Номер 5, страница 165 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

5. Охарактеризуйте химические свойства углерода. Напишите по два уравнения реакций, в которых чистый углерод является:

а) окислителем;

б) восстановителем.

Углерод (C) — химический элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы IV группы), второго периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 6. Электронная конфигурация атома углерода: $1s^2 2s^2 2p^2$. На внешнем электронном слое находятся 4 валентных электрона.

В химических соединениях углерод может проявлять степени окисления от -4 до +4. Эта двойственность окислительно-восстановительных свойств является ключевой характеристикой углерода. В виде простого вещества углерод при обычных условиях довольно инертен, но при высоких температурах вступает в реакции со многими веществами: металлами, неметаллами и сложными веществами (оксидами, кислотами).

В зависимости от того, с каким элементом реагирует углерод — более или менее электроотрицательным, — он может выступать как в роли восстановителя, так и в роли окислителя.

а) Углерод является окислителем

Углерод проявляет окислительные свойства, когда взаимодействует с менее электроотрицательными элементами, такими как металлы и водород. В этих реакциях углерод принимает электроны, и его степень окисления понижается от 0 до отрицательных значений (например, -4).

Пример 1: Взаимодействие с металлами.

При сплавлении с алюминием углерод образует карбид алюминия. Углерод принимает электроны от алюминия, его степень окисления изменяется с 0 до -4. $$3C^0 + 4Al^0 \xrightarrow{t^\circ} Al_4^{+3}C_3^{-4}$$

Пример 2: Взаимодействие с водородом.

При высокой температуре, давлении и в присутствии катализатора углерод реагирует с водородом, образуя метан. Углерод является окислителем, принимая электроны от атомов водорода. $$C^0 + 2H_2^0 \xrightarrow{t^\circ, p, Ni} C^{-4}H_4^{+1}$$

Ответ: $3C + 4Al \rightarrow Al_4C_3$; $C + 2H_2 \rightarrow CH_4$.

б) Углерод является восстановителем

Восстановительные свойства углерод проявляет в реакциях с более электроотрицательными элементами (например, кислородом, галогенами, серой), а также со сложными веществами-окислителями (оксидами металлов, кислотами-окислителями). В этих реакциях углерод отдает электроны, и его степень окисления повышается от 0 до +2 или +4.

Пример 1: Взаимодействие с кислородом (горение).

При сгорании в избытке кислорода образуется диоксид углерода (углекислый газ). Углерод отдает электроны кислороду, его степень окисления повышается с 0 до +4. $$C^0 + O_2^0 \xrightarrow{t^\circ} C^{+4}O_2^{-2}$$

Пример 2: Взаимодействие с оксидами металлов (карботермия).

Углерод используется в металлургии для восстановления металлов из их оксидов. Например, при восстановлении меди из оксида меди(II) углерод отдает электроны ионам меди. $$C^0 + 2Cu^{+2}O^{-2} \xrightarrow{t^\circ} 2Cu^0 + C^{+4}O_2^{-2}$$

Ответ: $C + O_2 \rightarrow CO_2$; $C + 2CuO \rightarrow 2Cu + CO_2$.