Номер 8, страница 116, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

8. Какие типы реакций характерны для предельных УВ? При каких условиях (об-лучение светом, температура или катализаторы) они легче всего протекают?

Для предельных углеводородов (УВ), или алканов, в молекулах которых все связи между атомами углерода являются одинарными (прочными σ-связями), характерны реакции, протекающие с разрывом связей C–H и C–C. Из-за своей химической инертности алканы вступают в реакции только при жестких условиях: при облучении светом, высокой температуре или в присутствии катализаторов. Основными типами реакций являются:

1. Реакции замещения

Это наиболее характерный тип реакций для предельных УВ, при котором происходит замена атома водорода на другой атом или группу атомов. Реакции преимущественно идут по цепному свободно-радикальному механизму ($S_R$).

а) Галогенирование (взаимодействие с галогенами)

Условия: Реакция инициируется облучением ультрафиолетовым (УФ) светом (квант света, $h\nu$) или сильным нагреванием (250–400 o C). Легче всего реакция протекает при облучении ярким рассеянным светом.

Пример: хлорирование метана $CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$.

б) Нитрование (реакция Коновалова)

Условия: Нагревание (около 140 o C) с разбавленной (10-20%) азотной кислотой под давлением.

Пример: $CH_4 + HNO_3 (разб.) \xrightarrow{140^\circ C, p} CH_3NO_2 + H_2O$.

Ответ: Реакции замещения легче всего протекают при облучении светом (галогенирование) или при нагревании с реагентами в присутствии катализаторов или без них (нитрование).

2. Реакции окисления

а) Горение (полное окисление)

В избытке кислорода алканы сгорают до углекислого газа и воды, выделяя большое количество тепла.

Условия: Поджигание (высокая температура для инициации).

Пример: $C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$.

б) Каталитическое окисление (неполное)

В зависимости от условий (катализатор, температура, давление) можно получить различные продукты: спирты, альдегиды, карбоновые кислоты.

Условия: Применение специальных катализаторов (например, солей марганца, меди), высокой температуры и давления.

Пример: $2CH_4 + O_2 \xrightarrow{кат., p, t^\circ} 2CH_3OH$ (получение метанола).

Ответ: Горение легко протекает при поджигании. Каталитическое окисление требует специфических условий: наличия катализатора, высокой температуры и давления.

3. Реакции отщепления, изомеризации и ароматизации

Эти реакции протекают при высоких температурах, часто с участием катализаторов, и приводят к изменению углеродного скелета или образованию кратных связей.

а) Дегидрирование

Отщепление водорода с образованием непредельных УВ (алкенов).

Условия: Высокая температура (500–600 o C) и катализаторы ($Ni, Pt, Cr_2O_3$).

Пример: $CH_3-CH_3 \xrightarrow{Ni, t^\circ} CH_2=CH_2 + H_2$.

б) Крекинг

Расщепление молекул высших алканов на алканы и алкены с меньшей молекулярной массой.

Условия: Очень высокая температура (400–700 o C). Процесс может быть ускорен катализаторами (каталитический крекинг).

в) Изомеризация

Превращение алканов с линейной цепью в их разветвленные изомеры.

Условия: Нагревание с катализатором, таким как хлорид алюминия ($AlCl_3$).

Пример: $н\text{-бутан} \xrightarrow{AlCl_3, t^\circ} \text{изобутан}$.

г) Ароматизация (дегидроциклизация)

Алканы с шестью и более атомами углерода в цепи могут образовывать ароматические соединения.

Условия: Высокая температура (около 500 o C) и катализатор (например, $Pt$ или $Cr_2O_3$).

Пример: $C_6H_{14} (\text{гексан}) \xrightarrow{Pt, t^\circ} C_6H_6 (\text{бензол}) + 4H_2$.

Ответ: Данные реакции протекают при высокой температуре, часто с использованием специфических катализаторов.