Пособие по химии для подготовки к ЕГЭ

Рецензия

Настоящее пособие содержит краткие теоретические сведения для выполнения заданий С3; на примерах отдельных представителей изучаемых классов соединений рассмотрены некоторые реакции, отражающие способы получения и химические свойства органических веществ. Необходимость создания такого пособия вызвана тем, что процент выполнения задания С3(краевые показатели) составляет в среднем 40%, что значительно ниже других показателей. В связи с этим автор посчитал целесообразным рассмотреть наиболее типичные примеры реакций с участием органических веществ. В большинстве учебных пособий уравнения подобных окислительно-восстановительных реакций приводятся с готовыми коэффициентами. Достоинством данного сборника является подробное определение коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях методом электронно-ионного баланса (методом полуреакций).

Пособие предназначено оказать помощь при подготовке к ЕГЭ по химии преподавателям, выпускникам и абитуриентам

Введение

Многолетний опыт сдачи экзамена по химии в форме ЕГЭ показал, что исключительное значение для демонстрации глубоких знаний по предмету имеют задания категории «С». Хотя результат экзамена может быть удовлетворительным даже если выпускник не приступал к выполнению так называемой «цэшки», но при условии ее успешного выполнения ему гарантирован более высокий бал и поступление в престижные вузы. Между тем, именно эта часть работы обычно вызывает у большинства испытуемых наибольшие затруднения. Предлагаемое пособие ставит своей задачей предложить для подготовки к ЕГЭ необходимые учебно-методические материалы, в которые включены задания С3 прошлых лет. Трудность их выполнения состоит не только в правильном определении продуктов реакции, но и в подборе коэффициентов. Поклассовое рассмотрение окислительно-восстановительных реакций, характерных для важнейших органических соединений, позволит приобрести навыки составления электронно-ионного баланса при написании уравнений. Приводимые здесь материалы, очевидно, могут быть использованы как некоторые ориентиры для успешного выполнения подобных заданий.

Упражнения для выполнения

В окислительно-восстановительных реакциях с участием органических веществ с неорганическими органические вещества чаще всего являются восстановителями. Так, при сгорании органического вещества в избытке кислорода всегда образуется углекислый газ и вода. При использовании других окислителей продукты более разнообразны и зависят как от среды, в которой проводилась реакция, так и от восстановительной способности органического соединения.

Опорная схема для определения продуктов реакции.

рН= 7

рН<7

pH>7

В исходных веществах кислорода больше, чем в продуктах

H₂O 2OH^-

2H⁺ H₂O

H₂O 2OH^-

В исходных веществах кислорода меньше, чем в продуктах

H₂O 2H⁺

H₂O2H⁺

2OH^- H₂O

Алкены.

Мягкое окисление алкенов превращает их в гликоли (двухатомные спирты). Восстановителями в этих реакциях являются атомы углерода, связанные двойной связью. Окисление бутена-1 перманганатом калия в нейтральной среде:

3CH₂=CHCH₂CH₃ + 2KMnO₄ + 4H₂O 3CH₂OH-CHOHCH₂CH₃ +2MnO₂ + 2KOH

C₄H₈+ 2H₂O-2е C₄ H ₁₀O₂ +2H⁺ | 3

MnO₄^- + 2H₂O +3е MnO₂ + 4OH^- | 2

_____________________________________

3C₄H₈ + 2MnO₄^- + 2H₂O 3C₄ H₁₀O₂ + 2MnO₂ + 2KOH

Окисление перманганатом калия протекает в растворе с нейтральной или слабощелочной средой при охлаждении (реакция Вагнера):

3C₂H₄ + 2KMnO₄ + 4H₂O 3CH₂OH-CH₂OH + 2MnO₂ + 2KOH

C₂H₄ + 2H₂O - 2е CH₂OH-CH₂OH + 2H⁺ | 3

MnO₄^- + 2H₂O +3е MnO₂ + 4OH^- | 2 _____________________________________

3C₂H₄ + 4H₂O +2MnO₄^- 3CH₂OH-CH₂OH +2MnO₂ + 2OH^-

В более жестких условиях (при нагревании) окисление приводит к разрыву углеродной цепи по двойной связи и образованию двух кислот :

5CH₃CH=CHCH₂CH₃ + 8KMnO₄ + 12H₂SO₄ 5CH₃COOH + 5C₂H₅COOH + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 12H₂O

CH₃CH=CHCH₂CH₃ + 4 H₂O - 8e CH₃COOH + C₂H₅COOH+ 8H⁺ | 5

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e Mn²⁺ + 4 H₂O | 8 _________________________________________________

5CH₃CH=CHCH₂CH₃ + 8 MnO₄^- + 24H⁺ 5CH₃COOH +5 C₂H₅COOH+ 8Mn²⁺ + 12H₂O

При нагревании в аналогичных условиях возможно образование карбоновой кислоты и диоксида углерода:

CH₃CH=CH₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ CH₃COOH + CO₂ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O

C₃H₆ + 4H₂O - 10е CH₃COOH + CO₂ + 10 H⁺ |1

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e Mn²⁺ + 4 H₂O | 2

____________________________________________

C₃H₆ + 2MnO₄^- + 6H⁺ CH₃COOH + CO₂ + 2Mn²⁺ + 4H₂O

В сильнощелочной среде при нагревании образуются две соли:

CH₃CH=CHCH₂CH₃ + 8KMnO₄ + 10KOH CH₃COOK + C₂H₅COOK + 6H₂O + 8K₂MnO₄

C₅H₁₀ +10OH^- - 8е CH₃COO^- + C₂H₅COO^- + 6H₂O |1

MnO₄^- + 1е MnO₄^2- |8

________________________________________________________

C₅H₁₀ +10OH^- +8 MnO₄^- CH₃COO^- + C₂H₅COO^- + 6H₂O+8 MnO₄^2-

или соли карбоновой кислоты и карбоната:

4) CH₃CH=CH₂ + 10KMnO₄ + 13KOH CH₃COOK + K₂CO₃ + 8H₂O + 10K₂MnO₄

Дихромат калия в сернокислотной среде окисляет алкены аналогично реакциям 1 и 2.

Алкины.

Окисление алкинов протекает в несколько более жестких условиях (при нагревании), чем у алкенов, что обычно приводит к разрыву углеродной цепи по тройной связи. Атомы-восстановители в случае алкинов - атомы углерода, связанные тройной связью. В результате реакций образуются кислоты и диоксид углерода. Окисление может быть проведено перманганатом или дихроматом калия в кислотной среде, например:

5CH₃C CH + 8KMnO₄ + 12H₂SO₄ 5CH₃COOH + 5CO₂ + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 12H₂O

CH₃C CH + 4 H₂O -8е CH₃COOH + CO₂ + 8H⁺ | 5

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e Mn²⁺ + 4 H₂O | 8

________________________________________________

5 CH₃C CH + 8 MnO₄^- + 24H⁺ 5 CH₃COOH + 5CO₂ + 8Mn²⁺ + 12 H₂O

Иногда удается выделить промежуточные продукты окисления. В зависимости от положения тройной связи в молекуле это или дикетоны (R₁-CO-CO-R₂), или альдокетоны (R-CO-CHO).

Ацетилен может быть окислен перманганатом калия в слабощелочной среде до оксалата калия:

3C₂H₂ + 8KMnO₄ 3K₂C₂O₄ +2H₂O + 8MnO₂ + 2KOH

В кислотной среде окисление идет до углекислого газа:

C₂H₂ + 2KMnO₄ +3H₂SO₄ 2CO₂ + 2MnSO₄ + 4H₂O + K₂SO₄

Гомологи бензола.

Гомологи бензола могут быть окислены раствором перманганата калия в нейтральной среде( при кипячении ) до бензоата калия:

C₆H₅CH₃ +2KMnO₄ C₆H₅COOK + 2MnO₂ + KOH + H₂O

При нагревании этилбензола с раствором перманганата калия:

C₆H₅CH₂CH₃ + 4KMnO₄ C₆H₅COOK + K₂CO₃ + 2H₂O + 4MnO₂ + KOH (при нагревании)

C₆H₅CH₂CH₃ + 15OH^- - 12е C₆H₅COO^- + CO₃^2- +10 H₂O | 1

MnO₄^- +2H₂O +3е MnO₂ + 4OH^- | 4

__________________________________________________________

C₆H₅CH₂CH₃ + 4 MnO₄^- C₆H₅COO^- + CO₃^2- +2 H₂O+ 4MnO₂ + OH^-

Окисление этих веществ дихроматом или перманганатом калия в кислотной среде приводит к образованию бензойной кислоты:

5C₆H₅CH₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ 5C₆H₅COOН + 3 K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 14H₂O

C₆H₅CH₃ + 2H₂O - 6е C₆H₅COOН +6 H⁺ | 5

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e Mn²⁺ + 4 H₂O | 6

________________________________________

5C₆H₅CH₃ + 6MnO₄^- + 18H⁺ 5C₆H₅COOН +14H₂O

Спирты.

Непосредственным продуктом окисления первичных спиртов являются альдегиды, а вторичных - кетоны. Образующиеся при окислении спиртов альдегиды легко окисляются до кислот, поэтому альдегиды из первичных спиртов получают окислением дихроматом калия в кислотной среде при температуре кипения альдегида. Испаряясь, альдегиды не успевают окислиться.

3C₂H₅OH + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ 3CH₃CHO + K₂SO₄ + Cr ₂(SO₄)₃ + 7H₂O (нагревание)

С избытком окислителя (KMnO₄, K₂Cr₂O₇) в любой среде первичные спирты окисляются до карбоновых кислот или их солей, а вторичные - до кетонов.

5C₂H₅OH+4 KMnO₄+ 4H₂SO₄ 5CH₃CОOH+2 K₂SO₄ + 4MnSO₄ + 11H₂O

Третичные спирты в этих условиях не окисляются, а метиловый спирт окисляется до углекислого газа. Все реакции идут при нагревании.

Двухатомный спирт, этиленгликоль HOCH₂-CH₂OH, при нагревании в кислотной среде с раствором KMnO₄ или K₂Cr₂O₇ легко окисляется до углекислого газа и воды, но иногда удается выделить и промежуточные продукты (HOCH₂-COOH, HOOC-COOH и др.).

Альдегиды.

Альдегиды - довольно сильные восстановители, и поэтому легко окисляются различными окислителями, например: KMnO₄, K₂Cr₂O₇, [Ag(NH₃)₂]OH. Все реакции идут при нагревании:

5HCHO + 4KMnO₄ + 6H₂SO₄ 5CO₂ + 4MnSO₄ + 2K₂SO₄+ 11H₂O

HCHO + H₂O - 4е CO₂ + 4H⁺ | 5

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e Mn²⁺ + 4 H₂O | 4

_________________________________________

5HCHO + 4MnO₄ ^- + 12H⁺ 5CO₂ + 4Mn²⁺ +11 H₂O

3CH₃CHO + 2KMnO₄ CH₃COOH + 2CH₃COOK + 2MnO₂ + H₂O

3CH₃CHO + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ 3CH₃COOH + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O

CH₃CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH CH₃COONH₄ + 2Ag + H₂O + 3NH₃

CH₃CHO + 4KMnO₄ + 6 H₂SO₄ 5 CO₂ + 4 MnSO₄ + 2 K₂SO₄+ 11 H₂O

5 CH₃CHO + 2 KMnO₄ + 3 H₂SO₄→5 CH₃COOH + K₂SO₄+ 2 MnSO₄+ 3 H₂O

Кетоны

При окислении ацетона в кислой среде дихроматом натрия образуются две карбоновые кислоты:

CH₃CO CH₃ + Na₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ → HCOOH + CH₃COOH + Cr₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + 4H₂O

C₃ H₆ O + 3H₂O - 6е → CH₂O₂ + C₂H₄O₂ + 6H⁺ | 1

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6е → 2Cr³⁺ + 7H₂O | 1

____________________________________________

C₃ H₆ O + Cr₂O₇^2- + 8H⁺ → CH₂O₂ + C₂H₄O₂ + 2Cr³⁺ + 4H₂O

Углеводы.

Окисление углеводов перманганатом калия в кислой среде идет до образования углекислого газа:

5C₆ H₁₂ O₆ + 24KMnO₄ + 36H₂SO₄ 12K₂SO₄ + 24MnSO₄ + 30 CO₂ + 66 H₂O

C₆ H₁₂ O₆ + 6 H₂O - 24е 6 CO₂ + 24H⁺ | 5

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e Mn²⁺ + 4 H₂O | 24

______________________________________________

5C₆ H₁₂ O₆ +24 MnO₄^- + 72H⁺ 30 CO₂ + 66 H₂O + 24Mn²⁺