3. Реакции окисления

а) реакции мягкого окисления водным раствором перманганата калия

-1 -2 +7 0 -1

3 CH₃-CH=CH₂ + 2 KMnO₄ + 4 H₂O 3 CH₃-CH-CH₂ + 2 KOH +

+2MnO₂ | |

OH OH

-1 0

C - 1 е → C

-2 -1 процесс окисления

C - 1 е → C

+7 +4

Mn + 3 е → Mn процесс восстановления

Эта реакция обесцвечивания раствора перманганата калия является качественной реакцией на алкены, как и реакция обесцвечивания бромной воды.

в) действие жестких окислителей ( азотной кислоты, перманганата калия и дихромата калия в кислой среде) приводит к разрыву молекулы алкена по месту расположения двойной связи с образованием кислот и кетонов:

CH₃CH=CH­ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → CH₃COOH + CO₂ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O

CH₃-C(CH₃) = CH –CH₃ + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ →

CH₃-C(O)СН₃ + CH₃COOH + Cr₂(SO₄)₃ + 4H₂O + K₂SO₄

ацетон

г) каталитическое окисление кислородом:

д) реакции горения

C_nH_2n + 3n/2 O₂ nCO₂ + n H₂O

Примеры решения задач

Пример 12. Газовую смесь, состоящую из этена и водорода и имеющую плотность по водороду 3,6, пропустили над нагретым никелевым катализатором. При этом образовалась газовая смесь с плотностью по водороду 4,23. Определить выход в реакции гидрирования и состав полученной газовой смеси (в % по объему).

Решение:

Поскольку в условии задачи заданы только относительные значения

( т.е. величины, не зависящие от количества вещества – относительная плотность) и необходимо определить также относительные величины

( состав, выход в реакции), для упрощения расчетов зададимся каким-либо абсолютным значением.

1) Пусть количество моль исходной смеси n(см₁) =1 моль,

Исходная газовая смесь(смесь 1): С₂H₄ и H₂

2) Вычислим среднюю молярную массу этой смеси

Мср. (см₁)= D(см₁)∙М(Н₂) = 3,6 ∙ 2 = 7,2 г/моль,

3) Тогда масса смеси (1):

m(см₁) = М (см₁) ∙ n(см₁) = 7,2 ∙ 1 = 7,2 г.

4) Пусть n(С₂H₄)= х моль; n(H₂)= у моль.

Составим систему уравнений и решаем её:

х + у = 1 x = 0,2

28 х + 2у = 7,2 y = 0,8

Таким образом, исходная смесь состоит из 0,8 моль С₂H₄ и 0,2 моль H₂.

5) После реакции гидрирования:

С₂H₄ + H₂ = С₂H₆

получим смесь (2): С₂H_4, H₂ и С₂H₆.

Вычислим среднюю молярную массу этой смеси

Мср. (см₂)= D(см₂)∙М(Н₂) = 4,23 ∙ 2 = 8,46 г/моль.

6) Поскольку, согласно закону сохранения массы, общая масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна общей массе продуктов реакции; масса газовой смеси в результате гидрирования не меняется, m(см₁) = m (см₂) = 7,2 г.

7) Вычислим количество вещества конечной газовой смеси (смеси 2):

n(см₂)= m (см₂)/ M(см₂) = 7,2 ׃ 8,46 = 0,851моль.

8) Пусть, в реакцию вступает z(моль) H₂, тогда в реакцию ступает также z моль С₂H₄ и в результате реакции образуется z моль С₂H₆.

Было 0,8 0,2

С₂H₄ + H₂ = С₂H₆

Прореагировало z z стало z

Запишем эти данные для удобства в виде таблицы

9) Определим количества всех веществ в конечной газовой смеси(2):

n(см₂)= n(С₂Н₄)+ n(Н₂)+n(С₂Н₆)= (0,8-z)+(0.2-z)+z=1-z= 0,851

Отсюда z= 1-0,851=0,149

В смеси (2):

n(С₂Н₄)= 0,8-0,149=0,651 моль

n(Н₂)= 0,2-0,149=0,051 моль

n(С₂Н₆)=0,149моль

10) Выход в реакции гидрирования вычисляем как отношение количества вещества С₂Н_6, полученное практически, к количеству вещества, рассчитанному по уравнению химической реакции (т.е. теоретически).

Количество вещества С₂Н_6, полученное по реакции теоретически, рассчитываем по недостатку. В смеси (1) водород находится в недостатке. Следовательно

n(С₂Н₆)_теор= 0,2 моль

η (С₂Н₆)=0,149/0,2= 0,745 (74,5%)

11) Определяем состав полученной газовой смеси (в % по объему)

φ( в-ва)=V(в-ва)/V(см₂)∙100%= n(в-ва)/n(см₂)∙100%

φ(С₂Н₆)=0,149:0,851∙100%= 17,51% φ(С₂Н₄)=0,651:0,851∙100%= 76,50%

φ(Н₂)=0,051:0,851∙100%= 5,99%

Ответ: φ(С₂Н₆)=17,51%; φ(С₂Н₄)= 76,50%; φ(Н₂)= 5,99%

η (С₂Н₆)=74,5%

Пример13. В молекуле нециклического углеводорода sp³ – гибридизованных атомов углерода равно трем, , а sp²- гибридизованных – двум. Установите строение этого углеводорода, если в его составе содержится только один третичный атом углерода. Какая масса бромоводорода может вступить в реакцию с 14 г этого углеводорода. Определить массовую долю брома как элемента в полученном бромпроизводном .