Глицерина перманганатом калия уравнение реакции

Расчетные задачи в органической химии

Окисление глицерина перманганатом калия

Задача 48.
Напишите три уравнения реакций окисления многоатомных спиртов на примере глицерина перманганатом калия.
Решение:
1. Окисление глицерина перманганатом калия
Процесс окисления многоатомных спиртов происходит ступенчато. При жестком окислении глицерина перманганатом в присутствии ионов Н+ (концентрированная серная кислота при нагревании) возможно окисление первичных спиртовых групп до карбоксильных (-СООН), а вторичных — до кетонных (=О):

Реакция протекает через несколько стадий и при этом образуется конечное вещество: СООНС(О)СООН — 2-оксопропандиовая кислота (диоксипропандиовая кислота)) или 2-оксомалоновая кислота (диоксималоновая кислота) , а также
2-оксометандикарбоновая кислота.

Водный раствор диоксипропандиовой кислоты называется мезоксалевой кислотой:

2. Реакция Карла Шееле
При смешивании глицерина с кристаллическим перманганатом калия (марганцовкой) происодит бурная реакция ( яркая вспышка смеси). Взаимодействие сопровождается выделением большого количества теплоты и газов (углекислый газ СО₂ и пары воды Н₂О), которые увлекают за собой горячие твердые частицы диоксида марганца МnО₂ и карбоната калия К₂CO₃:

3. Глицерин при взаимодействии с перманганатом калия КMnО4 в присутствии H2SO4 возможно окисление по реакции:

Получение 1,2-дийодперфторбутана

Задача 49.
Рассчитайте загрузку иода на первую стадию процесса, при условии, что расчет надо вести на C4F8J2. Заполнение реактора 80% при максимальной температуре процесса 230°С. Реактор V = 2л.
Решение:
I₂ ⇔ 2I•
CF₂=CF₂ + I• ⇔ CF₂I– CF₂•
CF₂I– CF₂• + I• ⇔ CF₂I– CF₂I

Процесс начинается с термодиссоциации иода с образованием атомарного иода, который вступает в реакцию с тетрафторэтилена (ТФЭ) с образованием тетрафторэтилиодидного радикала, который стабилизируется за счет присоединения атома иода с образованием 1,2-дииодперфторэтана (ДИЭ).

Процесс образования 1,2-дийодперфторбутана из дийодперфторэтана и тетрафторэтилена (ТФЭ) может быть описан следующими уравнениями:

Из уравнений реакций вытекает, что на образование 1 моль C₄F₈J₂ затрачивается 1 моль I₂, т.е n(I₂) = n(C₄F₈J₂).

n(C₄F₈J₂) = V(C₄F₈J₂)/Vm = [V(сосуда) . 0,8]/Vm = (2 . O,8)/22,4 = 0,0714 моль.

m(I₂) = n(I₂) . M(I₂) = 0,0714 . 253,8089 = 18,12 г.

Нахождение состава смеси метана и этана

Задача 50.
При сжигании 20 л смеси метана и этана добыто 25 л карбон (IV) оксида. Найти состав смеси в обьемных частях.
Решение:
Уравнения реакции горения веществ будут иметь вид:
1) CH₄ + O₂ = CO₂ + 2H₂O
2) C₂H₆ + 3,5O₂ = 2CO₂ + 3H₂O

Из уравнений горения газов вытекает, что при сгорании 1 моль метана образуется 1 моль углекислого газа, а при сгорании этана — 2 моль.

Примем объм метана и этана в газовой смеси за «х» и «у» соответственно, а объёмы СО₂ — Х и 2Y.

Для вычисления состава смеси метана и этана в обьемных частях составим уравнение с двуья паременными, плоучим:

Решим систему линейных уравнений методом подстановки:

Выразим из первого уравнения х + у = 20 данной системы «y» через «x«, получим:

Подставив во второе уравнение х + 2у = 25 данной системы вместо «y» выражение (20 — х), получим систему:

Полученные системы равносильны. В последней системе второе уравнение содержит только одну переменную. Решим это уравнение, получим:

Тогда «у» = 20 — «х» = 20 — 15 = 5.

Опыты по химии. Многоатомные спирты

Взаимодействие глицерина с металлическим натрием

Как и одноатомные спирты, многоатомные спирты реагируют с металлическим натрием. В пробирку с глицерином бросим кусочек натрия. Пробирку слегка подогреем. Реакция идет вначале медленно, затем более энергично. Выделяющийся водород можно поджечь. Реакция протекает очень энергично, выделяется много теплоты, на завершающей стадии реакции происходит обугливание глицерина.

Оборудование: химический стакан, пробирка, палочка стеклянная, скальпель, пинцет, фильтровальная бумага.

Техника безопасности. Соблюдать правила работы со щелочными металлами.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Взаимодействие глицерина с кристаллическим перманганатом калия

К растертому в тонкий порошок перманганату калия прильем немного глицерина. Через некоторое время над смесью появляется дымок, а затем происходит загорание глицерина. Под действием сильных окислителей глицерин сгорает с образованием углекислого газа и воды.

Оборудование: огнезащитная прокладка, фильтровальная бумага, шпатель.

Техника безопасности. Соблюдать правила пожарной безопасности. Не допускать попадания перманганата калия на одежду и кожу.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Взаимодействие многоатомных спиртов с гидроксидом меди (II)

С увеличением числа гидроксильных групп в молекуле вещества возрастает подвижность атомов водорода, т.е. увеличиваются кислотные свойства. Поэтому атомы водорода в многоатомных спиртах могут замещаться не только щелочными металлами, но и менее активными металлами. Получим гидроксид меди (II), путем сливания растворов гидроксида натрия и сульфата меди (II). Прильем полученный осадок к глицерину. Осадок гидроксида меди растворяется и образуется темно-синий раствор глицерата меди (II). Осадок гидроксида меди прильем к раствору этиленгликоля. Также образуется темно-синий раствор. Реакция с гидроксидом меди (II) является качественной реакцией на многоатомные спирты.

Оборудование: пробирки, стеклянная палочка.

Техника безопасности. Соблюдать правила работы со щелочами и их растворами.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Изучение физических свойств глицерина

Глицерин – прозрачная, бесцветная, вязкая, сладковатая сиропообразная жидкость. Глицерин хорошо растворим в воде, и смешивается с ней в любых отношениях. Растворы глицерина замерзают при очень низких температурах. Приготовим охлаждающую смесь из поваренной соли и кусочков льда. Опустим в нее две пробирки. В одной из пробирок – вода, в другой – раствор глицерина. Через некоторое время вода замерзает. Раствор глицерина остается жидким. Глицерин и этиленгликоль используются в качестве антифризов в радиаторах автомобилей.

Оборудование: пробирки, штатив, кристаллизатор.

Техника безопасности. Опыт безопасен.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Хамелеон

Всего две капли глицерина — и марганцовка меняет свой цвет!

Реагенты

Безопасность

Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.

Проводите эксперимент на подносе.

• Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
• Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
• Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 10 лет.
• Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
• Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
• Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
• Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
• Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.

• В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
• В случае проглатывания реагентов промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
• В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
• В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
• В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
• В случае травм всегда обращайтесь к врачу.

• Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
• Данный набор опытов предназначен только для детей 10 лет и старше.
• Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
• Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
• Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
• Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Другие эксперименты

Пошаговая инструкция

В пластиковую пробирку аккуратно высыпьте всё содержимое баночки с KMnO₄ (200 мг смеси сульфата натрия Na₂SO₄ с KMnO₄, 1% содержание по массе).

Вылейте в пробирку содержимое баночки с насыщенным раствором гидроксида кальция Ca(OH)₂ (5 мл).

Плотно закройте пробирку крышкой и перемешайте. Убедитесь, что вы получили прозрачный раствор.

Добавьте к получившемуся фиолетовому раствору 2 капли 10%-го водного раствора глицерина.

Плотно закройте пробирку и встряхните её.

Внимательно следите за раствором в пробирке! Наблюдайте изменение цвета хамелеона.

Ожидаемый результат

Две капли глицерина превращают фиолетовый раствор перманганата калия KMnO₄ сначала в зелёный, а затем — в оранжевый.

Утилизация

Утилизируйте твёрдые отходы эксперимента вместе с бытовым мусором. Слейте растворы в раковину, промойте избытком воды.

Что произошло

Почему марганцовка меняет цвет?

Марганцовкой называют раствор перманганата калия KMnO₄. Он имеет насыщенный фиолетовый цвет. Однако после добавления глицерина в этот раствор мы наблюдаем достаточно быстрое изменение окраски: пробирка превращается в хамелеона. Что же происходит? В воде KMnO₄ распадается на две заряженные частицы:

Именно MnO₄ — отвечает за фиолетовое окрашивание раствора. Частица MnO₄ — взаимодействует с глицерином. Сначала получается зелёный MnO₄ 2- :

а затем бурый MnO₂:

Дополнение

Атом марганца Mn в KMnO₄ имеет внушительный положительный заряд (+7). Mn +7 – это сильный окислитель, а значит, он очень хочет заполучить в своё владение электроны (e — ). Обычно Mn +7 забирает себе сразу несколько электронов – так сильно он хочет ими «полакомиться». Однако условия нашей реакции подобраны так, чтобы «голодный» марганец не торопился и насыщался электронами постепенно. А глицерин выступает в роли заботливой домохозяйки, подающей марганцу электроны порция за порцией:

Фиолетовый перманганат MnO₄ — (заряд марганца +7, Mn 7+ ) получает электрон и становится зелёным манганатом MnO₄ 2- (заряд марганца +6, Mn 6+ ). Глицерин «кормит» его двумя электронами, и манганат превращается в бурый диоксид марганца MnO₂ (Mn 4+ ). Диоксид марганца мог бы взять ещё два электрона и превратиться в бесцветный Mn 2+ . Однако в условиях нашей реакции MnO₂ выпадает в осадок, и этого не происходит.

Реакции, в которых вещества обмениваются электронами, называются окислительно-восстановительными. Жадные до электронов атомы называются окислителями, а те из атомов, которые отдают свои электроны («кормят» окислителей), – восстановителями. В нашем случае марганец – это окислитель, а глицерин – восстановитель.

Кстати, заряды у атомов, (например: +1 у K + , +7 у Mn +7 или -1 у Cl — ) химики называют степенями окисления. Подробнее о них вы можете прочитать в описании эксперимента «Исчезающий йод».

Почему раствор поначалу синеет?

Если внимательно следить за хамелеоном, вы заметите, что через несколько секунд после добавления глицерина в раствор он приобретёт синюю окраску. Синий цвет образуется при смешении фиолетового (от перманганата MnO₄ — ) и зелёного (от манганата MnO₄ 2- ) растворов. Однако он достаточно быстро зеленеет – в растворе становится всё меньше MnO₄ — и больше MnO₄ 2- .

Дополнение

Учёным удалось обнаружить, в какой форме марганец способен окрашивать раствор в синий цвет. Это происходит, когда он образует гипоманганат-ион MnO₄ 3- . Здесь марганец находится в степени окисления +5 (Mn +5 ). Однако MnO₄ 3- очень неустойчив, и для его получения необходимы особые условия, поэтому в нашем опыте его увидеть не получится.

Что происходит с глицерином в нашем опыте?

Глицерин взаимодействует с перманганатом калия, отдавая ему свои электроны. Глицерин взят в нашей реакции в большом избытке (его примерно в 10 раз больше, чем перманганата калия KMnO₄). Сам глицерин в условиях нашей реакции превращается глицериновый альдегид, а затем − в глицериновую кислоту.

Дополнение

Как мы уже выяснили, глицерин C₃H₅(OH)₃ окисляется перманганатом калия. Глицерин – это весьма сложная органическая молекула, поэтому и реакции с его участием зачастую непросты. Окисление глицерина – сложная реакция, в ходе которой образуется много различных веществ. Многие из них существуют совсем недолго и превращаются в другие, а некоторые можно найти в растворе и после окончания реакции. Такая ситуация характерна для всей органической химии в целом. Обычно те вещества, которых по итогам химической реакции получается больше всего, называют основными продуктами, а остальные – побочными.

В нашем случае основной продукт окисления глицерина перманганатом калия – это глицериновая кислота.

Для чего мы добавляем гидроксид кальция Ca(OH)₂ в раствор KMnO₄?

В водном растворе гидроксид кальция Ca(OH)₂ распадается на три заряженные частицы (ионы):

В транспорте, магазине, кафе или в школьном классе – везде нас окружают разные люди. И ведём мы себя в таких местах по-разному. Даже если делаем одно и то же дело – например, читаем книгу. В окружении разных людей мы делаем это немного по-разному: где-то медленнее, где-то быстрее, иногда запоминаем прочитанное хорошо, а другой раз не можем вспомнить и строчки уже на следующий день. Так и перманганат калия в окружении ионов OH — ведёт себя по-особенному. У глицерина он забирает электроны «нежнее», никуда не торопясь. Именно поэтому мы можем наблюдать изменение окраски хамелеона.

Дополнение

А что произойдёт, если не добавлять раствор Ca(OH)₂?

Когда в растворе присутствует избыток ионов OH — , такой раствор называют щелочным (или говорят, что он имеет щелочную реакцию). Если же, наоборот, в растворе есть избыток ионов H + , такой раствор называют кислым. Почему «наоборот»? Потому что вместе ионы OH — и H + образуют молекулу воды H₂O. А вот если ионы H + и OH — присутствуют поровну (то есть мы имеем фактически воду), раствор называют нейтральным.

В кислом растворе активный окислитель KMnO₄ становится крайне невоспитанным, даже грубым. Он очень быстро отнимает электроны у глицерина (целых 5 за раз!), и марганец превращается из Mn^+7 (в перманганате MnO₄ — ) в Mn 2+ :

MnO₄ — + 5e — → Mn 2+

Последний (Mn 2+ ) не придаёт воде никакой окраски. Поэтому в кислом растворе марганцовка очень быстро обесцветится, и хамелеон не получится.

Похожая ситуация произойдёт и в случае нейтрального раствора перманганата калия. Только мы «потеряем» не все цвета хамелеона, как в кислом растворе, а только два – зелёный манганат MnO₄ 2- получаться не будет, а значит, синее окрашивание тоже исчезнет.

Можно ли сделать хамелеона, используя что-нибудь, кроме KMnO₄?

Можно! Хамелеон из хрома (Cr) будет иметь следующую окраску:

оранжевый (бихромат Cr₂O₇ 2- ) → зелёный (Cr 3+ ) → голубой (Cr 2+ ).

Ещё один хамелеон – из ванадия (V):

жёлтый (VO 3+ ) → голубой (VO 2+ ) → зелёный (V 3+ ) → лиловый (V 2+ ).

Вот только заставить растворы соединений хрома или ванадия менять свой цвет так красиво, как это происходит в случае марганца (марганцовки), намного сложнее. Кроме того, придётся постоянно добавлять новые вещества в смесь. Поэтому настоящий хамелеон − такой, что будет менять свой цвет «самостоятельно», − получается только из марганцовки.

Дополнение

Марганец Mn, как и хром Cr и ванадий V, – это переходные металлы – большая группа химических элементов, обладающих целым набором интересных свойств. Одна из особенностей переходных металлов – яркая и разнообразная окраска соединений и их растворов.

Например, из растворов соединений переходных металлов легко получить химическую радугу:

Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан:

Красный (тиоционат железа (III) Fe(SCN)₃), железо Fe;

Оранжевый (бихромат Cr₂O₇ 2- ), хром Cr;

Жёлтый (VO 3+ ), ванадий V;

Зелёный (нитрат никеля, Ni(NO₃)₂), никель Ni;

Голубой (сульфат меди, CuSO₄), медь Cu;

Синий (тетрахлоркобальтат, [CoCl₄] 2- ), кобальт Co;

Фиолетовый (перманганат MnO₄ — ), марганец Mn.

Развитие эксперимента

Как изменить хамелеона дальше?

Это интересно

Можно ли обратить реакцию и снова получить фиолетовый раствор?

Некоторые химические реакции могут протекать как в одном направлении, так и в обратном. Такие реакции называют обратимыми и, по сравнению с общим числом химических реакций, их известно не так уж много. Можно обратить реакцию, создав особые условия (например, сильный нагрев реакционной смеси) или добавив какой-то новый реагент. Окисление глицерина перманганатом калия KMnO₄ не относится к реакциям такого типа. Более того, в рамках нашего эксперимента обратить эту реакцию невозможно. Поэтому заставить хамелеона менять свой цвет в обратном порядке у нас не получится.

Дополнение

Давайте разберёмся, существует ли способ обратить нашего хамелеона?

Сначала простой вопрос: может ли окисленный глицерин (глицериновая кислота) превратить диоксид марганца MnO₂ обратно в фиолетовую марганцовку KMnO₄? Нет, не может. Даже если мы будем ему сильно помогать (например, греть раствор). А всё потому, что KMnO₄ – сильный окислитель (с этим мы разобрались немного выше), в то время как глицериновая кислота обладает слабыми окислительными свойствами. Слабому окислителю невероятно трудно что-либо противопоставить сильному!

Можно ли превратить MnO₂ обратно в KMnO₄, используя другие реагенты? Да, можно. Вот только для этого вам придётся работать в настоящей химической лаборатории! Один из лабораторных способов получения KMnO₄ – это взаимодействие MnO₂ с хлором Cl₂ в присутствии избытка гидроксида калия KOH:

Дома такую реакцию не провести – это и сложно (понадобится специальное оборудование), и небезопасно. Да и сама она будет иметь мало общего с ярким и красивым хамелеоном из нашего опыта.