Реакция пропена с перманганатом калия в воде: электронный баланс и основные этапы.

Степень окисления атома углерода в пропене равна -2. Это определение важно для уравнивания реакции окисления пропена при его взаимодействии с перманганатом калия в присутствии воды. Обратим внимание на следующие основные моменты:

1. Окисление – это процесс, в ходе которого атом или ион теряет электроны и приобретает более положительную степень окисления. Восстановление же – это процесс, при котором атом или ион приобретает электроны и уменьшает свою степень окисления. Оба процесса происходят в паре одновременно и составляют окислительно-восстановительное взаимодействие.

2. При окислении пропена в присутствии перманганата калия в кислой среде происходят следующие реакции. Известно, что пропен содержит два атома углерода. Один из них будет восстановителем, а другой – окисляемым:

Окисление алкенов перманганатом калия

В результате окисления алкена перманганатом калия, молекула KMnO₄ получает пять электронов, а алкен теряет два электрона. Таким образом, перманганат калия является окислителем, а алкен – восстановителем.

Протекает следующая схема реакции окисления пропена перманганатом калия:

CH₃CH=CH₂ + 3KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₃COOH + 3MnO₂ + 3KOH + 2H₂O

При этом перманганат калия переходит из формы MnO₄^— в форму MnO₂. Недостающие два электрона уравниваются в восстановлении перманганата калия. В результате окисления органических соединений со степенями окисления -1 до +3, сопровождается учетом и изменением места связей атома углерода.

Окисление алкенов перманганатом калия происходит в кислой среде при нагревании. Высокая температура и кислая среда способствуют образованию кислорода из перманганата калия. Складывается важная особенность данной реакции: возможное самовосстановление перманганата калия в некоторых условиях, например, в нейтральной среде, может быть полностью подавлено введением галогеновых соединений, таких как NaClO.

В результате окисления пропена перманганатом калия образуются соли кислоты и мягких составов, включая продукты переходных периода: оксид марганца (II), удобоваримая марганцевая соль калия и мягкий удобоваримый продукт.

Понятие о неполном окислении

Определение неполного окисления включает изменение состава молекулы или иона, при котором возникают соединения с уменьшенной степенью окисления. Под воздействием окислителя электронный баланс изменяется, с одной стороны происходит окисление, а с другой — восстановление.

Неполное окисление применяется в органической химии для получения мягких окислителей. Например, при взаимодействии перманганата калия с пропеном (этеном) при нейтральном pH образуется гидроксид калия и углекислый газ. Такая реакция происходит при комнатной температуре и не требует дополнительных условий.

Уравнение реакции окисления пропена перманганатом калия:

• CH3CH=CH2 + KMnO4 + H2O → CH3COOH + CO2 + MnO2 + KOH

Отсюда следует, что пропен при окислении теряет одну степень окисления, а перманганат калия одну степень приобретает. Реакция окисления пропена протекает с участием пероксидного кислорода из перманганата калия, который восстанавливается до гидроксида алюминия.

Неполное окисление может происходить и в мягких условиях, при взаимодействии органических соединений с окислителями. Такие реакции позволяют получить соединения с различной степенью окисления и имеют большое практическое значение.

В результате неполного окисления все углеродные атомы в молекуле окисляемого органического соединения не изменяют свою степень окисления, поэтому подставляем следующее уравнение:

• CH3CH=CH2 + KMnO4 + H2O → CH3COOH + CO2 + MnO2 + KOH

На практике неполное окисление широко используется для получения органических соединений с желаемыми свойствами и для проведения окислительно-восстановительных реакций.

Определение степеней окисления

В реакциях окисления-восстановления степени окисления атома могут быть целыми числами, положительными или отрицательными. Так, во многих соединениях марганца, степень окисления переходит от минимального значения (-II) в Мn(ІІ) солях марганца до максимального значения (+Ⅶ) в перманганате калия. Приобретение или сдача атомом электронов определяет степень окисления атома в веществе.

Определение степеней окисления вещества в неполном окислительно-восстановительном процессе основано на учете электронов, которые атом электроноудаленного элемента сдаст другому атому. Так, если концентрация перманганата калия меньше, чем оксида марганца, то происходит неполное окисление Мn(ІІІ) солях марганца. А если жесткое окисление, то Мn(ІІ) соли становятся перманганатом калия.

Зная результаты реакции окисления-восстановления, можно составить уравнение реакции окисления и восстановления в среде с подставленными правильными коэффициентами. Например, при окислении азотной кислоты водородом присоединяется 3 атома водорода, а азот остается со степенью окисления (+V). Следовательно, в этой реакции у азота количество отданных электронов равно 1 × 5 = 5 (учитывая, что атом водорода меняется на степень окисления +I). Следовательно, аммиак приобретает эти электроны и его степень окисления становится (-III). Таким образом, схему реакции окисления-восстановления водородных и неполном окислении фосфора можно представить так:

2 Е = Р₄O₁₀ ↔ Р₄O₆ + Е₂O

где Е –вещество, восстанавливающееся на месте кислорода на правой стороне уравнения.

В окислительно-восстановительных реакциях можно также использовать учет степеней окисления. Разрушая молекулу углекислого газа, кислород приобретает от этих веществ два атома электрона, а углерод отдает два атома электрона. Таким образом, на этой основе можно составить реакцию окисления и восстановления:

С_О2+С′ⅡІ → СО + С′О₂

где С′ – окислительное вещество, а С – вещество, восстанавливающееся.

Влияние среды на окислитель

Вода является одной из наиболее распространенных сред, в которых происходят окислительно-восстановительные реакции. Вода обладает свойствами как жесткой, так и мягкой среды в зависимости от ее состава. В воде содержится некоторое количество ионов, которые оказывают влияние на ход окисления.

Например, в кислой среде при взаимодействии пропена с перманганатом калия происходит окисление пропена до оксалата. Реакция сопровождается образованием молекул воды и магния:

1. Пропен + перманганат калия → оксалат + вода + ион магния

Однако, в нейтральной или щелочной среде реакция протекает иначе. Перманганат калия переходит в форму водородных окислителей, и он сам участвует в реакции:

1. Пропен + перманганат калия → карбоновая кислота + вода + ионы калия и магния

Количество ионов и их концентрации также оказывают влияние на ход окислительно-восстановительных реакций. Часто в реакциях присутствуют ионы натрия, которые могут изменить баланс окислительно-восстановительной реакции.

Влияние среды на окислитель означает, что при изменении условий реакции можно изменить и продукты окисления. Правильность уравнения реакции и степени окисления веществ следует учитывать, чтобы избежать ошибок при проведении химических экспериментов.

Мягкое окисление

В случае мягкого окисления с учетом вводимого перманганата калия в воду, электронный баланс уравнивается следующим образом: перманганат калия в левой части уравнения отдаёт 5 электронов, избыток кислорода, находящийся в воде, в правой части уравнения принимает 5 электронов.

Мягкое окисление в растворе перманганата калия происходит в кислой среде. В ходе реакции между перманганатом калия и веществом, содержащим двойную связь, происходит окисление алкена и переход перманганата калия с фиолетового цвета в безцветное соединение маргановой кислоты.

Уравнение реакции мягкого окисления калия перманганата с веществами, содержащими двойную связь, записывают с учетом электронного баланса и изменяющегося окислительного состояния. Восстановителем в данной реакции является ион водорода (H+) в кислой среде.

Мягкое окисление является характерным примером окисления-восстановления, где реакция протекает мягко и легко, не вызывая разрушения соединений и среды.

Жесткое окисление

CH₂=CHCH₃ + KMnO₄ + KOH → CH₂=CHCOOH + MnO₂ + H₂O + K₂CO₃

В результате этой реакции пропен переходит из нейтрального алкена в кислоту. Продукты реакции составляются равно солей щелочного и угольной кислот. Реакция легко проходит в щелочном растворе KMnO₄.

Жесткое окисление алкенов с использованием перманганата калия происходит при пониженной температуре. При этом наблюдаются переходы двухуровневого окисления: сначала атомы кислорода из KMnO₄ встраиваются в двойную связь алкена, затем происходит окисление этого кислорода до карбоновой кислоты. Уравнение этой реакции записывается в виде:

[KMnO₄] // [H₂O] → продукты

Реагенты всегда подставляются правильно в уравнение: KMnO₄ в виде иона MnO₄^—, а вода в виде OH^—. Кислородныe атомы МnО^—₄, полученные из перманганата калия, присоединяются к углеродной двойной связи, образуется соответствующая карбоновая кислота. В результате этого взаимодействия происходит перенос электронов: MnO^—₄^— отдают электроны углеродным атомам алкена, а атом кислорода алкена присоединяет к себе воду. Продукт реакции – молекула карбоновой кислоты.

Видео:

10 класс (профиль).Ч.2.Окисление алкенов раствором марганцовки в кислой среде.

10 класс (профиль).Ч.2.Окисление алкенов раствором марганцовки в кислой среде. by Уроки химии с Жуковой Еленой 850 views 3 years ago 11 minutes, 16 seconds