3. Метод макроподстановки при расставлении коэффициентов в органических овр

В случае, когда множество атомов углерода меняют степень окисления, рассматривается каждый атом отдельно, а затем все отданные атомами углерода электроны складываются. В этом и состоит сущность макроподстановки. Рассмотрим пример 6. Пользуясь схемой 1, составим формулы продуктов реакции окисления.

+ KMnO₄ + H₂SO₄ 

+ CO₂ + CH₃COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Теперь определим степени окисления всех атомов углерода, которые будут меняться: в атоме, связанном с гидроксильной группой – 1, в альдегидной группе +1, в метильном радикале – 3, в этильном радикале будет менять степень окисления только атом, связанный с СН, его степень окисления – 2, в СН степень окисления С – 1. Первые от бензольного кольца атомы углерода приобрели степень окисления +3, метильный радикал превратился в углекислый газ +4, углерод этильного радикала – в карбоксильную группу +3.

С ^-1 – 4е  С⁺³

С ⁺¹ – 2е  С⁺³

С ^-1 – 4е  С⁺³ 22 5 восстановитель

С ^-3 – 7е  С⁺⁴

С ^-2 – 5е  С⁺³

Окисление

Mn⁺⁷ + 5е  Mn⁺² 22 окислитель

Восстановление

ИЛИ

С ^-1 +С ⁺¹ +С ^-1 +С ^-3 +С ^-2 – 22 е  4С⁺³ + С⁺⁴

- 6 е +16 е

Расставим коэффициенты (органические вещества записаны в виде молекулярных формул, но так записывать не обязательно)

5С₁₂Н₁₆О₂+ 22KMnO₄ + 33H₂SO₄  5С₉Н₆О₆ + 5CO₂ + 5CH₃COOH + 22MnSO₄ + 11K₂SO₄ + 38H₂O

В большинстве случаев окислительно-восстановительные реакции органических соединений сопровождаются отщеплением или присоединением атомов водорода и кислорода.

При окислении: введение в молекулу органического соединения атома кислорода эквивалентно потере двух электронов, а отщепление атома водорода – потере одного электрона.

При восстановлении: отщепление атома кислорода – приобретение двух электронов, присоединение атома водорода – приобретение одного электрона.

На этом принципе основан способ расстановки коэффициентов, не требующий определения степени окисления углерода. Определим число атомов водорода, потерянных толуолом, и число атомов кислорода, введенных в молекулу. Потеряно два атома водорода (-2e¯), введено два атома кислорода (-4e¯). Всего отдано 6e¯.

Рассмотрим применение различных способов расстановки коэффициентов на примере реакции между n-метилкумолом и перманганатом калия в кислой среде.

1.Окисление любых алкильных заместителей у производных бензола происходит до карбоксильных групп:

С Н₃ – СН – СН₃

СООН

+ KMnO₄ + H₂SO₄ →

CH₃

СООН

+ K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O + CO₂

Два атома углерода изопропильного радикала окисляются до углекислого газа.

2. Составим схему электронного баланса без определения степеней окисления атомов углерода.

Определим число атомов водорода, потерянных n-метилкумолом, и число атомов кислорода,введенных в молекулу. Потеряно восемь атомов водорода (-8e¯), введено четыре атома кислорода (-8e¯). Кроме того, четыре атома кислорода вошли в состав углекислого газа (-8e¯). Всего отдано 24e¯.

Марганец со степенью окисления +7 восстановился до +2, тогда схему электронного баланса можно записать:

С₁₀Н₁₄ – 24e¯ → С₈Н₆О₄ │5 восстановитель

Mn⁺⁷ + 5е^- →Mn⁺² │24 окислитель

Задание 4.

1. Напишите уравнение реакции между пропиленом и перманганатом калия в нейтральной среде.

2. Напишите уравнение реакции между бутеном-2 и перманганатом калия в кислой среде.

3. Сравните отношение к окислителям всех изомерных спиртов состава С₄Н₁₀О. Для бутанола-1 и бутанола-2 напишите уравнения реакций с раствором дихромата калия в кислой среде.

4. Напишите уравнение реакции между этиловым спиртом раствором дихромата калия в кислой среде.

5. Напишите уравнение реакции между этилбензолом и перманганатом калия в кислой среде.

6. Напишите уравнение реакции между стиролом и перманганатом калия в нейтральной и кислой среде.

7. Напишите уравнение реакции восстановления 1,3-диметилнитробензола сульфидом аммония в нейтральной среде (реакция Зинина).

8. При окислении глюкозы бромной водой образуетя глюконовая кислота, а при окислении концентрированной азотной кислотой – глюкаровая. Запишите уравнения соответствующих реакций.

9. Приведите уравнения реакций взаимодействия ацетилена с перманганатом калия в кислой и нейтральной среде с образованием щавелевой кислоты и оксалата калия соответственно.

10. Запишите уравнение реакции окисления формальдегида при нагревании с гидроксидом меди (II).

11. Напишите уравнение реакции между бутандиолом-1,4 и перманганатом калия в кислой среде с образованием двухосновной карбоновой кислоты.

Для расстановки коэффициентов используйте любой метод.