substitueix (desplaça) a quin i explica quina substància forma el dipòsit vermellós.

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.

Les bengales i els flaixos fotogràfics antics aprofiten que el magnesi crema amb una llum blanca molt intensa: $2\ \text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{MgO}$. Segons el criteri clàssic, un element s'oxida quan guanya oxigen.

1. a) Quina substància s'oxida en aquesta reacció? Justifica-ho.
2. b) La substància que aporta l'oxigen s'anomena oxidant. Quina és aquí l'oxidant?

A l'alt forn s'obté el ferro segons $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\ \text{CO} \rightarrow 2\ \text{Fe} + 3\ \text{CO}_2$. Recorda el criteri clàssic: s'oxida la substància que guanya oxigen i es redueix la que en perd.

1. a) Quina substància es redueix? Justifica-ho comparant la seva fórmula abans i després.
2. b) Quina substància s'oxida?
3. c) El reductor és la substància que provoca la reducció d'una altra. Quina actua aquí com a reductor?

Classifica cada reacció segons la seva estructura (síntesi, descomposició, substitució o doble substitució), raonant la resposta a partir del nombre i del tipus de substàncies que hi intervenen:

1. a) $2\ \text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{SO}_3$ (etapa clau de la fabricació de l'àcid sulfúric)
2. b) $2\ \text{KClO}_3 \rightarrow 2\ \text{KCl} + 3\ \text{O}_2$ (obtenció d'oxigen al laboratori)
3. c) $\text{Cl}_2 + 2\ \text{KBr} \rightarrow 2\ \text{KCl} + \text{Br}_2$ (extracció del brom de les salmorres)
4. d) $\text{BaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{BaSO}_4 + 2\ \text{NaCl}$ (anàlisi de sulfats en el control de qualitat de l'aigua)

En paleta, la calç viva (òxid de calci) «s'apaga» afegint-hi aigua, i s'obté calç apagada (hidròxid de calci), desprenent-se molta calor.

1. a) Escriu l'equació de la reacció a partir de les fórmules de reactius i producte i iguala-la.
2. b) Classifica-la segons la seva estructura i justifica-ho.
3. c) Explica, en vista de la calor despresa, per què el recipient on s'apaga la calç s'escalfa tant.

L'aigua oxigenada de la farmaciola (peròxid d'hidrogen, $\text{H}_2\text{O}_2$) es descompon lentament en aigua i oxigen, per això les ampolles velles perden eficàcia desinfectant.

1. a) Escriu i iguala l'equació de la descomposició: $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$.
2. b) Classifica la reacció segons la seva estructura i justifica-ho.
3. c) L'envàs indica «conservar en un lloc fresc i fosc»: raona quin fenomen volen frenar amb aquest consell.

En la demostració coneguda com a «arbre de plata», un fil de coure submergit en dissolució de nitrat de plata es va cobrint de cristalls grisos de plata, mentre la dissolució agafa un color blavós pel nitrat de coure(II) format. El muntatge es mostra a la figura.

1. a) Escriu l'equació (reactius: coure i nitrat de plata; productes: nitrat de coure(II), $\text{Cu(NO}_3\text{)}_2$, i plata) i iguala-la.
2. b) Classifica-la segons la seva estructura i indica quin metall desplaça a quin.

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 llet de magnèsia, un antiàcid de venda en farmàcies, conté hidròxid de magnesi, que neutralitza l'excés d'àcid clorhídric de l'estómac: $\text{Mg(OH)}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$ (equació sense igualar).

1. a) Iguala l'equació.
2. b) Classifica-la com a neutralització i, alhora, segons la seva estructura, com a doble substitució, explicant totes dues etiquetes.
3. c) Assenyala la sal que es forma.

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.

Compara aquestes dues reaccions de formació del clorur de sodi:

1. a) $2\ \text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\ \text{NaCl}$ (síntesi a partir dels elements)
2. b) $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ (neutralització)

Assigna els nombres d'oxidació del sodi i del clor en tots dos membres de cada equació i decideix quina de les dues és un procés redox (amb transferència d'electrons) i quina no, justificant-ho.

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.

El diòxid de sofre emès per antigues centrals tèrmiques es transforma a l'atmosfera segons $2\ \text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{SO}_3$, pas previ a la formació de la pluja àcida.

1. a) Classifica la reacció per la seva estructura (síntesi, descomposició, substitució o doble substitució).

1. b) Assigna els nombres d'oxidació del sofre ($+4$ en el $\text{SO}_2$, $+6$ en el $\text{SO}_3$) i de l'oxigen ($0$ en l'$\text{O}_2$, $-2$ combinat) i demostra que també és un procés redox, indicant què s'oxida i què es redueix.

1. c) Conclou si una mateixa reacció pot pertànyer a dos tipus segons el criteri emprat i posa un altre exemple, diferent d'aquest, d'una reacció que sigui alhora d'un tipus estructural (síntesi, descomposició, substitució…) i un procés redox. Indica-hi quina espècie s'oxida i quina es redueix.

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).

Un alumne afirma que la neutralització $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ és una reacció redox «perquè en ella s'intercanvien partícules».

1. a) Assigna els nombres d'oxidació de tots els elements (H: $+1$; Cl: $-1$; Na: $+1$; O: $-2$) en cada substància de tots dos membres.
2. b) Comprova si en canvia algun en passar de reactius a productes.
3. c) Valora l'afirmació de l'alumne: explica la diferència entre l'intercanvi d'ions d'una doble substitució i la transferència d'electrons d'un procés redox.

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.

La fotosíntesi es pot resumir en $6\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\ \text{O}_2$.

1. a) Intenta classificar-la per la seva estructura (síntesi, descomposició, substitució o doble substitució) i comenta per què no encaixa netament en cap dels quatre tipus.
2. b) Assigna els nombres d'oxidació del carboni ($+4$ en el $\text{CO}_2$; valor mitjà $0$ en la glucosa) i de l'oxigen ($-2$ en l'aigua; $0$ en el $\text{O}_2$) i identifica quin element s'oxida i quin es redueix.
3. c) Conclou quin criteri de classificació (l'estructura o la transferència electrònica) resulta més general per a processos com la fotosíntesi o la respiració cel·lular, que és la seva reacció inversa.

Es vol obtenir clorur de sodi al laboratori per tres vies diferents. Escriu i iguala una equació de cada tipus i classifica-la:

1. a) Una síntesi a partir dels elements sodi i clor.
2. b) Una neutralització entre un àcid i una base adequats.
3. c) Una doble substitució entre carbonat de sodi i clorur de calci, en la qual precipita carbonat de calci.
4. d) La sal comuna s'obté industrialment evaporant aigua de mar en salines: raona per què aquest procés industrial no és una reacció química, encara que produeixi la mateixa substància.