Номер 9, страница 43 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 9. Пероксид водорода и его производные. Глава 1. Неметаллы - номер 9, страница 43.

Условие.

9. Пероксид бензоила используют в качестве инициатора реакций, протекающих по радикальному механизму. Представьте механизм реакции хлорирования метана в присутствии пероксида бензоила.

Решение.

Решение 2.

Решение

Реакция хлорирования метана является цепной свободнорадикальной реакцией. В данном случае инициатором служит пероксид бензоила, который при нагревании распадается на свободные радикалы, запускающие цепной процесс. Механизм реакции включает три основные стадии: инициирование, рост (развитие) цепи и обрыв цепи.

1. Инициирование цепи

На этой стадии происходит образование свободных радикалов из молекулы инициатора — пероксида бензоила. Этот процесс включает несколько последовательных шагов:

а) Гомолитический разрыв слабой связи $O-O$ в молекуле пероксида бензоила с образованием двух бензоилокси-радикалов:

$(C_6H_5COO)_2 \xrightarrow{t} 2 C_6H_5COO^\cdot$

б) Бензоилокси-радикал нестабилен и легко декарбоксилируется (теряет молекулу $CO_2$), превращаясь в фенильный радикал:

$C_6H_5COO^\cdot \rightarrow C_6H_5^\cdot + CO_2$

в) Образовавшийся фенильный радикал является очень активной частицей и отрывает атом хлора от молекулы $Cl_2$, генерируя хлорный радикал, который и будет участвовать в основной цепной реакции:

$C_6H_5^\cdot + Cl_2 \rightarrow C_6H_5Cl + Cl^\cdot$

2. Рост (развитие) цепи

Это стадия, на которой происходит образование основного продукта реакции (хлорметана) и регенерация радикала, продолжающего цепь. Она состоит из двух повторяющихся стадий:

а) Атомный хлор (хлорный радикал) атакует молекулу метана, отрывая атом водорода. В результате образуются молекула хлороводорода и метильный радикал:

$CH_4 + Cl^\cdot \rightarrow CH_3^\cdot + HCl$

б) Метильный радикал, в свою очередь, реагирует с молекулой хлора, образуя продукт реакции — хлорметан — и новый радикал хлора, который снова вступает в реакцию на стадии 2а:

$CH_3^\cdot + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + Cl^\cdot$

Эти две стадии повторяются многократно, пока не израсходуются реагенты или пока не произойдет обрыв цепи.

3. Обрыв цепи

На этой стадии происходит рекомбинация (взаимодействие) свободных радикалов друг с другом, что приводит к их исчезновению и прекращению цепной реакции. Возможны следующие процессы:

а) Рекомбинация двух радикалов хлора:

$Cl^\cdot + Cl^\cdot \rightarrow Cl_2$

б) Рекомбинация метильного радикала и радикала хлора:

$CH_3^\cdot + Cl^\cdot \rightarrow CH_3Cl$

в) Рекомбинация двух метильных радикалов с образованием этана:

$CH_3^\cdot + CH_3^\cdot \rightarrow C_2H_6$

Следует отметить, что реакция может продолжаться с образованием продуктов дальнейшего хлорирования: дихлорметана ($CH_2Cl_2$), трихлорметана ($CHCl_3$) и тетрахлорметана ($CCl_4$) по аналогичному радикальному механизму.

Ответ: Механизм реакции хлорирования метана в присутствии пероксида бензоила включает три стадии: 1) Инициирование: распад пероксида бензоила $(C_6H_5COO)_2$ на фенильные радикалы $C_6H_5^\cdot$, которые затем реагируют с молекулярным хлором, образуя радикалы хлора $Cl^\cdot$. 2) Рост цепи: последовательные реакции радикала хлора с метаном ($Cl^\cdot + CH_4 \rightarrow CH_3^\cdot + HCl$) и метильного радикала с хлором ($CH_3^\cdot + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + Cl^\cdot$). 3) Обрыв цепи: рекомбинация любых двух радикалов ($Cl^\cdot$, $CH_3^\cdot$) с образованием нерадикальных продуктов ($Cl_2$, $CH_3Cl$, $C_2H_6$).