Образовательный портал

Учебно-методическое пособие по химии

Окислительно-восстановительные реакции
для подготовки к ЕГЭ

  Бражникова Алла Михайловна,
учитель химии ГБОУ школа №332
Невского района Санкт-Петербурга

 

     _{Содержание}

_{Данное пособие предназначено для обучающихся 10 и 11 классов. В пособии  отражена классификация окислительно-восстановительных реакций, рассмотрены важнейшие  окислительно-восстановительные реакции в органической и неорганической химии, рассмотрен подход к определению продуктов окисления-восстановления наиболее важных восстановителей и окислителей в зависимости от условий реакции. В пособии собраны задания с решениями, которые предлагались в тестах ЕГЭ  прошлых лет.}

 

             Классификация окислительно-восстановительных реакций      

                  1)МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ.

     Различают несколько типов межмолекулярных

     реакций:

    а) Исходные вещества содержат только окислитель    

   и восстановитель:

     2H₂S^-2+S⁺⁴O₂=3S⁰  +2H₂O

 б) Кроме окислителя и восстановителя в реакции

  участвуетсолеобразователь:

     K₂Cr⁺⁶₂O₇ +3Na₂S^-2 +7H₂SO₄ =Cr⁺³₂(SO₄)₃ + 3S ⁰  + K₂SO₄++3Na₂SO₄ +7H₂O

                                                           

    в) Окислитель или восстановитель одновременно

  выполняют роль солеобразователя:

    Mn⁺⁴O₂ +4HCl ⁼¹=Mn⁺²CL₂ +CL₂ +2H₂O

     2)РЕАКЦИИ ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНОГО ОКИСЛЕНИЯ-ВОССТАНОВЛЕНИЯ               

2NaN⁺⁵O^-2₃=2NaN⁺³O₂+O⁰₂

     3)Реакции диспропорционирования 

    это реакции, в которых  атомы одного и того  же  элемента находятся в промежуточной  с.о., являются и окислителем, и восстановителем

      CL⁰₂ +2NaOH =NaCL^-1 +NaCL⁺¹O +H₂O

    К окислителям относятся:

   1)простые вещества:F₂. O₂. O_3.CL₂.  Br_2.I₂

2)Bещества, содержащие элементы в высших степенях

   окисления: KMnO₄, K₂Cr₂O_7, KBiO₃, HNO₃, HClO₄,

                         H₂SO₄, PbO₂  и другие.

      К восстановителям относятся:

       1)простые в-ва: металлы.

       2)В-ва, cодержащие элементы в низших степенях

        окисления:HCL, HBr, NaI, H₂S, CaH₂,KBr  и другие.

        Окислительно-восстановительная двойственность характерна:

        1)для ряда простых веществ CL_2, Br_2, I_2, S, H₂, N₂и ….

         2)ионов ряда металлов:

      Cu⁺,Fe²⁺ ,Cr³⁺и т. д.

        3)анионов неметаллов в промежуточных степенях окисления и других соединениях, содержащих элементы в промежуточных степенях

окислениях: NO₂^-, SO₃^2-, CLO^-, CLO₃^-, H₃PO_3, SO_2, ит.д.

Важнейшие окислительно-восстановительные реакции в неорганической                      химии.

1)Превращение соединений марганца в окислительно-восстановительных реакциях.

                              1)кислая  → Mn^+2(соль)

 

             Mn⁺⁷ →   2)щелочная → Mn⁺⁶  (K₂MnO₄)        

                                   

                              3)нейтральная→ Mn⁺⁴(MnO₂)

 

                 Закончить уравнения реакций:

 1)KMnO₄ +KJ +H₂O=

 2) KMnO₄+HCL=

 3) MnSO₄+NaCLO+H₂O=MnO₂+NaCL +H₂SO₄

 4)MnO₂ +KCLO ₃+KOH =K₂MnO₄+KCL+?

 5)KMnO₄  +Na₂SO₃ +H₂O =

 6) KMnO₄+KJ +H₂SO₄=

 7) KMnO₄+H₂S +H₂SO₄=

 8) MnO₂+NaJ +H₂SO₄=

 9) KMnO₄ +KJ +KOH=

 10) KMnO₄ +KNO₂+ H₂SO₄=KNO₃+?

 11) MnO₂ + KNO₃+KOH=

 12) MnO₂+KBr+H₂SO₄=

 13) MnO₂+Fe(NO₃)₂ +HNO₃=

14)Mn(NO₃)₂+Ca(CLO)₂ +H₂O = MnO₂+CaCL₂ +HNO₃

 15)MnCL₂+ KMnO₄+H₂O=MnO₂+KCL +HCL

 16)MnSO₄+ KMnO₄+H₂O=MnO₂+K₂SO₄+H₂SO₄

17) Mn(NO₃)₂+ KMnO₄+H₂O=MnO₂+KNO₃+HNO₃

 18) ) MnO₂ + NaNO₃+KOH=K₂MnO₄+NaNO₂+?

 19) KMnO₄+FeSO₄+ H₂SO₄=Fe₂(SO₄)₃+?

 2)Превращение соединений хрома в окислительно-восстановительных реакциях.

                K₂CrO₄                                   CrO₂^-              

                  Î в щелочной                          Î в щелочной

                   Cr^{+6                        ⇔}            Cr⁺³ вH₂O    Cr(OH)₃

                  В кислой:                               в кислой:

                 K₂Cr₂O₇                                  Cr³⁺(соль)

Закончить уравнения реакций, подобрать коэффициенты методом электронного баланса.

1) K₂Cr₂O₇+SO₂+ H₂SO₄=

2)Cr₂(SO₄)₃ +Br₂  +NaOH=

3)Cr₂O₃  +KOH +KMnO₄ =K₂CrO₄ +K₂MnO₄ +H₂O

4)Cr₂O₃ +KOH + KClO₃ =K₂CrO₄ +KCl +H₂O

5)K₂Cr₂O₇+HCL =

6)Na₂CrO₄ +H₂O₂ +H₂O = Cr(OH)₃ + NaOH + O₂

7)K₂Cr₂O₇ +H₂S +H₂SO₄ =

8)K₂Cr₂O₇+KJ +H₂O=

9) K₂Cr₂O₇ + KJ +H₂SO₄=

10) K₂Cr₂O₇ +KNO₂ + H₂SO₄=

11) K₂Cr₂O₇ +H₂S  +H₂S O₄=

12) K₂Cr₂O₇ +Na₂SO₃ +H₂O =

13)CrCL₃ +CL₂ +KOH =

14) Cr₂O₃+KNO₃ +KOH =

15) K₂Cr₂O ₇+K₂S+ H₂O=

16) K₂Cr₂O₇ + H₂O₂+ H₂S O₄=Cr₂(SO₄)₃+K₂SO₄ +O₂ +H₂O

17)Cr(OH)₃+Br₂ +NaOH =Na₂CrO₄ +NaBr +H₂O

18)NaCrO₂+PbO₂ +NaOH +H₂O = Na₂CrO₄ +Na₂(Pb(OH)₄)

3)Окислительно-восстановительные реакции с участием пероксида водорода.

                                               1)кислая→ H₂O

        H₂O₂ (окислитель) → 2)нейтральная→ OH^-                                     

                                               3)щелочная→ OH^-

 

                                                       1) Кислая→ O₂+2H⁺

   H₂O₂ (востановитель-)   →    2) Нейтральная→ O₂+H₂O

                                                       3) Щелочная→ O₂+H₂O

 

1. KMnO₄ +H₂O₂+ H₂SO₄=  MnSO₄+ O₂ +H₂O+…
2. KMnO₄ + H₂O₂ +H₂O= MnO₂+ O₂ +…
3. KMnO₄ + H₂O₂ +KOH= K₂MnO₄ + O₂ +…
4. K₂Cr₂O₇ + H₂O₂ +H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ +O₂ + H₂O +…
5. H₂O₂ + KJ + H₂SO₄= H₂O +...
6. H₂O₂ + HCL = CL₂ +…

4) Уравнения окислительно-восстановительных реакции в тестах ЕГЭ 2009год (ДЕМО версия):

           1)   KMnO₄+MnSO₄+H₂O=MnO₂+… +…

Ответ: KMnO₄ +MnSO₄ +H₂O =MnO₂ +K₂SO₄ +H₂SO₄

 

1. KNO₂ +… +H₂O =MnO₂ +… +  KOH

      Ответ: KNO₂ +KMnO₄ + H₂O =MnO₂ +KNO₃+ KOH

 

1. Cr₂O₃ +… +KOH =KNO₂  +K₂CrO₄ +…

                Ответ: Cr₂O₃ +KNO₃  +  KOH = KNO₂  + K₂CrO₄ +H₂O

 

1.  J₂ +K₂SO₃ +…  = K₂SO₄ + … +H₂O

       Ответ: J₂ +K₂SO₃ + KOH   =  K₂SO₄ + KJ  + H₂O

 

1. KMnO₄ +MnSO₄ +H₂O =MnO₂ +… +…

    Ответ: KMnO₄ +MnSO₄ +H₂O =MnO₂ + K₂SO₄ +H₂SO₄                           

5)Окислительно-восстановительные реакции в органической химии

В ОВР органических веществ с неорганическими органические вещества чаще всего являются восстановителями. Так, при сгорании органического вещества в избытке кислорода всегда образуется углекислый газ и вода. Сложнее протекают реакции при использовании менее активных окислителей. В этом параграфе рассмотрены только реакции представителей важнейших классов органических веществ с некоторыми неорганическими окислителями.

Алкены. При мягком окислении алкены превращаются в гликоли (двухатомные спирты). Атомы-восстановители в этих реакциях – атомы углерода, связанные двойной связью.

Реакция с раствором перманганата калия протекает в нейтральной или слабо щелочной среде следующим образом:

 

C₂H₄ + 2KMnO₄ + 2H₂O → CH₂OH–CH₂OH + 2MnO₂ + 2KOH (охлаждение)

Электроны отдают два атома С в молекуле алкена. Поэтому мы должны учесть общее количество отданных всей молекулой электронов:

3СН₃-С⁻¹Н=С⁻²Н₂ + 2KMn⁺⁷O₄ + 4H₂O (хол. р-р.) → 3CH₃-C⁰HOH-C⁻¹H₂OH + 2Mn⁺⁴O₂ + 2KOH

Mn+7 + 3e → Mn+4			|	2
С−1 − 1е → C0	}	− 2e		3
С−2 − 1е → C−1

 

3СН3-С−1Н=С−2Н2 + 10KMn+7O4	t°	3CH3-C+3OOK + 3K2C+4O3 + 10Mn+4O2 + KOH + 4Н2О
	→

 

Mn+7 + 3e → Mn+4			|	10
С−1 − 4е → C+3	}	− 2e		3
С−2 − 6е → C+4

 

В более жестких условиях окисление приводит к разрыву углеродной цепи по двойной связи и образованию двух кислот (в сильно щелочной среде – двух солей) или кислоты и диоксида углерода (в сильно щелочной среде – соли и карбоната):

1) 5CH₃CH=CHCH₂CH₃ + 8KMnO₄ + 12H₂SO₄ → 5CH₃COOH + 5C₂H₅COOH + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 17H₂O (нагревание)

2) 5CH₃CH=CH₂ + 10KMnO₄ + 15H₂SO₄ → 5CH₃COOH + 5CO₂ + 10MnSO₄ + 5K₂SO₄ + 20H₂O (нагревание)

3) CH₃CH=CHCH₂CH₃ + 6KMnO₄ + 10KOH → CH₃COOK + C₂H₅COOK + 6H₂O + 6K₂MnO₄ (нагревание)

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

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

Алкины. Алкины начинают окисляются в несколько более жестких условиях, чем алкены, поэтому они обычно окисляются с разрывом углеродной цепи по тройной связи. Как и в случае алканов, атомы-восстановители здесь – атомы углерода, связанные в данном случае тройной связью. В результате реакций образуются кислоты и диоксид углерода. Окисление может быть проведено перманганатом или дихроматом калия в кислотной среде, например:

5CH₃CCH + 8KMnO₄ + 12H₂SO₄ → 5CH₃COOH + 5CO₂ + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 12H₂O (нагревание)

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 до бензоата калия:

C₆H₅CH₃ +2KMnO₄ = C₆H₅COOK + 2MnO₂ + KOH + H₂O (при кипячении)

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

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

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 = 3CH₃CHOΠ+ K₂SO₄ + Cr₂(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. 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:

3CH₃CHO + 2KMnO₄ = CH₃COOH + 2CH₃COOK + 2MnO₂ + H₂O
3CH₃CHO + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ = 3CH₃COOH + Cr₂(SO₄)₃ + 7H₂O
CH₃CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH = CH₃COONH₄ + 2Ag + H₂O + 3NH₃

Формальдегид с избытком окислителя окисляется до углекислого газа.

 

        Использованная литература:

1)Чернобельская Г.М., Чертков И.И. Химия  М. Медицина,1985г

2)Беляев Н.Н.Окислительно-восстановительные реакции. Химико-фармацевтический институт. Ленинград 1991

3)Доронькин В.Н.,Бережная А.Г.,Сажнева Т.М.Химия .Тематические тесты.

Легион.Ростов –на Дону.2013г

4)Сайт  http://www.chem.msu.su/rus/school/zhukov/18b.html