Условие задачи

Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:C ⟶ CH4 ⟶ CH3Cl ⟶ C2H6 ⟶ C2H5Cl

Решение

Нам дана задача из раздела неорганической и органической химии, где требуется составить уравнения реакций, отражающих последовательное превращение углерода в метан, затем в хлорметан, далее в этан и, наконец, в хлорэтан. Ниже представлено подробное решение с пояснениями.

─────────────────────────────
1. Превращение: C ⟶ CH₄

Чтобы получить метан (CH₄) из углерода (C), необходимо присоединить четыре атома водорода. Правильное уравнение реакции выглядит так:

C + 2H₂ ⟶ CH₄

Объяснение: Одна частица углерода реагирует с двумя молекулами водорода (каждая содержит по 2 атома H), что в сумме даёт 4 атома водорода, необходимые для образования CH₄.

─────────────────────────────
2. Превращение: CH₄ ⟶ CH₃Cl

Для получения хлорметана (CH₃Cl) из метана используют реакцию замещения одного атома водорода на атом хлора. Уравнение реакции с хлором выглядит так:

CH₄ + Cl₂ ⟶ CH₃Cl + HCl

Объяснение: При фотохимическом замещении одна из четырёх водородных связей метана замещается атомом хлора, а освобождающийся атом H соединяется с другим атомом хлора, образуя HCl. При этом все элементы сохранены: по 1 атому C, суммарно 4 атома H и 2 атома Cl с обеих сторон уравнения.

─────────────────────────────
3. Превращение: CH₃Cl ⟶ C₂H₆

Получение этана (C₂H₆) из хлорметана (CH₃Cl) осуществляется реакцией типичной для синтеза углеводородов, известной как реакция Вюрца. В данной реакции два молекулы метилхлорида соединяются с участием металлического натрия. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

2CH₃Cl + 2Na ⟶ C₂H₆ + 2NaCl

Объяснение: Две молекулы CH₃Cl при участии 2Na дают этан (союз двух метильных радикалов) и 2NaCl – типичный синтез посредством сольвирования и последующего удаления ионов хлора.

─────────────────────────────
4. Превращение: C₂H₆ ⟶ C₂H₅Cl

Получение хлорэтана из этана также происходит по схеме радикального замещения. Один из атомов водорода в молекуле этана замещается атомом хлора. Уравнение реакции имеет вид:

C₂H₆ + Cl₂ ⟶ C₂H₅Cl + HCl

Объяснение: В присутствии ультрафиолетового излучения или при иных инициирующих условиях одна молекула Cl₂ диссоциирует, и один атом хлора присоединяется к цепочке этана, заменяя один из атомов водорода. Освободившийся атом H соединяется с оставшимся атомом Cl, образуя HCl.

─────────────────────────────
Итоговая последовательность реакций:

1) C + 2H₂ ⟶ CH₄
2) CH₄ + Cl₂ ⟶ CH₃Cl + HCl
3) 2CH₃Cl + 2Na ⟶ C₂H₆ + 2NaCl
4) C₂H₆ + Cl₂ ⟶ C₂H₅Cl + HCl

Эти уравнения демонстрируют последовательные превращения от элементарного углерода до соответствующих углеводородов и их хлорсодержащих производных согласно правилам синтеза в неорганической и органической химии.