Окислительно-восстановительные реакции с участием органических веществ.
Для нахождения коэффициентов в ОВР с участием органических веществ различных классов удобно использовать метод электронно-ионного баланса. В данных реакциях органические вещества почти всегда являются восстановителями. Естественно, необходимо знать, какими будут продукты окисления органических веществ.
Рассмотрим реакцию Вагнера ― окисление алкенов перманганатом калия в холодных нейтральных растворах. В качестве восстановителя возьмем пропен C3H6. Запишем схему реакции:
C3H6 + KMnO4 + H2O = C3H6(OH)2 +MnO2 + KOH
Составим уравнения полуреакций:
MnO4– + 2 Н2О + 3е- → MnO2 + 4ОН– 2
C3H6 + 2 Н2О – 2e- → C3H6(OH)2 + 2 H+ 3
2MnO4– + 10 Н2О + 3 C3H6 → MnO2 + 8 ОН– + 6 H+ + 3C3H6(OH)2
2MnO4– + 10 Н2О + 3 C3H6 → MnO2 + 2 ОН-– + 6Н2О + 3C3H6(OH)2
Сокращая воду в левой и правой частям, получаем окончательные коэффициенты:
3C3H6 +2 KMnO4 + 4H2O = 3C3H6(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH
Рассмотрим несколько примеров определения коэффициентов в ОВР методом электронно-ионного баланса.
Пример 1. Реакция растворения меди в разбавленной азотной кислоте.
Записываем схему реакции, зная, что азотная кислота— разбавленная, следовательно продуктом ее восстановления будет NO , а медь — восстановитель, и она превратится в соль, в данном случае нитрат меди (2):
Cu + HNO3→ Cu(NO3)2 +NO +H2O
Составляем уравнения полуреакций
Cu – 2e- → Cu2+ 3
NO3– + 4H+ +3e-→ NO + 2H2O 2
Записываем суммарное ионно-молекулярное уравнение после умножения на коэффициенты:
3Cu + 2NO3– + 8H+ → 3Cu2+ +2NO + 4H2O
Как видно из полученного уравнения, числа ионов Н+ и ионов NO3– не совпадают. Это означает, что из необходимых для реакции восьми молекул азотной кислоты только две восстанавливаются до оксида азота, а остальные шесть — связывают (условно, так как соль — сильный электролит и молекул соли в растворе нет) катионы меди в соль. Остается расставить коэффициенты в молекулярном уравнении.
3Cu + 8HNO3→ 3Cu(NO3)2 +2NO +4H2O
Пример 2. Взаимодействие перманганата калия с нитритом калия в сернокислотной среде: KMnO4 + KNO2 +H2SO4 → MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O
В данной реакции перманганат калия – окислитель, в кислотной среде он будет восстанавливаться до иона Mn2+. Нитрит натрия — вещество, могущее быть и окислителем, и восстановителем. В данном случае оно будет восстановителем, так как предполагается контакт с сильным окислителем. Продукт его окисления — ион NO3– . Так как средой реакции служит разбавленная серная кислота, то образующиеся катионы марганца и калия будут связываться в сульфаты (условно).
Составляем уравнения процесса восстановления иона-окислителя MnO4– и окисления иона-восстановителя NO2–. Полуреакции:
MnO4–+ 8H+ → Mn2+ + 4Н2О (1)
NO2– + H2O → NO3– + 2H+ (2)
Удовлетворяем закон нейтральности ― суммарное число зарядов продуктов реакции должно быть равно суммарному числу зарядов исходных веществ.В уравнении (1) сумма зарядов продуктов реакции равна 2+; такому же количеству должна быть равна сумма зарядов исходных веществ. Это будет в том случае, если в уравнение (1) слева прибавить 5 электронов. По той же причине в уравнении (2) следует вычесть 2 электрона:
MnO4– + 8H+ +5e- → Mn2+ +4 Н2О (1)’
NO2– + H2O – 2e- → NO3– + 2H+ (2)’’
Далее следует учесть, что число электронов, принятых окислителем, должно быть равно числу электронов, отданных восстановителем. Для этой цели левую и правую части уравнения (1)’умножим на 2, а левую и правую часть уравнения (2)’’ на 5:
MnO4– + 8H+ +5e-→ Mn2+ +4 Н2О 2
NO2– + H2O –2e-→ NO3– + 2H+ 5
После умножения уравнений на соответствующие коэффициенты получим:
2MnO4–+ 16H+ +10e-→ 2Mn2+ +8Н2О
5NO2– + 5H2O –10e-→ 5NO3– + 10H+
Суммарное ионно-молекулярное уравнение:
2MnO4– + 16H+ +5NO2– +5H2O →5NO3– + 10H+ +2Mn2+ +8 Н2О
В обеих частях уравнения присутствуют и протоны, и молекулы воды. После сокращения подобных, получаем:
2MnO4– + 6H+ +5NO2– →5NO3– + 2Mn2+ +3Н2О
Расставляем коэффициенты в молекулярном уравнении:
2KMnO4 + 5KNO2 +3H2SO4 → 2MnSO4 + 5KNO3 + K2SO4 + 3H2O
Дата добавления: 2016-01-07; просмотров: 1381;