Номер 3, страница 217 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 30. Окислительно-восстановительные реакции и методы составления их уравнений - номер 3, страница 217.

Условие.

3. Запишите уравнение и рассмотрите взаимодействие метана с хлором с позиции окисления-восстановления.

Решение.

Решение 2.

Взаимодействие метана с хлором является реакцией замещения (галогенирование), протекающей по цепному свободнорадикальному механизму под действием ультрафиолетового света ($h\nu$) или при нагревании. Реакция протекает постадийно, с последовательным замещением атомов водорода на атомы хлора. Рассмотрим первую стадию этой реакции.

Уравнение первой стадии реакции: $CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$

Рассмотрим эту реакцию с позиции окислительно-восстановительных процессов. Для этого определим степени окисления атомов в реагентах и продуктах.

• В метане ($CH_4$): степень окисления водорода $+1$, тогда степень окисления углерода $-4$. Молекула: $\stackrel{-4}{C}\stackrel{+1}{H}_4$.
• В молекуле хлора ($Cl_2$): хлор находится в виде простого вещества, поэтому его степень окисления равна $\text{0}$. Молекула: $\stackrel{0}{Cl}_2$.
• В хлорметане ($CH_3Cl$): степень окисления водорода $+1$, хлора (как более электроотрицательного элемента по сравнению с углеродом) $-1$. Тогда степень окисления углерода будет $-2$. Молекула: $\stackrel{-2}{C}\stackrel{+1}{H}_3\stackrel{-1}{Cl}$.
• В хлороводороде ($HCl$): степень окисления водорода $+1$, хлора $-1$. Молекула: $\stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl}$.

Запишем уравнение реакции с указанием степеней окисления: $\stackrel{-4}{C}\stackrel{+1}{H}_4 + \stackrel{0}{Cl}_2 \rightarrow \stackrel{-2}{C}\stackrel{+1}{H}_3\stackrel{-1}{Cl} + \stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl}$

Анализируя изменение степеней окисления, можно составить схему электронного баланса:

$\stackrel{-4}{C} - 2e^- \rightarrow \stackrel{-2}{C}$ | 1 | процесс окисления
$\stackrel{0}{Cl}_2 + 2e^- \rightarrow 2\stackrel{-1}{Cl}$ | 1 | процесс восстановления

Углерод в составе метана повышает свою степень окисления с $-4$ до $-2$, то есть окисляется. Следовательно, метан ($CH_4$) является восстановителем.

Хлор понижает свою степень окисления с $\text{0}$ до $-1$, то есть восстанавливается. Следовательно, хлор ($Cl_2$) является окислителем.

Ответ: Уравнение реакции: $CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$. В данной окислительно-восстановительной реакции метан ($CH_4$) является восстановителем (атом углерода окисляется от $-4$ до $-2$), а хлор ($Cl_2$) является окислителем (атомы хлора восстанавливаются от $\text{0}$ до $-1$).