Classificação das reações químicas

A reação fundamental da indústria dos fertilizantes é a síntese do amoníaco: $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$. O esquema representa-a através do modelo corpuscular:

1. a) A que tipo pertence quanto à sua estrutura: síntese, decomposição, substituição ou dupla substituição?
2. b) Justifica a resposta a partir do número de reagentes e de produtos da equação.

Classifica cada uma destas reações como síntese, decomposição, substituição ou dupla substituição, justificando a escolha em cada caso:

1. a) $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$ (motor a hidrogénio)
2. b) $2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\ \text{H}_2 + \text{O}_2$ (eletrólise da água na Estação Espacial Internacional para obter oxigénio respirável)
3. c) $\text{Zn} + 2\ \text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$ (zinco com ácido no laboratório)
4. d) $\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ (neutralização)

Nos fornos das cimenteiras o calcário transforma-se segundo $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$.

1. a) Classifica a reação quanto à sua estrutura e justifica.
2. b) Dá o nome dos dois produtos, sabendo que o $\text{CaO}$ é a cal viva utilizada na construção civil.

Classifica cada reação quanto à sua estrutura (síntese, decomposição, substituição ou dupla substituição), justificando a resposta a partir do número e do tipo de substâncias que intervêm:

1. a) $2\ \text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{SO}_3$ (etapa-chave do fabrico do ácido sulfúrico)
2. b) $2\ \text{KClO}_3 \rightarrow 2\ \text{KCl} + 3\ \text{O}_2$ (obtenção de oxigénio no laboratório)
3. c) $\text{Cl}_2 + 2\ \text{KBr} \rightarrow 2\ \text{KCl} + \text{Br}_2$ (extração do bromo a partir de salmouras)
4. d) $\text{BaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{BaSO}_4 + 2\ \text{NaCl}$ (determinação de sulfatos no controlo de qualidade da água)

Ao introduzir um prego de ferro numa solução azul de sulfato de cobre(II), o prego fica revestido por um depósito avermelhado e a cor azul da solução vai desvanecendo. A reação é $\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$. A situação é apresentada na figura.

1. a) Classifica a reação quanto à sua estrutura.
2. b) Indica que elemento substitui (desloca) qual e explica que substância forma o depósito avermelhado.

No laboratório, ao misturar duas soluções incolores de nitrato de prata e de cloreto de sódio, surge um sólido branco que se deposita no fundo do tubo: $\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl} + \text{NaNO}_3$. O tubo está representado na figura.

1. a) Explica o que é um precipitado e indica qual é nesta reação.
2. b) Justifica por que razão esta reação se classifica como dupla substituição (ou de troca mútua).

O ácido clorídrico e o hidróxido de sódio reagem segundo $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Indica qual dos reagentes é o ácido e qual é a base.
2. b) Dá o nome dos dois tipos de substâncias que se formam sempre numa reação de neutralização.
3. c) Indica a que tipo estrutural (síntese, decomposição, substituição ou dupla substituição) pertence a neutralização.

Na construção civil, a cal viva (óxido de cálcio) é «apagada» adicionando-lhe água, obtendo-se cal apagada (hidróxido de cálcio), com libertação de muito calor.

1. a) Escreve a equação da reação a partir das fórmulas dos reagentes e do produto e acerta-a.
2. b) Classifica-a quanto à sua estrutura e justifica.
3. c) Explica, tendo em conta o calor libertado, por que razão o recipiente onde se apaga a cal aquece tanto.

A água oxigenada do estojo de primeiros socorros (peróxido de hidrogénio, $\text{H}_2\text{O}_2$) decompõe-se lentamente em água e oxigénio, razão pela qual os frascos antigos perdem eficácia desinfetante.

1. a) Escreve e acerta a equação da decomposição: $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$.
2. b) Classifica a reação quanto à sua estrutura e justifica.
3. c) A embalagem indica «conservar em local fresco e ao abrigo da luz»: justifica que fenómeno se pretende travar com essa recomendação.

Na demonstração conhecida como «árvore de prata», um fio de cobre mergulhado numa solução de nitrato de prata vai-se cobrindo de cristais cinzentos de prata, enquanto a solução ganha uma cor azulada devido ao nitrato de cobre(II) formado. A montagem é apresentada na figura.

1. a) Escreve a equação (reagentes: cobre e nitrato de prata; produtos: nitrato de cobre(II), $\text{Cu(NO}_3\text{)}_2$, e prata) e acerta-a.
2. b) Classifica-a quanto à sua estrutura e indica que metal desloca qual.

Ao misturar num copo soluções incolores de nitrato de chumbo(II) e de iodeto de potássio, surge um precipitado amarelo característico de iodeto de chumbo(II); na solução permanece dissolvido nitrato de potássio. Observa o esquema:

1. a) Escreve e acerta a equação da reação.
2. b) Classifica-a quanto à sua estrutura e justifica por que razão recebe o nome de reação de precipitação.

O leite de magnésia, um antiácido à venda nas farmácias, contém hidróxido de magnésio, que neutraliza o excesso de ácido clorídrico do estômago: $\text{Mg(OH)}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$ (equação não acertada).

1. a) Acerta a equação.
2. b) Classifica-a como neutralização e, ao mesmo tempo, quanto à sua estrutura, como dupla substituição, explicando ambas as classificações.
3. c) Identifica o sal formado.

As tochas de fogo de artifício e os flashes fotográficos antigos aproveitam o facto de o magnésio arder com uma luz branca muito intensa: $2\ \text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{MgO}$. Segundo o critério clássico, um elemento oxida-se quando ganha oxigénio.

1. a) Que substância se oxida nesta reação? Justifica.
2. b) A substância que fornece o oxigénio chama-se oxidante. Qual é aqui o oxidante?

No alto-forno obtém-se o ferro segundo $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\ \text{CO} \rightarrow 2\ \text{Fe} + 3\ \text{CO}_2$. Recorda o critério clássico: oxida-se a substância que ganha oxigénio e reduz-se a que o perde.

1. a) Que substância se reduz? Justifica comparando a sua fórmula antes e depois.
2. b) Que substância se oxida?
3. c) O redutor é a substância que provoca a redução de outra. Qual atua aqui como redutor?

A combustão do gás natural escreve-se $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$. Utiliza os números de oxidação: no $\text{CH}_4$ o carbono tem número de oxidação $-4$, no $\text{CO}_2$ tem $+4$; o oxigénio vale $0$ no $\text{O}_2$ e $-2$ nos produtos.

1. a) Indica que elemento aumenta o seu número de oxidação (se oxida) e qual diminui (se reduz).
2. b) Aquele que cede eletrões é o redutor e o que os capta é o oxidante: identifica-os.
3. c) Conclui se qualquer combustão é, no fundo, uma reação de oxidação-redução.

Compara estas duas reações de formação do cloreto de sódio:

1. a) $2\ \text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\ \text{NaCl}$ (síntese a partir dos elementos)
2. b) $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ (neutralização)

Atribui os números de oxidação do sódio e do cloro em ambos os membros de cada equação e decide qual das duas é um processo redox (com transferência de eletrões) e qual não é, justificando.

Para soldar in situ os carris de caminhos de ferro utiliza-se a reação da termite: $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 2\ \text{Al} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 2\ \text{Fe}$, tão exotérmica que o ferro é obtido no estado fundido. A montagem da soldadura está esquematizada na figura.

1. a) Classifica-a pela sua estrutura (síntese, decomposição, substituição ou dupla substituição) e justifica.
2. b) Atribui os números de oxidação do ferro e do alumínio em ambos os lados ($+3$ nos óxidos, $0$ nos metais) e identifica o oxidante e o redutor.
3. c) Relaciona o caráter exotérmico da reação com a sua utilidade para esta soldadura e explica por que razão não tem importância que o outro produto seja um óxido.

O dióxido de enxofre emitido por antigas centrais térmicas transforma-se na atmosfera segundo $2\ \text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{SO}_3$, passo prévio à formação da chuva ácida.

1. a) Classifica a reação pela sua estrutura (síntese, decomposição, substituição ou dupla substituição).

1. b) Atribui os números de oxidação do enxofre ($+4$ no $\text{SO}_2$, $+6$ no $\text{SO}_3$) e do oxigénio ($0$ no $\text{O}_2$, $-2$ combinado) e demonstra que também é um processo redox, indicando o que se oxida e o que se reduz.

1. c) Conclui se uma mesma reação pode pertencer a dois tipos consoante o critério empregue e dá outro exemplo, diferente deste, de uma reação que seja simultaneamente de um tipo estrutural (síntese, decomposição, substituição…) e um processo redox. Indica nele que espécie se oxida e qual se reduz.

A corrosão do aço dos navios pode resumir-se em $4\ \text{Fe} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Fe}_2\text{O}_3$. Para proteger os cascos fixam-se neles blocos de zinco, chamados ânodos de sacrifício, que se vão desgastando em vez do ferro. A disposição dos blocos é mostrada na figura.

1. a) Classifica a reação de corrosão pela sua estrutura e, atribuindo números de oxidação ($0$ nas substâncias elementares, $+3$ e $-2$ no óxido), verifica que também é redox: o que se oxida?
2. b) O zinco oxida-se com mais facilidade do que o ferro (cede os seus eletrões primeiro). Justifica, com base nesse dado, por que razão os blocos de zinco evitam que o casco se oxide.
3. c) Explica por que razão esses blocos devem ser substituídos periodicamente e o que aconteceria se não fossem substituídos.

A série de reatividade de alguns metais (do mais para o menos reativo) é: $\text{K} > \text{Ca} > \text{Na} > \text{Mg} > \text{Al} > \text{Zn} > \text{Fe} > \text{Pb} > \text{H} > \text{Cu} > \text{Ag}$. Um metal desloca dos seus compostos aqueles que se encontram à sua direita na série, e apenas os situados à esquerda do hidrogénio reagem com os ácidos com libertação de $\text{H}_2$.

Prevê, justificando com recurso à série, se ocorrerá reação em cada caso e escreve a equação acertada sempre que ocorra:

1. a) Cobre com ácido clorídrico.
2. b) Zinco com ácido clorídrico (produtos: cloreto de zinco e hidrogénio).
3. c) Prata com solução de sulfato de cobre(II).
4. d) Zinco com solução de sulfato de cobre(II) (produtos: sulfato de zinco e cobre).

Um aluno afirma que a neutralização $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ é uma reação redox «porque nela são trocadas partículas».

1. a) Atribui os números de oxidação de todos os elementos (H: $+1$; Cl: $-1$; Na: $+1$; O: $-2$) em cada substância de ambos os membros.
2. b) Verifica se algum deles varia ao passar de reagentes a produtos.
3. c) Avalia a afirmação do aluno: explica a diferença entre a troca de iões de uma dupla substituição e a transferência de eletrões de um processo redox.

A conhecida experiência do «vulcão efervescente» (e dos antiácidos efervescentes) mistura um carbonato com um ácido. Com carbonato de sódio e ácido clorídrico, a reação global é $\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\ \text{HCl} \rightarrow 2\ \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.

1. a) Classifica a reação global pela sua estrutura.
2. b) Na realidade, a troca origina primeiro ácido carbónico, $\text{H}_2\text{CO}_3$, um composto instável que se decompõe em água e dióxido de carbono: escreve e acerta essa segunda equação e classifica-a.
3. c) Conclui que uma transformação observada no laboratório pode resultar do encadeamento de duas reações de tipos diferentes, e relaciona a efervescência com o gás formado.

A fotossíntese pode resumir-se em $6\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\ \text{O}_2$.

1. a) Tenta classificá-la pela sua estrutura (síntese, decomposição, substituição ou dupla substituição) e comenta por que razão não se enquadra perfeitamente em nenhum dos quatro tipos.
2. b) Atribui os números de oxidação do carbono ($+4$ no $\text{CO}_2$; valor médio $0$ na glicose) e do oxigénio ($-2$ na água; $0$ no $\text{O}_2$) e identifica que elemento se oxida e qual se reduz.
3. c) Conclui qual o critério de classificação (a estrutura ou a transferência eletrónica) que se revela mais geral para processos como a fotossíntese ou a respiração celular, que é a sua reação inversa.

Pretende-se obter cloreto de sódio no laboratório por três vias distintas. Escreve e acerta uma equação de cada tipo e classifica-a:

1. a) Uma síntese a partir dos elementos sódio e cloro.
2. b) Uma neutralização entre um ácido e uma base adequados.
3. c) Uma dupla substituição entre carbonato de sódio e cloreto de cálcio, na qual precipita carbonato de cálcio.
4. d) O sal de cozinha obtém-se industrialmente por evaporação da água do mar em salinas: justifica por que razão esse processo industrial não é uma reação química, embora produza a mesma substância.