4.1.5. Качественные реакции органических соединений. Качественная реакция на калия перманганат


Качественные реакции органической химии | Дистанционные уроки

09-Дек-2012 | комментариев 10 | Лолита Окольнова

 

В качественном анализе используют легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Реакции должны быть как можно более селективны и высокочувствительны.

 

Это означает, что качественные реакции — это реакции с ощутимым эффектом -цвет, запах, изменение состояния вещества. «Селективность» — означает, что желательно, чтобы такая реакция на данный класс веществ или на данное вещество была уникальна. Высокая чувствительность — даже очень небольшое количество вещества должно проявляться в такой реакции.

 

С уникальностью в органической химии немного проблематично, но тем не менее, есть достаточно много реакций для определения того или иного вещества.

 

Итак, классы органических соединений и соответствующие им качественные реакции:

 

 

Как вы видите, все вещества, имеющие кратные связи (кратные=двойные и тройные), обесцвечивают бромную воду. Многие из них изменяют окраску раствора перманганата калия. Поэтому эти вещества надо разделять по их индивидуальным, характерным только для них качественным реакциям.

 

Здесь перечислены самые основные качественные реакции органической химии. Если говорить о высокомолекулярных соединениях — белках, жирах, углеводах, то для них качественные реакции определяются функциональными группами, входящими в состав. Зная функциональную группу, вы легко сможете подобрать реактив, т.к. в таблице они разобраны именно по классам.

 

     
  • в ЕГЭ это вопрос  B6— Качественные реакции органических соединений

 

 

Еще на эту тему:

Обсуждение: "Качественные реакции органической химии"

(Правила комментирования)

distant-lessons.ru

основные химические свойства и реакции

Перманганат калия в латыни имеет название Kalii permanganas. В миру это просто марганцовка - калиевая соль в реакции марганцевой кислоты. Буквенное обозначение KMnO. Соприкасаясь с органикой, образует белок – альбуминат, в ощущениях тела эта реакция передается чувством жжения, вязания, локального раздражения, при этом обладая заживляющим эффектом и свойством дезодоранта и противоядия.перманганат калия

Получают перманганат калия путем электрохимического окисления марганцевых соединений либо изменением их пропорций. Вот некоторые на перманганат калия реакции, широко используемые в промышленности и фармакологии:

2MnO2 +3 Cl2 + 8KOH → 2KMnO4 + 6KCl + 4h3O

2K2MnO4 + 2h3O → 2KMnO4 +h3↑ + 2KOH.

Здесь, как мы видим, марганец, окисляясь, взаимодействует с солями хлора и молекулами калия. Вторая по счету реакция широко используется в промышленности, так как при ней перманганат калия вырабатывается эндотермическим путем при электролизе концентрата.

Физические свойства перманганата калия

В науке это соединение иначе называют марганцевокислым калием, который представляет собой зернистые кристаллы ромбической формы и темно-лилового цвета. В виде кристаллов перманганат калия распадается при температуре нагрева 240°С и выше, образуя выделение кислорода. Это демонстрирует следующая реакция:

2KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2.

Плотность вещества 2,703 г/см. куб, молярная масса перманганата калия – 158,03 г/моль. Растворимость соединения в воде зависит от степени концентрации, а также от температуры воды (данные представлены в таблице 1).

Таблица 1. Растворимость перманганата калия при различных температурах

t реакции01020304050
грамм кристалов/100 гр воды2,84,16,48,311,214,4

В зависимости от количества кристаллов, добавленных в воду разной температуры, каждый раствор будет иметь свой оттенок – от слабого, нежно-малинового при малой концентрации до пурпурно-фиолетового – при большой. Другими растворителями кристаллов перманганата калия выступают ацетон, аммиак и метиловый спирт. перманганат калия химические свойства

Химические свойства перманганата калия

Вещество "перманганат калия" является довольно сильным окислителем. В зависимости от рН-среды он воздействует на разные типы веществ, восстанавливаясь в уравнении до марганцевых соединений различных степеней окисления. Например, в кислой среде – II, в щелочной – до VI, в нейтральной среде, соответственно, – до IV.

Перманганат калия реакцииСоприкасаясь с концентратом серной кислоты, перманганат калия, химические свойства которого указывают на окисление, становится причиной взрывной реакции, а при нагревании выделяет кислород – этот метод добычи О2 повсеместно используют в промышленности.

Применение перманганата калия

В современном лабораторном производстве  перманганат калия распространен в органическом синтезе в виде окислителя. В щелочном растворе является действенным моющим и обезжиривающим препаратом. Популярно и универсально применение 0,1% раствора в медицине при лечении ожогов, полосканиях, обеззараживании, выводе токсинов. Некоторые аптеки не отпускают это вещество, так как приказом Министерства оно причислено к взрывоопасным. Зато можно достать перманганат калия в садово-огородных магазинах, где его продают в виде удобрения.

fb.ru

Перманганат калия

Калия перманганат (распространённое название в быту — марганцовка) — калиевая соль марганцевой кислоты (KMnO4).

Получение

Химическое или электрохимическое окисление соединений марганца, диспропорционирование манганата калия. Например:

2MnO2 +3 Cl2 + 8KOH → 2KMnO4 + 6KCl + 4h3O

2K2MnO4 + Cl2 → 2KMnO4 + 2KCl

3K2MnO4+2h3O → 2KMnO4+ MnO2 + 4KOH

2K2MnO4 + 2h3O → 2KMnO4 +h3↑ + 2KOH

Последняя реакция происходит при электролизе концентрированного раствора манганата калия и эндотермична, она является основным промышленным способом получения перманганата калия.

Физические свойства

Внешний вид: тёмно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском.

Физические свойства перманганата калия
Молекулярная масса 158,03 а.е.м.
Температура разложения 240 °C
Плотность ρ 2,7 г/см3 (при 20°C)
Показатель преломления σ 1,59 (при 20°C)

Растворяется в воде (см. таблицу), жидком аммиаке, ацетоне (2:100), метаноле, пиридине.

Термодинамические свойства

Термодинамические свойства перманганата калия
Стандартная энтальпия образования ΔH −813,4 кДж/моль (т) (при 298 К)
Стандартная энергия Гиббса образования G −713,8 кДж/моль (т) (при 298 К)
Стандартная энтропия образования S 171,71 Дж/моль·K (т) (при 298 К)
Стандартная мольная теплоёмкость Cp 119,2 Дж/моль·K (т) (при 298 К)

Химические свойства

Сильный окислитель. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы приведены в таблице.

Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы по отношению к водородному электроду Окисленная форма Восстановленная форма Среда E0, В
MnO4- MnO42- OH- +0,56
MnO4- h3MnO4 H+ +1,22
MnO4- MnO2 H+ +1,69
MnO4- MnO2 OH- +0,60
MnO4- Mn2+ H+ +1,51

В зависимости от pH раствора окисляет различные вещества, восстанавливаясь до соединений марганца разной степени окисления. В кислой среде — до соединений марганца(II), в нейтральной — до соединений марганца(IV), в сильно щелочной — до соединений марганца(VI). Примеры реакций приведены ниже (на примере взаимодействия с сульфитом калия:

в кислой среде: 2KMnO4 + 5K2SO3 + 3h3SO4 → 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3h3O

в нейтральной среде: 2KMnO4 + 3K2SO3 + h3O → 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH

в щелочной среде: 2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH → K2SO4 + 2K2MnO4 + h3O

Однако надо отметить, что в последняя реакция (в щелочной среде) идёт по указаной схеме только при недостатке восстановителя и высокой концентрации щёлочи, которая обеспечивает замедление гидролиза манганата калия.

При соприкосновении с концентрированной серной кислотой перманганат калия взрывается, однако при аккуратном соединении с холодной кислотой реагирует с образованием неустойчивого оксида марганца(VII):

2KMnO4 + 2h3SO4 → 2KHSO4 + Mn2O7 + h3O,

при этом в качестве промежуточного продукта может образовываться интересное соединение — оксосульфат марганца MnO3HSO4. По реакции с фторидом йода(V) можно получить аналогичный оксофторид:

KMnO4 + IF5 → KF + IOF3 + MnO3F

При нагревании разлагается с выделением кислорода (этим способом пользуются в лаборатории для получения чистого кислорода). Схему реакции упрощённо можно представить уравнением:

2KMnO4 →(t) K2MnO4 + MnO2+ O2↑

На самом деле реакция идёт намного сложнее, например, при не очень сильном нагревании её можно примерно описать уравнением:

5KMnO4 →(t) K2MnO4 +K3MnO4 + 3MnO2+ 3O2↑

Реагирует с солями двухвалентного марганца, например:

2KMnO4 + 3Mn→SO4 + 2h3O → 5MnO2 + K2SO4 + 2h3SO4

Эта реакция коммутации в принципе обратна дисмутации (диспропорционирование) K2MnO4 на MnO2 и KMnO4.

  • Водные растворы перманганата калия термодинамически нестабильны, но кинетически довольно устойчивы. Их сохранность резко повышается при хранении в темноте.

Применение

Применение этой соли основано на высокой окисляющей способности перманганат-иона.

  • Щелочной раствор перманганата калия хорошо отмывает лабораторную посуду от жиров и других органических веществ.
  • Разбавленные растворы (около 0,1%) перманганата калия нашли широчайшее применение в медицине как антиспетическое средство, для полоскания горла, промывания ран, обработки ожогов, приёма внутрь при некоторых отравлениях (обладает рвотным действием).

См. также

mediaknowledge.ru

Качественные реакции органических соединений.

Соединение, функциональная группа Реагент Что наблюдается, уравнение реакции

Алкены>C=C<

Водный раствор KMnO4

Наблюдают исчезновение фиолетовой окраски KMnO4 и образование хлопьевидного осадка диоксида марганца бурого цвета

3 >C=C< + 2KMnO4 + 4h3O → 3 >C(OH)-C(OH)< + 2MnO2↓ + 2KOH

Раствор Br2 в органическом растворителе или воде (бромная вода)

Исчезает желто-коричневая окраска раствора брома из-за протекания реакции:

>C=C< + Br2 →  >C(Br)=C(Br)<

Алкины -С≡С- Раствор Br2 в органическом растворителе или воде (бромная вода)

Исчезает желто-коричневая окраска раствора брома из-за протекания реакции:

R-С≡С-R’ + 2Br2   →   R-CBr2-CBr2-R’

Водные растворы аммиачных комплексов Ag(I), например, аммиачный раствор оксида серебра

[Ag(Nh4)2]OH

Алкины с тройной связью на конце молекулы дают желтый осадок:

R-С≡СН + [Ag(Nh4)2]OH → R-С≡СAg↓ + 2Nh4 + h3O

Алкины, у который при тройной связи нет атомов водорода в такую реакцию не вступают

Водный раствор аммиачных комплексов одновалентной меди Cu(I), например, аммиачный раствор оксида меди (I)

[Cu(Nh4)2]OH

Алкины с тройной связью на конце молекулы дают красный осадок :

R-С≡СН + [Cu(Nh4)2]OH →  R-С≡СCu↓ + 2Nh4 + h3O

Алкины, у которых при тройной связи нет атомов водорода в такую реакцию не вступают, что позволяет отличить их друг от друга

Бензол Нитрующая смесь – смесь конц. азотной и серной кислот

Образование желтой жидкости с запахом горького миндаля на дне реакционной смеси 

nitrovanie benzola 2

Гомологибензола Нейтральный водный раствор  KMnO4

При кипячении с каким-либо гомологом бензола водный раствор перманганата калия обесцвечивается и выпадает бурый осадок оксида марганца (IV). На примере с толуолом и этилбензолом реакции выглядят следующим образом:

C6H5Ch4 +2KMnO4 = C6H5COOK + 2MnO2↓ + KOH + h3O (при кипячении)

C6H5Ch3Ch4 + 4KMnO4 = C6H5COOK + K2CO3 + 2h3O + 4MnO2↓ + KOH (при нагревании)

Подкисленный водный раствор перманганата калия KMnO4(водн.), H+

Постепенное обесцвечивание подкисленного раствора KMnO4. Выпадения бурого осадка MnO2 не наблюдается, поскольку марганец восстанавливается до практически бесцветной соли двухвалентного марганца. Чаще всего в качестве подкислителя изпользуют серную кислоту. На примере с толуолом реакция выглядит следующим образом:

5C6H5Ch4 + 6KMnO4 + 9h3SO4 → 5C6H5COOH + 6MnSO4 + 3K2SO4 +14h3O

Фенол Бромная вода

Исчезновение желто-коричневой окраски бромной воды с одновременным выпадением белого осадка трибромфенола:

phenol pl'us brom ravno tribromphenol pl'us 3HBr 3

Разбавленный водный раствор соли железа (III),  например,

FeCl3

Светло-желтая окраска разбавленного раствора соли трехвалентного железа сменяется на фиолетовую
Анилин Бромная вода

Исчезновение желто-коричневой окраски бромной воды с одновременным выпадением белого осадка триброманилина:

anilin pl'us brom ravno tribromanilin pl'us 3HBr

Одноатомные первичные и вторичные спирты

Ch4OH, C2H5OH,(Ch4)2CH-OH и т.д.

Оксид меди (II)

CuO

Черный CuO при нагревании со спиртом изменяет свою окраску на красную в связи с восстановлением до Cu0. Первичный спирт при этом превращается в альдегид:

R-Ch3-OH + CuO =to=> R-CHO + Cu + h3O,

вторичный — в кетон:

R-C(OH)-R’+ CuO =to=> R-C(O)-R’ + Cu + h3O,

В случае метанола появляется легко узнаваемый запах формальдегида (естественно, чтобы он был узнаваемым, нужно до этого быть знакомым с его запахом:-) )

В случае реакции с CuO этилового спирта чувствуется специфический запах ацетальдегида, схожий с ароматом прелых яблок сорта «антоновка»

okislenie jetanila v acetal'degid

Многоатомные спирты Свежеосажденный Cu(OH)2 (II)

Растворение голубого осадка Cu(OH)2 с образование ярко-синего раствора комплексного соединения меди. На примере с глицерином уравнение реакции выглядит следующим образом:

glicerin-pljus-gidroksid-medi-pljus-glicerin-ravno-glicerat-medi-pljus-2-vody-2

Альдегиды,

—CHO

Аммиачный раствор оксида серебра

[Ag(Nh4)2]OH

Так называемая реакция серебряного зеркала. В результате восстановления Ag+1 в металлическое серебро Ag0 на стенках сосуда образуется зеркало. При небрежном смешении реагентов или в недостаточно чистом сосуде вместо серебряного зеркала может образоваться черный осадок, состоящий из мелкодисперсных частиц металлического серебра. В обоих случаях наблюдаемые явления описываются уравнением в общем виде:

R-CHO + 2[Ag(Nh4)2]OH = R-СООNh5 + 2Ag↓ + 3Nh4↑ + h3O

Свежеосажденный

Cu(OH)2

Образование оранжево-красного осадка Cu2O при нагревании в результате реакции:

R-CHO + 2Cu(OH)2 = R-COOH + Cu2O↓ + 2h3O

Карбоновые кислоты,

-COOH

Лакмус Окрашивание лакмуса в красный цвет
Карбонаты, например, K2CO3

Выделение углекислого газа в результате разложения образующейся нестойкой угольной кислоты h3CO3:

2R-COOH + CO32-  →  CO2 + h3O + R-COO—

Спирт + конц. h3SO4

Появление запаха сложного эфира, образующегося в результате реакции:

R-COOH + R’-OH → R-COO-R’ + h3O

Запахи эфиров весьма разнообразны, но общим является ярко выраженная пахучесть, нередко, могут напоминать ароматы различных фруктов.

Муравиная кислота

-СНО

и

-СООН

Лакмус

Окрашивание лакмуса в красный цвет, по причине кислой среды, создаваемой муравьиной кислотой:

HCOOH ↔ HCOO— + H+

Аммиачный раствор оксида серебра

[Ag(Nh4)2]OH

Молекуле муравьиной кислоты, не смотря на ее малый размер удается сочетать в себе помимо карбоксильной группы также и карбонильную, которая позволяет вступать муравьиной кислоте в реакцию серебряного зеркала подобно альдегидам:

HCOOH + 2[Ag(Nh4)2]OH → 2Ag↓ + 4Nh4↑ + CO2↑ + 2h3O

Растворимые соли жирных карб. кислот, например, стеарат натрия

Ch4(Ch3)16COONa (мыло)

Любая сильная неорганическая кислота или кислота средней силы

h3SO4 (разб.)

HCl

HI

HBr

HNO3(разб.)

h4PO4

Выпадение хлопьевидного белого осадка малорастворимой жирной кислоты:

Ch4(Ch3)16COONa + H+ → Na+ + Ch4(Ch3)16COOH

Раствор соли Ca или Mg

Выпадение белого осадка нерастворимой кальциевой или магниевой соли жирной кислоты. Ионное уравнение в общем виде:

2R-COO— + Ca2+ → (R-COO)2Ca↓,

где R-длинный углеводородный радикал.

На примере, стеарата натрия и хлорида кальция молекулярное уравнение реакции выглядит так:

2Ch4(Ch3)16COONa + CaCl2 → (Ch4(Ch3)16COONa)2Ca↓

Фенолфталеин

Окрашивание фенолфталеина в малиновый цвет как в щелочах, ввиду того, что соли жирных кислот гидролизуются по аниону:

Ch4(Ch3)16COO— + h3O → Ch4(Ch3)16COOH + OH—

Олеиновая кислота,

-COOH;

>C=C<

Водный раствор KMnO4(водн.)

Наблюдают исчезновение фиолетовой окраски KMnO4 и образование хлопьевидного осадка оксида марганца бурого цвета MnO2

3>C=C< + 2KMnO4 + 4h3O → 3>C(OH)-C(OH)< + 2MnO2↓ + 2KOH

Раствор Br2 в орг. растворителе или воде (бромная вода)

Исчезает желто-коричневая окраска раствора брома из-за протекания реакции (указан структурный фрагмент молекулы олеиновой кислоты):

>C=C< + Br2 → C(Br)=C(Br)<

Раствор щелочи, например, NaOH

Олеиновая кислота, будучи практически нерастворимой в воде жирной кислотой, растворяется в водных растворах щелочей:

C17h43COOH + NaOH → C17h43COONa + h3O

Глюкоза,

-CHO

-C(OH)-C(OH)-

Аммиачный раствор оксида серебра

[Ag(Nh4)2]OH

 Глюкоза относится к так называемым альдегидоспиртам, т.к. ее молекулы содержат альдегидную группу и 5 гидроксильных групп. Поэтому она вступает в реакцию «серебряного зеркала» 
 

Свежеосажденный

Cu(OH)2

 Если раствор глюкозы прибавить к свежеосажденному гидроксиду меди без нагревания наблюдается растворение осада гидроксида меди и образование синего раствора. В этом случае глюкоза реагирует как многоатомный спирт — с образованием растворимых комплексов меди.Если же полученный синий раствор нагреть, выпадает оранжево-красный осадок одновалентного оксида меди Cu2O. При этом глюкоза реагирует как альдегид — альдегидная группа молекулы глюкозы окисляется до карбоксильной — образуется глюкуроновая кислота.
Крахмал

Йод,

I2

Появление синей окраски

 Белок 

 концентрированная азотная кислота

НNО3(конц.)

Ксантопротеиновая реакция

Появление ярко-желтого окрашивания по причине  нитрования бензольных колец молекул белка

 

Свежеосажденный

Cu(OH)2

 Появляется сине-фиолетовое окрашивание раствора в следствие образование комплексов меди (II) с белком

scienceforyou.ru

Качественный функциональный анализ

Данные элементного анализа недостаточны для отнесения вещества к определенному классу органических соединений. Эта задача решается с помощью функционального анализа, т.е. определения группировок атомов, обладающих характерной реакционной способностью, – так называемых функциональных групп (например, –ОН, С=О, –СООН и др.).

В функциональном анализе применяются химические, физические и физико-химические методы.

Для качественных проб на функциональные группы выбирают реакции, при которых происходит изменение окраски или разделение фаз (выпадение осадка, выделение газа). Большое значение при этом имеет избирательность и чувствительность реакций.

Реакций, характерных только для какой-либо одной функциональной группы, известно немного, и для того, чтобы установить, к какому классу соединений относится данное вещество, нужно проделать несколько качественных реакций.

Вывод, сделанный на основании качественных проб и физико-химических данных, обычно подтверждают получением производных.

Производными органических соединений называют вещества, которые получают в результате химических изменений в функциональной группе соединений. Например, R2C=NOH(оксимы) иR2C=NHC6H5(фенилгидразоны) – производные карбонильных соединений;RCONh3(амиды) – производные кислот.

Получение производных – важный этап в анализе органических соединений. Каждому представителю данного класса соединений соответствует производное с определенной температурой плавления. Например, температура плавления амида уксусной кислоты 82С, а амида пропионовой кислоты 79С, амида масляной кислоты 115С. По температуре плавления производного можно сделать заключение о строении соответствующего ему вещества, если оно было ранее описано.

Выбор реактива для получения производного определяется доступностью и устойчивостью реактива, простотой, удобством, скоростью реакции, выходом и четкой температурой плавления производного.

    1. Кратная связь

      1. Реакция с бромом

Подавляющее большинство соединений, содержащих кратную связь (двойную, тройную, их комбинации, за исключением ароматических систем), легко присоединяют бром

Методика проведения: реакцию проводят обычно в уксусной кислоте или четыреххлористом углероде. К раствору 0,1 г или 0,1 см3вещества в 2-3 см3ледянойуксусной кислоты, помещенному в пробирку, добавляют по каплям, встряхивая, 1%-ный раствор брома в ледяной уксусной кислоте. При наличии в веществе кратной связи раствор мгновенно обесцвечивается. Для реакции удобно использовать олеиновую кислоту, аллиловый спирт, циклогексадиен, алкены.

В отдельных случаях соединения, содержащие водород, легко замещающийся на бром (анилин, фенол, некоторые третичные углеводороды), также обесцвечивают раствор брома. Однако при этом выделяется бромистый водород, который легко определяется с помощью влажной лакмусовой бумажки или красителя «конго»:

Тогда реакцию удобнее проводить в ССl4, в котором НВrнерастворим.

      1. Реакция с перманганатом калия

В слабощелочной среде КMnO4окисляет двойную связь в большинстве соединений до гликольной группировки (реакция Вагнера), восстанавливаясь при этом в диоксид марганца:

Наиболее подходящие растворители (если вещество не растворимо в воде) – чистые пиридин и ацетон.

Методика проведения: к раствору 0,1 см3вещества в 2-3 см3или 0,1 г вещества в 2-3 см3растворителя (вода, ацетон или пиридин), помещенному в пробирку, прибавляют, встряхивая, по каплям 0,2%-ный раствор перманганата калия. При наличии в исследуемом веществе кратных связей фиолетовая окраска почти мгновенно исчезает и появляется коричневая муть диоксида марганца. Некоторые насыщенные соединения (малоновый эфир, альдегиды, ароматические амины и др.) тоже обесцвечивают перманганат, но в этих случаях реакция протекает значительно медленнее.

studfiles.net

ПЕРМАНГАНАТ КАЛИЯ | Энциклопедия Кругосвет

ПЕРМАНГАНАТ КАЛИЯ. KMnO4 – перманганат калия, кристаллогидратов не образует. Темно-фиолетовые кристаллы, плотность 2,703 г/см3. Растворимость в воде – умеренная (6,36 г/100 г воды при 20° С, 12,5 г/100 г воды при 40° С, 25 г/100 г воды при 65° С), не гидролизуется, медленно разлагается в растворе.

Сильный окислитель в растворе и при спекании. Реагирует с типичными восстановителями (этанолом, водородом и др.). Концентрированные растворы перманганата калия окрашены в интенсивно-фиолетовый цвет, а разбавленные – в розовый.

Перманганаты – соли не выделенной в свободном состоянии марганцовой кислоты HMnO4, существующей только в водных растворах. Перманганаты известны для щелочных и щелочноземельных металлов, аммония, серебра и алюминия. Все они образуют фиолетово-черные кристаллы, растворимые в воде. Наиболее растворим среди них перманганат бария Ba(MnO4)2, а наименее растворим перманганат цезия CsMnO4.

При нагревании все перманганаты разлагаются, выделяя кислород и превращаясь в манганаты и диоксид марганца, например:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2­

Перманганат-ион – сильный окислитель, но его окислительная способность ослабевает с уменьшением кислотности раствора. Под действием восстановителей в щелочной среде MnO4- восстанавливается до манганат-иона MnO42-:

MnO4- + e- = MnO42-,

В нейтральной, слабокислой и слабощелочной среде MnO4- переходит в диоксид марганца MnO2:

MnO4- + 2h3O + 3e- = MnO2 + 4OH-

В кислотной среде перманганат-ион превращается в аквакатион [Mn(h3O)6]2+:

MnO4- + 8h4O+ + 5e- = [Mn(h3O)6]2+ + 4h3O

Разбавленные водные растворы перманганата калия неустойчивы, они разлагаются (особенно быстро под действием солнечных лучей) с образованием бурого осадка диоксида марганца и выделением кислорода:

4KMnO4 + 2h3O = 4KOH + 4MnO2Ї + 3O2­

Особенно быстро раствор KMnO4 портится в присутствии восстановителей, органических веществ, которые всегда есть в воздухе. Этиловый спирт C2H5OH: так реагирует с пермантганатом калия

2KMnO4 + 3C2H5OH = 2KOH + 2MnO2Ї + 3Ch4CHO + 2h3O

В подкисленном растворе вместо MnO2 образуются бесцветные катионы Mn2+. Например, в присутствии серной кислоты взаимодействие перманганата калия с таким общепризнанным восстановителем, как сульфит натрия, дает сульфат марганца и сульфат натрия, а также сульфат калия и воду:

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3h3SO4 = 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3h3O

Точно такая же реакция, но проведенная в сильнощелочной среде, дает манганатные анионы MnO42- зеленого цвета:

2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + Na2SO4 + h3O

Химики прошлого прозвали перманганат калия «хамелеоном». Его способность полностью реагировать с многими восстановителями находит применение в широко распространенном методе объемного химического анализа – перманганатометрии. Этим методом можно напрямую определить содержание железа(II), сурьмы(III), марганца(II), ванадия(IV), вольфрама(V), урана(IV), таллия(I), хрома(III), пероксида водорода, щавелевой кислоты и ее солей, арсенитов, гидразина и ряда органических веществ. Обратным перманганатометрическим титрованием определяют восстановители, реагирующие с KMnO4 медленно – иодиды, цианиды, фосфиты и др. Первооткрывателем этого удивительного вещества был шведский химик и аптекарь Карл-Вильгельм Шееле. Шееле сплавлял «черную магнезию» – минерал пиролюзит (природный диоксид марганца), с поташом – карбонатом калия и селитрой – нитратом калия. При этом получались перманганат калия, нитрит калия и диоксид углерода:

2MnO2 + 3KNO3 + K2CO3 = 2KMnO4 + 3KNO2 + CO2­

Окислительные свойства перманганата калия, которые связаны с высокой степенью окисления марганца в этом соединении (+VII), дают возможность использовать его в лечебных целях – для уничтожения всякой инфекции, для «прижигания» и «подсушивания» кожи и слизистых оболочек.

В медицине применяют водные растворы перманганата калия различной концентрации. Для полосканий и промывания желудка при отравлениях берут 0,1%-ные растворы (бледно-розового цвета), для промывания ран - 0,5%-ные (розовые), а для обработки язв и ожогов - 5%-ные (фиолетовые).

Перманганат калия, попадая на кожу, разлагается с выделением бурого осадка диоксида марганца MnO2. В зависимости от концентрации раствора, а значит, – от количества осадка, диоксид марганца оказывает вяжущее либо прижигающее действие.

Перманганат калия, разлагаясь, выделяет активный кислород, а это ярый враг микробов и неприятных запахов. Зачастую кислород выделяется (и мгновенно расходуется в реакциях окисления), не успевая образовывать газовые пузырьки. Это позволяет врачам вводить растворы KMnO4 в глубокие раны при очень опасной анаэробной (возникающей без доступа воздуха) инфекции.

Полоскания розовым раствором марганцовки рекомендуются при ангинах и стоматитах – воспалении миндалин, слизистой оболочки рта и десен. Таким же раствором промывают глаза при конъюнктивитах. Перманганат калия помогает при пищевых отравлениях: его бледно-розовым раствором промывают желудок или просто выпивают стакан такого раствора натощак.

Растворами перманганата калия обрабатывают ожоги. Помогает марганцовка и при змеином укусе. Если нет специальной сыворотки, точно по месту укуса врачи шприцем вводят раствор KMnO4.

Все мамы и бабушки знают, что ванна с бледно-розовым раствором марганцовки поможет подсушить нежную кожу грудного младенца. Надо только помнить о мерах предосторожности, а они просты: в приготовленную для купания воду надо вносить обязательно раствор KMnO4, но ни в коем случае не кристаллы марганцовки – иначе возможен химический ожог.

Твердый перманганат калия и его крепкие растворы могут быть опасны, поэтому хранить его следует в местах, недоступных малышам, а обращаться с осторожностью.

При отравлении концентрированным раствором этого вещества возникает ожог рта, пищевода и желудка. Врачи-травматологи рассказывают, что такие отравления нет-нет, да и случаются – когда рассеянный человек принимает раствор марганцовки за крепко заваренный чай. В этом случае надо немедленно промыть желудок теплой водой с добавлением активированного угля. Можно использовать и раствор, содержащий в двух литрах воды полстакана слабого раствора перекиси водорода и один стакан столового уксуса. В этом случае перманганат-ионы переходят в менее опасные катионы марганца(II):

2KMnO4 + 5h3O2 + 6Ch4COOH = 2Mn(Ch4COO)2 + 5O2 + 2Ch4COOK + 8h3O

Перманганат калия, служит для отбеливания тканей (при низких концентрациях он не теряет окислительных свойств!), его добавляют в растворы для жидкостной газоочистки от таких опасных примесей как сероводород или фосфин. Химикам хорошо известен метод химического анализа – перманганатометрия (главное действующее лицо здесь тот же перманганат калия), а те, кто углубленно занимается фотографией, знакомы с применением перманганата калия как компонент ослабляющих (снижающих плотность фотоизображения на пленке) растворов. Кроме того, это хороший окислитель органических веществ (с помощью KMnO4 получают из парафинов карбоновые кислоты.

Людмила Аликберова

www.krugosvet.ru

КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Соединение Реактив Наблюдаемая реакция
Алканы Пламя Обычно определяют путем исключения. Низшие алканы горят голубоватым пламенем
Алкены С=С 1) Бромная вода 2) р-р КМп04 3) Горение Обесцвечивание раствора. Обесцвечивание раствора, выпадение бурого осадка Мn02Горят-слегка желтоватым пламенем (частицы углерода).
Бензол Горение Обычно определяют путем исключения. Горит коптящим пламенем.
Фенол 1) Бромная вода 2) р-р Na2СО3 3) FeCI3 Обесцвечивание, выпадение белого осадка трибромфенола Выделение углекислого газа. Фиолетовое окрашивание.
Спирты 1) Na 2) Горение 3) Черная горячая прокаленная Сu-проволока Выделение водорода. Горят светлым голубоватым пламенем. Восстановление красной окраски у прокаленной горячей медной проволоки.
Многоатомные спирты Сu(ОН)2 + NaOH Синее окрашивание — образование глицератов и др.
Амины 1) Лакмус 2) HHal В водном растворе — синее окрашивание. Образуют соли с галогеноводородами — после выпаривания твердый осадок.
Анилин 1) Бромная вода 2) HHal Обесцвечивание бромной воды, выпадение осадка триброманилина. После упаривания твердый осадок — соль гидрогалогенида анилина.
Альдегиды 1) Ag20 2) Сu(ОН)2 Реакция серебряного зеркала Выпадение красного осадка Cu20
Карбоновые кислоты Лакмус Красное окрашивание Муравьиная — реакция серебряного зеркала Олеиновая — обесцвечивание бромной воды
Крахмал Раствор l2 в KI или спиртовой раствор иода Синее окрашивание
Белки конц. HNO3 Желтое окрашивание, при добавлении щелочного раствора — оранжевое

 

1. Качественная реакция на алканы. Определить, что какое-то вещество в смеси или в чистом виде алкан, несложно. Для этого газ либо поджигают — горение алканов сопровождается синим пламенем, либо пропускают через раствор перманганата калия. Алканы не окисляются перманганатом калия на холоду, вследствие этого раствор не будет изменять окраску.

2. Качественная реакция на алкены. Чтобы убедиться в наличии алкена, нужно пропустить его в раствор перманганата калия (реакция Вагнера). В ходе реакции раствор обесцветится, выпадает бурый диоксид марганца MnO2 (реакция на примере этилена):

3C2h5 + 2KMnO4 + 4h3O ——> 3Ch3OH-Ch3OH + 2KOH + 2MnO2

 

Так же, алкены обесцвечивают бромную воду:

C2h5 + Br2 ——> C2h5Br2

Бромная вода обесцвечивается, образуется дибромпроизводное.

3. Качественная реакция на алкины. Алкины можно выявить и по реакции Вагнера или с помощью бромной воды:

 

3C2h3 + 8KMnO4 ——> 3KOOC-COOK + 8MnO2 + 2KOH + 2h3O

C2h3 + 2Br2 —-> C2h3Br4

Алкины с тройной связью у крайнего атома углерода реагируют с аммиачным раствором оксида серебра (гидроксид диаминсеребра (I)) (реактив Толленса):

C2h3 + 2[Ag(Nh4)2]OH ——-> Ag2C2 + 4Nh4 + 2h3O

 

Получившийся ацетиленид серебра (I) выпадает в осадок.Алкины, у которых тройная связь в середине (R-C-=C-R) в эту реакцию не вступают.Такая способность алкинов — замещать протон на атом металла, подобно кислотам — обусловлено тем, что атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации и электроотрицательность атома углерода в таком состоянии такая же, как у азота. Вследствие этого, атом углерода сильнее обогощается электронной плотностью и протон становится подвижным.

4. Качественная реакция на альдегиды. Одна из самых интересных качественных реакций в органической химии — на альдегиды, предназначена исключительно для выявления соединений, содержащих альдегидную группу. К альдегиду приливают аммиачный раствор оксида серебра, реакция идет при нагревании:

Ch4-CHO + 2[Ag(Nh4)2]OH —t—> Ch4-COOH + 2Ag + 4Nh4 + h3O

Если опыт проведен грамотно, то выделяющееся серебро покрывает колбу ровным слоем, создавая эффект зеркала. Именно поэтому реакция называется реакцией серебряного зеркала.Примечание: реакцией серебряного зеркала также можно выявить метановую (муравьиную) кислоту HCOOH. При чем тут кислота, если мы говорим про альдегиды? Все просто: муравьиная кислота — единственная из карбоновых кислот, содержащая одновременно альдегидную и карбоксильную группы:

В ходе реакции метановая кислота окисляется до угольной, которая разлагается на углекислый газ и воду:

HCOOH + 2[Ag(Nh4)2]OH —t—> CO2 + 2h3O + 4Nh4 + 2Ag

Помимо реакции серебряного зеркала существует также реакция с гидроксидом меди (II) Cu(OH)2. Для этого к свежеприготовленному гидроксиду меди (II) добавляют альдегид и нагревают смесь:

CuSO4 + 2NaOH ——> Na2SO4 + Cu(OH)2

Ch4-CHO + 2Cu(OH)2 —t—> Ch4-COOH + Cu2O + 2h3O

Выпадает оксид меди (I) Cu2O — осадок красного цвета.

Еще один метод определения альдегидов — реакция с щелочным раствором тетраиодомеркурата (II) калия, известный нам из предыдущей статьи как реактив Несслера:

 

Ch4-CHO + K2[HgI4] + 3KOH ——> Ch4-COOK + Hg + 4KI + 2h3O

 

При добавлении альдегида к раствору фуксинсернистой кислоты раствор окрашивается в светло-фиолетовый цвет.

5. Качественные реакции на спирты. Спирты по количеству гидроксильных групп бывают одно-, двух-, многоатомными. Для одно- и многоатомных реакции различны.

Качественные реакции на одноатомные спирты:Простейшая качественная реакция на спирты — окисление спирта оксидом меди. Для этого пары спирта пропускают над раскаленным оксидом меди. Затем полученный альдегид улавливают фуксинсернистой кислотой, раствор становится фиолетовым:

Ch4-Ch3-OH + CuO —t—> Ch4-CHO + Cu + h3O

 

Спирты идентифицируются пробой Лукаса — конц. раствор соляной кислоты и хлорида цинка. При пропускании вторичного или третичного спирта в такой раствор образуется маслянистый осадок соответствующего алкилхлорида:

Ch4-CHOH-Ch4 + HCl —ZnCl2—> Ch4-CHCl-Ch4 + h3O

Первичные спирты в реакцию не вступают.

Еще одним известным методом является иодоформная проба:

Ch4-Ch3-OH + 4I2 + 6NaOH ——> CHI3? + 5NaI + HCOONa + 5h3O

 

Качественные реакции на многоатомные спирты.Наиболее известная качественная реакция на многоатомные спирты — взаимодействие их с гидроксидом меди (II). Гидроксид растворяется, образуется хелатный комплекс темно-синего цвета. Обратите внимание на то, что в отличии от альдегидов многоатомные спирты реагируют с гидроксидом меди (II) без нагревания. К примеру, при приливании глицерина образуется глицерат меди (II):

6. Качественные реакции на карбоновые кислоты. На карбоновые кислоты обычно подчеркивают образование цветных осадков с тяжелыми металлами. Но наиболее осуществимая качественная реакция на метановую кислоту HCOOH. При добавлении концентрированной серной кислоты h3SO4 к раствору муравьиной кислоты образуется угарный газ и вода:

 

HCOOH —h3SO4—> CO? + h3O

Угарный газ можно поджечь. Горит синем пламенем:

2CO + O2 —t—> 2CO2

Из многоосновных кислот рассмотрим качественную реакцию на щавелевую h3C2O4 (HOOC-COOH). При добавлении к раствору щавелевой кислоты раствор соли меди (II) выпадет осадок оксалата меди (II):

Cu2+ + C2O42- ——> CuC2O4?

Щавелевая кислота также, как и муравьиная, разлагается концентрированной серной кислотой:

 

h3C2O4 —-h3SO4—> CO + CO2 + h3O

 

7. Качественные реакции на амины. На амины качественных реакций нет (за исключением анилина). Можно доказать наличие амина окрашиванием лакмуса в синий цвет. Если же амины нельзя выявить, то можно различить первичный амин от вторичного путем взаимодействия с азотистой кислотой HNO2. Для начала нужно ее приготовить, а затем добавить амин:

NaNO2 + HCl ——> NaCl + HNO2

Первичные дают азот N2:

Ch4-Nh3 + HNO2 ——> Ch4-OH + N2? + h3O

 

Вторичные — алкилнитрозоамины — вещества с резким запахом (на примере диметилнитрозоамина):

Ch4-NH-Ch4 + HNO2 ——> Ch4-N(NO)-Ch4 + h3O

 

Третичные амины в мягких условиях с HNO2 не реагируют.

Анилин образует осадок при добавлении бромной воды:

C6H5Nh3 + 3Br2 ——> C6h3Nh3(Br)3? + 3HBr

 

Анилин также можно обнаружить по сиреневой окраске при добавлении хлорной извести.

8. Качественные реакции на фенол. Фенол лучше всего обнаруживает хлорид железа (III) — образуется фиолетовое окрашивание раствора. Это лучший метод обнаружения фенола, т.к. реакция очень чувствительна.

Также фенол наряду с анилином дает осадок желтоватого цвета при пропускании в водный раствор брома — 2, 4, 6 — трибромфенол:

C6H5OH + 3Br2 ——> C6h3OH(Br)3? + 3HBr

Фенолы дают фенол-альдегидные смолы при реакции с альдегидом в кислой среде. При этом образуются мягкие пористые массы фенол-альдегидных смол (реакция поликонденсации).

9. Качественная реакция на алкилхлориды. Вещества, содержащие хлор, могут окрашивать пламя в зеленый цвет. Для этого нужно обмакнуть медную проволоку в алкилхлориде и поднести к пламени (проба Бельштейна).

10. Качественная реакция на углеводы. Большинство углеводов имеют альдегидные и гидроксильные группы, поэтому для них характерны все реакции альдегидов и многоатомных спиртов.Существует способ, который помогает различить глюкозу от фруктозы — проба Селиванова. Для того, чтобы различить эти углеводы, к ним приливают смесь резорцина и соляной кислоты. Реагирует со смесью фруктоза, при этом раствор окрашивается в малиновый цвет.

Крахмал в присутствии иода окрашивается в темно-синий цвет. При нагревании окраска исчезает, при охлаждении появляется вновь.

11. Качественная реакция на белки. Белки выявляются в основном на реакциях, основанных на окрасках.Ксантопротеиновая реакция. Данная реакция обнаруживает ароматические аминокислоты, входящие в белки (на примере тирозина):

(OH)C6h5CH(Nh3)COOH + HNO3 —-h3SO4——> (OH)C6h4(NO2)CH(Nh3)COOH? + h3O — выпадает осадок желтого цвета.

(OH)C6h4(NO2)CH(Nh3)COOH + 2NaOH ——-> (ONa)C6h4(NO2)CH(Nh3)COONa + h3O — раствор становится оранжевым.

Обнаружение серосодержащих аминокислот:

Белок + (Ch4COO)2Pb —NaOH—> PbS (осадок черного цвета).

Биуретовая реакция для обнаружения пептидной связи (CO-NH):

Белок + CuSO4 + NaOH ——> красно-фиолетовое окрашивание.

Спецефический запах при горении:Белок —-обжиг—-> запах паленой шерсти.

 

mykonspekts.ru