Номер 2, страница 138 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 23. Окислительно-восстановительные реакции в органической химии. Глава 2. Основные понятия органической химии - номер 2, страница 138.

Условие.

2. Можно ли называть окислением реакцию хлорирования метана? Ответ поясните.

Решение.

Решение 2.

Решение

Да, реакцию хлорирования метана можно называть окислением. Чтобы это доказать, необходимо рассмотреть, изменяются ли степени окисления атомов в ходе этой реакции. Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называют реакции, в результате которых происходит изменение степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Окисление — это процесс отдачи электронов, который сопровождается повышением степени окисления.

Рассмотрим первую стадию реакции хлорирования метана, которая протекает на свету ($h\nu$):

$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$

Теперь определим степени окисления всех элементов до и после реакции:

До реакции:

• В метане ($\overset{x}{C}\overset{+1}{H_4}$): степень окисления водорода в соединениях с неметаллами равна +1. Молекула электронейтральна, поэтому $x + 4 \cdot (+1) = 0$, откуда степень окисления углерода $x = -4$. Итак, $\overset{-4}{C}\overset{+1}{H_4}$.
• В молекуле хлора ($Cl_2$): это простое вещество, поэтому степень окисления хлора равна 0. Итак, $\overset{0}{Cl_2}$.

После реакции:

• В хлорметане ($\overset{y}{C}\overset{+1}{H_3}\overset{-1}{Cl}$): степень окисления водорода +1, а хлора (как более электроотрицательного элемента, чем углерод) -1. Тогда $y + 3 \cdot (+1) + (-1) = 0$, откуда степень окисления углерода $y = -2$. Итак, $\overset{-2}{C}\overset{+1}{H_3}\overset{-1}{Cl}$.
• В хлороводороде ($\overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl}$): степень окисления водорода +1, хлора -1.

Запишем уравнение с указанием степеней окисления:

$\overset{-4}{C}H_4 + \overset{0}{Cl_2} \rightarrow \overset{-2}{C}H_3Cl + H\overset{-1}{Cl}$

Анализируя изменения, видим:

• Атом углерода изменил свою степень окисления с -4 до -2 (повысил её). Это процесс окисления: $C^{-4} - 2e^- \rightarrow C^{-2}$. Следовательно, метан ($CH_4$) является восстановителем, и он окисляется.
• Атом хлора изменил свою степень окисления с 0 до -1 (понизил её). Это процесс восстановления: $Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$. Следовательно, хлор ($Cl_2$) является окислителем, и он восстанавливается.

Поскольку в ходе реакции хлорирования метана атом углерода повышает свою степень окисления, этот процесс является окислением для метана. Аналогичные изменения происходят и на последующих стадиях хлорирования (до $CH_2Cl_2$, $CHCl_3$ и $CCl_4$), где степень окисления углерода последовательно возрастает: -2 $\rightarrow$ 0 $\rightarrow$ +2 $\rightarrow$ +4.

Ответ: Да, реакцию хлорирования метана можно называть окислением, так как в ее ходе степень окисления атома углерода в молекуле метана повышается (например, с -4 до -2 на первой стадии), что по определению является процессом окисления. Сама реакция относится к окислительно-восстановительным.