Wskaż typy reakcji I, II, III na podstawie ich równań chemicznych.
I. \( 2\, \text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\, \text{MgO} \)
II. \( \text{Cu(OH)}_2 \rightarrow \text{CuO} + \text{H}_2\text{O} \)
III. \( \text{Zn} + 2\, \text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2 \)
A. I – wymiana podwójna, II – analiza, III – synteza.
B. I – synteza, II – analiza, III – wymiana podwójna.
C. I – synteza, II – analiza, III – wymiana pojedyncza.
D. I – wymiana pojedyncza, II – analiza, III – synteza.
Tu kluczowe jest rozpoznanie ogólnego schematu reakcji, a nie tylko patrzenie na współczynniki stechiometryczne. W równaniu I: 2 Mg + O₂ → 2 MgO dwa reagenty, czyli magnez i tlen, łączą się w jeden produkt: tlenek magnezu. To jest typowa reakcja syntezy, nazywana też reakcją łączenia. W praktyce podobnie klasyfikuje się np. spalanie metali i otrzymywanie tlenków. Równanie II: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O pokazuje rozpad jednej substancji na prostsze produkty, więc jest to analiza, czyli reakcja rozkładu. Takie przemiany często zachodzą przy ogrzewaniu wodorotlenków lub soli, więc w laboratorium trzeba pamiętać o kontroli temperatury i obserwacji osadu. Równanie III: Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂ to wymiana pojedyncza, bo cynk wypiera wodór z kwasu solnego. Moim zdaniem najprostsza metoda to zapamiętać schemat: synteza daje mniej produktów, analiza daje więcej produktów z jednego substratu, a wymiana pojedyncza ma postać pierwiastek + związek → nowy związek + pierwiastek. Dobrą praktyką jest też sprawdzić bilans atomów oraz pamiętać o bezpieczeństwie: w tej ostatniej reakcji powstaje wodór, gaz palny, więc żadnego płomienia w pobliżu.
W tym zadaniu łatwo pomylić typ reakcji, jeśli patrzy się tylko na to, że w równaniu występuje metal albo kwas. Sama obecność metalu nie oznacza jeszcze wymiany pojedynczej. Dla reakcji I, 2 Mg + O₂ → 2 MgO, decydujące jest to, że z dwóch prostych substratów powstaje jeden związek chemiczny. To klasyczna synteza. Nie ma tu wymiany pojedynczej, bo żaden pierwiastek nie wypiera innego ze związku chemicznego. Nie ma też wymiany podwójnej, bo nie reagują ze sobą dwa związki jonowe, które zamieniają się składnikami. Z mojego doświadczenia uczniowie czasem mylą współczynniki 2 przed Mg i MgO z liczbą różnych produktów, a to zły trop, bo współczynnik służy do bilansowania równania, nie do klasyfikacji reakcji. Równanie II jest rzeczywiście analizą, ponieważ Cu(OH)₂ rozkłada się na CuO i H₂O, zwykle pod wpływem ogrzewania. Tu kierunek przemiany jest ważny: jedna substancja daje kilka produktów. Równanie III nie jest syntezą, mimo że powstaje sól ZnCl₂, bo jednocześnie wydziela się H₂. Nie jest też wymianą podwójną, ponieważ cynk jako pierwiastek wypiera wodór z HCl. Schemat cynk + kwas → sól cynku + wodór jest typowym przykładem wymiany pojedynczej i wynika z szeregu aktywności metali. W praktyce laboratoryjnej warto łączyć rozpoznawanie typu reakcji z obserwacjami: wydzielanie pęcherzyków gazu przy cynku i kwasie sugeruje powstawanie wodoru, a ogrzewanie wodorotlenku miedzi(II) prowadzi do czarnego tlenku miedzi(II).