Презентация по химии на тему Окислительно-восстановительные реакции в органической химии

Окислительно-восстановительные реакции в органической химии Г.Нижний Новгород МБОУ «Школа №77»Учитель химии Баранова О.В. Содержание Окислительно-восстановительные реакции в органикеСтепень окисления в органической химииМетод электронного балансаМетод полуреакций Окислительно-восстановительные реакции в органике Сгорание топлива Окисление питательных веществ Порча пищевых продуктов Степень окисления в органической химии В неорганической химии степень окисления – одно из основных понятий, в органической химии – нет. Для органической химии важна не степень окисления атома, а смещение электронной плотности, в результате которого на атомах появляются частичные заряды, никак не согласующиеся со значениями степеней окисления. Степень окисления в органической химии С→ - смещение электронной плотности от углерода на более электроотрицательный атом → С - смещение электронной плотности на углерод Определение степени окисления в органических соединениях алгебраическим методом 1.Алгебраический способ (в молекуле один углерод) - 4 +Метан СН4, - 2 + -2 + метиловый спирт СНзОН, 0 + -2формальдегид СН2О, + +2 -2 -2 +муравьиная кислота НСООН Определение степени окисления в органических соединениях графическим методом 1) изображается полная структурная формула вещества;2) по каждой связи стрелкой показывается смещение электронаов к наиболее электроотрицательному элементу;3) все связи С – С считаются неполярными; 4) далее ведется подсчет: сколько стрелок направлено к атому, столько «–» , сколько от атома – столько «+». Сумма «–» и «+» определяет степень окисления атома. Рассмотрим несколько примеров: 2. Графический метод: Определение степени окисления в органических соединениях графическим методом C5H 12    Н      Н      Н     Н      Н          ↓  -3     ↓ -2  ↓ -2    ↓ -2    ↓ -1    Н → С  –  С –   С  –  С  –  С  ←Н            ↑      ↑       ↑      ↑      ↑               Н  Н   Н   Н   Н   Определение степени окисления в органических соединениях графическим методом СН3 СОН    Н               ↓ -3      +1    Н → С   –  С => О          ↑     ↑         Н  Н Определение степени окисления в органических соединениях графическим методом CH3 – CH2 – OH    Н      Н               ↓ -1     ↓ -3       Н → С  –  С ←  Н          ↓      ↓               ОН  Н   Определение степени окисления в органических соединениях графическим методом СН3 СООН    Н               ↓-3      +3 Н → С  –  С => О          ↑      ↓                     Н    ОН   Определение степени окисления в органических соединениях графическим методом    Определите степени окисления углерода : Н      Н      Н     Н      Н          ↓       ↓       ↓      ↓       ↓     Н → С  –  С –   С  –  С  –  С  –  С => О          ↓      ↓       ↓      ↓       ↓       ↑         ОН  ОН   ОН   ОН   ОН   Н Окислительно-восстановительные реакции с участием органических веществ, их разновидности, определение продуктов 1. Полное окисление и горение. В качестве окислителей используются кислород (другие вещества, поддерживающие горение, например оксиды азота), концентрированные азотная и серная кислота, можно использовать твердые соли, при нагревании которых выделяется кислород (хлораты, нитраты, перманганаты и т.п.), другие окислители (например, оксид меди (II)). В этих реакциях наблюдается разрушение всех химических связей в органическом веществе. Продуктами окисления органического вещества являются углекислый газ и вода. 2.Мягкое окисление В этом случае не происходит разрыва углеродной цепи. К мягкому окислению относится окисление спиртов до альдегидов и кетонов, окисление альдегидов до карбоновых кислот, окисление алкенов до двухатомных спиртов (Реакция Вагнера), окисление ацетилена до оксалата калия, толуола – до бензойной кислоты и т.д. В качестве окислителей в этих случаях используются разбавленные растворы перманганата калия, дихромата калия, азотной кислоты, аммиачный раствор оксида серебра, оксид меди (II), гидроксид меди (II). 3.Деструктивное окисление. Происходит в более жестких условиях, чем мягкое окисление, сопровождается разрывом некоторых углерод-углеродных связей. В качестве окислителей используются более концентрированные растворы перманганата калия, дихромата калия при нагревании. Среда этих реакций может быть кислой, нейтральной и щелочной. От этого будут зависеть продукты реакций. Деструкция (разрыв углеродной цепи) происходит у алкенов и алкинов – по кратной связи, у производных бензола – между первым и вторым атомами углерода, если считать от кольца, у третичных спиртов – у атома, содержащего гидроксильную группу, у кетонов – у атома при карбонильной группе. Если при деструкции оторвался фрагмент содержащий 1 атом углерода, то он окисляется до углекислого газа (в кислой среде), гидрокарбоната и (или) карбоната (в нейтральной среде), карбоната (в щелочной среде). Все более длинные фрагменты превращаются в кислоты (в кислой среде) и соли этих кислот (в нейтральной и щелочной среде). В некоторых случаях получаются не кислоты, а кетоны (при окислении третичных спиртов, разветвленных радикалов у гомологов бензола, у кетонов, алкенов). Подбор коэффициэнтов в уравнениях ОВР методом электронного баланса При составлении уравнений ОВР, протекающих с участием органических веществ, в простейших случаях можно применить степень окисления. Горение бутана 0 +4 -2 + -2 14 12 4 26 4 2 26 окисление восстановление 52 Окисление фенилацетилена водным раствором перманганата калия при нагревании. С6Н5-С0≡С-1Н + KMn+7O4  С6Н5-С+3ООК + Mn+4O2 + К2С+4О3 + КНС+4О3 + H2O С 0 – 3е  С+3 восстановитель С -1– 5е  С+4 окислитель Mn+7 + 3е  Mn+4 3 8 Восстановление3С6Н5-С0≡С-1Н + 8KMn+7O4  3С6Н5-С+3ООК + 8Mn+4O2 + 2К2С+4О3 + КНС+4О3 + H2O 8 3 Окисление Окисление бутена-1 водным раствором перманганата калия при нагревании. C-3H3-C-2H2-C-1H=C-2H2 + KMn+7O4  С2Н5-С+3ООК + Mn+4O2 + KOH+ К2С+4О3 + H2O С -1 – 4е  С+3 Восстановитель С -2 – 6е  С+4 10 3 Окисление окислитель Mn+7 + 3е  Mn+4 3 10 Восстановление 3C-3H3-C-2H2-C-1H=C-2H2 + 10KMn+7O4  3С2Н5-С+3ООК + 10Mn+4O2 + KOH+ 3К2С+4О3 +H2O Реакция окисления этилена раствором перманганата калия в нейтральной среде на холоду (реакция Вагнера). 2 Реакция окисления глюкозы перманганата калия в кислой среде. 24 5 5 24 окисление восстановление C6H12O6 + KMnO4 + H2SO4 → → CO2 +MnSO4 + K2SO4 + H2O Реакция окисления глюкозы перманганата калия в кислой среде. 5 C6H12O6 +24 KMnO4 +36 H2SO4 → → 30 CO2 +24MnSO4 +12 K2SO4 + 66 H2O Преимущества метода полуреакций 1.Рассматриваются реально существующие ионы: MnO4-; Mn2+, и вещества ( C6H12O6; CO2 );2.Не нужно знать все получающиеся вещества, они появляются при его выводе.3.При использовании этого метода нет необходимости определять степени окисления атомов отдельных элементов, что особенно важно в случае ОВР, протекающих с участием органических соединений, для которых подчас очень сложно сделать это.4.Этот метод дает не только сведения о числе электронов, участвующих в каждой полуреакции, но и о том, как изменяется среда.5. Сокращенные ионные уравнения лучше передают смысл протекающих процессов и позволяют делать определенные предположения о строении продуктов реакции. Метод полуреакций Написать молекулярную схему реакцииСоставить полное ионное уравнение(все растворимые вещества раскладываем на ионы. 3.Составить сокращённое ионное уравнение реакции.4.Выписать отдельно ионы и молекулы, изменившие свой состав или заряд , и ионы, определяющие среду5. Составить для них полуреакции (электронно-ионные уравнения) процессов окисления и восстановления с учётом среды,соблюдая 2 закона : закон сохранения массы и закон сохранения заряда Метод полуреакций А).если реакция протекает в кислой среде(Н+ и Н2О) , то в ту часть полуреакции , где не хватает кислорода, добавить Н2О , в противоположную - Н+ Б). если реакция протекает в щелочной среде,то в ту часть полуреакции, где не хватает кислорода, добавить ОН- , в противоположную - Н2О(ОН- и Н2О ) В). если реакция протекает в нейтральной среде, ни ионов Н+, ни ОН- в левой части быть не должно. Однако в правой части среди продуктов реакции они могут появиться.6. Найти НОК отданных и принятых электронов и множители для каждой полуреакции7.Умножить каждый член полуреакции и сложить их. Привести подобные члены и полученные коэффициенты перенести в молекулярное уравнение Реакция окисления этилена раствором перманганата калия в нейтральной среде на холоду (реакция Вагнера). C2H4 + KMnO4 + H2O → CH2OH–CH2OH + MnO2 + KOHC2H4 + 2K+ +2MnO4 - + 2H2O → CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2K++ 2OH- C2H4 +2MnO4 - + 2H2O → CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2OH- Вос-ль Ок-ль Реакция окисления этилена раствором перманганата калия в нейтральной среде на холоду (реакция Вагнера). 3C2H4 + 6H2O-6е- + 2MnO4 - + 4H2O + 6е- → 3C2H4 (OH)2 +6Н+ + 2MnO2 + 8OH- 3C2H4 + 10H2O+ 2MnO4 - → 3C2H4 (OH)2 + 6 H2O + 2MnO2 + 2OH- 3C2H4 + 4H2O+ 2MnO4 - → 3C2H4 (OH)2 + 2MnO2 + 2OH- 3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O → 3CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH 4 Реакция окисления глюкозы перманганата калия в кислой среде. C6H12O6+ KMnO4+ H2SO4 →CO2+ MnSO4+ K2SO4+ H2OП.и.у : C6H12O6+K++MnO4-+2H++SO42- → CO2+Mn2++SO42-+2K++SO42-+H2OС.и.у. : C6H12O6 +MnO4-+2H+ → CO2+Mn2++H2O Первая полуреакция:C6H12O6 +6H2O → 6CO2+24H+Посчитать заряды левой и правой частей схемы:C6H12O6 +6H2O - 24e → 6CO2+ 24H+ 0 +24Они различны. Это связано с переходом электронов. Слева происходит отдача 24 электронов. Глюкоза окисляется , является восстановителем Вторая полуреакция: MnO4-+H+ +5e → Mn2++H2OДля того чтобы связать четыре атома кислорода в молекулах воды, требуется 8 ионов H+:MnO4-+8H+ → Mn2++4H2OПосчитаем заряды левой и правой частей схемы:MnO4-+8H+ → Mn2++4H2O +7 +2 Изменение заряда системы от +7 до +2 связано с принятием 5 электронов (восстановление). Электроны принял ион MnO4-. Этот ион является окислителем. 5. Итак, мы получили два электронно-ионных уравнения. Запишем их вместе:MnO4-+8H++5e → Mn2++4H2O5C6H12O6 +6H2O-24e → 6CO2+24H+24Уравниваем число отданных и принятых электронов, найдя дополнительные множители. Теперь умножаем каждое уравнение на свой множитель и одновременно складываем их. Получаем:24MnO4-+192 H+ + 120 е + 5C6H12O6+ 30H2O -120 е → 24Mn2++ 96H2O + 30CO2 +120H+Приводим подобные члены (H2O и H+ )5C6H12O6+24MnO4-+72 H+ → 30CO2+ 24Mn2++66H2O 120 24 5 Найденные коэффициенты подставляем в исходное уравнение:5 C6H12O6 +24 KMnO4 +36 H2SO4 → → 30 CO2 +24MnSO4 +12 K2SO4 + 66 H2O 5С12Н16О2+ 22KMnO4 + 33H2SO4  5С9Н6О6 + 5CO2 + 5CH3COOH + 22MnSO4 + 11K2SO4 + 38H2O Упражнения.  Расставьте коэффициенты  методом электронного баланса:а) С6Н5С2Н5+ KMnO4+ H2SO4→ С6Н5СООН + СО2+ MnSO4+ K2SO4+ H2O. в)   C12H22O 11+ K2Cr2O7+ H2SO 4→ →CO2 + Cr2 (SO4)3 + K2SO4+ H2O. Упражнения. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в уравнениях реакций: б) С3Н8 + О2 → СО2+ Н2Ов) СН3СН2ОН + KMnO4   → СН3СООН + MnO2 + КОН + Н2Ог) С6Н5СН3+ KMnO4+ H2SO 4   → С6Н5СООН + MnSO4+ K2SO4+ H2O.д)  СН3- СН=СН + КМnО4 +Н2О →СН3- СН(ОН)-СН2 (ОН) +...+.... Задания для самостоятельной работы Закончите УХР и расставьте коэффициенты методом электронного баланса или методом полуреакций: CH3-CH=CH-CH3 + KMnO4 + H2SO4 → CH3-CH=CH-CH3 + KMnO4 + H2О → (CH3)2C=C-CH3 + KMnO4 + H2SO4 → CH3-CH2-CH=CH2 + KMnO4 + H2SO4 → СH3-CH2-C≡C-CH3 + KMnO4 + H2SO4 → C6H5-CH3 + KMnO4+ H2O → C6H5-CH2 CH 3 + KMnO4 + H2SO4 → C6H5-CH3 + KMnO4 + H2SO4 → Литература Карцова А.А, Левкин А. Н. Окислительно-восстановительные реакции в органической химии // Химия в школе. - 2004. - №2. – С.55-61.Матч Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура: В 4т./ Пер. с англ.- М.: Мир, 1987-1988.3. Хомченко Г.П., Савостьянова К.И. Окислительно-восстановительные реакции: Пособие для учащихся . М.- : Просвещение , 1980.