Номер 2, страница 116 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

2. Напишите уравнения реакций взаимодействия метана и бензола с хлором. Укажите условия их протекания. Почему обе реакции называются реакциями замещения?

Взаимодействие метана с хлором

Реакция метана с хлором является цепной свободнорадикальной реакцией замещения. Она протекает под действием ультрафиолетового излучения (квантов света) или при нагревании. В ходе реакции происходит последовательное замещение атомов водорода в молекуле метана на атомы хлора.

Уравнение реакции первой стадии (образование хлорметана):

$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$

где $h\nu$ обозначает квант света (условие - УФ-облучение).

При избытке хлора реакция может продолжаться дальше с образованием дихлорметана ($CH_2Cl_2$), трихлорметана ($CHCl_3$) и тетрахлорметана ($CCl_4$).

Ответ: Взаимодействие метана с хлором происходит на свету ($h\nu$) по механизму свободнорадикального замещения. Уравнение реакции: $CH_4 + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + HCl$.

Взаимодействие бензола с хлором

Реакция бензола с хлором является реакцией электрофильного ароматического замещения. Для ее протекания необходимо наличие катализатора — кислоты Льюиса, например, хлорида железа(III) ($FeCl_3$) или хлорида алюминия ($AlCl_3$). Катализатор поляризует молекулу хлора, способствуя атаке на бензольное кольцо.

Уравнение реакции (образование хлорбензола):

$C_6H_6 + Cl_2 \xrightarrow{FeCl_3} C_6H_5Cl + HCl$

В этой реакции один из атомов водорода в бензольном кольце замещается на атом хлора.

Ответ: Взаимодействие бензола с хлором происходит в присутствии катализатора (например, $FeCl_3$) по механизму электрофильного замещения. Уравнение реакции: $C_6H_6 + Cl_2 \rightarrow C_6H_5Cl + HCl$.

Почему обе реакции называются реакциями замещения?

Реакциями замещения называют химические реакции, в результате которых атом или группа атомов в молекуле исходного вещества замещается на другой атом или группу атомов.

В обоих рассмотренных случаях происходит именно такой процесс:

• В реакции метана с хлором атом водорода ($H$) в молекуле метана ($CH_4$) замещается на атом хлора ($Cl$), образуя хлорметан ($CH_3Cl$).
• В реакции бензола с хлором атом водорода ($H$), связанный с ароматическим кольцом в молекуле бензола ($C_6H_6$), замещается на атом хлора ($Cl$), образуя хлорбензол ($C_6H_5Cl$).

Поскольку в обоих процессах происходит замена одного атома (водорода) на другой (хлора) в молекуле органического соединения, обе реакции классифицируются как реакции замещения, несмотря на различие в их механизмах (свободнорадикальный для метана и электрофильный для бензола).

Ответ: Обе реакции называются реакциями замещения, так как в ходе каждой из них происходит замена атома водорода в молекуле исходного органического соединения (метана или бензола) на атом хлора.