Окисляване на оцетна киселина с калиев перманганат. Физико-химични свойства на толуола, реакционни уравнения

Толуенът е метилбензен, който е безцветна течност, принадлежаща към класа на арените, които са органични съединения с ароматна система в състава си.

Основната характеристика на това вещество може да се счита за неговата специфична миризма. Това обаче не е единствената „отличителна черта“ на веществото. Толуенът има много свойства и характеристики и всички те си струва да поговорим накратко.

Малко история

Химичните свойства на толуола започват да се изучават преди малко по-малко от 200 години, когато е получен за първи път. Веществото е открито през 1835 г. от френския фармацевт и химик Пиер Жозеф Пелетие. Ученият получил толуен чрез дестилация на борова смола.

И три години по-късно френският физикохимик Анри Сен-Клер Девил изолира това вещество от балсам, който донесе от колумбийския град Толу. В чест на тази напитка всъщност съединението получи името си.

Главна информация

Какво може да се каже за характеристиките и химичните свойства на толуола? Веществото е летлива подвижна течност с остра миризма. Има лек наркотичен ефект. Реагира с неограничен брой въглеводороди, взаимодейства с етери и естери, с алкохоли. Не се смесва с вода.

Характеристиките са както следва:

• Веществото се обозначава с формулата C 7 H 8.
• Моларната му маса е 92,14 g/mol.
• Плътността е 0,86694 g/cm³.
• Точките на топене и кипене са съответно -95 ℃ и 110,6 ℃.
• Специфичната топлина на изпарение е 364 kJ/kg.
• Критичната температура на фазов преход е 320 °C.

Това вещество също е запалимо. Гори с димящ пламък.

Основни химични свойства

Толуенът е вещество, което се характеризира с реакции на електрофилно заместване. Те се срещат в така наречения ароматен пръстен, който показва необичайно висока стабилност. Тези реакции протичат главно в пара- и орто-позиции спрямо метиловата група -СН3.

Реакциите на озонолиза и добавяне (хидрогениране) са свързани с химичните свойства на толуола. Под въздействието на определени окислители метиловата група става карбоксилна. Най-често за това се използва алкален разтвор на калиев перманганат или неконцентрирана азотна киселина.

Също така си струва да се отбележи, че толуенът е способен на спонтанно запалване. Това изисква температура от 535 °C. Светкавицата възниква при 4 °C.

Образуване на бензоена киселина

Способността на обсъжданото вещество да участва в този процес се дължи и на неговите химични свойства. Толуенът, реагирайки със силни окислители, образува най-простата едноосновна бензоена карбоксилна киселина, която принадлежи към ароматната серия. Формулата му е C 6 H 5 COOH.

Киселината е под формата на бели кристали, които са лесно разтворими в диетилов етер, хлороформ и етанол. Получава се чрез следните реакции:

• Толуен и калиев перманганат реагират в кисела среда. Формулата е следната: 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.
• Взаимодействие на толуен и калиев перманганат в неутрална среда. Формулата е: C 6 H 5 CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 SOOC + 2MnO 2 + KOH + H 2 O.
• Толуенът реагира на светлина с халогени, енергийни окислители. Възниква по формулата: C 6 H 5 CH 3 + X 2 → C 6 H 5 CH 2 X + HX.

Получената в резултат на тези реакции бензоена киселина се използва в много области. Използва се основно за производство на реактиви - бензоил хлорид, бензоатни пластификатори, фенол.

Използва се и за консервиране. Добавките Е213, Е212, Е211 И Е210 са направени специално на базата на бензоена киселина. Той блокира ензимите и забавя метаболизма, като потиска растежа на дрожди, плесени и бактерии.

Бензоената киселина се използва и в медицината за лечение на кожни заболявания и като отхрачващо средство.

Получаване на веществото

Реакционните уравнения, представени по-горе, демонстриращи химичните свойства на толуола, не са всичко, което бихме искали да разгледаме. Важно е да се говори за процеса на получаване на това вещество.

Толуенът е продукт от промишлената преработка на бензинови фракции от петрол. Това също се нарича каталитичен реформинг. Веществото се изолира чрез селективна екстракция, след което се извършва ректификация - сместа се разделя чрез противотоков пренос на топлина и маса между течност и пара.

Този процес често се заменя с каталитично дехидрогениране на хептан. Това е органичен алкан с формула CH 3 (CH 2) 5 CH 3. Дехидрогенирането става чрез метилциклохексан - циклоалкан с формула C 7 H 14. Това е моноцикличен въглеводород, в който един водороден атом е заменен с метилова група.

Толуенът се пречиства по същия начин като бензена. Но ако се използва сярна киселина, трябва да имате предвид, че това вещество се сулфонира по-лесно. Това означава, че при пречистване на толуен е необходимо да се поддържа по-ниска температура. По-точно под 30°C.

Толуол и бензен

Тъй като двете вещества са сходни, струва си да се сравнят химичните свойства. Бензолът и толуенът претърпяват реакции на заместване. Техните скорости обаче са различни. Тъй като метиловата група в молекулата на толуола засяга ароматния пръстен, той реагира по-бързо.

Но бензенът от своя страна проявява устойчивост на окисление. Така например, когато е изложен на калиев перманганат, нищо не се случва. Но толуенът при тази реакция образува бензоена киселина, както беше споменато по-рано.

В същото време е известно, че наситените въглеводороди не реагират с разтвор на калиев перманганат. Така че окислението на толуен се обяснява с влиянието, упражнено от бензеновия пръстен върху метиловата група. Това твърдение се потвърждава от теорията на Бутлеров. В съответствие с него атомите и техните групи в молекулите оказват взаимно влияние.

Реакция на Фридел-Крафтс

По-горе беше казано много за формулата и химичните свойства на толуола. Но все още не е споменато, че е напълно възможно да се получи това вещество от бензен, ако извършите реакцията на Friedel-Crafts. Това е името на метода за ацилиране и алкилиране на ароматни съединения с помощта на киселинни катализатори. Те включват борен трифлуорид (BF 3), цинков хлорид (ZnCl 2), алуминий (AlCl 3) и желязо (FeCI 3).

Но в случая с толуен може да се използва само един катализатор. И това е железен трибромид, който е сложно бинарно съединение от неорганичен характер с формула FeBr 3. И реакцията изглежда така: C 6 H 6 + CH 3 Br à FeBr 3 C 6 H 5 CH 3 + HBr. Така че не само бензенът и толуенът комбинират химичните свойства, но и способността да се получи едно вещество от другото.

Опасност от пожар

Невъзможно е да не го споменем, когато говорим за химичните и физичните свойства на толуола. В крайна сметка това е много запалимо вещество.

Принадлежи към запалими течности от клас 3.1. Тази категория включва също дизелово гориво, газьол и десенсибилизирани експлозивни съединения.

Не допускайте открит пламък, пушене или искри в близост до толуен. Дори смес от изпарения на това вещество с въздух е експлозивна. Ако се извършват операции по източване и зареждане, тогава спазването на правилата за защита срещу статично електричество става от първостепенно значение.

Производствените помещения, предназначени за извършване на работа, свързана с толуол, са снабдени с приточно-смукателна вентилация, а оборудването е снабдено с всмукване. Забранено е използването на инструменти, които могат да предизвикат искра при удар. И ако дадено вещество се запали, то трябва да се гаси само с фино пръскана вода, въздушно-механична или химическа пяна. Разлятият толуен се неутрализира с пясък.

Опасност за хората

Характеристиките и химичните свойства на толуола определят неговата токсичност. Както вече споменахме, изпаренията му имат наркотичен ефект. Той е особено силен във високи концентрации. Човек, който вдишва парите, изпитва тежки халюцинации. Малко хора знаят, но до 1998 г. това вещество беше част от лепилото Moment. Ето защо беше толкова популярен сред злоупотребяващите с вещества.

Високите концентрации на това вещество също влияят негативно на нервната система, лигавиците на очите и кожата. Функцията на хемопоезата е нарушена, тъй като толуенът е силно токсична отрова. Поради това могат да възникнат заболявания като хипоксия и цианоза.

Има дори концепция за злоупотреба с толуен. Има и канцерогенен ефект. В края на краищата, парата, влизаща в човешкото тяло през кожата или дихателната система, засяга нервната система. Понякога тези процеси не могат да бъдат обърнати.

В допълнение, изпаренията могат да причинят инхибиране и да нарушат функционирането на вестибуларния апарат. Ето защо хората, работещи с това вещество, работят в добре проветриви помещения, винаги под теглителна сила и използват специални гумени ръкавици.

Приложение

За да завършим темата за физикохимичните свойства на толуола, си струва да разгледаме областите, в които това вещество участва активно.

Това съединение също е ефективен разтворител за много полимери (аморфни кристални високомолекулни вещества). И често се добавя към състава на търговските разтворители за бои и лакове и някои медицински лекарства. Това съединение е приложимо дори при производството на експлозиви. С добавянето му се получават тринитротолуол и тротил.

Физични свойства

Бензолът и неговите най-близки хомолози са безцветни течности със специфична миризма. Ароматните въглеводороди са по-леки от водата и не се разтварят в нея, но са лесно разтворими в органични разтворители - алкохол, етер, ацетон.

Бензолът и неговите хомолози сами по себе си са добри разтворители за много органични вещества. Всички арени горят с димящ пламък поради високото съдържание на въглерод в техните молекули.

Физическите свойства на някои арени са представени в таблицата.

Таблица. Физически свойства на някои арени

Бензол – ниско кипене ( Tбала= 80,1°C), безцветна течност, неразтворима във вода

внимание! Бензол – отрова, засяга бъбреците, променя формулата на кръвта (при продължителна експозиция), може да наруши структурата на хромозомите.

Повечето ароматни въглеводороди са животозастрашаващи и токсични.

Получаване на арени (бензен и неговите хомолози)

В лабораторията

1. Сливане на соли на бензоена киселина с твърди основи

C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3

натриев бензоат

2. Реакция на Wurtz-Fitting: (тук G е халоген)

C 6з 5 -G + 2Na + Р-G →° С 6 з 5 - Р + 2 NaЖ

СЪС 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl

В индустрията

• изолиран от нефт и въглища чрез фракционна дестилация и реформинг;
• от въглищен катран и коксов газ

1. Дехидроциклизация на алканис повече от 6 въглеродни атома:

C6H14 T , кат→C 6 H 6 + 4H 2

2. Тримеризация на ацетилен(само за бензен) – Р. Зелински:

3С 2 H 2 600°° С, акт. въглища→C 6 H 6

3. Дехидрогениранециклохексан и неговите хомолози:

Съветският академик Николай Дмитриевич Зелински установява, че бензолът се образува от циклохексан (дехидрогениране на циклоалкани

C6H12 т, кат→C 6 H 6 + 3H 2

C6H11-CH3 T , кат→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

метилциклохексантолуен

4. Алкилиране на бензен(получаване на бензенови хомолози) – r Фридел-Крафтс.

C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→C6H5-C2H5 + HCl

хлороетан етилбензен

Химични свойства на арените

аз. РЕАКЦИИ НА ОКИСЛЕНИЕ

1. Изгаряне (димящ пламък):

2C6H6 + 15O2 T→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. При нормални условия бензенът не обезцветява бромната вода и водния разтвор на калиев перманганат

3. Бензоловите хомолози се окисляват от калиев перманганат (обезцветяване на калиев перманганат):

А) в кисела среда до бензоена киселина

Когато бензеновите хомолози са изложени на калиев перманганат и други силни окислители, страничните вериги се окисляват. Без значение колко сложна е веригата на заместителя, тя се разрушава, с изключение на а-въглеродния атом, който се окислява до карбоксилна група.

Хомолозите на бензена с една странична верига дават бензоена киселина:

Хомолозите, съдържащи две странични вериги, дават двуосновни киселини:

5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 +28H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O

Опростено :

C6H5-CH3+3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O

Б) в неутрални и слабо алкални до бензоена киселина соли

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O

II. РЕАКЦИИ НА СЪБИРАНЕ (по-твърди от алкени)

1. Халогениране

C6H6 +3CI2 ч ν → C 6 H 6 Cl 6 (хексахлорциклохексан - хексахлоран)

2. Хидрогениране

C6H6 + 3H2 T , ПтилиNi→C 6 H 12 (циклохексан)

3. Полимеризация

III. РЕАКЦИИ НА ЗАМЕСТВАНЕ – йонен механизъм (по-лек от алкани)

1. Халогениране -

а ) бензен

C6H6+Cl2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (хлоробензен)

C6H6 + 6Cl2 t,AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( хексахлоробензен)

C6H6 + Br2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( бромобензен)

б) бензенови хомолози при облъчване или нагряване

Химичните свойства на алкиловите радикали са подобни на алканите. Водородните атоми в тях се заместват с халоген по свободнорадикален механизъм. Следователно, в отсъствието на катализатор, при нагряване или ултравиолетово облъчване, възниква реакция на радикално заместване в страничната верига. Влиянието на бензеновия пръстен върху алкиловите заместители води до факта, че Водородният атом винаги се замества при въглеродния атом, директно свързан с бензеновия пръстен (а-въглероден атом).

1) C6H5-CH3 + Cl2 ч ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

в) хомолози на бензен в присъствието на катализатор

C6H5-CH3 + CI2 AlCl 3 → (орта смес, двойка производни) +HCl

2. Нитриране (с азотна киселина)

C6H6 + HO-NO2 t, H2SO4→ C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

нитробензен - миризма бадеми!

2,4,6-тринитротолуен (tol, TNT)

Приложение на бензена и неговите хомолози

Бензол C6H6 е добър разтворител. Бензолът като добавка подобрява качеството на моторното гориво. Той служи като суровина за производството на много ароматни органични съединения - нитробензен C 6 H 5 NO 2 (разтворител, от който се получава анилин), хлоробензен C 6 H 5 Cl, фенол C 6 H 5 OH, стирен и др.

Толуен C 6 H 5 –CH 3 – разтворител, използван в производството на багрила, медицински и експлозиви (тротил (TNT), или 2,4,6-тринитротолуен тротил).

Ксилени C6H4(CH3)2. Техническият ксилен е смес от три изомера ( орто-, мета- И двойка-ксилоли) – използва се като разтворител и изходен продукт за синтеза на много органични съединения.

Изопропилбензен C 6 H 5 –CH(CH 3) 2 се използва за получаване на фенол и ацетон.

Хлорирани производни на бензенаизползвани за растителна защита. По този начин продуктът от заместването на Н атоми в бензен с хлорни атоми е хексахлоробензен C 6 Cl 6 - фунгицид; използва се за сухо третиране на семена от пшеница и ръж срещу главня. Продуктът от добавянето на хлор към бензен е хексахлорциклохексан (хексахлоран) C 6 H 6 Cl 6 - инсектицид; използва се за борба с вредните насекоми. Посочените вещества спадат към пестицидите - химически средства за борба с микроорганизми, растения и животни.

стирен C 6 H 5 – CH = CH 2 много лесно полимеризира, образувайки полистирен, а при съполимеризация с бутадиен, стирен-бутадиенови каучуци.

ВИДЕО ИЗЖИВЯВАНИЯ

Този материал може да бъде труден за усвояване сам поради голямото количество информация, много нюанси и всякакви НО и АКО. Прочети внимателно!

За какво точно ще си говорим?

В допълнение към пълното окисление (изгаряне), някои класове органични съединения се характеризират с непълни окислителни реакции, при които те се превръщат в други класове.

За всеки клас има специфични окислители: CuO (за алкохоли), Cu(OH) 2 и OH (за алдехиди) и др.

Но има два класически окислителя, които, така да се каже, са универсални за много класове.

Това е калиев перманганат - KMnO 4. И калиев бихромат (дихромат) – K 2 Cr 2 O 7 . Тези вещества са силни окислители поради съответно мангана в степен на окисление +7 и хрома в степен на окисление +6.

Реакциите с тези окислители се случват доста често, но никъде няма изчерпателно ръководство на какъв принцип да се избират продуктите на такива реакции.

На практика има много фактори, които влияят върху хода на реакцията (температура, среда, концентрация на реагентите и др.). Често резултатът е смес от продукти. Следователно е почти невъзможно да се предвиди продуктът, който ще се образува.

Но това не е подходящо за Единния държавен изпит: не можете да напишете там „може би това, или това, или това, или смес от продукти“. Трябва да има конкретика.

Авторите на заданията влагат определена логика, определен принцип, по който трябва да бъде написан даден продукт. За съжаление не го споделиха с никого.

Този проблем е по-скоро избягван в повечето ръководства: две или три реакции са дадени като пример.

В тази статия представям това, което може да се нарече резултатите от изследване-анализ на задачите от Единния държавен изпит. Логиката и принципите на съставяне на окислителните реакции с перманганат и дихромат са решени доста точно (в съответствие със стандартите за единен държавен изпит). Първо най-важното.

Определяне степента на окисление.

Първо, когато имаме работа с редокс реакции, винаги има окислител и редуциращ агент.

Окислителят е манган в перманганат или хром в дихромат, редуциращият агент е атоми в органичната материя (а именно въглеродни атоми).

Не е достатъчно да се определят продуктите, реакцията трябва да се изравни. За изравняване традиционно се използва методът на електронния баланс. За да се приложи този метод, е необходимо да се определят степените на окисление на редуциращите агенти и окислителите преди и след реакцията.

Знаем степените на окисление на неорганичните вещества от 9 клас:

Но те вероятно не са взели органичния клас в 9-ти клас. Ето защо, преди да научите как да пишете OVR в органичната химия, трябва да научите как да определите степента на окисление на въглерода в органичните вещества. Това се прави малко по-различно, различно от това в неорганичната химия.

Въглеродът има максимална степен на окисление +4 и минимална -4. И може да прояви всякаква степен на окисление на тази празнина: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4.

Първо трябва да запомните какво е степен на окисление.

Степента на окисление е конвенционалният заряд, който се появява върху атома, като се приеме, че електронните двойки са изместени изцяло към по-електроотрицателния атом.

Следователно степента на окисление се определя от броя на изместените електронни двойки: ако се измести към даден атом, тогава той придобива излишък минус (-) заряд, ако от атома, тогава той придобива излишък плюс (+) зареждане. По принцип това е цялата теория, която трябва да знаете, за да определите степента на окисление на въглероден атом.

За да определим степента на окисление на определен въглероден атом в съединение, трябва да разгледаме ВСЯКА от неговите връзки и да видим в каква посока ще се измести електронната двойка и какъв излишен заряд (+ или -) ще възникне от това върху въглеродния атом.

Нека да разгледаме конкретни примери:

При въглерод три връзки с водород. Въглерод и водород - кой е по-електроотрицателен? Въглерод, което означава, че по тези три връзки електронната двойка ще се измести към въглерода. Въглеродът отнема един отрицателен заряд от всеки водород: получава се -3

Четвъртата връзка е с хлора. Въглерод и хлор - кой е по-електроотрицателен? Хлор, което означава, че по тази връзка електронната двойка ще се измести към хлора. Въглеродът получава един положителен заряд +1.

След това просто трябва да добавите: -3 + 1 = -2. Степента на окисление на този въглероден атом е -2.

Нека определим степента на окисление на всеки въглероден атом:

Въглеродът има три връзки с водорода. Въглерод и водород - кой е по-електроотрицателен? Въглерод, което означава, че по тези три връзки електронната двойка ще се измести към въглерода. Въглеродът отнема един отрицателен заряд от всеки водород: получава се -3

И още една връзка с друг въглерод. Въглерод и друг въглерод - тяхната електроотрицателност е равна, така че няма изместване на електронната двойка (връзката не е полярна).

Този атом има две връзки с един кислороден атом и друга връзка с друг кислороден атом (като част от ОН групата). Повече електроотрицателни кислородни атоми в три връзки привличат електронна двойка от въглерод и въглеродът придобива заряд от +3.

Чрез четвъртата връзка въглеродът е свързан с друг въглерод, както вече казахме, по тази връзка електронната двойка не се измества.

Въглеродът е свързан с водородните атоми чрез две връзки. Въглеродът, тъй като е по-електроотрицателен, отнема една двойка електрони за всяка връзка с водорода и придобива заряд от -2.

Въглеродна двойна връзка е свързана с кислороден атом. По-електроотрицателният кислород привлича една електронна двойка към себе си по протежение на всяка връзка. Заедно се оказва, че въглеродът има две електронни двойки. Въглеродът получава заряд от +2.

Заедно получаваме +2 -2 = 0.

Нека определим степента на окисление на този въглероден атом:

Тройна връзка с по-електроотрицателен азот дава на въглерода заряд от +3; връзката с въглерода не измества електронната двойка.

Окисляване с перманганат.

Какво ще стане с перманганата?

Редокс реакцията с перманганат може да се случи в различни среди (неутрална, алкална, кисела). И от средата зависи точно как ще протече реакцията и какви продукти ще се образуват.

Следователно тя може да върви в три посоки:

Перманганатът, като окислител, се редуцира. Ето продуктите от неговата реставрация:

1. Киселинна среда.

Средата се подкислява със сярна киселина (H 2 SO 4). Манганът се редуцира до степен на окисление +2. И продуктите за възстановяване ще бъдат:

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

1. Алкална среда.

За да се създаде алкална среда, се добавя доста концентрирана основа (KOH). Манганът се редуцира до степен на окисление +6. Продукти за възстановяване

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 + H 2 O

1. Неутрална среда(и леко алкална).

В неутрална среда, в допълнение към перманганата, водата също реагира (което пишем от лявата страна на уравнението), манганът ще се редуцира до +4 (MnO 2), редукционните продукти ще бъдат:

KMnO 4 + H 2 O → MnO 2 + KOH

И в леко алкална среда (в присъствието на разтвор на KOH с ниска концентрация):

KMnO 4 + KOH → MnO 2 + H 2 O

Какво ще се случи с органичната материя?

Първото нещо, което трябва да разберете е, че всичко започва от алкохола! Това е началният етап на окисление. Въглеродът, към който е прикрепена хидроксилната група, претърпява окисление.

По време на окислението въглеродният атом "придобива" връзка с кислорода. Следователно, когато пишете схема на реакция на окисление, напишете [O] над стрелката:

Първичен алкохол окислява се първо до алдехид, след това до карбоксилна киселина:

Окисляване вторичен алкохол прекъсва на втория етап. Тъй като въглеродът е в средата, се образува кетон, а не алдехид (въглеродният атом в кетонната група вече не може физически да образува връзка с хидроксилната група):

Кетони, третични алкохолиИ карбоксилни киселинивече не се окислява:

Процесът на окисление е стъпаловиден - докато има място за окисление и са налице всички условия за това, реакцията продължава. Всичко завършва с продукт, който не се окислява при дадените условия: третичен алкохол, кетон или киселина.

Струва си да се отбележат етапите на окисляване на метанола. Първо се окислява до съответния алдехид, след това до съответната киселина:

Особеността на този продукт (мравчена киселина) е, че въглеродът в карбоксилната група е свързан с водород и ако се вгледате внимателно, ще забележите, че това не е нищо повече от алдехидна група:

И алдехидната група, както разбрахме по-рано, е допълнително окислена до карбоксилна група:

Разпознахте ли полученото вещество? Брутната му формула е H2CO3. Това е въглеродна киселина, която се разпада на въглероден диоксид и вода:

H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2

Следователно метанолът, мравчената киселина и мравчената киселина (поради алдехидната група) се окисляват до въглероден диоксид.

Лека оксидация.

Леко окисление е окисление без силно нагряване в неутрална или леко алкална среда (напишете 0 над реакцията ° или 20 °) .

Важно е да запомните, че алкохолите не се окисляват при меки условия. Следователно, ако се образуват, тогава окисляването спира върху тях. Какви вещества ще претърпят лека окислителна реакция?

1. Съдържащи C=C двойна връзка (реакция на Вагнер).

В този случай π-връзката се разкъсва и хидроксилната група "седи" върху освободените връзки. Резултатът е двувалентен алкохол:

Нека напишем реакцията на леко окисляване на етилен (етен). Нека запишем изходните вещества и предвидим продуктите. В същото време ние все още не пишем H 2 O и KOH: те могат да се появят или от дясната страна на уравнението, или отляво. И веднага определяме степента на окисление на веществата, участващи в редокс реакцията:

Нека направим електронен баланс (имаме предвид, че има два редуциращи агента - два въглеродни атома, те се окисляват отделно):

Нека зададем коефициентите:

В края трябва да добавите липсващите продукти (H 2 O и KOH). Отдясно няма достатъчно калий, което означава, че отдясно ще има алкали. Поставяме коефициент пред него. Няма достатъчно водород отляво, така че отляво има вода. Поставяме коефициент пред него:

Нека направим същото с пропилен (пропен):

Циклоалкенът често се подхлъзва. Не позволявайте да ви притеснява. Това е обикновен въглеводород с двойна връзка:

Където и да е тази двойна връзка, окислението ще протече по същия начин:

1. Съдържащ алдехидна група.

Алдехидната група е по-реактивна (реагира по-лесно) от алкохолната група. Следователно алдехидът ще се окисли. Преди киселина:

Нека да разгледаме примера с ацеталдехид (етанал). Нека да запишем реагентите и продуктите и да подредим степени на окисление. Нека направим баланс и поставим коефициенти пред редуктора и окислителя:

В неутрална и слабо алкална среда ходът на реакцията ще бъде малко по-различен.

В неутрална среда, както си спомняме, пишем вода от лявата страна на уравнението и алкали от дясната страна на уравнението (образувани по време на реакцията):

В този случай киселина и основа се появяват една до друга в една смес. Настъпва неутрализиране.

Те не могат да съществуват един до друг и реагират, образува се сол:

Освен това, ако погледнем коефициентите в уравнението, ще разберем, че има 3 мола киселина и 2 мола основа. 2 мола алкали могат да неутрализират само 2 мола киселина (образуват се 2 мола сол). И остава един мол киселина. Следователно крайното уравнение ще бъде:

В леко алкална среда алкалът е в излишък - добавя се преди реакцията, така че цялата киселина се неутрализира:

Подобна ситуация възниква при окисляването на метанал. Както си спомняме, той се окислява до въглероден диоксид:

Трябва да се има предвид, че въглеродният окис (IV) CO 2 е киселинен. И ще реагира с алкали. И тъй като въглеродната киселина е двуосновна, могат да се образуват както киселинна сол, така и средна сол. Зависи от съотношението между алкали и въглероден диоксид:

Ако алкалът има съотношение 2:1 към въглеродния диоксид, тогава средната сол ще бъде:

Или може да има значително повече алкали (повече от два пъти). Ако е повече от два пъти, тогава остатъкът от основата ще остане:

3KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O + KOH

Това ще се случи в алкална среда (където има излишък от алкали, тъй като те се добавят към реакционната смес преди реакцията) или в неутрална среда, когато се образува много алкали.

Но ако алкалът се отнася към въглеродния диоксид като 1:1, тогава ще има кисела сол:

KOH + CO 2 → KHCO 3

Ако има повече въглероден диоксид от необходимото, тогава той остава в излишък:

KOH + 2CO 2 → KHCO 3 + CO 2

Това ще се случи в неутрална среда, ако се образува малко алкали.

Нека запишем изходните вещества, продуктите, съставим баланс, поставим степените на окисление пред окислителя, редуктора и продуктите, които се образуват от тях:

В неутрална среда отдясно ще се образува алкал (4KOH):

Сега трябва да разберем какво ще се образува по време на взаимодействието на три мола CO 2 и четири мола основа.

3CO 2 + 4KOH → 3KHCO 3 + KOH

KHCO 3 + KOH → K 2 CO 3 + H 2 O

Така се оказва така:

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

Следователно от дясната страна на уравнението записваме два мола бикарбонат и един мол карбонат:

Но в слабо алкална среда няма такива проблеми: поради факта, че има излишък от алкали, ще се образува средна сол:

Същото ще се случи по време на окисляването на алдехида на оксаловата киселина:

Както в предишния пример, образува се двуосновна киселина и според уравнението трябва да се получат 4 мола алкали (тъй като 4 мола перманганат).

В неутрална среда, отново, всичките основи не са достатъчни, за да неутрализират напълно цялата киселина.

Три мола алкали отиват при образуването на кисела сол, остава един мол алкали:

3HOOC–COOH + 4KOH → 3KOOC–COOH + KOH

И този един мол алкали влиза във взаимодействие с един мол киселинна сол:

KOOC–COOH + KOH → KOOC–COOK + H 2 O

Получава се така:

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

Крайно уравнение:

В леко алкална среда се образува средна сол поради излишък от алкали:

1. Съдържащи тройна връзка° С≡ ° С.

Помните ли какво се случи по време на лекото окисляване на съединения с двойна връзка? Ако не си спомняте, превъртете назад и запомнете.

π връзката се разкъсва и хидроксилната група се свързва с въглеродните атоми. Тук принципът е същият. Само не забравяйте, че тройната връзка има две π връзки. Първо това се случва по първата π връзка:

След това чрез друга π-връзка:

Структура, в която един въглероден атом има две хидроксилни групи, е изключително нестабилна. Когато нещо е нестабилно в химията, има тенденция да накара нещо да „падне“. Водата пада по следния начин:

Това води до карбонилна група.

Нека да разгледаме примери:

Етин (ацетилен). Нека разгледаме етапите на окисляване на това вещество:

Елиминиране на водата:

Както в предишния пример, в една реакционна смес има киселина и основа. Настъпва неутрализация и се образува сол. Както можете да видите от коефициента на алкалния перманганат, ще има 8 мола, тоест е напълно достатъчно за неутрализиране на киселината. Крайно уравнение:

Помислете за окисляването на бутин-2:

Елиминиране на водата:

Тук не се образува киселина, така че няма нужда да се занимавате с неутрализация.

Уравнение на реакцията:

Тези разлики (между окисляването на въглерода на ръба и в средата на веригата) са ясно демонстрирани от примера на пентин:

Елиминиране на водата:

Резултатът е вещество с интересна структура:

Алдехидната група продължава да се окислява:

Нека да запишем изходните вещества, продуктите, да определим степени на окисление, да съставим баланс, да поставим коефициентите пред окислителя и редуктора:

Трябва да се образуват 2 мола алкали (тъй като коефициентът пред перманганата е 2), следователно цялата киселина се неутрализира:

Силно окисление.

Твърдото окисление е окисление в кисело, силно алкалназаобикаляща среда. И също така, в неутрален (или леко алкален), но при нагряване.

В кисела среда те също понякога се нагряват. Но за да настъпи силно окисление в некиселинна среда, нагряването е предпоставка.

Кои вещества ще претърпят силно окисляване? (Първо ще анализираме само в кисела среда - и след това ще добавим нюанси, които възникват по време на окисление в силно алкална и неутрална или слабо алкална (при нагряване) среда).

При силно окисляване процесът достига своя максимум. Докато има какво да се окислява, окисляването продължава.

1. алкохоли. Алдехиди.

Нека разгледаме окисляването на етанол. Постепенно се окислява до киселина:

Нека запишем уравнението. Записваме изходните вещества, продуктите на окислително-редукционната реакция, въвеждаме степени на окисление и съставяме баланс. Нека изравним реакцията:

Ако реакцията се проведе при точката на кипене на алдехида, когато се образува, той ще се изпари (отлети) от реакционната смес, без да има време да се окисли допълнително. Същият ефект може да се постигне при много щадящи условия (ниска топлина). В този случай пишем алдехид като продукт:

Нека разгледаме окисляването на вторичен алкохол, използвайки примера на 2-пропанол. Както вече беше споменато, окислението завършва на втория етап (образуване на карбонилно съединение). Тъй като се образува кетон, който не се окислява. Уравнение на реакцията:

Нека разгледаме окисляването на алдехиди с помощта на етанал. Освен това се окислява до киселина:

Уравнение на реакцията:

Метаналът и метанолът, както бе споменато по-рано, се окисляват до въглероден диоксид:

Метал:

1. Съдържащи множество връзки.

В този случай веригата се разкъсва при множествената връзка. А атомите, които го образуват, претърпяват окисление (получават връзка с кислорода). Оксидирайте колкото е възможно повече.

При разкъсване на двойната връзка от фрагментите се образуват карбонилни съединения (на диаграмата по-долу: от единия фрагмент - алдехид, от другия - кетон)

Нека да разгледаме окисляването на пентен-2:

Окисляване на „отпадъци“:

Оказва се, че се образуват две киселини. Нека запишем изходните материали и продукти. Нека да определим степента на окисление на атомите, които го променят, да съставим баланс и да изравним реакцията:

Когато съставяме електронен баланс, имаме предвид, че има два редуциращи агента - два въглеродни атома и те се окисляват отделно:

Киселината не винаги ще се образува. Нека разгледаме, например, окисляването на 2-метилбутен:

Уравнение на реакцията:

Абсолютно същият принцип за окисляване на съединения с тройна връзка (само окисляването става веднага с образуването на киселина, без междинното образуване на алдехид):

Уравнение на реакцията:

Когато кратната връзка е разположена точно в средата, резултатът не е два продукта, а един. Тъй като „изрезките“ са еднакви и се окисляват до едни и същи продукти:

Уравнение на реакцията:

1. Двойно коронована киселина.

Има една киселина, в която карбоксилните групи (корони) са свързани една с друга:

Това е оксалова киселина. Трудно е две корони да се разберат една до друга. Със сигурност е стабилен при нормални условия. Но тъй като има две групи карбоксилни киселини, свързани една с друга, той е по-малко стабилен от другите карбоксилни киселини.

И следователно, при особено тежки условия, той може да се окисли. Има прекъсване на връзката между "двете корони":

Уравнение на реакцията:

1. Бензенови хомолози (и техните производни).

Самият бензен не се окислява, поради ароматността, която прави тази структура много стабилна

Но неговите хомолози са окислени. В този случай веригата също се прекъсва, основното е да знаете къде точно. Прилагат се някои принципи:

1. Самият бензенов пръстен не се разпада и остава непокътнат до края, разкъсването на връзката става в радикала.
2. Атомът, директно свързан с бензеновия пръстен, се окислява. Ако след него въглеродната верига в радикала продължи, тогава прекъсването ще настъпи след него.

Нека да разгледаме окисляването на метилбензена. Там един въглероден атом в радикала се окислява:

Уравнение на реакцията:

Нека да разгледаме окисляването на изобутилбензен:

Уравнение на реакцията:

Нека да разгледаме окисляването на сек-бутилбензен:

Уравнение на реакцията:

Когато бензенови хомолози (и производни на хомолози) се окисляват с няколко радикала, се образуват две, три или повече основни ароматни киселини. Например окисление на 1,2-диметилбензен:

Производните на бензенови хомолози (в които бензеновият пръстен има невъглеводородни радикали) се окисляват по същия начин. Друга функционална група на бензеновия пръстен не пречи:

Междинна сума. Алгоритъм „как да напиша реакцията на твърдо окисление с перманганат в кисела среда“:

1. Запишете изходните вещества (органични + KMnO 4 + H 2 SO 4).
2. Запишете продуктите на органичното окисление (съединения, съдържащи алкохол, алдехидни групи, множествени връзки, както и хомолози на бензен ще бъдат окислени).
3. Запишете продукта от редукция на перманганат (MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O).
4. Определете степента на окисление в участниците в OVR. Направете равносметка. Въведете коефициентите за окислителя и редуктора, както и за веществата, които се образуват от тях.
5. След това се препоръчва да се изчисли колко сулфатни аниони има от дясната страна на уравнението и съответно да се постави коефициент пред сярната киселина отляво.
6. Накрая поставете коефициента пред водата.

Силно окисление в силно алкална среда и неутрална или леко алкална (при нагряване) среда.

Тези реакции са много по-рядко срещани. Можем да кажем, че подобни реакции са екзотика. И както подобава на екзотични реакции, тези се оказаха най-оспорвани.

Твърдото окисляване също е трудно в Африка, така че органичната материя се окислява по същия начин, както в кисела среда.

Няма да анализираме реакциите за всеки клас поотделно, тъй като общият принцип вече беше изложен по-рано. Нека просто да разгледаме нюансите.

Силно алкална среда :

В силно алкална среда перманганатът се редуцира до степен на окисление +6 (калиев манганат):

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 .

В силно алкална среда винаги има излишък от алкали, така че ще се извърши пълна неутрализация: ако се образува въглероден диоксид, ще има карбонат, ако се образува киселина, ще има сол (ако киселината е многоосновна, има ще бъде средна сол).

Например окисление на пропен:

Окисляване на етилбензен:

Леко алкална или неутрална среда при нагряване :

И тук винаги трябва да се има предвид възможността за неутрализация.

Ако окисляването настъпи в неутрална среда и се образува киселинно съединение (киселина или въглероден диоксид), тогава получената основа ще неутрализира това киселинно съединение. Но не винаги има достатъчно алкали за пълно неутрализиране на киселината.

При окисляване на алдехиди, например, това не е достатъчно (окислението ще протече по същия начин, както при меки условия - температурата просто ще ускори реакцията). Следователно се образуват и сол, и киселина (която, грубо казано, остава в излишък).

Обсъждахме това, когато разглеждахме лекото окисление на алдехидите.

Следователно, ако образувате киселина в неутрална среда, трябва внимателно да видите дали е достатъчно, за да неутрализирате цялата киселина. Особено внимание трябва да се обърне на неутрализирането на многоосновните киселини.

В слабо алкална среда, поради достатъчно количество алкали, се образуват само средни соли, тъй като има излишък от алкали.

По правило алкалите са достатъчни за окисляване в неутрална среда. И уравнението на реакцията както в неутрална, така и в слабо алкална среда ще бъде същото.

Например, нека да разгледаме окисляването на етилбензен:

Алкалът е напълно достатъчен, за да неутрализира напълно получените киселинни съединения, дори излишъкът ще остане:

Консумират се 3 мола алкали - остава 1.

Крайно уравнение:

Тази реакция в неутрална и слабо алкална среда ще протече по същия начин (в слабо алкалната среда отляво няма алкали, но това не означава, че ги няма, просто не реагират).

Редокс реакции, включващи калиев дихромат (дихромат).

Дихроматът няма толкова голямо разнообразие от реакции на органично окисление в Единния държавен изпит.

Окисляването с дихромат обикновено се извършва само в кисела среда. В този случай хромът се възстановява до +3. Продукти за възстановяване:

Окисляването ще бъде тежко. Реакцията ще бъде много подобна на окисление с перманганат. Същите вещества, които се окисляват от перманганат в кисела среда, ще бъдат окислени и ще се образуват същите продукти.

Нека да разгледаме някои реакции.

Нека разгледаме окисляването на алкохола. Ако окисляването се извърши при точката на кипене на алдехида, тогава той ще напусне реакционната смес, без да се подлага на окисление:

В противен случай алкохолът може директно да се окисли до киселина.

Алдехидът, получен в предишната реакция, може да бъде „уловен“ и принуден да се окисли до киселина:

Окисляване на циклохексанол. Циклохексанолът е вторичен алкохол, така че се образува кетон:

Ако е трудно да се определят степени на окисление на въглеродните атоми с помощта на тази формула, можете да напишете на черновата:

Уравнение на реакцията:

Нека разгледаме окисляването на циклопентен.

Двойната връзка се разпада (цикълът се отваря), атомите, които я образуват, се окисляват максимално (в този случай до карбоксилната група):

Някои характеристики на окисляването в Единния държавен изпит, с които не сме напълно съгласни.

Считаме, че тези „правила“, принципи и реакции, които ще бъдат обсъдени в този раздел, не са напълно правилни. Те противоречат не само на реалното състояние на нещата (химията като наука), но и на вътрешната логика на училищната програма и по-специално на Единния държавен изпит.

Но въпреки това сме принудени да предоставим този материал точно във формата, изисквана от Единния държавен изпит.

Говорим конкретно за ТВЪРДО оксидиране.

Помните ли как хомолозите на бензена и техните производни се окисляват при тежки условия? Всички радикали завършват и се образуват карбоксилни групи. Отпадъците се подлагат на окисление „сами“:

Така че, ако внезапно се появи хидроксилна група или множествена връзка в радикала, трябва да забравите, че там има бензенов пръстен. Реакцията ще протече САМО чрез тази функционална група (или множествена връзка).

Функционалната група и множествената връзка са по-важни от бензеновия пръстен.

Нека да разгледаме окисляването на всяко вещество:

Първо вещество:

Трябва да игнорирате факта, че има бензенов пръстен. От гледна точка на Единния държавен изпит това е само вторичен алкохол. Вторичните алкохоли се окисляват до кетони, но кетоните не се окисляват допълнително:

Нека това вещество се окисли с дихромат:

Второ вещество:

Това вещество се окислява просто като съединение с двойна връзка (ние не обръщаме внимание на бензеновия пръстен):

Оставете го да се окисли в неутрален перманганат при нагряване:

Получената основа е достатъчна, за да неутрализира напълно въглеродния диоксид:

2KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O

Крайно уравнение:

Окисляване на третото вещество:

Нека окислението протича с калиев перманганат в кисела среда:

Окисляване на четвъртото вещество:

Оставете го да се окисли в силно алкална среда. Уравнението на реакцията ще бъде:

И накрая, ето как се окислява винилбензенът:

И той се окислява до бензоена киселина, трябва да имате предвид, че според логиката на Единния държавен изпит той се окислява по този начин не защото е производно на бензена. Но тъй като съдържа двойна връзка.

Заключение.

Това е всичко, което трябва да знаете за редокс реакциите, включващи перманганат и дихромат в органичната материя.

Не се изненадвайте, ако чуете някои от точките, изложени в тази статия, за първи път. Както вече споменахме, тази тема е много обширна и противоречива. И въпреки това по някаква причина му се обръща много малко внимание.

Както може би сте видели, две или три реакции не могат да обяснят всички модели на тези реакции. Това изисква интегриран подход и подробни обяснения на всички точки. За съжаление в учебниците и интернет ресурсите темата не е напълно или изобщо не е засегната.

Опитах се да премахна тези недостатъци и недостатъци и да разгледам тази тема като цяло, а не отчасти. Надявам се да съм успял.

Благодаря ви за вниманието, всичко най-добро за вас! Успех в усвояването на химичните науки и полагането на изпитите!

Толуенът е безцветна течност със специфична миризма. Толуенът е по-лек от водата и не се разтваря в нея, но лесно се разтваря в органични разтворители - алкохол, етер, ацетон. Толуенът е добър разтворител за много органични вещества. Гори с димящ пламък поради високото съдържание на въглерод в молекулата си.

Физичните свойства на толуола са представени в таблицата.

Таблица. Физични свойства на толуола.

Химични свойства на толуола

I. Окислителна реакция.

1. Изгаряне (димящ пламък):

2C 6 H 5 CH 3 + 16O 2 T→ 14CO 2 + 8H 2 O + Q

2. Толуенът се окислява от калиев перманганат (калиевият перманганат се обезцветява):

А) в кисела среда до бензоена киселина

Когато толуенът е изложен на калиев перманганат и други силни окислители, страничните вериги се окисляват. Без значение колко сложна е веригата на заместителя, тя се разрушава, с изключение на а-въглеродния атом, който се окислява до карбоксилна група. Толуенът дава бензоена киселина:

Б) в неутрални и слабо алкални до бензоена киселина соли

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COOK + KOH + 2MnO 2 + H 2 O

II. РЕАКЦИИ НА СЪБИРАНЕ

1. Халогениране

СЪС 6 н 5 CH 3 + Vg 2  СЪС 6 н 5 CH 2 Vg + NVg

C6H5CH3+Cl2 ч ν →C 6 H 5 CH 2 Cl+HCl

2. Хидрогениране

C6H5CH3 + 3H2 T , Пт или Ni→C 6 H 11 CH 3 (метилциклохексан)

III. РЕАКЦИИ НА ЗАМЕСТВАНЕ– йонен механизъм (по-лек от алкани)

1. Халогениране -

Химичните свойства на алкиловите радикали са подобни на алканите. Водородните атоми в тях се заместват с халоген по свободнорадикален механизъм. Следователно, в отсъствието на катализатор, при нагряване или ултравиолетово облъчване, възниква реакция на радикално заместване в 4-та странична верига. Влиянието на бензеновия пръстен върху алкиловите заместители води до факта, че водородният атом при въглеродния атом, директно свързан с бензеновия пръстен (а-въглероден атом), винаги се замества.

C6H5-CH3 + CI2 ч ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

в присъствието на катализатор

C6H5-CH3+Cl2 AlCl 3 → (орта смес, двойка производни) +HCl

2. Нитриране (с азотна киселина)

C6H5-CH3 + 3HO-NO2 T , з 2 ТАКА 4 → CH 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O

2,4,6-тринитротолуен (tol, TNT)

Използване на толуен.

Толуен C 6 H 5 –CH 3 – разтворител, използван в производството на багрила, медицински и експлозиви (тротил (TNT), или 2,4,6-тринитротолуен тротил).

2.2. Да бъдеш сред природата

Толуенът е получен за първи път чрез дестилация на борова смола през 1835 г. от Пелтие П., а по-късно е изолиран от балсама Толу (смола от кората на дървото Myraxylo, растящо в Централна Америка). Това вещество е кръстено на град Толу (Колумбия).

2.3. Антропогенни източници на толуен, постъпващ в биосферата.

Основните източници са дестилацията на въглища и редица нефтохимични процеси, по-специално каталитичен реформинг, дестилация на суров нефт и алкилиране на нисши ароматни въглеводороди. Полицикличните въглеводороди присъстват в дима, съдържащ се в атмосферата на градовете.

Източник на замърсяване на въздуха може да бъде металургичната промишленост и автомобилите.

Фоновото ниво на толуен в атмосферата е 0,75 μg/m 3 (0,00075 mg/m 3).

Също така основните източници на толуен, постъпващ в околната среда, са химическото производство на експлозиви, епоксидни смоли, лакове и бои и др.

18. Редокс реакции (продължение 2)

18.9. OVR с участието на органични вещества

В ORR на органични вещества с неорганични вещества, органичните вещества най-често са редуциращи агенти. По този начин, когато органичната материя изгаря в излишък от кислород, винаги се образуват въглероден диоксид и вода. Реакциите са по-сложни при използване на по-малко активни окислители. В този раздел се разглеждат само реакциите на представители на най-важните класове органични вещества с някои неорганични окислители.

Алкени. По време на леко окисляване алкените се превръщат в гликоли (дивалентни алкохоли). Редуциращите атоми в тези реакции са въглеродни атоми, свързани с двойна връзка.

Реакцията с разтвор на калиев перманганат протича в неутрална или леко алкална среда, както следва:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (охлаждане)

При по-тежки условия окислението води до разкъсване на въглеродната верига при двойната връзка и образуването на две киселини (в силно алкална среда - две соли) или киселина и въглероден диоксид (в силно алкална среда - сол и карбонат):

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 (нагряване)

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 (нагряване)

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 (нагряване)

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

Калиевият дихромат в среда на сярна киселина окислява алкени подобно на реакции 1 и 2.

Алкини. Алкините започват да се окисляват при малко по-тежки условия от алкените, така че те обикновено се окисляват чрез разкъсване на въглеродната верига при тройната връзка. Както в случая с алканите, редуциращите атоми тук са въглеродни атоми, свързани в този случай с тройна връзка. В резултат на реакциите се образуват киселини и въглероден диоксид. Окисляването може да се извърши с калиев перманганат или дихромат в кисела среда, например:

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

Понякога е възможно да се изолират междинни продукти на окисление. В зависимост от позицията на тройната връзка в молекулата, това са дикетони (R 1 –CO–CO–R 2) или алдокетони (R–CO–CHO).

Ацетиленът може да се окисли с калиев перманганат в леко алкална среда до калиев оксалат:

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

В кисела среда окислението преминава до въглероден диоксид:

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

Бензенови хомолози. Бензоловите хомолози могат да бъдат окислени с разтвор на калиев перманганат в неутрална среда до калиев бензоат:

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

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 (при нагряване)

Окисляването на тези вещества с калиев дихромат или перманганат в кисела среда води до образуването на бензоена киселина.

алкохоли. Директният продукт на окисление на първичните алкохоли са алдехиди, а продуктите на окисление на вторичните алкохоли са кетони.

Алдехидите, образувани по време на окисляването на алкохоли, лесно се окисляват до киселини, поради което алдехидите от първичните алкохоли се получават чрез окисляване с калиев дихромат в кисела среда при точката на кипене на алдехида. Когато алдехидите се изпарят, те нямат време да се окислят.

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 (нагряване)

При излишък на окислител (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) във всяка среда първичните алкохоли се окисляват до карбоксилни киселини или техните соли, а вторичните алкохоли се окисляват до кетони. Третичните алкохоли не се окисляват при тези условия, но метиловият алкохол се окислява до въглероден диоксид. Всички реакции протичат при нагряване.

Двувалентен алкохол, етиленгликол HOCH 2 –CH 2 OH, при нагряване в кисела среда с разтвор на KMnO 4 или K 2 Cr 2 O 7 лесно се окислява до въглероден диоксид и вода, но понякога е възможно да се изолират междинни продукти (HOCH 2 –COOH, HOOC– COOH и т.н.).

Алдехиди. Алдехидите са доста силни редуциращи агенти и следователно лесно се окисляват от различни окислители, например: KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, OH. Всички реакции протичат при нагряване:

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

Формалдехидът с излишък от окислител се окислява до въглероден диоксид.

18.10. Сравнение на редокс активността на различни вещества

От дефинициите на понятията „окислителен атом” и „редуциращ атом” следва, че атомите в най-висока степен на окисление имат само окислителни свойства. Напротив, атомите в най-ниска степен на окисление имат само редуциращи свойства. Атомите в междинни степени на окисление могат да бъдат както окислители, така и редуциращи агенти.

В същото време, въз основа само на степента на окисление, е невъзможно недвусмислено да се оценят редокс свойствата на веществата. Като пример, разгледайте връзките на елементи от групата VA. Съединенията на азота (V) и антимона (V) са повече или по-малко силни окислители, съединенията на бисмута (V) са много силни окислители, а съединенията на фосфора (V) практически нямат окислителни свойства. В този и други подобни случаи има значение колко характерно е дадено състояние на окисление за даден елемент, тоест колко стабилни са съединенията, съдържащи атоми на даден елемент в това състояние на окисление.

Всяка редокс реакция протича в посока на образуване на по-слаб окислител и по-слаб редуциращ агент. В общия случай възможността за възникване на ORR, както всяка друга реакция, може да се определи от знака на промяната в енергията на Гибс. В допълнение, за количествено определяне на редокс активността на веществата се използват електрохимичните характеристики на окислителите и редуциращите агенти (стандартни потенциали на редокс двойки). Въз основа на тези количествени характеристики е възможно да се конструират серии от редокс активност на различни вещества. Известната ви серия от метални напрежения е конструирана точно по този начин. Тази серия дава възможност да се сравнят редуциращите свойства на металите във водни разтвори при стандартни условия ( с= 1 mol/l, T= 298,15 K), както и окислителните свойства на простите водни процеси. Ако поставите йони (окислители) в горния ред на този ред и метални атоми (редуциращи агенти) в долния ред, тогава лявата страна на този ред (преди водорода) ще изглежда така:

В тази серия окислителните свойства на йоните (горния ред) се увеличават отляво надясно, а редукционните свойства на металите (долния ред), напротив, отдясно наляво.

Като се вземат предвид разликите в редокс активността в различни среди, е възможно да се конструират подобни серии за окислители. По този начин, за реакции в кисела среда (pH = 0), се получава "продължение" на поредицата от метални активности в посока на повишаване на окислителните свойства

Както в серията за метална активност, в тази серия окислителните свойства на окислителите (горен ред) нарастват отляво надясно. Но, използвайки тази серия, е възможно да се сравни редукционната активност на редуциращите агенти (долния ред) само ако тяхната окислена форма съвпада с тази, показана в горния ред; в този случай се засилва от дясно на ляво.

Нека да разгледаме няколко примера. За да разберем дали този ORR е възможен, ще използваме общо правило, което определя посоката на редокс реакциите (реакциите протичат в посока на образуване на по-слаб окислител и по-слаб редуциращ агент).

1. Възможно ли е да се редуцира кобалт от разтвор на CoSO 4 с магнезий?
Магнезият е по-силен редуциращ агент от кобалта, а Co 2 йони са по-силни окислители от Mg 2 йони, следователно е възможно.
2. Възможно ли е да се окисли медта до CuCl 2 в кисела среда с разтвор на FeCl 3?
Тъй като Fe 3B йони са по-силни окислители от Cu 2 йони, а медта е по-силен редуциращ агент от Fe 2 йони, това е възможно.
3. Възможно ли е да се получи разтвор на FeCl 3 чрез продухване на кислород през разтвор на FeCl 2, подкислен със солна киселина?
Изглежда не, тъй като в нашата серия кислородът е отляво на Fe3 йоните и е по-слаб окислител от тези йони. Но във воден разтвор кислородът почти никога не се редуцира до H 2 O 2; в този случай той се редуцира до H 2 O и се намира между Br 2 и MnO 2. Следователно такава реакция е възможна, въпреки че протича доста бавно (защо?).
4. Възможно ли е да се окисли H 2 O 2 в кисела среда с калиев перманганат?
В този случай H 2 O 2 е редуциращ агент и по-силен редуциращ агент от Mn 2B йони, а MnO 4 йони са по-силни окислители от кислорода, образуван от пероксида. Следователно е възможно.

Подобна серия, конструирана за ORR в алкална среда, е както следва:

За разлика от серията "киселина", тази серия не може да се използва заедно със серията за метална активност.

Метод на електронно-йонния баланс (метод на полуреакция), междумолекулен ORR, вътрешномолекулен ORR, дисмутационен ORR (диспропорциониране, самоокисление-саморедукция), ORR комутация, пасивация.

1. Използвайки метода на електрон-йонния баланс, съставете уравнения за реакциите, които протичат, когато а) разтвор на H 2 S (S, по-точно S 8 ) се добави към разтвор на калиев перманганат, подкиселен със сярна киселина; б) KHS; в) K 2 S; d) H2SO3; д) KHSO3; e) K2SO3; д) HNO2; g) KNO 2; i) KI (I2); j) FeSO4; l) C2H5OH (CH3COOH); m) СН3СНО; n) (COOH) 2 (CO 2); n) K2C2O4. Тук и по-долу, където е необходимо, продуктите на окисление са посочени във къдрави скоби.
2. Напишете уравнения за реакциите, протичащи при преминаване на следните газове през разтвор на калиев перманганат, подкислен със сярна киселина: а) C 2 H 2 (CO 2 ); b) C2H4 (CO2); c) C3H4 (пропин) (CO2 и CH3COOH); d) C3H6; д) СН4; д) HCHO.
3. Същото, но разтвор на редуциращ агент се добавя към неутрален разтвор на калиев перманганат: а) KHS; b) K 2 S; в) KHSO 3; d) K2SO3; д) KNO 2; д) KI.
4. Същото, но предварително се добавя разтвор на калиев хидроксид към разтвора на калиев перманганат: а) K 2 S (K 2 SO 4 ); b) K2SO3; в) KNO 2; г) KI (KIO 3).
5. Напишете уравнения за следните реакции, протичащи в разтвора: а) KMnO 4 + H 2 S ...;
   б) KMnO 4 + HCl ...;
   в) KMnO 4 + HBr ...;
   г) KMnO 4 + HI ...
6. Съставете следните уравнения за ORR на манганов диоксид:
7. Разтвори на следните вещества се добавят към разтвор на калиев бихромат, подкислен със сярна киселина: а) KHS; b) K 2 S; в) HNO2; d) KNO 2; д) KI; f) FeSO4; g) СН3СН2СНО; i) H2SO3; j) KHSO3; k) K 2 SO 3. Запишете уравненията за протичащите реакции.
8. Същото, но през разтвора преминават следните газове: а) H 2 S; б) SO 2.
9. Разтвори на а) K 2 S (K 2 SO 4 ); b) K2SO3; в) KNO 2; г) KI (KIO 3). Запишете уравненията за протичащите реакции.
10. Разтвор на калиев хидроксид се добавя към разтвора на хром(III) хлорид, докато първоначално образуваната утайка се разтвори, след което се добавя бромна вода. Запишете уравненията за протичащите реакции.
11. Същото, но на последния етап се добавя разтвор на калиев пероксодисулфат K 2 S 2 O 8, който се редуцира до сулфат по време на реакцията.
12. Запишете уравненията за реакциите, протичащи в разтвора:

а) CrCl 2 + FeCl 3; b) CrSO 4 + FeCl 3; c) CrSO4 + H2SO4 + O2;

d) CrSO4 + H2SO4 + MnO2; д) CrSO 4 + H 2 SO 4 + KMnO 4.

13. Напишете уравнения за реакциите, протичащи между твърд хромен триоксид и следните вещества: а) С; б) СО; c) S (SO2); d) H2S; д) NH3; e) С2Н5ОН (СО2 и Н20); g) CH3COCH3.
14. Напишете уравнения за реакциите, протичащи при добавяне на следните вещества към концентрирана азотна киселина: а) S (H 2 SO 4 ); b) P4((HPO3)4); в) графит; d) Se; д) I2 (HIO3); е) Ag; g) Cu; i) Pb; й) KF; l) FeO; m) FeS; m) MgO; n) MgS; p) Fe(OH)2; в) P2O3; t) As2O3 (H3AsO4); y) As 2 S 3 ; f) Fe(NO3)2; x) P 4 O 10; v) Cu 2 S.
15. Същото, но при преминаване на следните газове: а) CO; b) H2S; c) N2O; d) NH3; д) НЕ; f) H2Se; ж) ЗДРАВЕЙ.
16. Реакциите ще протекат по същия или по различен начин в следните случаи: а) парче магнезий е поставено във висока епруветка, пълна две трети с концентрирана азотна киселина; б) капка концентрирана азотна киселина е поставена върху повърхността на магнезиевата плоча? Запишете уравненията на реакцията.
17. Каква е разликата между реакцията на концентрирана азотна киселина със сероводородна киселина и с газообразен сероводород? Запишете уравненията на реакцията.
18. Ще протече ли ORR по същия начин, когато безводен кристален натриев сулфид и неговият 0,1 М разтвор се добавят към концентриран разтвор на азотна киселина?
19. С концентрирана азотна киселина се третира смес от следните вещества: Cu, Fe, Zn, Si и Cr. Запишете уравненията за протичащите реакции.
20. Напишете уравнения за реакциите, протичащи при добавяне на следните вещества към разредена азотна киселина: а) I 2 ; б) Mg; в) Al; г) Fe; д) FeO; е) FeS; g) Fe(OH)2; i) Fe(OH)3; j) MnS; l) Cu2S; л) CuS; m) CuO; n) Na2S cr; p) Na2S p; в) P4O10.
21. Какви процеси ще възникнат, когато а) амоняк, б) сероводород, в) въглероден диоксид преминават през разреден разтвор на азотна киселина?
22. Напишете уравнения за реакциите, протичащи при добавяне на следните вещества към концентрирана сярна киселина: а) Ag; b) Cu; в) графит; d) HCOOH; e) C6H12O6; f) NaCl cr; g) C2H5OH.
23. Когато сероводородът преминава през студена концентрирана сярна киселина, се образуват S и SO 2, горещата концентрирана H 2 SO 4 окислява сярата до SO 2. Запишете уравненията на реакцията. Как ще протече реакцията между гореща концентрирана H 2 SO 4 и сероводород?
24. Защо хлороводородът се получава чрез третиране на кристален натриев хлорид с концентрирана сярна киселина, но бромоводорода и йодоводород не се получават по този метод?
25. Напишете уравнения за реакциите, протичащи по време на взаимодействието на разредена сярна киселина с a) Zn, b) Al, c) Fe, d) хром в отсъствие на кислород, e) хром във въздуха.
26. Запишете уравнения на реакцията, които характеризират редокс свойствата на водородния пероксид:

В коя от тези реакции водородният прекис е окислител и в коя е редуциращ агент?

27. Какви реакции протичат при нагряване на следните вещества: а) (NH 4) 2 CrO 4; b) NaNO3; в) CaCO3; d) Al(NO3)3; д) Pb(NO3)3; f) AgNO3; g) Hg(NO3)2; i) Cu(NO3)2; j) CuO; l) NaCl04; m) Ca(ClO4)2; m) Fe(NO3)2; n) PC1 5; p) MnCl4; c) H2C2O4; r) LiNO3; y) HgO; f) Ca(NO3)2; x) Fe(OH)3; v) CuCl2; h) KCl03; w) KClO2; y) CrO3?
28. Когато се комбинират горещи разтвори на амониев хлорид и калиев нитрат, възниква реакция, придружена от отделяне на газ. Напишете уравнение за тази реакция.
29. Напишете уравнения за реакциите, които се случват, когато а) хлор, б) бромни пари преминават през студен разтвор на натриев хидроксид. Същото, но чрез горещ разтвор.
30. Когато взаимодейства с горещ концентриран разтвор на калиев хидроксид, селенът претърпява дисмутация до най-близките стабилни степени на окисление (–II и +IV). Напишете уравнение за този ORR.
31. При същите условия сярата претърпява подобна дисмутация, но излишната сяра реагира със сулфитни йони, за да образува тиосулфатни йони S 2 O 3 2. Запишете уравненията за протичащите реакции. ;
32. Напишете уравнения за реакциите на електролиза на а) разтвор на меден нитрат със сребърен анод, б) разтвор на оловен нитрат с меден анод.