Аy

Схема 2. Внутричастичная и межчастичная конмутация: (Ах, Аy ) – атомные частицы химического элемента (А) в исходном (исходных) веществе (веществах); Аz – атомные частицы химического элемента (А) в продукте реакции; x, y и z - степени окисления атомных частиц.

В окислительно-восстановительных реакциях с дисмутацией часть одноименных атомных частиц с промежуточной степенью окисления восстанавливается, а часть – окисляется.

Так как реакция дисмутации противоположна реакции конмутации, логично предположить, что дисмутация также может быть как межчастичной, так и внутричастичной.

Тогда к внутримолекулярной дисмутации (схемы 1, 3) следует отнести реакции, в которых перенос электронов происходит между одноименными атомными частицами с промежуточной степенью окисления, входящими в состав молекулярных частиц одного вещества:

Cl2 + 2KOHр = KCl + KClO + H2O

восстановитель,

окислитель Clо + 1ē = Cl - 1

Clо - 1ē = Cl+ 1

3Cl2 + 6KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O (t)

восстановитель,

окислитель Clо + 1ē = Cl - 5

Clо - 5ē = Cl+5 1

3S + 6NaOH = 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O

восстановитель,

окислитель Sо + 2ē = S2- 2

Sо - 4ē = S+4 1

P4 + 3NaOH + 3H2O = PH3 + 3NaH2PO2

восстановитель,

окислитель Р0 + 3ē = P-3 1

Р0 - 1ē = P+1 3

Сера и фосфор имеют молекулярные кристаллические решетки.

FeS2 = FeS + S

восстановитель,

окислитель S - + 1ē = S-2 1

S - - 1ē = Sо 1

Cu2O = Cu + CuO

восстановитель,

окислитель Cu+ + 1ē = Cuо 1

Cu+ - 1ē = Cu+2 1

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

H2C2O4 = CO2 + CO + H2O

восстановитель,

окислитель

C+3 -1ē = C+4 1

C+3 +1ē = C+2 1

К межмолекулярной дисмутации (схемы 1, 3) можно отнести реакции, в которых перенос электронов происходит между одноименными молекулярными частицами вещества, в которых окислителем и восстановителем являются одноименные атомные частицы с промежуточной степенью окисления:

1) NO2 + NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

окислитель восстановитель

N+4 + 1ē = N+3 1

N+4 - 1ē = N+5 1

2) KClO3 + 3KClO3 = KCl + 3KClO4

окислитель восстановитель

Cl+5 + 6ē = Cl - 1

Cl+5 - 2ē = Cl+7 3

3) 10P2I4 + 5P4 + 8P4 + 128H2O = 40PH4I + 32H3PO4

окислители восстановитель

II.2.Составление уравнений окислительно-восстановительных

реакций. Метод «протонно-кислородного баланса»

Метод «протонно-кислородного баланса» (МПКБ) значительно упрощает процедуру составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. МПКБ не требует определения степеней окисления атомных частиц (допускается молекулярная или ионная запись, когда степени окисления атомных частиц трудно определить), исключает «многоэтажную» запись электронного баланса и легко воспринимается учащимися.

В соответствии с алгоритмом предложенного метода поступают следующим образом:

1. В уравнениях полуреакций окисления и восстановления исходные вещества и продукты реакции записывают в молекулярной или ионной формах (если степени окисления атомных частиц в них сложно определить).

2. Устанавливают материальный баланс в каждом уравнении полуреакции окисления и восстановления. При этом недостаток кислорода в правой или левой частях электронных уравнений восполняют за счет атомных частиц кислорода (O-2), а недостаток водорода - за счет атомных частиц водорода (Н+).

3. Балансируют заряды в каждом уравнении полуреакции окисления и восстановления за счет электронов.

4. Составляют электронный баланс, выравнивая число оторванных у восстановителя и присоединенных окислителем электронов.

5. Найденные коэффициенты ставят перед соответствующими молекулярными (ионными, атомными) частицами и подбирают коэффициенты перед остальными участниками реакции.

В рамках предлагаемого алгоритма проанализируем различные типы реакций с переносом электрона.

KMnO4 + С6Н5СНСН2 + H2SO4 → С6Н5СООН + MnSO4 + CO2 + K2SO4 + H2O

В соответствии с алгоритмом запишем для данной реакции следующую трансформацию:

С6Н5СНСН2о → С6Н5СООНо + CO2о

Составим ионно-электронное уравнение. Для этого недостаток кислородных частиц в левой части и водородных частиц в правой части восполним за счет атомных частиц кислорода (O-2) и водорода (Н+) соответственно:

С6Н5СНСН2о + 4O-2 → С6Н5СООНо + 2Н+ + CO2о

Далее балансируя заряды за счет электронов получим полуреакцию окисления:

С6Н5СНСН2о + 4O-2 - 10ē = С6Н5СООНо + 2Н+ + CO2о

Запишем теперь следующую схему восстановления

MnO4- → Mn2+

и составим ионно-электронное уравнение. Для этого недостаток кислородных частиц в правой части восполним за счет атомных частиц кислорода (O-2):

MnO4- → Mn2+ + 4O-2

Далее составим баланс зарядов за счет электронов:

MnO4- + 5ē = Mn2+ + 4O-2

Теперь составим электронный баланс:

С6Н5СНСН2о + 4O-2 - 10ē = С6Н5СООН0 + 2Н+ + CO2о 1

MnO4- + 5ē = Mn2+ + 4O-2 2

Наконец запишем уравнение реакции:

2KMnO4 +С6Н5СНСН2 +3H2SO4 = С6Н5СООН + 2MnSO4 + CO2 + K2SO4 +4H2O

Окисление ацетилена до щавелевой кислоты:

KMnO4 + С2Н2 + H2O → С2Н2О4 + MnO2 + КОН

Для данной реакции запишем следующие схемы трансформации:

С2Н2о → С2Н2О4о (1)

MnO4- → MnO2о (2)

Недостаток кислорода в левой и правой частях (1) и (2) восполним за счет атомных частиц кислорода (O-2):

С2Н2о + 4O-2 → С2Н2О4о

MnO4- → MnO2о + 2O-2

Составим баланс зарядов за счет электронов и запишем электронный баланс:

С2Н2о + 4O-2 - 8ē → С2Н2О4о 3 (окисление)

MnO4- + 3ē → MnO2о + 2O-2 8 (восстановление)

Видно, что первая полуреакция отражает процесс окисления ацетилена, а вторая – процесс восстановления перманганат-ионов.

Составим теперь уравнение реакции:

8KMnO4 + 3С2Н2 + 4H2O = 3С2Н2О4 + 8MnO2 +8КОН

Приложение метода протонно-кислородного баланса к

органическим реакциям

Окисление этилена до этандиола –1,2 в нейтральной среде:

3С2Н4 + 2KMnO4 + 4H2O = 3С2Н4 (ОН)2 + 2MnO2 + 2КОН

С2Н4о + 2O-2 + 2Н+ - 2ē → С2Н4(ОН)2о 3 (окисление)

MnO4- + 3ē → MnO2о + 2O-2 2 (восстановление)

Окисление этанола до этановой кислоты:

4KMnO4 + 5С2Н5ОН + 6H2SO4 = 5С2Н4О2 + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O

С2Н5ОНо + O-2 - 4ē → С2Н4О2о +2Н+ 5 (окисление)

MnO4- + 5ē → Mn2++ 4O-2 4 (восстановление)

3. Окисление толуола до бензойной кислоты:

6KMnO4 +5С6Н5СН3+ 9H2SO4 = 6С6Н5СООН+ 6MnSO4 + 3K2SO4 +11H2O

С6Н5СН3о + 2O-2 - 6ē → С6Н5СООНо + 2Н+ 5 (окисление)

MnO4- + 5ē → Mn2++ 4O-2 6 (восстановление)

4. Окисление глюкозы до глюконовой кислоты:

С6Н12О6 + 2CuSO4 + 4NaOH = С6Н12О7 + Cu2O+ 2Na2SO4 +2H2O

С6Н12О6о + O-2 - 2ē → С6Н12О7о 1 (окисление)

Cu+2 + 1ē → Cu+1 2 (восстановление)

5. Восстановление нитробензола до анилина:

С6Н5NО2 + 3Fe + 6HCl(к) = С6Н5NH2 + 3FeCl2 + 2H2O

С6Н5NО2о + 2Н+ + 6ē → С6Н5NH2о + 2O-2 1 (восстановление)

Fe0 - 2ē → Fe+2 3 (окисление)

6. Окисление циклогексена до циклогександиола - 1,2:

3С6Н10+ 2KMnO4 + 4H2O = 3С6Н10(OН)2 + 2MnO2 + 2КОН

С6Н10о + 2O-2 + 2Н+ - 2ē С6Н10(ОН)2о 3 (окисление)

MnO4- + 3ē → MnO2о + 2O-2 2 (восстановление)

7. Окисление бутина-1 до пропановой кислоты:

5С4Н6 + 4KMnO4 + 6H2SO4 = 5СН3СН2СООН + 5CO20 + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 6H2O

С4Н6 0 + 2O-2 - 4ē = С3Н6O20 + CO20 5 (окисление)

MnO4- + 5ē → Mn2+ + 4O-2 4 (восстановление)

8. Окисление триэтиламина:

2(C2H5)3N + 78HNO3 = 12CO2 + 54H2O + 78NO2 + N2

2(C2H5)3N0 + 24O-2 - 78ē = 12CO20 + N20 + 30Н+ 1 окисление

NO3- + 1ē = NO2 + O-2 78 восстановление

Применение метода протонно-кислородного баланса

в неорганической химии

1. 4CuSCN + 7KIO3 + 14HCI = 4CuSO4 + 7KCI + 4HCN + 7ICI + 5H2O

восст-ль окис-ль

CuSCN0 + Н+ + 4O-2 - 7ē = Cu2+ + SO42- + НCN0 4

IO3- + CI - + 4ē = ICI + 3O-2 7

2. 3Na2SO3(р) + Na2Cr2O7(р) + 4H2SO4(р) = 3Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4+4H2O

восст-ль окис-ль солеобр.

SO32- + O2- - 2ē = SO42- 3

Cr2O72- + 6ē = 2Cr3+ + 7O2- 1

3. 2KMnO4(р) + 10HCl(К) + 6HCl(К) = 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2↑

окис-ль восст-ль солеобр

MnO41- + 5ē = Mn2+ + 4O2- 2

2Cl1- - 2ē = Cl20 5

4. К2Cr2O7(р) + 6HCl(К) + 8HCl(К) = 3Cl2↑ + 2KCl +2CrCl3 +7H2O

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8