Исследование применения 2-фенилпропена-1-перманганата калия в процессе очистки воды

Схемы окисления органических соединений – это важная часть органической химии. Рассмотрим схему окисления 2 фенилпропена перманганатом калия в присутствии сернокислого аниона водорода. Процесс окисления может идти в кислой среде, поэтому в данном случае стоит добавить серную кислоту. Окисление происходит по следующей схеме:

2 фенилпропен + KMnO4 + H2SO4 → acetyl + KOH + MnSO4

Давайте разберемся подробнее. Вначале запишем реакцию в виде уравнения:

C9H8 + KMnO4 + H2SO4 → C4H6O + KOH + MnSO4

Чтобы определить степень окисления атома углерода и составить уравнение окисления-восстановления, посчитаем количество кислорода в исходном соединении и в продукте.

В KMnO4 кислородное число элемента Mn равно +7, а в аналогичном соединении K2Cr2O7 кислородное число элемента Cr равно +6. Значит, в KMnO4 молекуле есть столько кислорода, сколько в K2Cr2O7 вещество добавления, таким образом, мы можем поставить в нашем уравнении вместо KMnO4 и K2Cr2O7 одинаковое количество кислорода с одинаковым экспонентом.

Серные анионы находятся в веществах H2SO4 и MnSO4. Напишем баланс:

C9H8 + 9O + H2SO4 + MnSO4 → C4H6O + KOH + MnSO4 + 3H2O

Выделенный вещества (9 кислородов) равен 9 и 9 мол обыкновенного газа в справа на полное окисление окисления веществ на левой стороне химического уравнения.

Осталось справа окисление, чтобы выяснить его степень. Подставим для этого известные значения массы веществ. Найдем количество вещества (в молях) на правой стороне химического уравнения и выразим как степень окисление-восстановительное окисление:

9O → 9 газа → 9 [газ] → 9 М[газ]

Жесткое окисление алкенов. Как записать уравнение

Давайте рассмотрим, какие вещества участвуют в реакции и как записать уравнение.

В данном случае мы рассмотрим реакцию окисления 2-фенилпропена (алкена) перманганатом калия в кислой среде. Для начала запишем схему этой реакции:

2-фенилпропен

+

KMnO4

+

H2SO4

→

?

Теперь проведем баланс уравнения. Сначала запишем окисление атомов марганца:

2-фенилпропен + KMnO4

+

H2SO4

→

?

+

MnSO4

Коэффициенты перед веществами, кроме кислоты, можно назначить произвольно. В данном случае примем их равными 1.

Теперь запишем окисление алкенов:

2-фенилпропен + KMnO4	+	H2SO4	→	?	+	MnSO4
X	+	Y	→	CO2	+	H2O

Продукты окисления алкена – это углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O).

Теперь продолжим баланс уравнения:

2-фенилпропен + KMnO4	+	H2SO4	→	CO2	+	H2O	+	MnSO4
X	+	Y	→	CO2	+	H2O

Для окончательного баланса выделенный блок в уравнении продублируем.

2-фенилпропен + KMnO4	+	H2SO4	→	3CO2	+	4H2O	+	MnSO4
X	+	Y	→	3CO2	+	4H2O

Таким образом, уравнение реакции жесткого окисления 2-фенилпропена в кислой среде записывается следующим образом:

2-фенилпропен + KMnO₄ + H₂SO₄ → 3CO₂ + 4H₂O + MnSO₄

Теперь вы можете самостоятельно записать уравнение реакции в других веществах или для других алкенов, приняв во внимание степень окисления и количество окислителя.

Жесткое окисление алкенов в кислой среде

Для проведения реакции необходимо рассчитать количество перманганата калия, которое потребуется для полного окисления данного алкена. Для этого используют соотношение «одна моль перманганата калия соответствует одной моли алкена».

Далее, смешиваем алкен с перманганатом калия в кислой среде. Для создания кислой среды добавляем к раствору перманганата калия сульфатную кислоту (H₂SO₄) в необходимом количестве.

При добавлении кислоты образуется обилие газа, который окрашивает раствор в красный цвет. Для балансировки уравнения реакции можно использовать коэффициенты в уравнении:

• Степень окисления атомов углерода в алкене равна 0.
• В ходе реакции окисления степень окисления атомов углерода увеличивается до +4.
• В перманганате калия марганц имеет степень окисления +7.
• В двухатомном кислороде степень окисления равна -2, в воде -2.
• В серной кислоте степень окисления серы равна +6.

Рассчитав количество перманганата калия и добавив кислоту, необходимо сделать баланс уравнения реакции, приведя коэффициенты перед соответствующими веществами в правильное соотношение.

Давайте рассмотрим конкретный пример жесткого окисления алкена. При окислении 2-метилпропена происходит образование соединения сульфатом марганца (MnSO₄) и углекислого газа (CO₂). Уравнение реакции можно записать следующим образом:

2-метилпропен + KMnO₄ + H₂SO₄ → MnSO₄ + CO₂ + H₂O

Окисление атомов углерода и марганца происходит аналогично, при этом степень окисления марганца уменьшается с +7 до +2.

Пропен + KMnO4 +H2SO4

Давайте рассмотрим процесс окисления пропена в присутствии KMnO4 и H2SO4. В данном случае KMnO4 выступает в качестве окислителя, а H2SO4 — в качестве катализатора.

Пропен, KMnO4 и H2SO4 реагируют в кислой среде. Электронный парамион MnO4- окисляется до ионов Mn2+, а CH2=CHCH3 окисляется до CH3COOH.

Чтобы более подробно разобраться в этой реакции, давайте пошагово запишем и балансируем уравнение реакции:

Пропен	KMnO4	H2SO4
C3H6	+ KMnO4	+ H2SO4
	→
2-метилпропен	+ Mn2+	+ H2S

В итоге, после окисления пропена, получаются 2-метилпропен, ионы Mn2+ и H2S в качестве продуктов реакции.

Суммарное количество атомов кислорода в KMnO4 уменьшилось, а количество атомов кислорода в пропене увеличилось. Это свидетельствует о законе сохранения массы в ходе реакции окисления.

Внимание! Ниже приведена упрощенная схема реакции, в которой не указаны все группы атомов и дополнительные продукты и ионы.

2-метилпропен + KMnO4 + H2SO4

Запишем уравнение реакции:

2-метилпропен + KMnO4 + H2SO4 -> ?

Осталось составить схему разрыва молекулы 2-метилпропена. Рассчитаем, сколько атомов углерода и водорода имеется в молекуле 2-метилпропена. 2-метилпропен обладает формулой С4H8. Будем считать, что все атомы углерода и водорода связаны только с данным веществом.

Считая, что KMnO4 выступает в качестве окислителя, установим коэффициенты перед KMnO4, H2SO4 и 2-метилпропеном в уравнении реакции. Поставим коэффициенты перед KMnO4 и H2SO4 так, чтобы кислород в молекуле KMnO4 соединялся только с атомами из одного атома водорода. Таким образом, мы получим уравнение реакции:

2-метилпропен + KMnO4 + H2SO4 -> продукты

Для уравновешивания уравнения реакции, придется использовать коэффициенты в нецелых частях. Например, мы можем использовать коэффициент 0,5 перед KMnO4. Тогда коэффициенты перед H2SO4 и 2-метилпропеном будут равны 1.

Посчитав коэффициенты перед KMnO4, KMnO4, H2SO4 и 2-метилпропеном, получим следующее уравнение реакции:

0,5 KMnO4 + H2SO4 + 2-метилпропен -> продукты

Теперь разберемся с реакционным запросом. В данной реакции 2-метилпропен выступает в качестве восстановителя, а KMnO4 как окислителя. Поэтому, после полного окисления 2-метилпропена, в продуктах реакции будет выделен KMnO4. Какие продукты получатся после реакции, зависит от условий проведения эксперимента.

2-метилпропен + KMnO4 + H2SO4 -> углекислый газ + вода + сернокислый оксид

Также, можно рассмотреть реакцию в щелочной среде. При этом, вместо H2SO4 будет присутствовать KOH. Результат реакции будет аналогичным, только вместо сернокислого оксида получим гидроксид марганца (II).

Перед тем, как решить задачу, стоит обратить внимание на коэффициенты перед перманганатом калия, сернокислым оксидом и другими веществами в составе реакции. Коэффициенты перед KMnO4, H2SO4 и 2-метилпропеном можно изменить, оставаясь в рамках правильной формулы реакции. Необходимо также учесть возможные остатки или соотношения между элементами. Например, в молекуле KMnO4 кислород имеет степень окисления -2. В таком случае, если вводить ионы К+ в баланс, получим — 2 * 4 = — 8 степень окисления кислорода, а для KMnO4 требуется только -7 степень окисления.

Теперь рассмотрим взаимодействие перманганата калия и сернокислого оксида. Это может привести к образованию красного сернокислого марганца. В данной реакции перманганат калия действует в качестве окислителя, сернокислый оксид — в качестве восстановителя. Необходимо зафиксировать данную реакцию и посчитать степень окисления каждого атома в молекуле перманганата калия перед и после окисления-

Пропен + K2Cr2O7 + H2SO4

Для начала, давайте посмотрим на структуру и формулу пропена:

CH3-CH=CH2

Далее, для записи уравнения реакции, запишем формулу перманганата калия:

K2Cr2O7

Следующим шагом укажем условия реакции, а именно — присутствие серной кислоты:

+ H2SO4

Итак, у нас есть пропен, перманганат калия и серная кислота. Чтобы записать уравнение реакции, сначала определим степень окисления атомов каждого элемента. В пропене углерод в середине цепи имеет степень окисления -1, окружающие его углеродные атомы имеют степень окисления 0. При окислении этого углерода кислород связан с ним, придя к степени окисления -2, а один из его водородных атомов переходит в степень окисления +1:

H2C=CH2 + KMnO4 + H2SO4 → CH2O2 + MnSO4 + H2O

В этом уравнении мы предполагаем, что происходит полное окисление пропена и что все продукты реакции находятся в растворе воды. После окисления пропена, образуются ацетальдегид (CH3CHO) и один молекулы воды. В свою очередь, перманганат калия превращается в марганцевый (II) сульфат (MnSO4) и воду.

Давайте теперь составим жесткую схему реакции:

Пропен + K2Cr2O7 + H2SO4 → CH2O2 + MnSO4 + H2O

В данной схеме все реагенты и продукты обозначены соответствующим образом. При этом образуются жидкие продукты: ацетальдегид и марганцевый (II) сульфат, а также газообразный продукт — водяной пар.

Итак, окисление пропена с помощью перманганата калия и серной кислоты приводит к образованию ацетальдегида, марганцевого (II) сульфата и воды. Эта реакция может быть использована для получения указанных веществ или в химических процессах, включающих окисление.

2-метилпропен + K2Cr2O7 + H2SO4

Для окисления алкенов, к которым относится 2-метилпропен, используется реагент, содержащий кислород, такой как калийный дихромат (K2Cr2O7) в кислой среде, обычно с сульфатной кислотой (H2SO4).

В случае 2-метилпропена, его можно записать следующей формулой:

CH3

   |

CH3-CH=C-CH3

Для уравняния установим коэффициенты в соответствии с изменением степени окисления атомов углеродного элемента. После баланса уравнения запишем продукты.

2 CH3-CH=C-CH3 + 12 K2Cr2O7 + 24 H2SO4 →

   C(CH3)2COOH + 12 Cr2(SO4)3 + 12 K2SO4 + 25 H2O

По результатам баланса видно, что вещества на правой части уравнения имеют меньшую степень окисления марганца по сравнению с изначальным комплексом калия дихромата (K2Cr2O7). Красный окислитель в структуре дихромата, Cr(VI), связан с кислородом двойной связи. В процессе окисления количество кислорода в 2-метилпропене увеличилось с нуля до одного. При этом количество водорода изменилось на два, и место дихромата занял атом углерода. Углерод изменил степень окисления с -1 до +2.

Сделаем электронную схему такого окисления:

Cr(VI) -> Cr(III)

O(-II) -> O(-II)

H(0) -> H(+I)

C(-I) -> C(+II)

Записать эту схему можно следующим образом:

2-метилпропен: CH3-CH=C-CH3

Cr(VI) -> Cr(III)

O(-II) -> O(-II)

H(0) -> H(+I)

C(-I) -> C(+II)

Таким образом, окисление 2-метилпропена в кислой среде с помощью калия дихромата (K2Cr2O7) и сульфатной кислоты (H2SO4) приводит к образованию уксусного альдегида (C(CH3)2COOH), серного соединения хрома (Cr2(SO4)3), сульфата калия (K2SO4) и воды (H2O).

Acetyl

Молекула фенилпропен содержит два блока CH2=CH-, каждый из которых связан с атомом углерода с обеих сторон. Однако, когда мы добавляем перманганат калия в воду, происходит разрыв электронных связей. Перманганат калия окисляет атомы углерода, переходя в виде двух красного окисленного ионов (MnO₄^—) и становясь водой (H₂O). В результате, остается только два атома углерода, которые могут реагировать с другими веществами.

В качестве окислителя в данном случае используется 2-метилпропен, который претерпевает окисление до ацетила. На схеме реакции также видно, что окисление происходит на двух разных частях молекулы фенилпропена. Один атом углерода находится слева от двойной связи, а другой — справа.

Давайте посчитаем степень окисления атомов углерода в обоих частях молекулы:

• У атома углерода, находящегося слева от двойной связи, степень окисления составляет -2.
• У атома углерода, находящегося справа от двойной связи, степень окисления составляет также -2.

Если мы посчитаем сумму степеней окисления обоих углеродных атомов, то получим следующее:

-2 + -2 = -4

Таким образом, в молекуле фенилпропена общая степень окисления атомов углерода равна -4.

В кислой среде ацетил может быть получен при окислении 2-метилпропена, используя перманганат калия (KMnO₄) в качестве окислителя. В результате окисления атомы углерода приобретут степень окисления равную нулю, а продуктами реакции будут ацетил и сульфат марганца (MnSO₄).

Рассчитаем коэффициенты в уравнении реакции:

KMnO₄ + 2-метилпропен + H₂O → C₂H₄O + MnSO₄

Теперь запишем уравнение окисления:

2 KMnO₄ + 2-метилпропен + 3 H₂O → 2 C₂H₄O + 2 MnSO₄ + 2 KOH

Таким образом, используя перманганат калия и 2-метилпропен в кислой среде, можно получить ацетил.

Видео:

7 ПРОСТЫХ ХИМИЧЕСКИХ ОПЫТОВ ДЛЯ ДОМА!

7 ПРОСТЫХ ХИМИЧЕСКИХ ОПЫТОВ ДЛЯ ДОМА! by Thoisoi 3,913,911 views 7 years ago 5 minutes, 10 seconds