Номер 550, страница 102 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

550. Определите степени окисления атомов углерода в следующих органических соединениях:

а) $CH_4$, $C_2H_6$, $C_2H_4$;

б) $C_2H_2$, $CH_2Cl_2$, $HCOOH$;

в) $CHCl_3$, $CH_2O$, $CH_3OH$;

г) $C_6H_{12}O_6$, $CH_3COOH$, $C_6H_{12}$.

Для определения степени окисления атомов в органических соединениях будем исходить из следующих положений:

• Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна 0.
• Степень окисления водорода (H), связанного с углеродом, равна +1.
• Степень окисления кислорода (O) равна -2 (кроме пероксидов).
• Степень окисления галогенов (например, Cl) равна -1.
• При расчете степени окисления конкретного атома углерода, связь C–C считается неполярной и не учитывается.

а) CH₄, C₂H₆, C₂H₄

В метане ($CH_4$): пусть степень окисления углерода равна $x$. Так как молекула электронейтральна, сумма степеней окисления всех атомов равна нулю. Степень окисления водорода +1.

$x + 4 \cdot (+1) = 0$

$x = -4$

Степень окисления углерода в метане равна -4.

В этане ($C_2H_6$): оба атома углерода находятся в одинаковом окружении (эквивалентны), поэтому их степени окисления равны. Пусть она будет $x$.

$2 \cdot x + 6 \cdot (+1) = 0$

$2x = -6$

$x = -3$

Степень окисления каждого атома углерода в этане равна -3.

В этене ($C_2H_4$): оба атома углерода эквивалентны. Пусть их степень окисления будет $x$.

$2 \cdot x + 4 \cdot (+1) = 0$

$2x = -4$

$x = -2$

Степень окисления каждого атома углерода в этене равна -2.

Ответ: В $CH_4$ степень окисления C равна -4; в $C_2H_6$ степень окисления C равна -3; в $C_2H_4$ степень окисления C равна -2.

б) C₂H₂, CH₂Cl₂, HCOOH

В этине ($C_2H_2$): оба атома углерода эквивалентны. Пусть их степень окисления будет $x$.

$2 \cdot x + 2 \cdot (+1) = 0$

$2x = -2$

$x = -1$

Степень окисления каждого атома углерода в этине равна -1.

В дихлорметане ($CH_2Cl_2$): пусть степень окисления углерода равна $x$. Степень окисления водорода +1, хлора -1.

$x + 2 \cdot (+1) + 2 \cdot (-1) = 0$

$x + 2 - 2 = 0$

$x = 0$

Степень окисления углерода в дихлорметане равна 0.

В муравьиной кислоте ($HCOOH$): пусть степень окисления углерода равна $x$. Степень окисления водорода +1, кислорода -2.

$(+1) + x + 2 \cdot (-2) + (+1) = 0$ (учитываем один H, связанный с C, и один H, связанный с O)

$x + 1 - 4 + 1 = 0$

$x - 2 = 0$

$x = +2$

Степень окисления углерода в муравьиной кислоте равна +2.

Ответ: В $C_2H_2$ степень окисления C равна -1; в $CH_2Cl_2$ степень окисления C равна 0; в $HCOOH$ степень окисления C равна +2.

в) CHCl₃, CH₂O, CH₃OH

В хлороформе ($CHCl_3$): пусть степень окисления углерода равна $x$. Степень окисления водорода +1, хлора -1.

$x + (+1) + 3 \cdot (-1) = 0$

$x + 1 - 3 = 0$

$x = +2$

Степень окисления углерода в хлороформе равна +2.

В формальдегиде ($CH_2O$): пусть степень окисления углерода равна $x$. Степень окисления водорода +1, кислорода -2.

$x + 2 \cdot (+1) + (-2) = 0$

$x + 2 - 2 = 0$

$x = 0$

Степень окисления углерода в формальдегиде равна 0.

В метаноле ($CH_3OH$): пусть степень окисления углерода равна $x$. Степень окисления водорода +1, кислорода -2.

$x + 3 \cdot (+1) + (-2) + (+1) = 0$ (учитываем три H при C, и один H при O)

$x + 4 - 2 = 0$

$x = -2$

Степень окисления углерода в метаноле равна -2.

Ответ: В $CHCl_3$ степень окисления C равна +2; в $CH_2O$ степень окисления C равна 0; в $CH_3OH$ степень окисления C равна -2.

г) C₆H₁₂O₆, CH₃COOH, C₆H₁₂

В глюкозе ($C_6H_{12}O_6$): атомы углерода находятся в разном химическом окружении и имеют разные степени окисления. Определим среднюю степень окисления углерода, обозначив ее $x$.

$6 \cdot x + 12 \cdot (+1) + 6 \cdot (-2) = 0$

$6x + 12 - 12 = 0$

$6x = 0$

$x = 0$

Средняя степень окисления углерода в глюкозе равна 0.

В уксусной кислоте ($CH_3COOH$): в молекуле два атома углерода с разными степенями окисления.

1. Атом углерода в метильной группе ($CH_3-$). Обозначим его степень окисления $x_1$. Он связан с тремя атомами H и одним атомом C. Учитывая только связи с H, получаем: $x_1 + 3 \cdot (+1) = 0 \implies x_1 = -3$.

2. Атом углерода в карбоксильной группе ($-COOH$). Обозначим его степень окисления $x_2$. Он связан с двумя атомами O и одним атомом C. Исходя из связей с более электроотрицательными атомами кислорода (одна двойная C=O и одна одинарная C-O), его степень окисления будет $x_2 = +3$.

Степени окисления углерода в уксусной кислоте: -3 и +3.

В $C_6H_{12}$: эта формула может соответствовать разным соединениям, например, гексену или циклогексану. Наиболее вероятно имеется в виду циклогексан, в котором все атомы углерода эквивалентны (каждый входит в группу $-CH_2-$). Пусть степень окисления углерода равна $x$.

$6 \cdot x + 12 \cdot (+1) = 0$

$6x = -12$

$x = -2$

Степень окисления каждого атома углерода в циклогексане равна -2.

Ответ: В $C_6H_{12}O_6$ средняя степень окисления C равна 0; в $CH_3COOH$ степени окисления атомов C равны -3 и +3; в $C_6H_{12}$ (циклогексан) степень окисления C равна -2.