Oxidarea substanțelor organice cu permanganat de potasiu. Proprietăți fizico-chimice ale toluenului, ecuații de reacție

Toluenul este metilbenzen, care este un lichid incolor aparținând clasei arenelor, care sunt compuși organici cu un sistem aromatic în compoziția lor.

Caracteristica cheie a acestei substanțe poate fi considerată mirosul său specific. Cu toate acestea, aceasta nu este singura „trăsătură distinctivă” a substanței. Toluenul are multe proprietăți și caracteristici și merită să le descrieți pe scurt pe toate.

Un pic de istorie

Proprietățile chimice ale toluenului au început să fie studiate cu puțin mai puțin de 200 de ani în urmă, când a fost obținut pentru prima dată. Substanța a fost descoperită în 1835 de farmacistul și chimistul francez Pierre Joseph Pelletier. Oamenii de știință au obținut toluen prin distilarea rășinii de pin.

Și trei ani mai târziu, fizico-chimistul francez Henri Saint-Clair Deville a izolat această substanță dintr-un balsam pe care l-a adus din orașul columbian Tolu. În cinstea acestei băuturi, compoziția și-a primit numele.

Informații generale

Dar caracteristicile și proprietățile chimice ale toluenului? Substanța este un lichid volatil, mobil, cu miros înțepător. Are un efect narcotic ușor. Reacționează cu o cantitate nelimitată de hidrocarburi, interacționează cu eteri și esteri, cu alcooli. Nu se amesteca cu apa.

Caracteristicile sunt după cum urmează:

Substanța este desemnată prin formula C 7 H 8.
Masa sa molară este de 92,14 g / mol.
Densitatea este de 0,86694 g / cm³.
Punctele de topire și fierbere sunt -95 ℃ și, respectiv, 110,6 ℃.
Căldura specifică de vaporizare este de 364 kJ / kg.
Temperatura de tranziție a fazei critice este de 320 ° C.

Această substanță este, de asemenea, inflamabilă. Arde cu o flacără fumurie.

Proprietăți chimice de bază

Toluenul este o substanță care se caracterizează prin reacții de substituție electrofilă. Ele apar în așa-numitul inel aromatic care prezintă o stabilitate anormal de ridicată. Aceste reacții au loc în principal în pozițiile para și orto în raport cu gruparea metil - CH 3.

Reacțiile de ozonoliză și adăugare (hidrogenare) se referă la proprietățile chimice ale toluenului. Sub influența unor oxidanți, gruparea metil devine carboxil. Cel mai adesea, pentru aceasta se folosește o soluție alcalină de permanganat de potasiu sau acid azotic neconcentrat.

De asemenea, este demn de remarcat faptul că toluenul este capabil de combustie spontană. Acest lucru necesită o temperatură de 535 ° C. Blițul are loc la 4 ° C.

Formarea acidului benzoic

Capacitatea substanței în discuție de a participa la acest proces se datorează și proprietăților sale chimice. Toluenul, care reacționează cu oxidanți puternici, formează cel mai simplu acid carboxilic benzoic monobazic aparținând seriei aromatice. Formula sa este C 6 H 5 COOH.

Acidul are forma unor cristale albe care se dizolvă bine în dietil eter, cloroform și etanol. Se obține prin următoarele reacții:

Toluenul și permanganatul de potasiu care interacționează într-un mediu acid. Formula este următoarea: 5C 6 H 5 CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O.
Toluenul și permanganatul de potasiu interacționează într-un mediu neutru. Formula este următoarea: C 6 H 5 CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O.
Toluenul, care interacționează în lumină cu halogeni, oxidanți energetici. Se produce conform formulei: C 6 H 5 CH 3 + X 2 → C 6 H 5 CH 2 X + HX.

Acidul benzoic obținut ca urmare a acestor reacții este utilizat în multe domenii. Se utilizează în principal pentru obținerea reactivilor - clorură de benzoil, plastifianți benzoați, fenol.

Se folosește și pentru conserve. Aditivii E213, E212, E211 și E210 sunt fabricați pe bază de acid benzoic. Blochează enzimele și încetinește metabolismul, inhibă creșterea drojdiei, mucegaiului și bacteriilor.

Iar acidul benzoic este utilizat și în medicină pentru tratarea bolilor de piele și ca expectorant.

Obținerea substanței

Ecuațiile de reacție prezentate mai sus care demonstrează proprietățile chimice ale toluenului nu sunt tot ceea ce aș dori să iau în considerare. De asemenea, este important să vorbim despre procesul de obținere a acestei substanțe.

Toluenul este un produs al procesării industriale a fracțiunilor de benzină din petrol. Aceasta se mai numește și reformare catalitică. Substanța este izolată prin extracție selectivă, după care se efectuează rectificarea - amestecul este separat prin transfer de căldură contracurent și masă între lichid și vapori.

Acest proces este adesea înlocuit de deshidrogenarea catalitică a heptanului. Este un alcan organic cu formula CH3 (CH2) 5 CH3. Deshidrogenarea are loc prin metilciclohexan - cicloalcan cu formula C 7 H 14. Este o hidrocarbură monociclică în care un atom de hidrogen este înlocuit cu o grupare metil.

Toluenul este purificat la fel ca benzenul. Dar dacă se folosește acid sulfuric, trebuie să țineți cont de faptul că această substanță se sulfonează mai ușor. Aceasta înseamnă că, atunci când purificați toluenul, este necesar să mențineți o temperatură mai scăzută. Sub 30 ° C pentru a fi exact.

Toluen și benzen

Deoarece cele două sunt similare, merită să faceți o comparație chimică. Benzenul și toluenul suferă ambele reacții de substituție. Cu toate acestea, ratele lor sunt diferite. Deoarece gruparea metil din molecula de toluen afectează inelul aromatic, reacționează mai repede.

Dar benzenul, la rândul său, prezintă rezistență la oxidare. De exemplu, atunci când este expus la permanganat de potasiu, nu se întâmplă nimic. Dar toluenul în această reacție formează acid benzoic, care a fost deja menționat anterior.

În același timp, se știe că hidrocarburile saturate nu reacționează cu soluția de permanganat de potasiu. Deci oxidarea toluenului se explică prin influența exercitată de inelul benzenic asupra grupării metil. Această afirmație este confirmată de teoria lui Butlerov. În conformitate cu aceasta, atomii și grupurile lor din molecule au o influență reciprocă.

Reacția Friedel-Crafts

S-au spus multe despre formula și proprietățile chimice ale toluenului. Dar nu s-a menționat încă că această substanță este destul de realistă de obținut din benzen dacă se efectuează reacția Friedel-Crafts. Acesta este numele metodei de acilare și alchilare a compușilor aromatici folosind catalizatori acizi. Acestea includ trifluorură de bor (BF3), clorură de zinc (ZnCl2), aluminiu (AlCl3) și fier (FeCI3).

Cu toate acestea, în cazul toluenului, poate fi utilizat un singur catalizator. Și este tribromura de fier, care este un compus binar complex de natură anorganică cu formula FeBr 3. Și reacția este următoarea: C 6 H 6 + CH 3 Br à FeBr 3 C 6 H 5 CH 3 + HBr. Deci nu numai proprietățile chimice ale benzenului și toluenului se combină, ci și capacitatea de a obține o substanță de la alta.

Pericol de foc

Este imposibil să nu-l menționăm, vorbind despre proprietățile chimice și fizice ale toluenului. La urma urmei, este o substanță foarte inflamabilă.

Aparține lichidelor inflamabile din clasa 3.1. Această categorie include, de asemenea, motorina, motorina, compușii explozivi desensibilizați.

Flăcările deschise, fumatul, scânteile nu trebuie permise în apropierea toluenului. Chiar și un amestec de vapori ai acestei substanțe cu aerul este exploziv. Dacă se efectuează operațiuni de încărcare și descărcare, respectarea regulilor de protecție împotriva electricității statice devine de o importanță capitală.

Spațiile industriale pentru lucrările legate de toluen sunt prevăzute cu ventilație de alimentare și evacuare și echipamente - cu aspirație. Este interzisă utilizarea instrumentelor care pot provoca impactul. Și dacă o substanță se aprinde, atunci este necesar să o stingem numai cu apă pulverizată fin, aer-mecanică sau spumă chimică. Toluenul vărsat este neutralizat cu nisip.

Pericol pentru oameni

Caracteristicile și proprietățile chimice ale toluenului determină toxicitatea acestuia. După cum sa menționat deja, cuplurile sale au un efect narcotic. Este deosebit de puternic la concentrații mai mari. Persoana care inhalează vaporii are halucinații severe. Puțină lume știe, dar până în 1998 această substanță a făcut parte din lipiciul Moment. De aceea era atât de popular în rândul dependenților de droguri.

Concentrațiile mari ale acestei substanțe afectează negativ sistemul nervos, membranele mucoase ale ochilor, pielea. Funcția hematopoiezei este afectată, deoarece toluenul este o otravă foarte toxică. Din această cauză pot apărea boli precum hipoxia și cianoza.

Există chiar și un concept de abuz de substanțe toluenice. De asemenea, are un efect cancerigen. La urma urmei, un cuplu, care intră prin piele sau organele respiratorii în corpul uman, afectează sistemul nervos. Uneori, aceste procese nu pot fi inversate.

În plus, vaporii pot provoca letargie și pot perturba funcționarea aparatului vestibular. Prin urmare, persoanele care lucrează cu această substanță lucrează în încăperi bine ventilate, întotdeauna sub tracțiune și folosesc mănuși speciale din cauciuc.

Cerere

Pentru a completa subiectul proprietăților fizico-chimice ale toluenului, merită luate în considerare domeniile în care această substanță este implicată activ.

De asemenea, acest compus este un solvent eficient pentru mulți polimeri (substanțe amorf cristalin cu greutate moleculară mare). Și se adaugă adesea la compoziția solvenților comerciali pentru vopsele și lacuri, unele medicamente. Chiar și în producția de explozivi, acest compus este aplicabil. Trinitrotoluenul și TNT sunt produse cu adăugarea sa.

Acest material poate fi dificil de stăpânit în timpul auto-studiului, datorită cantității mari de informații, a numeroaselor nuanțe, a tuturor tipurilor de BUT și IF. Citește cu atenție!

Ce anume se va discuta?

Pe lângă oxidarea completă (arderea), unele clase de compuși organici se caracterizează prin reacții de oxidare incomplete, în timp ce sunt transformate în alte clase.

Există agenți oxidanți specifici pentru fiecare clasă: CuO (pentru alcooli), Cu (OH) 2 și OH (pentru aldehide) și altele.

Dar există doi agenți oxidanți clasici, care, ca să spunem așa, sunt universali pentru multe clase.

Acesta este permanganatul de potasiu - KMnO 4. Și dicromat de potasiu (dicromat) - K 2 Cr 2 O 7. Aceste substanțe sunt agenți oxidanți puternici datorită manganului în starea de oxidare +7 și respectiv cromului în starea de oxidare +6.

Reacțiile cu acești oxidanți sunt destul de frecvente, dar nicăieri nu există un ghid holistic cu privire la modul de alegere a produselor unor astfel de reacții.

În practică, există mulți factori care afectează cursul reacției (temperatura, mediul, concentrația reactivilor etc.). Se obține adesea un amestec de produse. Prin urmare, este aproape imposibil să se prevadă produsul care este format.

Și pentru examenul de stat unificat, acest lucru nu este potrivit: acolo nu puteți scrie „poate așa, sau așa, sau altul, sau un amestec de produse”. Acolo este nevoie de specificitate.

Autorii sarcinilor au introdus o anumită logică, un anumit principiu conform căruia un anumit produs ar trebui scris. Din păcate, nu au împărtășit nimănui.

În majoritatea manualelor, această întrebare este destul de alunecoasă de evitat: două sau trei reacții sunt date ca exemplu.

Prezent în acest articol ceea ce se poate numi rezultatele cercetării-analizei sarcinilor USE. Logica și principiile compunerii reacțiilor de oxidare cu permanganat și dicromat au fost rezolvate cu o precizie destul de mare (în conformitate cu standardele USE). Totul în ordine.

Determinarea stării de oxidare.

În primul rând, atunci când se tratează reacții redox, există întotdeauna un agent oxidant și un agent reducător.

Agentul oxidant este manganul în permanganat sau cromul în dicromat, agentul reducător este atomii din materia organică (și anume, atomii de carbon).

Nu este suficient să definiți produsele; reacția trebuie egalizată. Metoda echilibrului electronic este folosită în mod tradițional pentru egalizare. Pentru a aplica această metodă, este necesar să se determine stările de oxidare ale agenților reducători și oxidanți înainte și după reacție.

Pentru substanțele anorganice cu stare de oxidare, putem începe de la clasa 9:

Dar la organice, probabil, în clasa a IX-a, nu erau determinați. Prin urmare, înainte de a învăța cum să scrieți OVR în chimia organică, trebuie să învățați cum să determinați starea de oxidare a carbonului din materia organică. Acest lucru se face puțin diferit, diferit decât în chimia anorganică.

Carbonul are o stare de oxidare maximă de +4, un minim de -4. Și poate arăta orice stare de oxidare a acestui interval: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4.

Mai întâi trebuie să vă amintiți care este starea de oxidare.

Starea de oxidare este sarcina condițională care apare pe un atom, presupunând că perechile de electroni sunt deplasate în totalitate către atomul mai electronegativ.

Prin urmare, starea de oxidare este determinată de numărul de perechi de electroni deplasați: dacă se deplasează la un atom dat, atunci dobândește o sarcină minus (-) în exces, dacă dintr-un atom, atunci dobândește o sarcină plus (+) în exces. În principiu, aceasta este întreaga teorie pe care trebuie să o cunoașteți pentru a determina starea de oxidare a unui atom de carbon.

Pentru a determina starea de oxidare a unui anumit atom de carbon într-un compus, trebuie să luăm în considerare FIECARE dintre legăturile sale și să vedem în ce direcție se va mișca perechea de electroni și ce sarcină în exces (+ sau -) va apărea din atomul de carbon.

Să vedem exemple specifice:

Carbon trei legături cu hidrogen... Carbon și hidrogen - cine este mai electronegativ? Carbon, apoi, de-a lungul acestor trei legături, perechea de electroni se va deplasa spre carbon. Carbonul ia o sarcină negativă din fiecare hidrogen: se dovedește -3

A patra legătură este cu clorul. Carbon și clor - cine este mai electronegativ? Clorul înseamnă că perechea de electroni se va deplasa spre clor de-a lungul acestei legături. Carbonul are o sarcină pozitivă +1.

Apoi, trebuie doar să adăugați: -3 + 1 = -2. Starea de oxidare a acestui atom de carbon este -2.

Să determinăm starea de oxidare a fiecărui atom de carbon:

Carbonul are trei legături cu hidrogenul. Carbon și hidrogen - cine este mai electronegativ? Carbon, apoi, de-a lungul acestor trei legături, perechea de electroni se va deplasa spre carbon. Carbonul ia o sarcină negativă din fiecare hidrogen: se dovedește -3

Și încă o legătură cu un alt carbon. Carbon și alt carbon - electronegativitățile lor sunt egale, deci nu există o deplasare a perechii de electroni (legătura nu este polară).

Acest atom are două legături cu un atom de oxigen și o altă legătură cu un alt atom de oxigen (din grupul OH). Mai mulți atomi de oxigen electronegativi din trei legături scot o pereche de electroni din carbon, iar carbonul primește o încărcare de +3.

Prin cea de-a patra legătură, carbonul este legat de un alt carbon, așa cum am spus deja, perechea de electroni nu se deplasează de-a lungul acestei legături.

Carbonul este legat de două legături la atomii de hidrogen. Carbonul, fiind mai electronegativ, extrage o pereche de electroni pentru fiecare legătură cu hidrogen, capătă o încărcare de -2.

O dublă legătură de carbon este legată de un atom de oxigen. Mai mult oxigen electronegativ atrage o pereche de electroni pentru fiecare legătură. Împreună, două perechi de electroni sunt extrase din carbon. Carbonul câștigă o încărcare de +2.

Împreună se dovedește +2 -2 = 0.

Să determinăm starea de oxidare a acestui atom de carbon:

O legătură triplă cu un azot mai electronegativ - conferă carbonului o încărcare de +3, nu există nicio deplasare a perechii de electroni datorită legăturii cu carbonul.

Oxidarea cu permanganat.

Ce se va întâmpla cu permanaganatul?

Reacția redox cu permanganat poate avea loc în diferite medii (neutru, alcalin, acid). Și depinde de mediu exact cum va evolua reacția și ce produse se formează în același timp.

Prin urmare, poate merge în trei direcții:

Permanganatul, fiind un agent oxidant, este redus. Iată produsele restaurării sale:

Mediul acid.

Mediul se acidulează cu acid sulfuric (H 2 SO 4). Manganul este redus la starea de oxidare +2. Iar produsele de recuperare vor fi:

KMnO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Mediul alcalin.

Se adaugă un alcalin destul de concentrat (KOH) pentru a crea un mediu alcalin. Manganul este redus la starea de oxidare +6. Produse de recuperare

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 + H 2 O

Mediu neutru(și ușor alcalin).

Într-un mediu neutru, pe lângă permanganat, și apa intră în reacție (pe care o scriem în partea stângă a ecuației), manganul va fi redus la +4 (MnO 2), produsele de reducere vor fi:

KMnO 4 + H 2 O → MnO 2 + KOH

Și într-un mediu ușor alcalin (în prezența unei soluții de KOH cu concentrație scăzută):

KMnO 4 + KOH → MnO 2 + H 2 O

Ce se va întâmpla cu organice?

Primul lucru de învățat este că totul începe cu alcoolul! Aceasta este etapa inițială a oxidării. Carbonul de care este atașată gruparea hidroxil suferă oxidare.

Când este oxidat, un atom de carbon „dobândește” o legătură cu oxigenul. Prin urmare, atunci când este scrisă schema de reacție de oxidare, [O] este scris deasupra săgeții:

Alcool primar se oxidează mai întâi în aldehidă, apoi în acid carboxilic:

Oxidare alcool secundar se rupe în a doua etapă. Deoarece carbonul este la mijloc, se formează o cetonă și nu o aldehidă (un atom de carbon dintr-o grupă cetonică nu mai poate forma fizic o legătură cu o grupare hidroxil):

Cetone, alcoolii terțiariși acizi carboxilici nu se mai oxidează în continuare:

Procesul de oxidare este etapizat - atâta timp cât există loc pentru oxidare și există toate condițiile pentru aceasta, reacția se desfășoară. Totul se termină cu un produs care nu se oxidează în aceste condiții: alcool terțiar, cetonă sau acid.

Este demn de remarcat etapele oxidării metanolului. În primul rând, se oxidează la aldehida corespunzătoare, apoi la acidul corespunzător:

O caracteristică a acestui produs (acidul formic) este că carbonul din grupa carboxil este legat de hidrogen și, dacă priviți cu atenție, veți observa că acesta nu este altceva decât o grupare aldehidă:

Și grupul aldehidă, așa cum am aflat mai devreme, este oxidat în continuare la cel carboxil:

Ați recunoscut substanța pe care ați primit-o? Formula sa brută este H 2 CO 3. Este acidul carbonic care se descompune în dioxid de carbon și apă:

H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2

Prin urmare, metanolul, aldehida formică și acidul formic (datorită grupării aldehidei) sunt oxidate în dioxid de carbon.

Oxidare ușoară.

Oxidarea ușoară este oxidare fără încălzire puternică într-un mediu neutru sau slab alcalin (scrieți deasupra reacției 0 ° sau 20 °) .

Este important să ne amintim că alcoolii nu se oxidează în condiții ușoare. Prin urmare, dacă sunt formate, atunci oxidarea se oprește la ele. Ce substanțe vor suferi o reacție ușoară de oxidare?

Conținând o dublă legătură C = C (reacția Wagner).

În acest caz, legătura π este ruptă și „stă” pe legăturile libere la gruparea hidroxil. Se pare că alcoolul dihidric:

Să scriem reacția de oxidare ușoară a etilenei (etenei). Să notăm substanțele inițiale și să prezicem produsele. În același timp, nu scriem H 2 O și KOH: ele pot apărea atât pe partea dreaptă a ecuației, cât și pe stânga. Și determinăm imediat stările de oxidare ale substanțelor care participă la OVR:

Să compunem o balanță electronică (vrem să spunem că există doi agenți reducători - doi atomi de carbon, aceștia sunt oxidați separat):

Să aranjăm coeficienții:

La final, trebuie să adăugați produsele lipsă (H 2 O și KOH). Nu există suficient potasiu în dreapta, ceea ce înseamnă că alcalinul va fi în dreapta. Punem coeficientul în față. Nu există suficient hidrogen în stânga, ceea ce înseamnă că există apă în stânga. Punem coeficientul în față:

Să facem același lucru cu propilena (propena):

Cicloalchenul este adesea strecurat înăuntru. Nu-l lăsa să te jeneze. Aceasta este o hidrocarbură comună cu dublă legătură:

Oriunde este această dublă legătură, oxidarea va merge în același mod:

Conținând aldehidă.

Gruparea aldehidă este mai reactivă (reacționează mai ușor) decât gruparea alcoolică. Prin urmare, aldehida se va oxida. Înainte de acid:

Luați în considerare acetaldehida (etanală) ca exemplu. Să notăm reactivii și produsele și să aranjăm stările de oxidare. Să întocmim un bilanț și să punem coeficienții în fața agentului reducător și a agentului oxidant:

Într-un mediu neutru și ușor alcalin, cursul reacției va fi ușor diferit.

Într-un mediu neutru, după cum ne amintim, în partea stângă a ecuației scriem apă, iar în partea dreaptă a ecuației alcaline (formate în timpul reacției):

În acest caz, acidul și alcalii apar unul lângă altul în același amestec. Se produce neutralizarea.

Nu pot exista unul lângă altul și reacționează, sarea se formează:

Mai mult, dacă ne uităm la coeficienții din ecuație, vom înțelege că acizii sunt 3 moli, iar alcalii sunt 2 moli. 2 moli de alcali pot neutraliza doar 2 moli de acid (se formează 2 moli de sare). Și mai rămâne un mol de acid. Prin urmare, ecuația finală va fi astfel:

Într-un mediu ușor alcalin, alcalinul este în exces - se adaugă înainte de reacție, astfel încât tot acidul este neutralizat:

O situație similară apare în timpul oxidării metanului. După cum ne amintim, este oxidat în dioxid de carbon:

Trebuie avut în vedere faptul că monoxidul de carbon (IV) CO 2 este acid. Și va reacționa cu alcalii. Și întrucât acidul carbonic este dibazic, se pot forma atât sare acidă, cât și sare medie. Depinde de raportul dintre alcali și dioxid de carbon:

Dacă alcalinul este legat de dioxidul de carbon ca 2: 1, atunci va exista o sare medie:

Sau alcalinul poate fi mult mai mult (mai mult de două ori). Dacă este mai mult de două ori, atunci restul de alcali va rămâne:

3KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O + KOH

Acest lucru se va întâmpla într-un mediu alcalin (unde există un exces de alcali, deoarece este adăugat la amestecul de reacție înainte de reacție) sau într-un mediu neutru atunci când se formează o mulțime de alcali.

Dar dacă alcalinul se referă la dioxidul de carbon 1: 1, atunci va fi sare acră:

KOH + CO 2 → KHCO 3

Dacă există mai mult dioxid de carbon decât este necesar, atunci acesta rămâne în exces:

KOH + 2CO 2 → KHCO 3 + CO 2

Acest lucru se va întâmpla într-un mediu neutru dacă se formează puțin alcalin.

Să notăm substanțele inițiale, produsele, să întocmim un echilibru, să punem stările de oxidare în fața agentului oxidant, agentul reducător și produsele care sunt formate din acestea:

Într-un mediu neutru, un alcalin (4KOH) se va forma în dreapta:

Acum trebuie să înțelegem ce se va forma atunci când interacționează trei moli de CO 2 și patru moli de alcali.

3CO 2 + 4KOH → 3KHCO 3 + KOH

KHCO 3 + KOH → K 2 CO 3 + H 2 O

Prin urmare, se dovedește așa:

3CO 2 + 4KOH → 2KHCO 3 + K 2 CO 3 + H 2 O

Prin urmare, în partea dreaptă a ecuației scriem doi moli de hidrocarbonat și un mol de carbonat:

Și într-un mediu slab alcalin nu există astfel de probleme: datorită faptului că există un exces de alcali, se va forma o sare medie:

La fel se va întâmpla și cu oxidarea aldehidei acidului oxalic:

Ca și în exemplul anterior, se formează un acid dibazic, iar ecuația ar trebui să conducă la 4 moli de alcali (din moment ce 4 moli de permanganat).

Într-un mediu neutru, din nou, toți alcalii nu sunt suficienți pentru a neutraliza complet tot acidul.

Trei moli de alcali sunt cheltuiți pentru formarea unei sări acide, rămâne un mol de alcalin:

3HOOC - COOH + 4KOH → 3KOOC - COOH + KOH

Iar acest mol de alcalin este cheltuit pentru interacțiunea cu un mol de sare acidă:

KOOC - COOH + KOH → KOOC - COOK + H 2 O

Se pare că:

3HOOC - COOH + 4KOH → 2KOOC - COOH + KOOC - COOK + H 2 O

Ecuația finală:

Într-un mediu ușor alcalin, se formează o sare medie datorită unui exces de alcali:

Conținând o legătură triplăC≡ C.

Vă amintiți ce s-a întâmplat în timpul oxidării blânde a compușilor cu dublă legătură? Dacă nu vă amintiți, derulați înapoi - amintiți-vă.

Legătura π se rupe, se atașează la atomii de carbon de la gruparea hidroxil. Principiul este același aici. Amintiți-vă doar că există două legături π în legătura triplă. În primul rând, acest lucru se întâmplă de-a lungul primei legături π:

Apoi pe o altă legătură π:

O structură în care un atom de carbon are două grupări hidroxil este extrem de instabilă. Când ceva nu este stabil în chimie, tinde să „cadă” ceva. Apa cade, așa:

Se dovedește o grupare carbonil.

Să vedem câteva exemple:

Etină (acetilenă). Luați în considerare etapele de oxidare a acestei substanțe:

Împărțirea apei:

Ca și în exemplul anterior, într-un amestec de reacție există un acid și un alcalin. Se produce neutralizarea - se formează sare. După cum se poate observa din coeficientul dinaintea permanganatului alcalin, vor exista 8 moli, adică este suficient să neutralizăm acidul. Ecuația finală:

Luați în considerare oxidarea butinei-2:

Împărțirea apei:

Acidul nu se formează aici, deci nu este nevoie să ne păcălim cu neutralizarea.

Ecuația de reacție:

Aceste diferențe (între oxidarea carbonului la margine și la mijlocul lanțului) sunt clar demonstrate de exemplul pentinei:

Împărțirea apei:

Se dovedește o substanță a unei structuri interesante:

Grupa aldehidă continuă să se oxideze:

Să notăm substanțele inițiale, produsele, să determinăm stările de oxidare, să întocmim un echilibru, să punem coeficienții în fața agentului oxidant și a agentului reducător:

Alcalinii ar trebui să formeze 2 moli (deoarece coeficientul înainte de permanganat este 2), prin urmare, tot acidul este neutralizat:

Oxidare severă.

Oxidarea dură este oxidarea în acru, puternic alcalin mediu inconjurator. Și, de asemenea, în neutru (sau ușor alcalin), dar când este încălzit.

Într-un mediu acid, ele se încălzesc uneori. Dar pentru ca oxidarea dură să nu aibă loc într-un mediu acid, încălzirea este o condiție prealabilă.

Ce substanțe vor suferi o oxidare severă? (La început, vom analiza doar într-un mediu acid - și apoi vom completa nuanțele care apar în timpul oxidării într-un mediu puternic alcalin și neutru sau ușor alcalin (când este încălzit)).

Cu o oxidare severă, procesul merge la maxim. Atâta timp cât există ceva de oxidat, oxidarea este în curs.

Alcooli. Aldehidele.

Luați în considerare oxidarea etanolului. Se oxidează treptat până la acid:

Scriem ecuația. Scriem substanțele inițiale, produsele OVR, stabilim stările de oxidare și întocmim un bilanț. Să egalizăm reacția:

Dacă reacția se efectuează la punctul de fierbere al aldehidei, atunci când se formează, aceasta se va evapora (zbura) din amestecul de reacție, fără a avea timp să se oxideze în continuare. Același efect poate fi obținut în condiții foarte blânde (căldură scăzută). În acest caz, scriem aldehida ca produs:

Să luăm în considerare oxidarea alcoolului secundar folosind propanol-2 ca exemplu. După cum sa menționat deja, oxidarea se termină în a doua etapă (formarea unui compus carbonilic). Deoarece se formează o cetonă, care nu se oxidează. Ecuația de reacție:

Să luăm în considerare oxidarea aldehidelor pe bază de etan. De asemenea, se oxidează în acid:

Ecuația de reacție:

Metanalul și metanolul, așa cum am menționat anterior, sunt oxidate la dioxid de carbon:

Metanal:

Conținând mai multe linkuri.

În acest caz, lanțul este rupt la o conexiune multiplă. Iar atomii care l-au format suferă oxidare (dobândesc o legătură cu oxigenul). Oxidat cât mai mult posibil.

Când o dublă legătură este ruptă, compușii carbonilici se formează din resturi (în schema de mai jos: dintr-o resturi - aldehidă, din alta - cetonă)

Să analizăm oxidarea pentenei-2:

Oxidarea „resturilor”:

Se pare că se formează doi acizi. Să notăm materiile prime și produsele. Determinați starea de oxidare a atomilor care o schimbă, întocmiți un echilibru, egalizați reacția:

Compunând balanța electronică, înseamnă că există doi agenți reducători - doi atomi de carbon, aceștia sunt oxidați separat:

Acidul nu se va forma întotdeauna. Să analizăm, de exemplu, oxidarea 2-metilbutenului:

Ecuația de reacție:

Absolut același principiu în oxidarea compușilor cu o legătură triplă (numai oxidarea are loc imediat cu formarea unui acid, fără formarea intermediară a unei aldehide):

Ecuația de reacție:

Când legătura multiplă este localizată exact în mijloc, rezultă nu două produse, ci unul. Deoarece „resturile” sunt aceleași și sunt oxidate la aceleași produse:

Ecuația de reacție:

Acid cu dublă coroană.

Există un acid în care grupările carboxil (coroane) sunt conectate între ele:

Acesta este acidul oxalic. Două coroane sunt greu de înțeles una lângă alta. Desigur, este stabil în condiții normale. Dar datorită faptului că are două grupări carboxil conectate între ele, este mai puțin stabil decât alți acizi carboxilici.

Prin urmare, în condiții deosebit de dure, poate fi oxidat. Există o pauză în legătura dintre „cele două coroane”:

Ecuația de reacție:

Omologi cu benzen (și derivații lor).

Benzenul în sine nu se oxidează, datorită faptului că aromaticitatea face această structură foarte stabilă.

Dar omologii săi sunt oxidați. În acest caz, lanțul se rupe, principalul lucru este să știți exact unde. Se aplică câteva principii:

Inelul benzenic nu este distrus de el însuși și rămâne intact până la final; scindarea legăturii are loc în radical.
Un atom legat direct de inelul benzenic este oxidat. Dacă după el lanțul de carbon din radical continuă, atunci decalajul va fi după el.

Să examinăm oxidarea metilbenzenului. Un atom de carbon din radical este oxidat acolo:

Ecuația de reacție:

Să analizăm oxidarea izobutilbenzenului:

Ecuația de reacție:

Să analizăm oxidarea sec-butilbenzenului:

Ecuația de reacție:

În timpul oxidării omologilor benzenici (și a derivaților omologilor) cu mai mulți radicali, se formează doi, trei sau mai mulți acizi aromatici bazici. De exemplu, oxidarea 1,2-dimetilbenzenului:

Derivații omologilor benzenici (în care inelul benzenic are radicali nehidrocarburi) sunt oxidați în același mod. Un alt grup funcțional de pe inelul benzenic nu interferează:

Subtotal. Algoritmul „cum se scrie reacția oxidării dure cu permanganat într-un mediu acid”:

Notați materiile prime (organic + KMnO 4 + H 2 SO 4).
Notați produsele oxidării organice (compușii care conțin alcool, grupări aldehide, legături multiple și omologi ai benzenului vor fi oxidați).
Notați produsul reducerii permanganatului (MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O).
Determinați starea de oxidare a participanților la OVR. Intocmeste un sold. Așezați coeficienții pentru agentul oxidant și agentul reducător, precum și pentru substanțele care se formează din aceștia.
Apoi, se recomandă să calculați câți anioni sulfat sunt pe partea dreaptă a ecuației, în conformitate cu aceasta, puneți coeficientul în fața acidului sulfuric din stânga.
La final, puneți coeficientul în fața apei.

Oxidare rigidă într-un mediu puternic alcalin și un mediu neutru sau ușor alcalin (când este încălzit).

Aceste reacții sunt mult mai puțin frecvente. Putem spune că astfel de reacții sunt exotice. Și după cum se potrivește oricărei reacții exotice, acestea s-au dovedit a fi cele mai controversate.

Oxidarea dură este, de asemenea, dură în Africa, astfel încât materia organică este oxidată în același mod ca într-un mediu acid.

Nu vom analiza reacțiile pentru fiecare clasă separat, deoarece principiul general a fost deja afirmat mai devreme. Să analizăm doar nuanțele.

Mediu puternic alcalin :

Într-un mediu foarte alcalin, permanganatul este redus la starea de oxidare +6 (manganat de potasiu):

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4.

Într-un mediu foarte alcalin, alcalinul este întotdeauna în exces, prin urmare va avea loc o neutralizare completă: dacă se formează dioxid de carbon, va exista carbonat, dacă se formează acid, va exista sare (dacă acidul este polibazic, va exista un sare medie).

De exemplu, oxidarea propenei:

Oxidarea etilbenzenului:

Mediu slab alcalin sau neutru atunci când este încălzit :

Și aici trebuie luat în considerare întotdeauna posibilitatea neutralizării.

Dacă oxidarea are loc într-un mediu neutru și se formează un compus acid (acid sau dioxid de carbon), atunci alcalinul rezultat va neutraliza acest compus acid. Dar alcalinul nu este întotdeauna suficient pentru a neutraliza complet acidul.

Când aldehidele sunt oxidate, de exemplu, nu este suficientă (oxidarea va continua în același mod ca în condiții ușoare - temperatura va accelera pur și simplu reacția). Prin urmare, se formează atât sarea, cât și acidul (restul, aproximativ vorbind, în exces).

Am discutat acest lucru când am analizat oxidarea ușoară a aldehidelor.

Prin urmare, dacă formați acid într-un mediu neutru, trebuie să vedeți cu atenție dacă este suficient să neutralizați tot acidul. O atenție deosebită trebuie acordată neutralizării acizilor polibazici.

Într-un mediu ușor alcalin, datorită unei cantități suficiente de alcali, se formează numai săruri medii, deoarece există un exces de alcali.

De regulă, alcalinul este suficient pentru oxidare într-un mediu neutru. Și ecuația de reacție, fie într-un mediu neutru, fie ușor alcalin, va fi aceeași.

De exemplu, să analizăm oxidarea etilbenzenului:

Alcalinul este suficient pentru neutralizarea completă a compușilor acizi obținuți, chiar și excesul va rămâne:

Se consumă 3 moli de alcali - 1 rămâne.

Ecuația finală:

Această reacție într-un mediu neutru și slab alcalin va merge la fel (într-un mediu slab alcalin nu există alcali în stânga, dar acest lucru nu înseamnă că nu există, pur și simplu nu intră într-o reacție).

Reacții redox care implică dicromat de potasiu (dicromat).

Bicromatul nu are o varietate atât de mare de reacții de oxidare organică în SUA.

Oxidarea cu dicromat se efectuează de obicei numai într-un mediu acid. Când acest crom este readus la +3. Produse de recuperare:

Oxidarea va fi dură. Reacția va fi foarte asemănătoare cu oxidarea cu permanganat. Se vor oxida aceleași substanțe care sunt oxidate de permanganat într-un mediu acid și se vor forma aceleași produse.

Să ne uităm la unele dintre reacții.

Luați în considerare oxidarea alcoolului. Dacă oxidarea se efectuează la punctul de fierbere al aldehidei, atunci va părăsi amestecul de reacție fără a fi supus oxidării:

În caz contrar, alcoolul poate fi oxidat direct în acid.

Aldehida obținută în timpul reacției anterioare poate fi „prinsă” și făcută oxidată la un acid:

Oxidarea ciclohexanolului. Ciclohexanolul este un alcool secundar, deci se formează o cetonă:

Dacă este dificil să se determine starea de oxidare a atomilor de carbon prin această formulă, puteți picta pe o schiță:

Ecuația de reacție:

Luați în considerare oxidarea ciclopentenei.

Dubla legătură se rupe (ciclul se deschide), atomii care l-au format sunt oxidați la maxim (în acest caz, la grupa carboxil):

Unele caracteristici ale oxidării în SUA, cu care nu suntem întru totul de acord.

Acele „reguli”, principii și reacții care vor fi discutate în această secțiune, le considerăm nu pe deplin corecte. Ele contrazic nu numai starea reală a lucrurilor (chimia ca știință), ci și logica internă a curriculumului școlar și, în special, a UTILIZĂRII.

Cu toate acestea, suntem obligați să oferim acest material exact în forma care necesită UTILIZARE.

Este vorba despre oxidarea HARD.

Vă amintiți cum omogenii benzenului și derivații lor sunt oxidați în condiții dure? Toți radicalii se rup - se formează grupări carboxil. Resturile sunt deja oxidate „singure”:

Deci, dacă o grupare hidroxil sau o legătură multiplă apare brusc într-un radical, trebuie să uitați că există un inel benzenic acolo. Reacția va merge DOAR de-a lungul acestui grup funcțional (sau link multiplu).

Grupul funcțional și legătura multiplă sunt mai importante decât inelul benzenic.

Să analizăm oxidarea fiecărei substanțe:

Prima substanță:

Este necesar să nu se acorde atenție faptului că există un inel de benzen. Din punctul de vedere al USE, acesta este doar un alcool secundar. Alcoolii secundari sunt oxidați la cetone, iar cetonii nu mai sunt oxidați:

Să se oxideze această substanță cu dicromat:

A doua substanță:

Această substanță este oxidată, pur și simplu ca un compus cu o legătură dublă (nu acordăm atenție inelului benzenic):

Lăsați-l să se oxideze în permanganat neutru atunci când este încălzit:

Alcalinul rezultat este suficient pentru a neutraliza complet dioxidul de carbon:

2KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O

Ecuația finală:

Oxidarea celei de-a treia substanțe:

Lăsați oxidarea să continue cu permanganat de potasiu într-un mediu acid:

Oxidarea celei de-a patra substanțe:

Lăsați-l să se oxideze într-un mediu foarte alcalin. Ecuația de reacție va fi:

Și, în sfârșit, așa se oxidează vinil benzenul:

Și este oxidat în acid benzoic, trebuie avut în vedere faptul că, conform logicii USE, este atât de oxidat nu pentru că este un derivat al benzenului. Dar pentru că conține o legătură dublă.

Concluzie.

Aceasta este tot ce trebuie să știți despre reacțiile redox care implică permanganat și dicromat în materia organică.

Nu vă mirați dacă auziți pentru prima dată câteva dintre punctele prezentate în acest articol. După cum sa menționat deja, acest subiect este foarte larg și controversat. Și în ciuda acestui fapt, dintr-un anumit motiv, îi este acordată foarte puțină atenție.

După cum ați văzut, două sau trei reacții nu pot explica toate tiparele acestor reacții. Acest lucru necesită o abordare integrată și o explicație detaliată a tuturor punctelor. Din păcate, în manuale și în resursele Internetului, subiectul nu este dezvăluit în totalitate sau nu este dezvăluit complet.

Am încercat să elimin aceste neajunsuri și neajunsuri și să iau în considerare acest subiect în întregime, și nu parțial. Sper că am reușit.

Vă mulțumim pentru atenție, toate cele bune pentru voi! Noroc la stăpânirea științelor chimice și la promovarea examenelor!

Egalizarea reacțiilor redox care implică substanțe organice prin metoda echilibrului electronic.

Reacțiile de oxidare a substanțelor organice se găsesc adesea la cursul de chimie de bază. În același timp, înregistrarea lor este prezentată de obicei sub formă de scheme simple, dintre care unele oferă doar o idee generală despre transformările substanțelor din diferite clase între ele, fără a lua în considerare condițiile specifice procesului ( de exemplu, reacția mediului), care afectează compoziția produselor de reacție. Între timp, cerințele USE în chimie din partea C sunt de așa natură încât devine necesar să se scrie exact ecuația de reacție cu un anumit set de coeficienți. Acest referat oferă recomandări cu privire la metodologia de compilare a unor astfel de ecuații.

Pentru a descrie reacțiile redox, se utilizează două metode: metoda ecuațiilor electron-ion și metoda echilibrului electronic. Fără să ne gândim la prima, observăm că metoda echilibrului electronic este studiată în cursul chimiei la școala de bază și, prin urmare, este destul de aplicabilă pentru continuarea studiului subiectului.

Ecuațiile electronice ale balanței descriu în primul rând procesele de oxidare și reducere a atomilor. În plus, factori speciali indică coeficienții în fața formulelor de substanțe care conțin atomi care au participat la procesele de oxidare și reducere. Acest lucru, la rândul său, vă permite să găsiți restul coeficienților.

Exemplul 1. Oxidarea toluenului cu permanganat de potasiu într-un mediu acid.

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = ...

Se știe că radicalii metilici laterali ai arenelor sunt de obicei oxidați în carboxil; prin urmare, în acest caz se formează acid benzoic. Permanganatul de potasiu într-un mediu acid este redus la cationi de mangan dublu încărcați. Având în vedere prezența unui mediu de acid sulfuric, produsele vor fi sulfat de mangan (II) și sulfat de potasiu. În plus, atunci când se oxidează într-un mediu acid, se formează apă. Acum, diagrama de reacție arată astfel:

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = C 6 H 5 COOH + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Din diagramă se poate observa că starea atomului de carbon din radicalul metil, precum și a atomului de mangan, se schimbă. Stările de oxidare ale manganului sunt determinate conform regulilor generale de calcul: în permanganat de potasiu +7, în sulfat de mangan +2. Stările de oxidare ale atomului de carbon pot fi ușor determinate pe baza formulelor structurale ale radicalului metil și carboxil. Pentru a face acest lucru, este necesar să se ia în considerare deplasarea densității electronilor pe baza faptului că, în ceea ce privește electronegativitatea, carbonul ocupă o poziție intermediară între hidrogen și oxigen, iar legătura C-C este considerată formal nepolară. Într-un radical metil, un atom de carbon atrage trei electroni din trei atomi de hidrogen, deci starea sa de oxidare este -3. În carboxil, atomul de carbon dă doi electroni atomului de oxigen carbonil și un electron atomului de oxigen al grupului hidroxil, deci starea de oxidare a atomului de carbon este +3.

Ecuația balanței electronice:

Mn +7 + 5e = Mn +2 6

C -3 - 6e = C +3 5

Înainte de formulele de substanțe care conțin mangan, este necesar un factor de 6, iar înaintea formulelor de toluen și acid benzoic - 5.

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + H 2 O

Și numărul atomilor de sulf:

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + 9H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + H 2 O

În etapa finală, este necesar un coeficient în fața formulei de apă, care poate fi derivat prin selecție în funcție de numărul de atomi de hidrogen sau oxigen:

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + K 2 SO 4 + 14H 2 O

Exemplul 2. Reacția „oglinzii de argint”.

Majoritatea surselor literare indică faptul că aldehidele din aceste reacții sunt oxidate la acizii carboxilici corespunzători. În acest caz, agentul oxidant este o soluție de amoniac de oxid de argint (I) - Ag 2 O amm.r-r. De fapt, reacția are loc într-un mediu de amoniac alcalin, prin urmare, ar trebui să se formeze o sare de amoniu sau CO. 2 în caz de oxidare a formaldehidei.

Luați în considerare oxidarea acetaldehidei cu reactivul Tollens:

CH 3 CHO + Ag (NH 3) 2 OH = ...

În acest caz, produsul de oxidare va fi acetat de amoniu, iar produsul de reducere va fi argintul:

CH 3 CHO + Ag (NH 3) 2 OH = CH 3 COONH 4 + Ag + ...

Atomul de carbon al grupării carbonil suferă oxidare. Conform structurii carbonilului, atomul de carbon donează doi electroni atomului de oxigen și ia un electron din atomul de hidrogen, adică starea de oxidare a carbonului +1. În grupul carboxil al acetatului de amoniu, atomul de carbon donează trei electroni atomilor de oxigen și are o stare de oxidare de +3. Ecuația balanței electronice:

C +1 - 2e = C +3 1

Ag +1 + 1e = Ag 0 2

Să punem coeficienții în fața formulelor substanțelor care conțin atomi de carbon și argint:

CH 3 CHO + 2Ag (NH 3) 2 OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + ...

Dintre cele patru molecule de amoniac din partea stângă a ecuației, una va participa la formarea sării, iar restul de trei sunt eliberate într-o formă liberă. De asemenea, produsele de reacție vor conține apă, al cărei coeficient în fața formulei poate fi găsit selectând (1):

CH 3 CHO + 2Ag (NH 3) 2 OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O

În concluzie, observăm că modul alternativ de descriere a ORR - metoda ecuațiilor electron-ion - cu avantajele sale, necesită timp suplimentar de studiu pentru studierea și lucrul, care, de regulă, este extrem de limitat. Cu toate acestea, binecunoscuta metodă de echilibrare electronică, atunci când este utilizată corect, duce la rezultatele necesare.

18. Reacții redox (continuare 2)

18.9. ORP cu participarea substanțelor organice

În OVR, substanțele organice cu substanțe organice anorganice sunt cel mai adesea agenți reducători. Deci, atunci când materia organică este arsă într-un exces de oxigen, se formează întotdeauna dioxid de carbon și apă. Reacțiile sunt mai complicate atunci când se utilizează oxidanți mai puțin activi. În această secțiune, sunt luate în considerare doar reacțiile reprezentanților celor mai importante clase de substanțe organice cu unii oxidanți anorganici.

Alchene. Oxidarea ușoară transformă alchenele în glicoli (alcooli dihidrici). Atomii de reducere din aceste reacții sunt atomi de carbon legați printr-o legătură dublă.

Reacția cu o soluție de permanganat de potasiu se desfășoară într-un mediu neutru sau slab alcalin după cum urmează:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O CH 2 OH - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (răcire)

În condiții mai severe, oxidarea duce la ruperea lanțului de carbon la dubla legătură și la formarea a doi acizi (într-un mediu puternic alcalin - două săruri) sau a unui acid și a dioxidului de carbon (într-un mediu puternic alcalin - sare și carbonat ):

1) 5CH 3 CH = CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (încălzire)

2) 5CH 3 CH = CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (încălzire)

3) CH 3 CH = CHCH 2 CH 3 + 6KMnO 4 + 10KOH CH 3 COOK + C 2 H 5 COOK + 6H 2 O + 6K 2 MnO 4 (încălzire)

4) CH 3 CH = CH 2 + 10KMnO 4 + 13KOH CH 3 COOK + K 2 CO 3 + 8H 2 O + 10K 2 MnO 4 (încălzire)

Dicromatul de potasiu într-un mediu de acid sulfuric oxidează alchenele în mod similar cu reacțiile 1 și 2.

Alchină. Alcinele încep să se oxideze în condiții oarecum mai dure decât alchenele, deci se oxidează de obicei cu o rupere triplă a legăturii lanțului de carbon. Ca și în cazul alcanilor, atomii reducători aici sunt atomi de carbon legați în acest caz de o legătură triplă. Reacțiile produc acizi și dioxid de carbon. Oxidarea poate fi efectuată cu permanganat de potasiu sau dicromat de potasiu într-un mediu acid, de exemplu:

5CH 3 C CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O (încălzire)

Uneori este posibilă izolarea produselor de oxidare intermediare. În funcție de poziția legăturii triple în moleculă, acestea sunt fie diketone (R 1 –CO - CO - R 2), fie aldoketone (R - CO - CHO).

Acetilena poate fi oxidată cu permanganat de potasiu într-un mediu ușor alcalin până la oxalat de potasiu:

3C 2 H 2 + 8KMnO 4 = 3K 2 C 2 O 4 + 2H 2 O + 8MnO 2 + 2KOH

Într-un mediu acid, oxidarea se transformă în dioxid de carbon:

C 2 H 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4

Omologi ai benzenului. Omologii benzenului pot fi oxidați cu o soluție de permanganat de potasiu într-un mediu neutru până la benzoat de potasiu:

C 6 H 5 CH 3 + 2KMnO 4 = C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O (la fierbere)

C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4KMnO 4 = C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2H 2 O + 4MnO 2 + KOH (la încălzire)

Oxidarea acestor substanțe cu dicromat de potasiu sau permanganat într-un mediu acid duce la formarea acidului benzoic.

Alcooli. Aldehidele sunt produsul de oxidare directă a alcoolilor primari, iar cetonele sunt secundare.

Aldehidele formate în timpul oxidării alcoolilor sunt ușor oxidate în acizi; prin urmare, aldehidele din alcoolii primari sunt obținute prin oxidare cu dicromat de potasiu într-un mediu acid la punctul de fierbere al aldehidei. Evaporare, aldehidele nu au timp să se oxideze.

3C 2 H 5 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O (încălzire)

Cu un exces de agent oxidant (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) în orice mediu, alcoolii primari sunt oxidați în acizi carboxilici sau sărurile lor și alcooli secundari - în cetone. Alcoolii terțiari nu sunt oxidați în aceste condiții, iar alcoolul metilic este oxidat în dioxid de carbon. Toate reacțiile au loc atunci când sunt încălzite.

Alcoolul dihidric, etilen glicol HOCH 2 –CH 2 OH, atunci când este încălzit într-un mediu acid cu o soluție de KMnO 4 sau K 2 Cr 2 O 7 este ușor oxidat în dioxid de carbon și apă, dar uneori produse intermediare (HOCH 2 –COOH, HOOC– COOH etc.).

Aldehidele. Aldehidele sunt agenți de reducere destul de puternici și, prin urmare, sunt ușor de oxidat de diverși agenți de oxidare, de exemplu: KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, OH. Toate reacțiile au loc atunci când sunt încălzite:

3CH 3 CHO + 2KMnO 4 = CH 3 COOH + 2CH 3 COOK + 2MnO 2 + H 2 O
3CH 3 CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O
CH 3 CHO + 2OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3

Formaldehida cu un exces de agent oxidant este oxidată la dioxid de carbon.

18.10. Comparația activității redox a diferitelor substanțe

Din definițiile conceptelor „atom oxidant” și „atom reducător” rezultă că atomii în cea mai înaltă stare de oxidare au doar proprietăți oxidante. Dimpotrivă, atomii în cea mai scăzută stare de oxidare au doar proprietăți reducătoare. Atomii din stări de oxidare intermediare pot fi atât agenți oxidanți, cât și agenți reducători.

În același timp, bazat doar pe starea de oxidare, este imposibil să se evalueze fără ambiguitate proprietățile redox ale substanțelor. De exemplu, luați în considerare compușii elementelor grupului VA. Compușii de azot (V) și antimoniu (V) sunt oxidanți mai mult sau mai puțin puternici, compușii bismutului (V) sunt agenți oxidanți foarte puternici, iar compușii fosforului (V) practic nu posedă proprietăți oxidante. În acest și în alte cazuri similare, contează cât de mult este caracteristică o anumită stare de oxidare pentru un anumit element, adică cât de stabile sunt compușii care conțin atomi ai unui element dat în această stare de oxidare.

Orice ORR curge în direcția formării unui agent de oxidare mai slab și a unui agent de reducere mai slab. În cazul general, posibilitatea oricărei ORR, ca orice altă reacție, poate fi determinată de semnul schimbării energiei Gibbs. În plus, pentru o evaluare cantitativă a activității redox a substanțelor, sunt utilizate caracteristicile electrochimice ale oxidanților și agenților reducători (potențialele standard ale perechilor redox). Pe baza acestor caracteristici cantitative, este posibil să se construiască serii de activitate redox a diferitelor substanțe. Seria de tensiuni din metalele pe care le cunoașteți este construită exact în acest fel. Această serie face posibilă compararea proprietăților reducătoare ale metalelor în soluții apoase în condiții standard ( cu= 1 mol / l, T= 298,15 K), precum și proprietățile oxidante ale acvaciunilor simple. Dacă ioni (oxidanți) sunt așezați în linia superioară a acestui rând, iar atomii metalici (agenți reducători) sunt așezați în rândul inferior, atunci partea stângă a acestui rând (până la hidrogen) va arăta astfel:

În acest rând, proprietățile oxidante ale ionilor (rândul superior) cresc de la stânga la dreapta, iar proprietățile reducătoare ale metalelor (rândul de jos), dimpotrivă, de la dreapta la stânga.

Luând în considerare diferențele de activitate redox în diferite medii, este posibil să se construiască serii similare pentru oxidanți. Astfel, pentru reacțiile într-un mediu acid (pH = 0), se obține o „continuare” a unei serii de activități metalice în direcția îmbunătățirii proprietăților oxidante.

La fel ca în rândul activităților metalice, în acest rând proprietățile oxidante ale oxidanților (rândul superior) cresc de la stânga la dreapta. Dar, folosind această serie, este posibil să se compare activitatea reductivă a agenților reducători (linia de jos) numai dacă forma lor oxidată coincide cu cea dată în linia de sus; în acest caz, este amplificat de la dreapta la stânga.

Să ne uităm la câteva exemple. Pentru a afla dacă acest ORR este posibil, vom folosi regula generală care determină direcția reacțiilor redox (reacțiile continuă în direcția formării unui agent de oxidare mai slab și a unui agent de reducere mai slab).

1. Este posibil să se recupereze cobaltul dintr-o soluție de CoSO 4 cu magneziu?
Magneziul este un agent de reducere mai puternic decât cobaltul, iar ionii de Co 2 sunt agenți de oxidare mai puternici decât ionii de Mg 2, prin urmare, este posibil.
2. Este posibilă oxidarea cuprului la CuCl2 cu o soluție de FeCl3 într-un mediu acid?
Deoarece ionii Fe 3B sunt oxidanți mai puternici decât ionii Cu 2, iar cuprul este un agent reducător mai puternic decât ionii Fe 2, este posibil.
3. Este posibil, prin suflarea oxigenului printr-o soluție de FeCl 2 acidulată cu acid clorhidric, să se obțină o soluție de FeCl 3?
S-ar părea că nu, deoarece în seria noastră oxigenul este la stânga ionilor Fe 3 și este un oxidant mai slab decât acești ioni. Dar într-o soluție apoasă, oxigenul nu este practic niciodată redus la H2O2, în acest caz este redus la H2O și are loc între Br2 și MnO2. Prin urmare, o astfel de reacție este posibilă, cu toate acestea, ea se desfășoară destul de încet (de ce?).
4. Este posibilă oxidarea H 2 O 2 într-un mediu acid cu permanganat de potasiu?
În acest caz, agentul de reducere și agentul de reducere H 2 O 2 sunt mai puternici decât ionii Mn 2B, iar ionii MnO 4 sunt agenți oxidanți mai puternici decât oxigenul format din peroxid. Prin urmare, este posibil.

O serie similară, construită pentru ORR într-un mediu alcalin, arată după cum urmează:

Spre deosebire de seria „acid”, această serie nu poate fi utilizată împreună cu gama de activități a metalelor.

Metoda echilibrului electron-ion (metoda reacțiilor pe jumătate), ORR intermolecular, ORR intramolecular, dismutație ORR (disproporționare, auto-oxidare-auto-vindecare), mutație ORR, pasivare.

Folosind metoda echilibrului electron-ion, alcătuiți ecuațiile reacțiilor care apar atunci când se adaugă o soluție de a) H 2 S (S, mai precis, S 8) la o soluție de permanganat de potasiu acidulată cu acid sulfuric; b) KHS; c) K 2 S; d) H2S03; e) KHSO 3; f) K2S03; e) HNO2; g) KNO2; i) KI (I 2); j) FeSO 4; k) C2H5OH (CH3COOH); m) CH3CHO; m) (COOH) 2 (CO 2); n) K 2 C 2 O 4. În continuare, acolo unde este necesar, între paranteze buclate, sunt indicați produsele de oxidare.
Completați ecuațiile reacțiilor care se desfășoară atunci când treceți următoarele gaze printr-o soluție de permanganat de potasiu acidifiat cu acid sulfuric: a) C 2 H 2 (CO 2); b) C2H4 (CO2); c) C3H4 (propină) (CO2 și CH3 COOH); d) C3H6; e) CH 4; f) HCHO.
La fel, dar o soluție de agent reducător este adăugată la o soluție neutră de permanganat de potasiu: a) KHS; b) K 2 S; c) KHSO 3; d) K2S03; e) KNO2; f) KI.
La fel, dar o soluție de hidroxid de potasiu a fost adăugată anterior la soluția de permanganat de potasiu: a) K 2 S (K 2 SO 4); b) K2S03; c) KNO2; d) KI (KIO 3).
Alcătuiți ecuațiile următoarelor reacții în soluție: a) KMnO 4 + H 2 S ...;
b) KMnO 4 + HCI ...;
c) KMnO 4 + HBr ...;
d) KMnO 4 + HI ...
Scrieți următoarele ecuații pentru ORP al dioxidului de mangan:
Soluții acidificate cu acid sulfuric de dicromat de potasiu au adăugat soluții din următoarele substanțe: a) KHS; b) K 2 S; c) HNO2; d) KNO2; e) KI; f) FeSO 4; g) CH3CH2CHO; i) H2S03; j) KHSO 3; k) K 2 SO 3. Alcătuiește ecuațiile reacțiilor în curs.
Același lucru, dar următoarele gaze au fost trecute prin soluție: a) H 2 S; b) SO 2.
La o soluție de cromat de potasiu conținând hidroxid de potasiu, s-au adăugat soluții a) K 2 S (K 2 SO 4); b) K2S03; c) KNO2; d) KI (KIO 3). Alcătuiește ecuațiile reacțiilor în curs.
Soluția de hidroxid de potasiu a fost adăugată la soluția de clorură de crom (III) până când precipitatul format inițial a fost dizolvat și apoi s-a adăugat apă de brom. Alcătuiește ecuațiile reacțiilor în curs.
La fel, dar în ultima etapă, s-a adăugat o soluție de peroxodisulfat de potasiu K 2 S 2 O 8, care a fost redusă în timpul reacției la sulfat.
Alcătuiește ecuațiile reacțiilor care au loc în soluție:

a) CrCI2 + FeCI3; b) CrSO4 + FeCl3; c) CrSO4 + H2S04 + O2;

d) CrSO4 + H2S04 + MnO2; e) CrSO 4 + H 2 SO 4 + KMnO 4.

Alcătuiește ecuațiile reacțiilor dintre trioxidul de crom solid și următoarele substanțe: a) C; b) CO; c) S (SO2); d) H2S; e) NH3; f) C2H5OH (CO2 și H20); g) CH 3 COCH 3.
Alcătuiește ecuațiile reacțiilor care apar atunci când următoarele substanțe sunt adăugate la acidul azotic concentrat: a) S (H 2 SO 4); b) P4 ((HPO3) 4); c) grafit; d) Se; e) I 2 (HIO 3); f) Ag; g) Cu; i) Pb; j) KF; k) FeO; m) FeS; m) MgO; n) MgS; p) Fe (OH) 2; c) P2O3; m) Ca 2 O 3 (H 3 AsO 4); y) Ca 2 S 3; t) Fe (NO3) 2; x) P 4 O 10; c) Cu 2 S.
La fel, dar la trecerea următoarelor gaze: a) CO; b) H2S; c) N20; d) NH3; e) NU; f) H 2 Se; g) Bună ziua.
Reacțiile se vor desfășura în același mod sau diferit în următoarele cazuri: a) o bucată de magneziu a fost plasată într-o eprubetă mare, două treimi umplută cu acid azotic concentrat; b) o picătură de acid azotic concentrat a fost plasată pe suprafața plăcii de magneziu? Scrieți ecuațiile de reacție.
Care este diferența dintre reacția acidului azotic concentrat cu acidul hidrogen sulfurat și cu hidrogen sulfurat gazos? Scrieți ecuațiile de reacție.
SOR va proceda în același mod când sulfura de sodiu cristalină anhidră și soluția sa 0,1 M sunt adăugate la o soluție concentrată de acid azotic?
Un amestec din următoarele substanțe a fost tratat cu acid azotic concentrat: Cu, Fe, Zn, Si și Cr. Alcătuiește ecuațiile reacțiilor în curs.
Alcătuiește ecuațiile reacțiilor care apar atunci când se adaugă următoarele substanțe pentru a dilua acidul azotic: a) I 2; b) Mg; c) Al; d) Fe; e) FeO; f) FeS; g) Fe (OH) 2; i) Fe (OH) 3; j) MnS; l) Cu 2 S; m) CuS; m) CuO; n) Na2S cr; p) Na2Sp; c) P 4 O 10.
Ce procese vor avea loc la trecerea printr-o soluție diluată de acid azotic a) amoniac, b) hidrogen sulfurat, c) dioxid de carbon?
Alcătuiește ecuațiile reacțiilor care apar atunci când următoarele substanțe sunt adăugate la acidul sulfuric concentrat: a) Ag; b) Cu; c) grafit; d) HCOOH; e) C6H12O6; f) NaCI cr; g) C2H5OH.
Când hidrogenul sulfurat este trecut prin acid sulfuric concentrat la rece, se formează S și SO2, H2S04 concentrat fierbinte oxidează sulful la SO2. Scrieți ecuațiile de reacție. Cum va avea loc reacția între H2S04 concentrat fierbinte și hidrogen sulfurat?
De ce se obține clorură de hidrogen prin tratarea clorurii de sodiu cristaline cu acid sulfuric concentrat, în timp ce bromura de hidrogen și iodura de hidrogen nu sunt obținute prin această metodă?
Alcătuiește ecuațiile reacțiilor care apar în timpul interacțiunii acidului sulfuric diluat cu a) Zn, b) Al, c) Fe, d) crom în absența oxigenului, e) crom în aer.
Alcătuiește ecuațiile reacțiilor care caracterizează proprietățile redox ale peroxidului de hidrogen:

În care dintre aceste reacții peroxidul de hidrogen este un agent oxidant și în care un agent reducător?

Ce reacții apar atunci când următoarele substanțe sunt încălzite: a) (NH 4) 2 CrO 4; b) NaNO3; c) CaCO3; d) Al (NO3) 3; e) Pb (NO3) 3; f) AgNO3; g) Hg (NO3) 2; i) Cu (NO3) 2; j) CuO; k) NaCI04; m) Ca (ClO4) 2; m) Fe (NO3) 2; n) PCl 5; p) MnCI4; c) H2C2O4; m) LiNO3; y) HgO; t) Ca (NO3) 2; x) Fe (OH) 3; v) CuCI2; h) KClO3; w) KClO2; y) CrO 3?
Când se toarnă soluții fierbinți de clorură de amoniu și azotat de potasiu, apare o reacție, însoțită de evoluția gazului. Scrieți ecuația pentru această reacție.
Faceți ecuațiile reacțiilor care apar atunci când treceți printr-o soluție rece de hidroxid de sodiu a) clor, b) vapori de brom. La fel, dar printr-o soluție fierbinte.
Atunci când interacționează cu o soluție fierbinte concentrată de hidroxid de potasiu, seleniul suferă dismutație în cele mai apropiate stări de oxidare stabile (–II și + IV). Faceți ecuația pentru acest OVR.
În aceleași condiții, sulful suferă o dismutație similară, dar excesul de sulf reacționează cu ioni sulfit pentru a forma ioni tiosulfat S 2 O 3 2. Alcătuiește ecuațiile reacțiilor în curs. ;
Alcătuiește ecuațiile reacțiilor de electroliză: a) o soluție de azotat de cupru cu un anod de argint, b) o soluție de azotat de plumb cu un anod de cupru.

Experiența 1. Proprietăți oxidante ale permanganatului de potasiu într-un mediu acid. Adăugați un volum egal de soluție diluată de acid sulfuric la 3-4 picături de soluție de permanganat de potasiu și apoi soluție de sulfit de sodiu până la decolorare. Faceți o ecuație de reacție.

Experiența 2.Proprietăți oxidante ale permanganatului de potasiu într-un mediu neutru. Adăugați 5-6 picături de soluție de sulfit de sodiu la 3-4 picături de soluție de permanganat de potasiu. Ce substanță a fost precipitată?

Testul 3. Proprietăți oxidante ale permanganatului de potasiu într-un mediu alcalin. Se adaugă 10 picături de soluție concentrată de hidroxid de sodiu și 2 picături de soluție de sulfit de sodiu la 3-4 picături de soluție de permanganat de potasiu. Soluția ar trebui să devină verde.

Testul 4. Proprietăți oxidante ale dicromatului de potasiu într-un mediu acid. Se acidifică 6 picături de soluție de dicromat de potasiu cu patru picături de soluție diluată de acid sulfuric și se adaugă soluție de sulfit de sodiu până când se schimbă culoarea amestecului.

Experiența 5. Proprietăți oxidante ale acidului sulfuric diluat. Așezați o granulă de zinc într-un tub și o bucată de bandă de cupru în celălalt. Adăugați 8-10 picături de soluție diluată de acid sulfuric în ambele tuburi. Comparați evenimentele care au loc. EXPERIENȚĂ ÎN CABINET DE SCURGERE!

Experiența 6. Proprietăți oxidante ale acidului sulfuric concentrat. Similar experimentului 5, dar adăugați o soluție concentrată de acid sulfuric. La un minut după începerea evoluției produselor de reacție gazoasă, introduceți benzi de hârtie de filtru umezite cu soluții de permanganat de potasiu și sulfat de cupru în eprubete. Explicați ce se întâmplă. EXPERIENȚĂ ÎN CABINET DE SCURGERE!

Experiența 7. Proprietăți oxidante ale acidului azotic diluat. Similar experimentului 5, dar adăugați o soluție diluată de acid azotic. Observați schimbarea culorii produselor de reacție gazoase. EXPERIENȚĂ ÎN CABINET DE SCURGERE!

Testul 8. Proprietăți oxidante ale acidului azotic concentrat. Așezați o bucată de bandă de cupru într-o eprubetă și adăugați 10 picături dintr-o soluție concentrată de acid azotic. Se încălzește ușor până când metalul se dizolvă complet. EXPERIENȚĂ ÎN CABINET DE SCURGERE!

Testul 9. Proprietăți oxidante ale nitritului de potasiu. Se adaugă un volum egal de soluție diluată de acid sulfuric și 5 picături de soluție de iodură de potasiu la 5-6 picături de soluție de nitrit de potasiu. Ce substanțe se formează?

Testul 10. Proprietățile reducătoare ale nitritului de potasiu. Se adaugă un volum egal de soluție diluată de acid sulfuric și soluție de nitrit de potasiu la 5-6 picături de soluție de permanganat de potasiu până când amestecul este complet decolorat.

Experiența 11.Descompunerea termică a azotatului de cupru. Așezați o microspatulă de azotat de cupru trihidrat într-o eprubetă, fixați-o într-un raft și încălziți ușor cu o flacără deschisă. Respectați deshidratarea și descompunerea ulterioară a sării. EXPERIENȚĂ ÎN CABINET DE SCURGERE!

Testul 12.Descompunerea termică a azotatului de plumb. Efectuați în mod analog experimentului 11, plasând azotatul de plumb într-o eprubetă. EXPERIENȚĂ ÎN CABINET DE SCURGERE! Care este diferența dintre procesele care au loc în timpul descompunerii acestor săruri?