Номер 6, страница 103 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 21. Углерод. Глава 1. Неметаллы - номер 6, страница 103.

Условие.

6. Перечислите химические свойства углерода.

Решение.

Решение 2.

Решение

Химические свойства углерода определяются его положением в периодической системе (IV группа, 2 период) и строением атома. Углерод может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Его типичные степени окисления: –4, 0, +2, +4. Химическая активность углерода сильно зависит от его аллотропной модификации (алмаз химически инертен, а аморфный углерод и графит — довольно активны) и от температуры (при высоких температурах активность резко возрастает).

1. Взаимодействие с простыми веществами

Углерод может реагировать как с неметаллами, так и с металлами, проявляя двойственные окислительно-восстановительные свойства.

В качестве восстановителя (в реакциях с более электроотрицательными неметаллами):

– С кислородом: При нагревании углерод горит в кислороде. В зависимости от количества кислорода образуется оксид углерода(IV) (углекислый газ) или оксид углерода(II) (угарный газ).
Полное сгорание: $C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$
Неполное сгорание: $2C + O_2 \xrightarrow{t} 2CO$

– Со фтором: Углерод реагирует с фтором уже при комнатной температуре, образуя тетрафторид углерода.
$C + 2F_2 \rightarrow CF_4$

– С серой: Реакция протекает при температуре 700–1000 °C с образованием сероуглерода.
$C + 2S \xrightarrow{t} CS_2$

– С кремнием: При температуре выше 1600 °C в электродуге образуется карбид кремния (карборунд).
$C + Si \xrightarrow{t} SiC$

В качестве окислителя (в реакциях с металлами и водородом):

– С металлами: При высоких температурах углерод реагирует со многими металлами, образуя карбиды.
$Ca + 2C \xrightarrow{t} CaC_2$ (карбид кальция)
$4Al + 3C \xrightarrow{t} Al_4C_3$ (карбид алюминия)

– С водородом: Реакция обратима и протекает при высокой температуре и давлении в присутствии катализатора (Ni, Pt), где углерод проявляет степень окисления -4.
$C + 2H_2 \rightleftharpoons CH_4$ (метан)

Ответ: Углерод реагирует с простыми веществами, проявляя двойственную окислительно-восстановительную природу: он выступает как восстановитель в реакциях с более электроотрицательными неметаллами (кислород, фтор, сера) и как окислитель в реакциях с металлами и водородом.

2. Взаимодействие со сложными веществами (углерод — восстановитель)

При высоких температурах углерод является сильным восстановителем.

– С водой: При пропускании водяного пара над раскаленным углем (1000–1200 °C) образуется синтез-газ (или водяной газ) — смесь угарного газа и водорода.
$C + H_2O \xrightarrow{t} CO + H_2$

– С оксидами металлов: Углерод широко используется в металлургии для восстановления металлов из их оксидов (карбoтермия).
$2CuO + C \xrightarrow{t} 2Cu + CO_2$
$Fe_2O_3 + 3C \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO$

– С оксидом углерода(IV): При высокой температуре углерод восстанавливает углекислый газ до угарного.
$CO_2 + C \xrightarrow{>800 ^\circ C} 2CO$

– С концентрированными кислотами-окислителями: При нагревании углерод окисляется концентрированными серной и азотной кислотами.
С серной кислотой: $C + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t} CO_2\uparrow + 2SO_2\uparrow + 2H_2O$
С азотной кислотой: $C + 4HNO_3(\text{конц.}) \xrightarrow{t} CO_2\uparrow + 4NO_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: В реакциях со сложными веществами (водой, оксидами, кислотами-окислителями) углерод, как правило, проявляет сильные восстановительные свойства, окисляясь до $CO$ или $CO_2$.