Автор: Попкова Галина Ильинична
Должность: учитель химии
Учебное заведение: МБОУ
Населённый пункт: г.Саяногорск
Наименование материала: методическое пособие для учащихся по химии
Тема: Составление окислительно – восстановительных реакций в реакциях органических веществ
Раздел: полное образование
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
« Школа № 3 имени Героя России Сергея Медведева»
Муниципального образования г. Саяногорск
Составление окислительно – восстановительных реакций в реакциях
органических веществ
Пособие для учащихся
Саяногорск 2021
1
Составление окислительно – восстановительных реакций в реакциях
органических веществ
Пособие для учащихся
Автор-составитель: Попкова Г.И., учитель химии МБОУ "«Школа № 3 имени
Героя России Сергея Медведева» МО г.Саяногорска Республики Хакасия
Пособие предназначено для учеников выпускных классов для подготовки и
успешной
сдачи
ЕГЭ,
а
также
для
учителей
общеобразовательных
учреждений, начинающих свою педагогическую деятельность. В данном
методическом пособии включены примеры окислительно-восстановительных
реакций, которые больше всего вызывают затруднения при их составлении.
2
Содержание
Введение………………………………………………………………………..4
Составление окислительно – восстановительных реакций в органических
реакциях………………………………………………………………………...4
Заключение…………………………………………………………………….13
Список использованной литературы…………………………………………14
3
Введение.
Окислительно-восстановительные
реакции
играют
важную
роль
в
природе и технике. Фотосинтез, дыхание, брожение, накопление энергии в
клетках
сопровождаются
переносом
электронов.
Разделяя
процессы
окисления и восстановления, удается превращать энергию химических
реакций в электрическую.
Целью
данного
пособия
является
оказание
помощи
в
изучении
окислительно - восстановительных реакций. В нём парводятся разобранные
примеры , которые помогут глубже понять изучаемый материал.
Для более
серьёзного
изучения
материала
необходимо
использовать
учебную
литературу, список которой приводится в конце пособия.
Составление окислительно – восстановительных реакций в
органических реакциях.
Окислительно -
восстановительные
реакции
(ОВР) -
реакции,
протекающие с изменением степени окисления одного или нескольких
элементов.
К числу ОВР принадлежат все реакции между простыми и сложными
веществами, между двумя простыми веществами, а также некоторые случаи
взаимодействия сложных веществ.
При определении степени окисления атомов углерода в органических
соединениях следует помнить
1. У каждого атома углерода степень окисления определяется отдельно.
2.
При этом не учитываются углерод - углеродные
связи, а
алгебраическая сумма степеней окисления атомов, связанных с каждым
атомом углерода равна нулю. Поэтому, зная степени окисления других
элементов, легко определить степень окисления атомов углерода.
3.
Атомы водорода в органических соединениях проявляют степень
окисления +1, атомы кислорода -2, атомы галогенов -1, атомы азота или -3
(если это производные аммиака) или +5 (если производные азотной кислоты).
Пример расстановки степеней окисления в органических соединениях:
Рис.1
C
−
2
H
2
+
1
=
C
−
2
H
2
+
1
;C
−
3
H
3
+
1
−
C
−
1
H
+
1
=
C
−
2
H
2
+
1
;C
−
3
H
3
+
1
−
C
0
≡C
−
1
H
+
1
;C
−
3
H
3
+
1
−
C
−
1
H
2
+
1
−
O
−
2
H
+
1
;
H
+
1
−
C
0
¿
O
−
2
−
H
+
1
;C
−
3
H
3
+
1
−
C
+
1
¿
O
−
2
−
H
+
1
; H
+
1
−
C
+
2
¿
O
−
2
−
O
−
2
H
+
1
; C
−
2
H
3
+
1
−
N
−
3
−
C
−
2
H
3
+
1
H
+
1
O
−
2
C
−
3
H
3
+
1
−
C
+
2
−
C
−
3
H
3
+
1
;
C
−
1
H
2
+
1
−
C
+
3
O
−
2
−
Na
+
1
O
−
2
Cl
−
1
4
Основные окислители, которые чаще всего в используют в школьном
курсе: KMnO
4
, K
2
Cr
2
O
7
, озон, галогены и др.
Необходимо помнить, что ион MnO
4
-
, имеющий фиолетово-малиновую
окраску в кислой среде переходит в бесцветный ион Mn
+2
.
MnO
4
-
+ 8H++5
e
→ Mn
+2
+4H
2
O.
в нейтральной и слабощелочной среде в МnO
2
, образуя бурый осадок
MnO
4
-
+2H
2
O+3
e
→ MnO
2
+4OH
-
.
а в сильнощелочной среде в Mn
О
4
2
−¿ ¿
. При этом фиолетово-малиновая
окраска переходит в зеленую:MnO
4
-
+ 1
е
→ MnO
4
2-
.
Ион Cr
2
O
7
2-
оранжевого цвета в кислой среде переходит в ион
Cr
3
+ ¿ ¿
зеленого цвета 7.
Cr
2
O
7
2-
+14H+ + 6
e
→ 2Cr
3+
+7H
2
O.
Оксид хрома CrO
3
оказывает такое же действие CrO
3
+6H
+
+3
e
→ Cr
3+
+3H
2
O.
Очень легко окисляются алкены. Образование продуктов, которые
получаются при этом, зависит от строения алкенов и от условия проведения
реакций.
При окислении алкенов разбавленным водным раствором при обычной
температуре они превращаются в двухатомные спирты.
Расстановка коэффициентов в органических реакциях.
Пример 1. Окисление этилена перманганатом калия в нейтральной среде
3C
-2
H
2
= C
-2
H
2
+ 2K
Mn
+
7
O
4
+ 4H
2
O → 3C
-1
H
2
- C
-1
H
2
+ 2
Mn
+
4
O
2
+ 2KOH
|
|
OH
OH
2C
-2
- 2
e
→ 2C
-1
| 3
Mn
+7
+3
e
→ Mn
+4
| 2
Пример 2. Оксиление пропена перманганатом калия в нейтральной среде
3СН
3
-С
-1
Н=С
-2
Н
2
+2КМn
+7
O
4
+ 4H
2
O → ЗСН
3
-С
0
Н-С
-1
H
2
+ 2Mn
+4
O
2
+ 2KOH
| |
OH OH
C
-1
– 1
e
→
C
0
C
-2
– 1
e
→
C
−
1
|3
Mn
+7
+3е → Мn
+4
|2
При нагревании симметричного алкена перманганатом калия двойная
связь разрывается.
Пример 3.
С
-2
Н
2
= С
-2
Н
2
+ 4КМn
+7
O
4
→ 2С
+4
O
2
- 4Mn
+4
O
2
+ 4KOH
2C
-2
- 12
e
→ 2C
+4
|1
Mn
+7
+3
e
→ Mn
+4
|4
5
2
e
Аналогичная картина наблюдается, если два атома углерода, связанные
двойной связью, входят в состав других классов органических соединений.
Пример 4. Окисление непредельных дикарбоновых кислот
3COOH-C
-1
H = C
-1
H-COOH+2KMn
+7
O
4
+ 4H
2
O → 3COOH-C
0
H-C
0
H-COOH+2KOH+2
Mn
+
4
O
2
| |
OH OH
2C
-1
-2
e
→2C
0
|3
Mn
+7
+3
e
→Mn
+4
|2
Пример 5. Окисление стирола (винилбензола)
3C
6
H
5
-C
-1
H=
C
−
2
H
2
+2KMn
+7
O
4
+4H
2
O→3C
6
H
5
-C
0
H-C
-1
H
2
+2Mn
+4
O
2
+2KOH
| |
OH OH
C
−
1
– 1
e
→
C
0
C
−
2
– 1
e
→
C
−
1
Mn
+7
+3
e
→Mn
+4
2
Если в качестве окислителя используют кислый раствор KMnO
4
или
хромовую смесь происходит расщепление молекулы алкена по месту двойной
связи. В качестве продуктов реакции могут получиться две кислоты.
Пример 6.Окисление симметричного алкена перманганатом калия в кислой
среде
5CH
3
-C
-1
H=C
-1
H-CH
3
+8KMn
+7
O
4
+12H
2
SO
4
→10CH
3
-C
+3
OOH+4K
2
SO
4
+8Mn
+2
SO
4
+12H
2
O
2C
-1
-8
e
→2C
+3
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|8
Окисление несимметричного алкена перманганатом калия в кислой среде,
образуются органическая кислота и CO
2
.
Пример 7.
CH
3
-CH
2
-C
-1
H=C
-2
H
2
+2KMn
+7
O
4
+3H
2
SO
4
→CH
3
-CH
2
-C
+3
OOH+C
+4
O
2
+K
2
SO
4
+2Mn
+2
SO
4
+4H
2
O
C
−
1
–4
e
→
C
+
3
C
−
2
– 6
e
→
C
+
4
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
2
Пример 8.
3C
6
H
5
-C
-1
H=
C
−
2
H
2
+5
K
2
Cr
2
+
6
O
7
+2OH
2
SO
4
→3C
+4
O
2
+3
C
6
H
5
-C
+3
OOH
+5
K
2
S
O
4
+
5 Cr
2
+
3
(
SO
4
)
3
+23H
2
O
6
2
e
3
10 e
1
C
−
1
–4
e
→
C
+
3
C
−
2
– 6
e
→
C
+
4
2Cr
+6
+6
e
→2Cr
+3
5
При окислении этилена перманганатом калия в кислой среде образуется
только CO
2
.
Пример 9.
5C
-2
H
2
=C
-2
H
2
+12KMn
+7
O
4
+18H
2
SO
4
→10C
+4
O
2
+12Mn
+2
SO
4
+6K
2
SO
4
+28H
2
O
2C
-2
-12
e
→2C
+4
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|12
Если алкен имеет разветвленное строение, то продуктами реакции могут
быть кислота и кетон, кетон и СО
2
.
Пример 10.
5CH
3
-C
0
=C
-1
H
3
+6KMn
+7
O
4
+9H
2
SO
4
→5CH
3
-C
+2
-CH
3
+5CH
3
-C
+3
OOH+3K
2
SO
4
+6Mn
+2
SO
4
+9H
2
0
| ||
CH
3
O
C
0
–2
e
→
C
+
2
C
−
1
– 4
e
→
C
+
3
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|6
Пример 11.
5CH
3
-C
0
=C
-2
H
2
+8KMn
+7
O
4
+12H
2
SO
4
→5CH
3
-C
+2
-CH
3
+5C
+4
O
2
+4K
2
SO
4
+8Mn
+2
SO
4
+17H
2
O
| ||
CH
3
O
C
0
–2
e
→
C
+
2
C
−
2
– 6
e
→
C
+
4
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|8
В щелочной среде образуются двухатомные спирты. Эта реакция является
качественной, так как при этом фиолетово-розовая окраска переходит в
зеленую.
Пример 12.
CH
3
-C
-1
H=C
-2
H
2
+2KMn
+7
O
4
+2KOH→CH
3
-C
0
H-C
-1
H
2
+2K
2
Mn
+6
O
4
|
|
OH OH
7
10 e
3
6 e
8 e
C
−
1
–1
e
→
C
0
C
−
2
– 1
e
→
C
−
1
|1
Mn
+7
+1
e
→Mn
+6
|2
При
окислении
этилена
кислородом
воздуха
в
присутствии
металлического серебра образуется оксид этилена (350
0
С).
Пример 13.
2CH
2
=CH
2
+O
2
2CH
2
-CH
2
\ /
O
Алкины легко окисляются с частичным или полным разрывом молекулы,
по тройной связи.
Пример 14.
5CH
3
-C
0
≡C
−
1
H+8KMn
+7
O
4
+12H
2
SO
4
→5CH
3
-C
+3
OOH +5C
+4
O
2
+4K
2
SO
4
+8Mn
+2
SO
4
+12H
2
O
C
0
–3
e
→
C
+
3
C
−
2
– 5
e
→
C
+
4
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|8
Пример 15.
5C
6
H
5
-C
0
=C
-1
H+8KMn
+7
O
4
+12H
2
SO
4
→5C
+4
O
2
+5C
6
H
5
-C
+3
OOH +4K
2
SO
4
+8Mn
+2
SO
4
+12H
2
O
При действии KMnO
4
на ацетилен нейтральной среде получается оксалат
калия.
Пример 16.
3C
-1
H
≡
C
-1
H+8KMn
+7
O
4
→3(O=C
+3
-C
+3
=O) +8Mn
+4
O
2
+2KOH+2H
2
O
| |
OK OK
2C
-1
-8
e
→2C
+3
|3
Mn
+7
+3
e
→Mn
+4
|8
Бензол не окисляется раствором KMnO
4
. Толуол и другие гомологи
бензола легко окисляются до бензойной кислоты. При этом толуол
окисляется в кислой среде до бензойной кислоты.
Пример 17.
5C
6
H
5
-C
-3
H
3
+6KMn
+7
O
4
+9H
2
SO
4
→5C
6
H
5
-C
+3
OOH+6Mn
+2
SO
4
+3K
2
SO
4
+14
H
2
O
C
-3
-6
e
→C
+3
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|6
Если радикал содержит два и более атомов угле рола, то получается
бензойная
кислота
и
выделяется
СО
2
,
иногда
бензойная
кислота,
соответствующая карбоновая кислота, и CO
2
.
Пример 18.
8
Ag
8 e
2 e
5C
6
H
5
-C
-2
H
2
-C
-3
H
3
+12KMn
+7
O
4
+18H
2
SO
4
→
5C
6
H
5
-C
+3
OOH+5C
+4
O
2
+6K
2
SO
4
+12Mn
+2
SO
4
+28H
2
O
C
−
2
–5
e
→
C
+
3
C
−
3
– 7
e
→
C
+
4
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|12
Пример 19.
5C
6
H
5
-C
-1
H-C
-2
H
2
-C
-3
H
3
+16KMnO
4
+24H
2
SO
4
→5C
+4
O
2
+5C
6
H
5
-C
+3
OOH +
|
C
+3
H
3
+5CH
3
--C
+3
OOH+16Mn
+2
SO
4
+8K
2
SO
4
+34H
2
0
C
−
1
–4
e
→
C
+
3
|5
C
−
3
–7
e
→
C
+
4
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|16
Если в состав молекул гомологов бензола в радикале два и более атома
углерода, то выделяющийся углекислый газ с образующейся щелочью может
образовывать карбонаты и гидрокарбонаты.
Пример 20.
C
6
H
5
-C
-2
H
2
-C
-3
H
3
+4KMn
+7
O
4
→C
6
H
5
-C
+3
OOK+4Mn
+4
O
2
+K
2
C
+4
O
3
+KOH+2H
2
O
C
−
2
–5
e
→
C
+
3
C
−
3
–7
e
→
C
+
4
|1
Mn
+7
+3
e
→Mn
+4
|4
Пример 21.
C
6
H
5
-C
-1
H-C
-3
H
3
+6KMn
+7
O
4
→C
6
H
5
-C
+3
OOK+2K
2
C
+4
O
3
+6Mn
+4
O
2
+KOH+3H
2
O
|
C
-3
H
3
C
−
1
–4
e
→
C
+
3
2 C
−
3
–14
e
→2
C
+
4
18
e
|1
Mn
+7
+3
e
→Mn
+4
|6 При окислении толуола MnO
2
образуется
бензальдегид.
Пример 22.
C
6
H
5
-C
-3
H
3
+2Mn
+4
O
2
+2H
2
SO
4
→C
6
H
5
-C
+1
OOH+2Mn
+2
SO
4
+3H
2
O
9
12 e
12
e
C
-3
-4
e
→C
+1
|1
Mn
+
4
+2
e
→Mn
+2
|2
При окислении спиртов образуются различные продукты. Первичные
спирты чаще всего переходят в альдегиды
Пример 23.
3CH
3
-C
-1
H
2
-OH+2Cr
+6
O
3
+3H
2
SO
4
→3CH
3
-C
+1
HO+Cr
+3
2
(SO
3
)
3
+6H
2
O
C
-1
-2
e
→C
+1
|3
Cr
+6
+3
e
→Cr
+3
|2
Пример 24.
3CH
3
-C
-1
H
2
-OH+K
2
Cr
+6
2
O
7
+4H
2
SO
4
→3CH
3
-C
+1
HO+K
2
SO
4
+Cr
+3
2
(SO
4
)+7H
2
O
Пример 25.
3C
6
H
5
-C
-1
H
2
-OH+2KMn
+7
O
4
→3C
6
H
5
-C
+1
HO+2Mn
+2
O
2
+2KOH+2H
2
O
C
-1
-2
e
→C
+1
|3
Mn
+7
+3
e
→Mn
+4
|2
и в кислоты.
Пример 26.
5CH
3
-C
-1
H
2
-OH+4KMn
+7
O
4
+6H
2
SO
4
→5CH
3
-C
+3
=O+2K
2
SO
4
+4Mn
+2
SO
4
+11H
2
O
|
H
C
-1
-4
e
→C
+3
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|4
Пример 27.
5C
-1
H
2
-CH
2
-CH
2
-C
-1
H
2
+8KMn
+7
O
4
+12H
2
SO
4
→5O=C
+3
-CH
2
-CH
2
- C
+3
=O+4K
2
SO
4
+8Mn
+2
SO
4
+22H
2
O
|
|
|
|
OH
OH
HO
OH
2
C
−
1
-8
e
→2
C
+
3
|5
Mn
+
7
+5e→
Mn
+
2
|8
Пример 28.
3C
6
H
5
-C
-1
H
2
-OH+2K
2
Cr
+6
2
O
7
+8H
2
SO
4
→3C
6
H
5
-C
+3
=O+2Cr
+3
2
(SO
4
)
3
+2K
2
SO
4
+11H
2
O
|
OH
C
-1
-4
e
→C
+3
|3
2Cr
+6
+6
e
→2Cr
+3
|2
При окислении метанола выделяется СО
2
.
10
Пример 29.
5C
-2
H
3
OH+6KMn
+7
O
4
+9H
2
SO
4
→5C
+4
O
2
+6Mn
+2
SO
4
+3K
2
SO
4
+19H
2
O
C
-2
-6
e
→C
+4
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|6
В
нейтральной
среде
образующаяся
кислота
дает
соль
при
взаимодействии со щелочью.
Пример 30.
3CH
3
-C
-1
H
2
-OH+4KMn
+7
O
4
→3CH
3
-C
+3
OOK+4Mn
+4
O
2
+KOH+4H
2
O
C
-1
-4
e
→C
+3
|3
Mn
+7
+3
e
→Mn
+4
|4
Вторичные спирты при окислении переходят в кетоны.
Пример 31.
5CH
3
-C
0
H-CH
-3
+2KMn
+7
O
4
+3H
2
SO
4
→CH
3
-C
+2
-CH
3
+K
2
SO
4
+2Mn
+2
SO
4
+8H
2
O
|
||
OH
O
C
0
-2
e
→C
+2
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|2
У третичных спиртов под действием энергичных окислителей или при
высокой температуре происходит разрушение молекулы с образованием
смеси кислот.
Для окисления спиртов можно использовать и галогены, при этом на
первом этапе образуется альдегид, а затем кислота.
Пример 32.
CH
3
-C
-1
H
2
-OH+Cl
0
2→CH
3
-C
+1
H
2
-OCl
-1
+HCl
-1
CH
3
-CH-O-Cl→CH
3
-C
+1
=O+HCl
-1
|
|
H
H
C
-1
-2
e
→C
+3
|1
Cl
0
+2
e
→2Cl
-1
|1
При окислении альдегидов образуются соответствующие карбоновые
кислоты.
Пример 33.
5CH
3
-C
+1
=O+2KMn
+7
O
4
+3H
2
SO
4
→5CH
3
-C
+3
=O+K
2
SO
4
+2Mn
+2
SO
4
+3H
2
O
|
|
H
OH
11
C
+1
-2
e
→C
+3
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|2
Пример 34.
CH
3
-C
+1
=O+2[Ag
+1
(NH
3
)
2
]OH→CH
3
-C
+3
OONH
4
+2Ag
0
↓
+3NH
3
↑
+H
2
O
|
H
Исключением
является
метаналь,
так
как
муравьиная
кислота
в
дальнейшем окисляется до углекислого газа, который может образовывать
карбонаты и гидрокарбонаты.
Пример 35.
3H-C
0
=O+4KMn
+7
O
4
→K
2
C
+4
O
3
+KHC
+4
O
3
+4Mn
+4
O
2
+2H
2
O
|
H
C
0
-4e→C
+4
|3
Mn
+7
+3
e
→Mn
+4
|4
Пример 36.
H-C
0
=O+4[Ag+NH
3
)
2
]OH→4Ag
O
↓
+7NH
3
+2H
2
O+NH
4
НС
+4
O
3
|
H
При окислении соединений
с двойственными функциями протекают
более сложные процессы.
Пример 37.
3C
-2
H
2
=C
-1
H-C
+1
=O+4KMn
+7
O
4
+2H
2
O→KOH+3C
-1
H
2
-C
0
H-C
+3
=O+4Mn
+4
O
2
|
| | |
H
OH OH OK
C
−
2
–1
e
→
C
−
1
C
−
1
–1
e
→
C
0
C
+
1
–2
e
→
C
+
3
|3
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|4
При
окислении
кетонов
происходит
разрыв
углеродный
цепи
с
образованием смеси различных кислот.
Пример 38.
5CH
3
-CH
2
-C
+2
-CH
3
+8KMn
+7
O
4
+12H
2
SO
4
→5CH
3
-CH
2-
C
+3
OOH+5C
+4
O
2
+4K
2
SO
4
+8Mn
+2
SO
4
+17H
2
O
||
O
12
4 e
C
+
2
–1
e
→
C
+
3
C
−
3
–7
e
→
C
+
4
8
e
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|8
Пример 39.
5CH
3
-C
-2
H
2
-C
+2
-CH
3
+6KMn
+7
O
4
+9H
2
SO
4
→10CH
3
-C
+3
OOH+3K
2
SO
4
+6Mn
+2
SO
4
+9H
2
O
||
O
C
−
2
–5
e
→
C
+
3
C
+
2
–1
e
→
C
+
3
6
e
|5
Mn
+7
+5
e
→Mn
+2
|6
При окислении муравьиной кислоты KMnO
4
в нейтральной среде
образуются карбонаты или гидрокарбонаты.
Пример 40.
3H-C
+2
=O+2KMn
+7
O
4
→2KHC
+4
O
3
+C
+4
O
2
+2Mn
+4
O
2
+2H
2
O
|
OH
C
+2
-2
e
→С
+4
|3
Mn
+7
+3
e
->Mn
+4
|2
Заключение.
В данном методическом пособии приведены примеры органических
реакций, где одни и те же вещества в различных средах превращаются в
различные продукты:
1. Алкены в нейтральной
среде в присутствии перманганата калия
превращаются в диолы;
2. Алкены в кислой среде могут окисляться до кислот или до углекислого
газа и т.д.
При
составлении
окислительно-восстановительных
реакций
нельзя
забывать о том, что при исчерпывающем окислении органических веществ
образуется углекислый газ или как промежуточный продукт СО.
13
Список использованной литературы
1. Кузьменко Н.Е, Еремин В.В. 2500 задач по химии. – М: Экзамен, 2005.
2. Кузьменко Н.Е, Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии. – М: Экзамен,
2007
3. Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. Сборник задач и упражнений по химии:
школьный курс. – М: Экзамен, 2005
14