Метод макроподстановки при расставлении коэффициентов в органических ОВР

В случае, когда множество атомов углерода меняют степень окисления, рассматривается каждый атом отдельно, а затем все отданные атомами углерода электроны складываются. В этом и состоит сущность макроподстановки. Рассмотрим пример 6. Пользуясь схемой 1, составим формулы продуктов реакции окисления.

+ KMnO₄ + H₂SO₄ ®

 

 

+ CO₂ + CH₃COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Теперь определим степени окисления всех атомов углерода, которые будут меняться: в атоме, связанном с гидроксильной группой – 1, в альдегидной группе +1, в метильном радикале – 3, в этильном радикале будет менять степень окисления только атом, связанный с СН, его степень окисления – 2, в СН степень окисления С – 1. Первые от бензольного кольца атомы углерода приобрели степень окисления +3, метильный радикал превратился в углекислый газ +4, углерод этильного радикала – в карбоксильную группу +3.

С ^-1 – 4 е ® С ⁺³

С ⁺¹ – 2 е ® С ⁺³

С ^-1 – 4 е ® С ⁺³ 22 5 восстановитель

С ^-3 – 7 е ® С ⁺⁴

С ^-2 – 5 е ® С ⁺³

Окисление

Mn⁺⁷ + 5 е ® Mn⁺² 22 окислитель

Восстановление

ИЛИ

 

С ^-1 + С ⁺¹ + С ^-1 + С ^-3 + С ^-2 – 22 е ® 4С ⁺³ + С ⁺⁴

- 6 е +16 е

Расставим коэффициенты (органические вещества записаны в виде молекулярных формул, но так записывать не обязательно)

5 С₁₂Н₁₆О₂+ 22 KMnO₄ + 33 H₂SO₄ ® 5 С₉Н₆О₆ + 5 CO₂ + 5 CH₃COOH + 22 MnSO₄ + 11 K₂SO₄ + 38 H₂O

В большинстве случаев окислительно-восстановительные реакции органических соединений сопровождаются отщеплением или присоединением атомов водорода и кислорода.

При окислении: введение в молекулу органического соединения атома кислорода эквивалентно потере двух электронов, а отщепление атома водорода – потере одного электрона.

При восстановлении: отщепление атома кислорода – приобретение двух электронов, присоединение атома водорода – приобретение одного электрона.

На этом принципе основан способ расстановки коэффициентов, не требующий определения степени окисления углерода. Определим число атомов водорода, потерянных толуолом, и число атомов кислорода, введенных в молекулу. Потеряно два атома водорода (-2e¯), введено два атома кислорода (-4e¯). Всего отдано 6e¯.

Рассмотрим применение различных способов расстановки коэффициентов на примере реакции между n-метилкумолом и перманганатом калия в кислой среде.

1.Окисление любых алкильных заместителей у производных бензола происходит до карбоксильных групп:

СН₃ – СН – СН₃

СООН

+ KMnO₄ + H₂SO₄ →

CH₃

СООН

+ K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O + CO₂

Два атома углерода изопропильного радикала окисляются до углекислого газа.

2. Составим схему электронного баланса без определения степеней окисления атомов углерода.

Определим число атомов водорода, потерянных n-метилкумолом, и число атомов кислорода, введенных в молекулу. Потеряно восемь атомов водорода (-8e¯), введено четыре атома кислорода (-8e¯). Кроме того, четыре атома кислорода вошли в состав углекислого газа (-8e¯). Всего отдано 24e¯.

Марганец со степенью окисления +7 восстановился до +2, тогда схему электронного баланса можно записать:

С₁₀Н₁₄ – 24e¯ → С₈Н₆О₄ │ 5 восстановитель

Mn ⁺⁷ + 5е^- → Mn ⁺² │ 24 окислитель