Уравнивание окислительно-восстановительных реакций с участием органических веществ методом электронного баланса. статья по химии (11 класс) по теме

В статье обсуждается возможность описания ОВР с участием органических веществ с помощью метода электронного баланса. Также даны рекомендации по составлению уравнений реакций.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Уравнивание окислительно-восстановительных реакций с участием органических веществ методом электронного баланса.

Реакции окисления органических веществ часто встречаются в базовом курсе химии. При этом, их запись обычно представляется в виде несложных схем, часть из которых дает лишь общее представление о превращениях веществ различных классов друг в друга, не учитывая конкретных условий протекания процесса (например, реакции среды), которые влияют на состав продуктов реакции. Между тем, требования ЕГЭ по химии в части С таковы, что возникает необходимость записи именно уравнения реакции с определенным набором коэффициентов. В данной работе приведены рекомендации по методике составления таких уравнений.

Для описания окислительно-восстановительных реакций применяют два метода: метод электронно-ионных уравнений и метод электронного баланса. Не останавливаясь на первом, отметим, что метод электронного баланса изучается в курсе химии основной школы и поэтому вполне применим для продолжения изучения предмета.

Уравнения электронного баланса прежде всего описывают процессы окисления и восстановления атомов. Кроме этого, специальные множители указывают на коэффициенты перед формулами веществ, содержащих атомы, которые участвовали в процессах окисления и восстановления. Это, в свою очередь, позволяет находить остальные коэффициенты.

Пример 1. Окисление толуола перманганатом калия в кислой среде.

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = …

Известно, что боковые метильные радикалы аренов обычно окисляются до карбоксила, поэтому в данном случае образуется бензойная кислота. Перманганат калия в кислой среде восстанавливается до двузарядных катионов марганца. Учитывая наличие сернокислотной среды, продуктами будут сульфат марганца (II) и сульфат калия. Кроме того, при окислении в кислой среде образуется вода. Теперь схема реакции выглядит так:

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

Из схемы видно, что изменяется состояние атома углерода в метильном радикале, а также атома марганца. Степени окисления марганца определяются по общим правилам подсчета: в перманганате калия +7, в сульфате марганца +2. Степени окисления атома углерода можно легко определить исходя из структурных формул метильного радикала и карбоксила. Для этого нужно рассмотреть смещение электронной плотности исходя из того, что по электроотрицательности углерод занимает промежуточное положение между водородом и кислородом, а связь С-С формально считается неполярной. В метильном радикале атом углерода притягивает три электрона от трех атомов водорода, поэтому его степень окисления равна -3. В карбоксиле атом углерода отдает два электрона карбонильному атому кислорода и один электрон атому кислорода гидроксильной группы, поэтому степень окисления атома углерода +3.

Уравнение электронного баланса:

Mn +7 + 5e = Mn +2 6

Перед формулами веществ, содержащих марганец необходим коэффициент 6, а перед формулами толуола и бензойной кислоты – 5.

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

Далее уравниваем число атомов калия:

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

И число атомов серы:

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

На заключительном этапе необходим коэффициент перед формулой воды, который можно вывести подбором по числу атомов водорода или кислорода:

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

Пример 2. Реакция «серебряного зеркала».

Большинство литературных источников указывают, что альдегиды в этих реакциях окисляются до соответствующих карбоновых кислот. При этом окислителем служит аммиачный раствор оксида серебра (I) – Ag 2 O амм.р-р. В действительности реакция протекает в щелочной аммиачной среде, поэтому должна образовываться соль аммония или СО 2 в случае окисления формальдегида.

Рассмотрим окисление уксусного альдегида реактивом Толленса:

CH 3 CHO + Ag(NH 3 ) 2 OH = …

При этом продуктом окисления будет ацетат аммония, а продуктом восстановления – серебро:

CH 3 CHO + Ag(NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + Ag + …

Окислению подвергается атом углерода карбонильной группы. Согласно строению карбонила, атом углерода отдает два электрона атому кислорода и принимает один электрон от атома водорода, т.е. степень окисления углерода +1. В карбоксильной группе ацетата аммония атом углерода отдает три электрона атомам кислорода и имеет степень окисления +3. Уравнение электронного баланса:

Ag +1 + 1e = Ag 0 2

Поставим коэффициенты перед формулами веществ, содержащих атомы углерода и серебра:

CH 3 CHO + 2Ag(NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + …

Из четырех молекул аммиака в левой части уравнения, одна будет участвовать в солеобразовании, а три оставшиеся выделяются в свободном виде. Также в составе продуктов реакции будет вода, коэффициент перед формулой которой можно найти подбором (1):

CH 3 CHO + 2Ag(NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O

В заключение отметим, что альтернативный способ описания ОВР – метод электронно-ионных уравнений - при его преимуществах, требует дополнительное учебное время для изучения и отработки, которое, как правило, крайне ограничено. Однако и известный метод электронного баланса при его грамотном использовании приводит к требуемым результатам.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Данная разработка успешно применяется при проведении факультативных занятий,а также при подготовке учащихся к сдаче единого государственного экзамена по химии.

В презентации представлен алгоритм расстановки коэффициентов методом электронного баланса, а также 18 схем реакций для упражнений в расстановке коэффициентов с проверкой.

Цель урока: обеспечение условий для самостоятельного вывода учащимися и применения ими на практике алгоритма по составлению ОВР методом электронного баланса. Прилагается презентация.

Конспект урока по теме "Составление уравнений окислительно- восстановительных реакций методом электронного баланса".

В методическом материале подробно описан метод полуреакций, необходимый для расстановки коэффициентов в органических веществах.

Тема: «Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса».

В связи с введением для выпускников средней школы единого государственного экзамена (ЕГЭ) все большую актуальность приобретает подготовка старшеклассников к выполнению наиболее “дорогих” в балльном от.