✔ вопрос, страница 110 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

При образовании химических связей с кислородом углерод принимает положительные степени окисления: $^+4$ и реже $^+2$. Какие окислительно-восстановительные свойства характеризуют эти соединения? В каких реакциях углерод не изменяет свою степень окисления?

Какие окислительно-восстановительные свойства характеризуют эти соединения?

Окислительно-восстановительные свойства соединений углерода с кислородом определяются степенью окисления углерода в них.

Углерод в степени окисления +4
Это высшая возможная степень окисления для углерода. Находясь в высшей степени окисления, атом углерода может только принимать электроны, то есть понижать свою степень окисления (восстанавливаться). Следовательно, соединения углерода со степенью окисления +4, такие как оксид углерода(IV) $CO_2$, угольная кислота $H_2CO_3$ и её соли (карбонаты), могут выступать только в роли окислителей.
Окислительные свойства у этих соединений выражены слабо. Они проявляются в реакциях с сильными восстановителями, например, с активными металлами или углеродом при высокой температуре.
Пример реакции: $C^{+4}O_2 + 2Mg \xrightarrow{t} 2MgO + C^0$. В этой реакции углерод восстанавливается со степени окисления +4 до 0.

Углерод в степени окисления +2
Степень окисления +2 является для углерода промежуточной (возможный диапазон от –4 до +4). Поэтому атом углерода может как отдавать электроны, повышая свою степень окисления до +4 (окисляться), так и принимать электроны, понижая её до 0 (восстанавливаться). Это означает, что соединения углерода со степенью окисления +2, в частности оксид углерода(II) $CO$, проявляют двойственные окислительно-восстановительные свойства, то есть могут быть и восстановителями, и окислителями.
Наиболее характерным свойством для оксида углерода(II) является его способность выступать в роли сильного восстановителя, окисляясь до $CO_2$. Это свойство широко используется в промышленности, например, в металлургии для получения металлов из руд.
Пример реакции (восстановительные свойства): $Fe_2O_3 + 3C^{+2}O \xrightarrow{t} 2Fe + 3C^{+4}O_2$.
Окислительные свойства $CO$ проявляет значительно реже, вступая в реакции с сильными восстановителями, например, с водородом.
Пример реакции (окислительные свойства): $C^{+2}O + 2H_2 \xrightarrow{t, p, kat} CH_3OH$. В этой реакции углерод восстанавливается со степени окисления +2 до –2.

Ответ: Соединения углерода со степенью окисления +4 (например, $CO_2$) являются только окислителями (слабыми). Соединения углерода со степенью окисления +2 (например, $CO$) проявляют двойственные окислительно-восстановительные свойства: они являются преимущественно сильными восстановителями, но в реакциях с более сильными восстановителями могут выступать и в роли окислителей.

В каких реакциях углерод не изменяет свою степень окисления?

Степень окисления углерода не изменяется в тех реакциях, которые не являются окислительно-восстановительными. Для соединений углерода это, как правило, реакции ионного обмена, а также кислотно-основные взаимодействия.

Примеры таких реакций:

1. Взаимодействие кислотного оксида $CO_2$ со щелочами или основными оксидами с образованием солей — карбонатов. Степень окисления углерода +4 сохраняется.
$ \overset{+4}{C}O_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2\overset{+4}{C}O_3 + H_2O $
$ \overset{+4}{C}O_2 + CaO \rightarrow Ca\overset{+4}{C}O_3 $

2. Реакции карбонатов с кислотами. В результате реакции обмена выделяется углекислый газ, в котором углерод сохраняет степень окисления +4.
$ Na_2\overset{+4}{C}O_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + \overset{+4}{C}O_2\uparrow $

3. Реакции ионного обмена между растворами солей, приводящие к образованию нерастворимого карбоната.
$ K_2\overset{+4}{C}O_3 + BaCl_2 \rightarrow Ba\overset{+4}{C}O_3\downarrow + 2KCl $

4. Термическое разложение многих карбонатов (например, карбонатов щелочноземельных металлов) на оксид металла и оксид углерода(IV).
$ Mg\overset{+4}{C}O_3 \xrightarrow{t} MgO + \overset{+4}{C}O_2\uparrow $

Ответ: Степень окисления углерода не изменяется в реакциях, не являющихся окислительно-восстановительными. К таким реакциям относятся реакции ионного обмена и кислотно-основные взаимодействия с участием оксида углерода(IV), угольной кислоты и её солей (карбонатов), а также реакции термического разложения некоторых карбонатов.