Главная > Химия > Органическая химия (Моррисон Р.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

16.8. Уравнивание окислительно-восстановительных реакций

Все слова и рисунки, формулы и уравнения, используемые нами при изучении органической химии, имеют значение только до определенного предела: они описывают и интерпретируют операции и наблюдения, которые мы делаем в лаборатории, используя реальные химические соединения. Для проведения реакции в лаборатории необходимо смешать реактивы в определенном соотношении. Уравнение реакции со всеми коэффициентами позволяет установить это соотношение. Большинство реакций можно уравнять просто умозрительно; однако это не всегда легко сделать в случае окислительно-восстановительных реакций.

В связи с уравниванием реакций при окислении или восстановлении органического соединения возникает две проблемы. Во-первых, концепция валентности уже не имеет такого значения для этих ковалентных соединений. Во-вторых, почти все реакции окисления и восстановления протекают с участием водорода: окисляемое вещество отдает водород, а восстанавливаемое вещество его принимает. Поэтому мы будем использовать в качестве основы для уравнивания реакций.

Метод уравнивания окислительно-восстановительных реакций приведен в следующих параграфах в виде трех простых правил. Это не единственный метод уравнивания таких реакций, и студент может использовать любой метод, какой он найдет более удобным.

Процесс окисления обязательно сопровождается восстановлением; для удобства мы будем уравнивать отдельно обе части реакции и затем объединять их в одно уравнение.

Для уравнивания реакции необходимо уравнять и количества веществ, и заряды ионов. При этом следует соблюдать следующие три правила:

1. Заряд уравнивается с помощью в кислом растворе или в щелочном.

2. Кислород уравнивается с помощью

3. Водород уравнивается с помощью

Когда обе части реакции уравнены таким образом, уравнивают число отданных и принятых водородов умножением половин реакции на соответствующие кратные числа. И наконец, обе части реакции объединяют, сокращают и получают уравнение всей реакции.

В качестве примера рассмотрим окисление этилового спирта бихроматом в кислой среде. Как и при уравнивании любой реакции, необходимо знать, какие вещества образуются в результате реакции; в этом случае, исходя из наших знаний в области органической химии, можно сказать, что из этилового спирта образуется уксусная кислота; в то же время из курса неорганической химии известно, что бихромат-ион восстанавливается в ион трехвалентного хрома.

Начнем с восстановления. Сначала напишем исходное вещество и продукт

и, следуя правилу 1, уравняем ионные заряды с помощью (из кислой среды)

Затем, следуя правилу 2, уравняем кислород с помощью воды

Следуя правилу 3, уравняем атомы учитывая, сколько атомов, кроме тех, что берутся из кислоты, требуется для материального баланса.

Проделаем то же самое и для реакции окисления. Во-первых, напишем исходное и конечное вещества

В этом случае не нужно уравнивать заряды (правило 1). Затем уравняем (правило 2) кислород с помощью воды

Уравняем атомы (правило 3)

После того как уравнены обе части реакции, их объединяют. Как всегда, окисление и восстановление эквивалентны: число ушедших атомов водорода при окислении должно быть равно числу присоединенных атомов водорода при восстановлении. В данном случае умножаем на 3 уравнение окисления

и на 2 уравнение восстановления

Таким образом, уходит и присоединяется.

И наконец, объединяем обе части; сокращаются и остаются только вещества, участвующие в реакции:

Рассмотрим в качестве еще одного примера окисление толуола действием в щелочном растворе. Используется тот же метод, что и в предыдущем примере, с тем отличием, что заряды уравнивают с помощью из щелочной среды, а не с помощью характерного для кислой среды.

Как всегда, необходимо знать сущность химической реакции: толуол окисляется до бензоат-иона восстанавливается до Напишем исходные и конечные вещества

Уравняем заряды ионов с помощью ОН (правило 1)

уравняем кислород с помощью воды (правило 2)

и уравняем водород с помощью (правило 3)

Уравняв обе части реакции, можно уравнять количество ушедшего и присоединенного водорода, умножив уравнение восстановления на два:

И наконец, объединяем две половины реакции и сокращаем

Мы уравняли эти реакции в ионном виде, не учитывая другие вещества, которые в процессе реакции не окисляются и не восстанавливаются. Чтобы рассчитать количества веществ, необходимых для реакции, следует дополнить эти ионные уравнения, вводя соответствующие катионы и анион в обе части уравнения:

При этом следует, конечно, понимать, что три атома не образуются и не исчезают и что окисление и восстановление происходят раздельно только на бумаге. Как и все методы уравнивания окислительно-восстановительных реакций, этот метод является искусственным. Однако с помощью этого метода после небольшой практики можно уравнять любую реакцию независимо от ее сложности.

(см. скан)

(см. скан)

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление