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Kapitel 15: Redoxreaktionen als ... - Hoffmeister.it

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<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

1<br />

<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

Verbrennungen sind <strong>Redoxreaktionen</strong>!<br />

Wir führen sie in der Regel wegen der freiwerdenden Energie durch


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

Inhalt<br />

2<br />

<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge .................................................................... 1<br />

Inhalt ............................................................................................................................................. 2<br />

Einle<strong>it</strong>ung ...................................................................................................................................... 4<br />

Die Oxidationszahl - eine nützliche Hilfszahl ................................................................................. 5<br />

Molekülionen und Säurerestanionen und ihre Oxidationszahlen ................................................... 6<br />

Metallionen und Nebengruppenelemente haben oft verschiedene Oxidationsstufen ....................8<br />

Ionen welche nur in einer Form vorkommen: ............................................................................ 8<br />

Nicht vergessen oder verwechseln: ........................................................................................... 8<br />

Versuche m<strong>it</strong> Wasserstoffperoxid (H2O2) ..................................................................................... 9<br />

Wozu dienen Oxidationszahlen? Zum Erstellen von Reaktionsgleichungen ...............................10<br />

Oxidation und Reduktion (=Elektronenübertragungsreaktionen) ................................................. 11<br />

a) Verbrennungen m<strong>it</strong> Sauerstoff ............................................................................................ 11<br />

b) „Verbrennungen“ ohne Sauerstoff ....................................................................................... 11<br />

Vergleiche die beiden Reaktionen .............................................................................................. 12<br />

Oxidation und Reduktion - Grundlagen ....................................................................................... 13<br />

Schr<strong>it</strong>te zum Erstellen der Reaktionsgleichungen ....................................................................... 14<br />

Redoxreaktion von Kohlenstoff m<strong>it</strong> Schwefel ............................................................................. <strong>15</strong><br />

Reduktion von Kaliumdichromat m<strong>it</strong> Eisen(II)ionen ..................................................................... 17<br />

Reaktionen m<strong>it</strong> Manganionen ..................................................................................................... 18<br />

Versuche: Reaktionen von KMmO4 ........................................................................................ 18<br />

Vergleich: Reaktion von Permanganationen m<strong>it</strong> Sulf<strong>it</strong>ionen: ................................................... 18<br />

Die Farben der unterschiedlichen Manganionen ..................................................................... 18<br />

Chlordarstellung aus HCl und Permanganat ............................................................................... 19<br />

Übungsaufgaben REDOX ........................................................................................................... 19<br />

Aufgaben und Übungen komplexer <strong>Redoxreaktionen</strong> ................................................................. 20<br />

We<strong>it</strong>ere Beispiele für <strong>Redoxreaktionen</strong> ....................................................................................... 21<br />

<strong>Redoxreaktionen</strong> m<strong>it</strong> Elementen: ............................................................................................ 21<br />

Redoxverhalten der Halogene ................................................................................................. 21<br />

Redoxverhalten von Wasserstoffperoxid ................................................................................. 21<br />

Synproportionierung und Disproportionierung ............................................................................. 22<br />

Aufgaben: .................................................................................................................................. 22<br />

Freiarbe<strong>it</strong> <strong>Redoxreaktionen</strong> I ....................................................................................................... 23<br />

Freiarbe<strong>it</strong> <strong>Redoxreaktionen</strong> II ...................................................................................................... 24<br />

Freiarbe<strong>it</strong> <strong>Redoxreaktionen</strong> III ..................................................................................................... 25<br />

Übungsaufgaben <strong>Redoxreaktionen</strong> ............................................................................................. 26<br />

Bedeutung von Redoxvorgängen ................................................................................................ 27<br />

Sehr wichtige Beispiele aus der Natur: ................................................................................... 27<br />

Beispiele aus der Technik: ...................................................................................................... 27<br />

Versuche zu <strong>Redoxreaktionen</strong> I .................................................................................................. 28<br />

1. Die Reaktionen von Kaliumpermanganat: ........................................................................... 28<br />

5. Eisensulfat reagiert m<strong>it</strong> Silbern<strong>it</strong>rat: ..................................................................................... 28<br />

<strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Nachweisreaktionen von Eisenionen ......................................................... 29<br />

„Chemische Bierherstellung“ ....................................................................................................... 30<br />

Kaliumpermanganatvlukan ......................................................................................................... 30<br />

Sehr schwere Aufgaben .............................................................................................................. 31<br />

Eine seltsame Reaktion .............................................................................................................. 32<br />

Was sind gute Oxidationmisstel und Reduktionm<strong>it</strong>tel? ................................................................ 33<br />

Wenn ein Stoff, die Redoxreaktion seines Partners „provoziert“ ist er offensichtlich ein gutes<br />

M<strong>it</strong>tel dafür. ................................................................................................................................. 33<br />

Wasserstoffperoxid kann sehr gut Stoffe oxidieren, weil es dabei selbst Elektronen aufnimmt und<br />

zu Wasser reagiert! Es wird selbst reduziert, ist <strong>als</strong>o für seinen Partner ein gutes<br />

Oxidationsm<strong>it</strong>tel! ......................................................................................................................... 33<br />

H2O2 + 2I- + 2H+ ⎯→ 2H2O + I2 ........................................................................................... 33<br />

Ox: 2I- ⎯→ 2e- + I2 ....................................................................................................... 33<br />

Red: H2O2 + 2e- + 2H+ ⎯→ 2H2O ........................................................................................ 33<br />

Manganometrie ........................................................................................................................... 34


3<br />

Abschließender Vergleich ......................................................................................................... 35<br />

Wiederholungsfragen, bis der Arzt kommt ;-).............................................................................. 36<br />

<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

4<br />

Einle<strong>it</strong>ung<br />

In <strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> 10 hast Du <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Sauerstoffaustauschreaktion kennen gelernt. Das ist ein<br />

gutes Konzept, um viele chemische Reaktionen zu verstehen. Allerdings benötigen wir für einige<br />

komplexere Reaktionen ein we<strong>it</strong>er gefasstes Konzept. Denn so, wie sich die Wissenschaften in<br />

den letzten 200 Jahren entwickelt haben, hat sich auch das Verständnis der Chemiker erwe<strong>it</strong>ert.<br />

Neue Defin<strong>it</strong>ionen waren manchmal notwendig, um alte zu ersetzen!<br />

Diese neue Defin<strong>it</strong>ion von <strong>Redoxreaktionen</strong> wirst Du auf den folgenden Se<strong>it</strong>en kennen lernen.<br />

Als gutes Hilfsm<strong>it</strong>tel dazu haben sich dabei die Oxidationszahlen erwiesen. Sie sind den<br />

Wertigke<strong>it</strong>en ähnlich und helfen chemische Vorgänge besser zu erkennen. Oft wird erst durch die<br />

Bestimmung der Oxidationszahlen einzelner Atome klar, welche chemische Reaktion abläuft.<br />

Regeln findest Du im Folgenden.<br />

Zusatzinformationen:<br />

http://de.wikipedia.org/wiki/Redoxreaktion


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

5<br />

Die Oxidationszahl - eine nützliche Hilfszahl<br />

Oxidationszahlen sind ein Hilfsm<strong>it</strong>tel, auch „gedachte Ladungen“ genannt.<br />

M<strong>it</strong> ihrer Hilfe kann man Veränderungen von Ladungszuständen<br />

in Reaktionsgleichungen besser erkennen.<br />

1. Oxidationszahl werden über den Elementsymbolen <strong>als</strong> römische Ziffer notiert<br />

2. Elemente haben stets die Oxidationszahl 0.<br />

z.B.:<br />

0 0 0<br />

Cl 2 ; H 2 ; Au<br />

3. Sauerstoff bes<strong>it</strong>zt in Verbindungen die Oxidationszahl -II.<br />

II -II I -II IV -II<br />

z.B.: MgO ; H 2 O ; SO 2<br />

4. Wasserstoff bes<strong>it</strong>zt in Verbindungen die Oxidationszahl +I.<br />

I -I I -II -III I<br />

z.B.: HCl ; H 2 O ; NH 3<br />

5. Ionen haben die Oxidationszahl ihrer entsprechenden Ionenladung. Som<strong>it</strong> haben auch<br />

Säurereste die der Ladung entsprechende Oxidationszahl.<br />

-I<br />

+II III -II<br />

z.B.: Mg 2+ ; Fe 3+ ; S 2- ; (NO 3 ) -<br />

6. Die Summen der Oxidationszahl in ungeladenen Molekülen bzw. Verbindungen ergibt immer 0.<br />

7. Die Oxidationszahl der Elemente der ersten 3 Hauptgruppen in Verbindungen (!) ist immer<br />

pos<strong>it</strong>iv und entspricht der Hauptgruppennummer.<br />

I -I II -II III -II<br />

z.B.: NaCl ; MgO ; Al 2 O 3<br />

8. Atome, die Wasserstoff ersetzen erhalten pos<strong>it</strong>ive Vorzeichen.<br />

z.B.:<br />

I -I<br />

I -II<br />

NaCl ; Li 2 O<br />

9. Atome, die Wasserstoff binden erhalten negative Vorzeichen.<br />

I -I I -II -III I<br />

z.B.: HF ; H 2 S ; PH 3<br />

Aufgaben:<br />

1. Bestimme alle Oxidationszahlen: H 2O, MgO, Al 2O 3, NaCl, N 2, NaOH, NH 3, SO 2, CaO, H 2S, SO 3,<br />

K 2O, Na 2CO 3 , N 2O 3 , BaO , Cl 2O 4, Cl – , K 2SnO 3, H 2N 2O 2, CaB 2O 4, Cr 2O 4<br />

2–<br />

, Cr 2O 7<br />

2–<br />

, AsO 4<br />

3–<br />

, MnO 4– ,<br />

HOBr, HBrO 2, HBrO 3, HBrO 4, SCl 2, PCl 3, BCl 3, SnH 4, SbCl 5, SeF 6<br />

Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Oxidationszahlen


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

6<br />

Molekülionen und Säurerestanionen und ihre Oxidationszahlen<br />

Säure:<br />

Säurerest:<br />

HF Fluorwasserstoffsäure F - Fluorid<br />

HCl Chlorwasserstoffsäure Cl - Chlorid<br />

HBr Bromwasserstoffsäure Br - Bromid<br />

HI Iodwasserstoffsäure I - Iodid<br />

H 2S Schwefelwasserstoff(säure) S 2- Sulfid<br />

HNO 3 Salpetersäure (NO 3) - N<strong>it</strong>rat<br />

H 2SO 4 Schwefelsäure (SO 4) 2- Sulfat<br />

H 2CO 3 Kohlensäure (CO 3) 2- Carbonat<br />

H 3PO 4 Phosphorsäure (PO 4) 3- Phosphat<br />

HNO 2 Salpetrigesäure (NO 2) - N<strong>it</strong>r<strong>it</strong><br />

H 2SO 3 Schwefeligesäure (SO 3) 2- Sulf<strong>it</strong><br />

H 3PO 3 Phosphorigesäure (PO 3) 3- Phosph<strong>it</strong><br />

(SO 4) 2– Sulfat (NO 3) – N<strong>it</strong>rat (ClO 4) – Perchlorat<br />

(HSO 4) – Hydrogensulfat (NO 2) – N<strong>it</strong>r<strong>it</strong> (ClO 3) – Chlorat<br />

(SO 3) 2– Sulf<strong>it</strong><br />

(S) 2– Sulfid (NH 4) + Ammonium (MnO 4) – Permanganat<br />

(S 2O 3) 2– Thiosulfat (MnO 4) 2– Manganat<br />

(S 4O 6) 2– Tetrathionat (PO 4) 3– Phosphat<br />

(SCN) – Thiocyanat (HPO 4) 2– Hydrogenphosphat (CrO 4) 2– Chromat<br />

(H 2PO 4) – Dihydrogenphosphat (Cr 2O 7) 2– Dichromat<br />

(CO 3) 2– Carbonat<br />

(HCO 3) – Hydrogencarbonat (OH) – Hydroxid<br />

Beachte: Bei Säureresten reicht es oft die Oxidationszahl des ganzen Moleküls zu bestimmen, da<br />

es meist unverändert aus einer Reaktion hervorgeht.<br />

Zum Beispiel:<br />

Die Säure HCl hat den Säurerest Cl – (Chlorid) ; Oxidationszahl ist -I<br />

Die Säure H 2SO 4 hat den Säurerest (SO 4) 2– (Sulfat) ; Oxidationszahl ist -II<br />

Die Säure H 3PO 4 hat den Säurerest (PO 4) 3– (Phosphat) ; Oxidationszahl ist -III<br />

Prinzip: Die Oxidationszahl der Säurereste entspricht der Anzahl an<br />

Wasserstoffen der entsprechenden Säure (m<strong>it</strong> umgekehrtem Vorzeichen!).


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

7<br />

Aufgaben<br />

1. Bestimme alle Oxidationszahlen:<br />

Cl – , Cu, NH 4Cl, (CO 3) 2– , HBr, KBrO 3, H 2O, O 2, O 2– , NaCl, H 3PO 4, (HPO 4) 2– ,Mg, I 2, C 6H 12O 6, CO 2,<br />

HClO 4, Al 2(SO 4) 3, CU 2+ , H 2SO 4, BaCl 2, AgCl, AgNO 3, AlCl 3, CaCO 3, CaCl 2, Br 2, Fe 2O 3, FeCl 3,<br />

KHSO 4, SO 2, N 2, NaNO 3, NH 3, KI, HCl, (H 2PO 4) – , (HSO 4) 2– , (NO 3) –<br />

2. a) Bestimme die Oxidationszahlen im Säurerest Tetrathionat (S 4O 6) 2– .<br />

b) Sicherlich hast Du bei a) ein ungewöhnliches Ergebnis? Müssen Oxidationszahlen ganzzahlig<br />

sein? Zur Lösung dieser Frage, zeichne die Valenzstrichfolrmel von Tetrathionat. Der Anfang steht<br />

schon dort:<br />

O O<br />

O S – S – S – S O<br />

O O<br />

Erkläre nun, anhand der Elektronegativ<strong>it</strong>äten, welches Element jeweils die Bindungselektronen<br />

bekommt, und zähle dann die verbleibenden Elektronen an den Schwefelatomen. Addiere alle<br />

Werte und teile durch 3. Was bemerkst Du?


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

8<br />

Metallionen und Nebengruppenelemente haben oft verschiedene Oxidationsstufen<br />

häufigste Form<br />

we<strong>it</strong>ere Ionen<br />

Kupferionen Cu 2+<br />

türkis-blau<br />

Cu +<br />

grün<br />

Eisenionen Fe 3+<br />

rot-rostbraun<br />

Fe 2+<br />

grün<br />

Fe 4+<br />

in einigen Enzymen<br />

(z.B. Cytochrom<br />

P450)<br />

Fe 6+<br />

in K 2FeO 4<br />

Chrom Cr 3+<br />

grün<br />

Cr 6+<br />

in (CrO 4) 2–<br />

gelb<br />

Cr 6+<br />

in (Cr 2O 7) 2–<br />

orange<br />

Mangan Mn 7+<br />

in (MnO 4)-<br />

violett<br />

Mn 6+<br />

z.B. in (MnO 4) 2–<br />

grün<br />

Mn 4+<br />

z.B. in MnO 2<br />

braun<br />

Mn 2+<br />

blassgelb-farblo<br />

s<br />

Ionen welche nur in einer Form vorkommen:<br />

Diese Ionen sind eine große Hilfe beim Bestimmen der Oxidationzahlen von Verbindungen!<br />

Silber Ag +<br />

Zink Zn 2+<br />

L<strong>it</strong>hium Li +<br />

Natrium Na +<br />

Kalium K +<br />

Calcium Ca 2+<br />

Magnesium Mg 2+<br />

Fluorid F –<br />

Nicht vergessen oder verwechseln:<br />

Fluor F 2 ox-Zahl: 0<br />

Fluorid F – ox-Zahl: -I<br />

Chlor Cl 2 ox-Zahl: 0<br />

Chlorid Cl – ox-Zahl: -I<br />

Brom Br 2 ox-Zahl: 0<br />

Bromid Br – ox-Zahl: -I<br />

Iod I 2 ox-Zahl: 0<br />

Iodid I – ox-Zahl: -I


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

9<br />

Versuche m<strong>it</strong> Wasserstoffperoxid (H 2O 2)<br />

V1: Eine geschn<strong>it</strong>tene Kartoffel wird m<strong>it</strong> Wasserstoffperoxid in Kontakt gebracht. Das Gas soll<br />

anschließend untersucht werden.<br />

B: Es kommt zu einer starken Gasentwicklung. Der Nachweis durch Glimmspanprobe ist pos<strong>it</strong>iv.<br />

S: Bei der Zersetzung von H 2O 2 entwickelt sich Sauerstoff.<br />

Redoxgleichung: H 2O 2 ⎯⎯→ O 2 + H 2O


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

10<br />

Wozu dienen Oxidationszahlen? Zum Erstellen von Reaktionsgleichungen<br />

Ein einfaches Beispiel <strong>als</strong> Aufgabe:<br />

Chlorwasser (Cl 2) reagiert m<strong>it</strong> FeSO 4 zu einer rostroten Lösung und einem zwe<strong>it</strong>en Stoff,<br />

welcher m<strong>it</strong> Silbern<strong>it</strong>rat einen pos<strong>it</strong>iven Nachweis zeigt. Erstelle die Reaktionsgleichung<br />

und bestimme die unbekannten Stoffe.<br />

1. Aufgabe analysieren. Gegebene Infos auswerten:<br />

Rostrot ⇒ Fe 3+ - Ionen ⇒ Edukt Fe 2+ reagiert zu Produkt Fe 3+<br />

Pos<strong>it</strong>iver Silbern<strong>it</strong>ratnachweis ⇒ Cl – - Ionen ⇒ Edukt Cl 2 reagiert zu 2 Cl –<br />

Offensichtlich reagieren die Sulfationen nicht ⇒ kann man weglassen, erhöht die Übersichtlichke<strong>it</strong>!<br />

2. Vorläufige Gleichung aufstellen:<br />

[ Cl 2 + Fe 2+ ⎯⎯→ Fe 3+ + 2 Cl – ] (da sie noch f<strong>als</strong>ch ist, kommt sie in eckige Klammern!)<br />

3. M<strong>it</strong>hilfe der Oxidationszahlen, die übertragenen Elektronen erm<strong>it</strong>teln und dann die<br />

Teilgleichungen aufstellen:<br />

Red: Cl 2 + 2 e – ⎯⎯→ 2 Cl – (Teilgleichung für die Reduktion)<br />

ox: Fe 2+ ⎯⎯→ Fe 3+ + 1e - (Teilgleichung für die Oxidation)<br />

4. Die Anzahl der bewegten Elektronen muss gleich sein! Man multipliziert entsprechend:<br />

Red: Cl 2 + 2 e – ⎯⎯→ 2 Cl –<br />

ox: 2Fe 2+ ⎯⎯→ 2Fe 3+ + 2e -<br />

5. Zusammenzählen (was auf beiden Se<strong>it</strong>en gleich ist kann weggestrichen werden):<br />

Cl 2 + 2Fe 2+ ⎯⎯→ 2Cl – + 2Fe 3+<br />

6. Ergänzen von fehlenden Ionen<br />

Das Sulfat war an der Reaktion unbeteiligt. Es kann nun ergänzt werden.<br />

Cl 2 + 2Fe 2+ + 2(SO 4) 2– ⎯⎯→ 2Cl – + 2Fe 3+ + 2(SO 4) 2–


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

11<br />

Oxidation und Reduktion (=Elektronenübertragungsreaktionen)<br />

a) Verbrennungen m<strong>it</strong> Sauerstoff<br />

Versuch Beobachtung Schlussfolgerung<br />

1. Entzünden von Fe-Wolle dunkelgraues Reaktionsprodukt ⇒ Verbrennung von Fe<br />

Fe glimmt, Wärmeentwicklung ⇒ exotherme Reaktion<br />

⇒ ein neuer Stoff ist entstanden<br />

2. Verbrennung von siehe V1, Reaktion ist heftiger ⇒ Sauerstoff ist d. Reaktionspartner<br />

Fe-Wolle in reinem O 2<br />

4Fe + 3O 2 ⎯⎯→ 2Fe 2O 3 + E<br />

3. Entzünden von Al-Pulver Lichtbl<strong>it</strong>z, weißes Produkt ⇒ Al verbrennt m<strong>it</strong> Sauerstoff<br />

4Al + 3O 2 ⎯⎯→ 2Al 2O 3 + E<br />

Bisherige Defin<strong>it</strong>ion von Antoine Laurent de Lavoisier (1743 - 1794, m<strong>it</strong> Guillotine<br />

hingerichtet):<br />

Die Vereinigung eines Elementes m<strong>it</strong> Sauerstoff nennt man Oxidation. Das Element wird<br />

dabei oxidiert, Sauerstoff ist das Oxidationsm<strong>it</strong>tel. Verbrennungen sind ein Spezialfall der<br />

Oxidation, bei denen Licht und Wärme freiwerden 1 .<br />

Die Umkehrung der Oxidation wird Reduktion genannt. Sie ist die Abgabe von Sauerstoff.<br />

b) „Verbrennungen“ ohne Sauerstoff<br />

Versuch Beobachtung Schlussfolgerung<br />

1. Reaktion von Al in Br 2 - Al verbrennt ⇒ exotherme Reaktion<br />

- weißer Feststoff <strong>als</strong> Produkt ⇒ ein neuer Stoff ist entstanden<br />

2Al + 3Br 2 ⎯⎯→ 2AlBr 3 + E<br />

Stellt man nun die beiden letzten Reaktionen gegenüber, so sieht man, dass sie recht ähnlich sind.<br />

Es entstehen weiße Produkte unter Flammenerscheinung.<br />

Ist die zwe<strong>it</strong>e Reaktion dann etwa keine Redoxreaktion?<br />

4Al + 3O 2 ⎯⎯→ 2Al 2O 3 + E<br />

2Al + 3Br 2 ⎯⎯→ 2AlBr 3 + E<br />

Eine Gemeinsamke<strong>it</strong> beider Reaktionen ist das Aluminium. Betrachtet man nun die<br />

Valenzelektronen (=Außenelektronen) genauer, so sieht man, dass Al 3 Außenelektronen hat.<br />

⇒ In beiden Salzen hat Al eine 3fach pos<strong>it</strong>ive Ionenladung.<br />

Gemeinsamke<strong>it</strong>: ox: Al ⎯⎯→ Al 3+ + 3e –<br />

Eine Elektronenabgabe wird <strong>als</strong> Oxidation bezeichnet. Die Elektronen werden vom<br />

Oxidationsm<strong>it</strong>tel aufgenommen (neuere, allgemeinere Defin<strong>it</strong>ion)<br />

Elektronen können aber nicht einfach so abgegeben werden. Es ist ein Reaktionspartner<br />

notwendig, der die Elektronen aufnimmt. Die Elektronenaufnahme wird <strong>als</strong> Reduktion<br />

bezeichnet. Die Elektronen werden vom Reduktionsm<strong>it</strong>tel abgegeben.<br />

Oxidation = Elektronenabgabe<br />

Reduktion = Elektronenaufnahme<br />

Oxidationsm<strong>it</strong>tel = Stoff der e - aufnimmt, (Elektronenakzeptor)<br />

Reduktionsm<strong>it</strong>tel = Stoff der e - aufnimmt, (Elektronendonator)<br />

Reduktion und Oxidation laufen immer gleichze<strong>it</strong>ig ab. Man spricht von <strong>Redoxreaktionen</strong>.<br />

Bei <strong>Redoxreaktionen</strong> werden Elektronen von einem Teilchen auf ein anderes übertragen.<br />

<strong>Redoxreaktionen</strong> sind <strong>als</strong>o Elektronenübertragungsreaktionen.<br />

1<br />

Die drei Oxidationsformen, geordnet nach ihrer Reaktionsgeschwindigke<strong>it</strong>: Explosion, Verbrennung, stille Oxidation (z.B. Rosten)


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

12<br />

Vergleiche die beiden Reaktionen<br />

V: Magnesiumband entzünden und dann (V2) während es brennt, ein Glas darüber stellen.<br />

Es reagieren <strong>als</strong>o Mg und N 2!<br />

B: S:<br />

I) Magnesiumband brennt an der Luft, Flamme ⇒ Es findet eine Oxidation m<strong>it</strong> Sauerstoff <strong>als</strong> Partner<br />

statt:<br />

2Mg + O 2 ⎯→ 2MgO<br />

Weißes Produkt<br />

Magnesium <strong>als</strong> Metall reagiert zum Mg 2+ -Ion<br />

⇒ Abgabe von Elektronen ⇒ Oxidation<br />

Die nun freien Elektronen werden von Sauerstoff<br />

aufgenommen. Ein O nimmt dabei 2e – auf und<br />

reagiert zu O 2– .<br />

⇒ Sauerstoff wird reduziert!<br />

Insgesamt werden 6 e – bewegt.<br />

Das Produkt der ersten Reaktion ist Magnesiumoxid.<br />

II) Das Magnesiumband brennt we<strong>it</strong>er, obwohl<br />

der Sauerstoff unter dem Glas schnell<br />

verbraucht sein müsste<br />

⇒ Ein anderer Partner reagiert m<strong>it</strong> Magnesium. Es<br />

kommt nur noch Luftstickstoff in Frage:<br />

3Mg + N 2 ⎯→ Mg 3N 2<br />

Gelbgraues Produkt<br />

Magnesium <strong>als</strong> Metall reagiert zum Mg 2+ -Ion<br />

⇒ Abgabe von Elektronen ⇒ Oxidation<br />

Die nun freien Elektronen werden von Stickstoff<br />

aufgenommen. Ein O nimmt dabei 2e – auf und<br />

reagiert zu O 2– .<br />

⇒ Stickstoff wird reduziert!<br />

Insgesamt werden 6 e – bewegt.<br />

Das Produkt der zwe<strong>it</strong>en Reaktion ist<br />

Magnesiumn<strong>it</strong>rid.<br />

In beiden Fällen fand ein Austausch von Elektronen statt. Insofern sind beide Reaktionen<br />

<strong>Redoxreaktionen</strong>!<br />

Zusatzinformationen:<br />

http://de.wikipedia.org/wiki/Magnesiumn<strong>it</strong>rid


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

13<br />

Oxidation und Reduktion - Grundlagen<br />

V: Vergleich von Sauerstoffoxidation m<strong>it</strong> ähnlicher Reaktion bei Magnesium. Beurteile, ob auch die<br />

anderen Reaktionen Rdoxreaktionen sind!<br />

Lasse Magnesium jeweils m<strong>it</strong> Schwefel, Sauerstoff und (vom Lehrer gezeigt) m<strong>it</strong> Brom reagieren:<br />

B: Die Reaktionen verlaufen ähnlich heftig und bringen vergleichbare Produkte hervor.<br />

S: 2 Mg + O 2 ⎯⎯→ 2 MgO<br />

Mg + Br 2 ⎯⎯→ MgBr 2<br />

Mg + S ⎯⎯→ MgS<br />

Die alte Defin<strong>it</strong>ion von früher:<br />

Oxidation: Reaktion zwischen Sauerstoff und einem Reaktionspartner (Sauerstoffaufnahme)<br />

Reduktion: Sauerstoffabgabe aus sauerstoffhaltigen Verbindungen<br />

(Reaktion, bei dem aus einem Metalloxid das Metall gewonnen wird.)<br />

Bei diesen Reaktionen entsteht das zweifach pos<strong>it</strong>iv geladene Magnesiumion (Kation) und negativ<br />

geladene Anionen (O 2- , Br - , S 2- ).<br />

Gemeinsamke<strong>it</strong> aller Reaktionen: Das Magnesiumion wird zum zweifach pos<strong>it</strong>iv geladenen<br />

Magnesiumion und gibt in allen drei Fällen Elektronen ab:<br />

Mg ⎯⎯→ Mg 2+ + 2 e -<br />

Aus O 2, Br 2 und S entstehen negativ geladene Anionen<br />

O 2 + 4 e - ⎯⎯→ 2 O 2–<br />

Br 2 + 2 e - ⎯⎯→ 2 Br –<br />

S + 2 e - ⎯⎯→ S 2–<br />

Die neue Defin<strong>it</strong>ion, m<strong>it</strong> der ab jetzt nur noch gearbe<strong>it</strong>et wird:<br />

Oxidation = Elektronenabgabe Oxidationsm<strong>it</strong>tel = Stoff der e - aufnimmt<br />

Reduktion = Elektronenaufnahme<br />

Reduktionsm<strong>it</strong>tel = Stoff der e - aufnimmt<br />

Reduktion und Oxidation laufen immer gleichze<strong>it</strong>ig ab. Man spricht von <strong>Redoxreaktionen</strong>.<br />

Bei <strong>Redoxreaktionen</strong> werden Elektronen von einem Teilchen auf ein anderes übertragen.<br />

Die Oxidationszahl gibt an wieviele Elektronen ein Atom aufgenommen oder abgegeben hat.<br />

Aufgaben:<br />

1. Wann liegt eine Redoxreaktion vor?<br />

- <strong>Redoxreaktionen</strong> liegen vor, wenn sich die Oxidationszahlen von Atomen ändern.<br />

2. Wie erm<strong>it</strong>telt man die Oxidationszahl eines Atoms?<br />

3. Welche (pos<strong>it</strong>ive) Oxidationszahl kann ein Element höchstens haben? (Bsp. Chlor)<br />

4. Wie kann man diese höchste OZ erreichen? => Verbindungen m<strong>it</strong> Elementen höherer EN.


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

14<br />

Schr<strong>it</strong>te zum Erstellen der Reaktionsgleichungen<br />

Die folgenden Schr<strong>it</strong>te sollen für Dich ein Rezept darstellen, nach dem Du vorgehen sollst, wenn<br />

Du in Zukunft Reaktionsgleichungen für komplexe <strong>Redoxreaktionen</strong> aufstellst.<br />

Bei den einfachen Aufgaben auf diesem Zettel kannst Du den Schr<strong>it</strong>t 5 & 6 noch überspringen.<br />

Eine Warnung für alle Schnellrechner:<br />

Überspringst Du einen Schr<strong>it</strong>t, wird das Ergebnis in der Regel f<strong>als</strong>ch sein!<br />

1. Unvollständige Gleichung aus dem Experiment aufstellen<br />

(Ausgangsstoffe ⎯regieren zu→ Produkten)<br />

2. Oxidationszahlen erm<strong>it</strong>teln (und über jedes Element<br />

schreiben)<br />

3. Unvollständige Teilgleichungen für die Oxidation und die<br />

Reduktion aufstellen (nicht vergessen bere<strong>it</strong>s jetzt auf die<br />

gleiche Anzahl an Atomen auf beiden Se<strong>it</strong>en zu achten!)<br />

4. Anzahl der jeweils aufgenommenen oder abgegebenen e -<br />

erm<strong>it</strong>teln (und in die Teilgleichung schreiben)<br />

5. Ladungsausgleich durchführen:<br />

- in alkalischer Lösung m<strong>it</strong> (OH) - (=Hydroxidionen)<br />

- in saurer Lösung durch (H 3O) + (=Oxoniumionen) (oder auch notfalls m<strong>it</strong> H + )<br />

6. Ausgleich der Stoffbilanz m<strong>it</strong> Wasser (H 2O)<br />

7. Elektronenanzahl der Teilgleichungen untereinander durch Multiplikation ausgleichen<br />

8. Teilgleichungen „addieren“ und so die Gesamtgleichung aufstellen. Fast fertig! :-)<br />

9. Überlegen, ob Energie benötigt oder freigesetzt wird<br />

10. Überprüfung der Gleichung durch Probe<br />

(Dazu zählt man wie oft jedes Element und jede Ladung auf beiden Se<strong>it</strong>en vorkommt - die<br />

Zahlen müssen immer gleich sein!)<br />

11. (Dieser Schr<strong>it</strong>t ist nicht unbedingt notwendig) Die in der fertigen Reaktionsgleichung<br />

stehenden Ionen wieder m<strong>it</strong> ihren entsprechenden Partnern (welche nicht reagiert haben)<br />

verbinden.<br />

Tipps (die Du eigentlich schon aus den letzten <strong>Kap<strong>it</strong>el</strong>n kennst):<br />

1. Nur Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und die Elemente der 7. HG kommen <strong>als</strong> zweiatomiges<br />

Element vor: ⇒ H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2, Br 2, I 2 (es gibt <strong>als</strong>o niem<strong>als</strong> Fe 2 oder Al 4 <strong>als</strong> Element!).<br />

(Für gute Schüler: Es gibt we<strong>it</strong>ere Ausnahmen: O 3, P 4, S 2, S 8 usw.)<br />

2. Wichtig: Überlege Dir immer gut, ob die Formel, die Du erstellt hast, überhaupt logisch ist und<br />

sie Dir bekannt vorkommt. Ein einfaches Zusammenzählen aller Atome ist nämlich nur sehr<br />

selten die richtige Lösung: z.B. verbrennt CH 4 + O 2 nicht zu CH 4O 2, sondern zu CO 2 + H 2O<br />

(Kohlenstoffdioxid und Wasser!).<br />

Wenn ein Element, ein Ion oder ein Molekühl e - AUFnimmt ist das eine REDuktion.<br />

Wenn ein Element, ein Ion oder ein Molekühl e - ABgibt ist es eine Oxidation.<br />

Einfache Aufgaben:<br />

Erstelle die Reaktionsgleichungen der folgenden Reaktionen und entscheide, ob es <strong>Redoxreaktionen</strong><br />

sind. Bedenke: <strong>Redoxreaktionen</strong> liegen vor, wenn sich die Oxidationszahlen von<br />

Atomen ändern.<br />

1) Verbrennung von Fe zu Fe 2O 3<br />

2) Vereinigung von Aluminium m<strong>it</strong> Fluor zum Salz<br />

3) Verbrennung von Methan (CH 4)<br />

4) Mg reagiert m<strong>it</strong> Brom [Br 2] zum entsprechenden Bromid<br />

5) Bildung von P 4O 10 aus den Elementen


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

<strong>15</strong><br />

Redoxreaktion von Kohlenstoff m<strong>it</strong> Schwefel<br />

V B S<br />

Kohlenstoff in konzentrierter<br />

Schwefelsäure kochen<br />

- Kohlenstoff „verschwindet“<br />

- Geruch nach Schwefeldioxid<br />

⇒ Kohlenstoff hat reagiert<br />

⇒ es ist Schwefeldioxid<br />

entstanden<br />

⇒ konzentrierte Schwefelsäure<br />

ist ein Oxidationsm<strong>it</strong>tel<br />

Tipp zum Lösen der Gleichungen:<br />

Säuren, immer wenn immer möglich, zu Ionen dissozieren!<br />

C + 2H 2SO 4 ⎯⎯→ 2SO 2 + CO 2<br />

⇒ Aufspalten in Ionen<br />

⇒ C + 2H + + 2(SO 4) 2- ⎯→ 2SO 2 + CO 2<br />

Teilgleichungen:<br />

0 IV<br />

ox: C + 2 H 2O ⎯⎯→ CO 2 + 4e - + 4H +<br />

IV -IV<br />

red: SO 4<br />

2-<br />

+ 2e - + 4H + ⎯⎯→ SO 2 + 2H 2O | 2<br />

Redox: C + 2H 2SO 4 ⎯⎯→ 2SO 2 + CO 2 + 2H 2O<br />

Dam<strong>it</strong> man nicht nachträglich durcheinander kommt, wird die erste, ursprüngliche Gleichung - die<br />

ja im Grunde f<strong>als</strong>ch ist und nur ein erster Entwurf war - in Klammern gesetzt.<br />

Ohne Teilgleichungen kann man die Reaktionsgleichung für derart<br />

komplexe Reaktion nicht korrekt erstellen!<br />

Aus dem Experiment kann man die Reaktionsprodukte bestimmen. Erst durch die<br />

Reaktionsgleichung kann man überprüfen, ob es theoretisch möglich ist,<br />

das Produkt zu bilden.<br />

Merke: Für Teilgleichungen nach Möglichke<strong>it</strong> vollständige Verbindungen notieren und dann<br />

den Stoff und Ladungsausgleich nur m<strong>it</strong> H + , OH - oder H 2O durchführen!<br />

Grund: diese Stoffe sind leicht durch Wasser, Säure oder Lauge zuzufügen, bzw. durch<br />

natürliche Vorgänge schon vorhanden! Ein Ausgleichen m<strong>it</strong> O 2- ist niem<strong>als</strong> möglich!


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

16<br />

Aufgaben:<br />

1. Thiosulfationen (S 2O 3) 2- reagieren in Gegenwart von Kupfer(II)ionen m<strong>it</strong> Wasser zu Sulfationen<br />

und Kupfer. Erstelle die passende Teilgleichung und bestimme Oxidation und Reduktion.<br />

2. Eine Kupfermünze reagiert m<strong>it</strong> Salpetersäure heftig unter Bildung des giftigen Stickstoffdioxids.<br />

Stelle die Reaktionsgleichung auf:<br />

Lösungen:<br />

1. ox: (S 2O 3) 2- + 5H 2O ⎯→ 2 (SO 4) 2- + 10H + + 8e -<br />

red: Cu 2+ +2e – ⎯→ Cu<br />

2. Folgende Schr<strong>it</strong>te solltest Du nach und nach erarbe<strong>it</strong>et haben:<br />

1. Ausgangsstoffe, Endstoffe: Cu, + HNO 3 ⎯→ NO 2 + CuO<br />

2. Oxidationszahlen bestimmen<br />

3. Teilgleichungen aufstellen<br />

ox: Cu ⎯→ CuO<br />

red: HNO 3 ⎯→ NO 2<br />

4. Elektronenanzahl der jeweils aufgenommenen oder abgegebenen e - erm<strong>it</strong>teln<br />

ox: Cu ⎯→ CuO + 2 e-<br />

red: HNO 3 + e - ⎯→ NO 2<br />

5. Ladungssumme ausgleichen<br />

Cu ⎯→ CuO + 2 H 3O + 2 e -<br />

HNO 3 + H 3O + + e - ⎯→ NO 2<br />

6. Stoffbilanz m<strong>it</strong> Wasser Cu + 3 H 2O ⎯→ CuO + 2 H 3O + 2 e -<br />

HNO 3 + H 3O + + e - ⎯→ NO 2 + 2 H 2O<br />

7. Elektronenzahlen der Teilgleichungen untereinander ausgleichen (Reduktion mal 2)<br />

Cu + 3 H 2O ⎯→ CuO + 2 H 3O + 2 e -<br />

2HNO 3 + 2H 3O + + 2e - ⎯→ 2NO 2 + 4 H 2O<br />

8. Teilgleichungen addieren (e - , H 2O, H 3O + „kürzen“)<br />

Cu + 2HNO 3 ⎯→ CuO + 2NO 2 + H 2O<br />

9. Überlegen, ob Energie benötigt oder freigesetzt wird<br />

Cu + 2HNO 3 ⎯→ CuO + 2NO 2 + H 2O + E<br />

10.Probe<br />

Cu: 1/1<br />

H: 2/2<br />

O: 6/6<br />

N: 2/2


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

17<br />

Reduktion von Kaliumdichromat m<strong>it</strong> Eisen(II)ionen<br />

V B S<br />

(Cr 2O 7) 2- + Fe 2+ Die orange Lösung färbt sich grün ⇒ es ist Cr 3+ entstanden.<br />

Diese sind für die Grünfärbung<br />

verantwortlich.<br />

Stelle die Reaktionsgleichung auf und benenne die Produkte!<br />

Lösung - Kurzform:<br />

1. (Cr 2O 7) 2- ⎯→ 2 Cr 3+ ; Fe 2+ ⎯→ Fe 3+<br />

2. VI -II II III III<br />

(Cr 2O 7) 2- + Fe 2+ ⎯→ Cr 3+ + Fe 3+<br />

3. ox: Fe 2+ ⎯→ Fe 3+ + e -<br />

red: Cr 2O 7 2- + 6e - ⎯→ 2Cr 3+<br />

4. ox: Fe 2+ ⎯⎯→ Fe 3+ + e -<br />

(Cr 2O 7) 2- + 6e - 14H 3O + ⎯⎯→ 2Cr 3+<br />

5. ox: Fe 2+ ⎯⎯→ Fe 3+ + e -<br />

(Cr 2O 7) 2- + 6e - 14 H 3O + ⎯⎯→ 2Cr 3+ + 21H 2O<br />

6. ox 6<br />

Cr 2O 7 2- + 6Fe 2+ 14H 3O + ⎯⎯→ 2Cr 3+ + 21 H 2O + 6Fe 3+ +E


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

18<br />

Reaktionen m<strong>it</strong> Manganionen<br />

Mangan ist ein Element, welches in vielen verschiedenen Oxidationsstufen vorkommen kann.<br />

Dadurch sind sehr viele Reaktionen möglich. M<strong>it</strong> Sulf<strong>it</strong>ionen (beispielsweise aus schwefliger<br />

Säure) reagiert es unterschiedlich je nach Säuregrad.<br />

Versuche: Reaktionen von KMmO4<br />

V1: Manganionen (Mn 2+ ) reagieren im alkalischen Milieu m<strong>it</strong> H 2O 2 zu MnO 2.<br />

V2: Zu einer violetten Lösung von Kaliumpermanganat wird Natriumsulf<strong>it</strong>lösung getropft.<br />

2 (MnO 4) – + 3(SO 3) 2– + H 2O ⎯→ 2MnO 2 + 3(SO 4) 2– + 2(OH) – +E<br />

V3: Reaktion von Permanganationen m<strong>it</strong> Sulf<strong>it</strong>ionen im alkalischen Milieu:<br />

2 (MnO 4) – + (SO 3) 2– + 2(OH) – ⎯→ 2(MnO 4) 2– + (SO 4) 2– + H 2O +E<br />

V4: Reaktion von Permanganationen m<strong>it</strong> Sulf<strong>it</strong>ionen im sauren Milieu:<br />

2 (MnO 4) – + 5(SO 3) 2– + 6(H 3O) + ⎯→ 2Mn 2+ + 5(SO 4) 2– + 9H 2O +E<br />

Vergleich: Reaktion von Permanganationen m<strong>it</strong> Sulf<strong>it</strong>ionen:<br />

1. In saurem Milieu: 2 (MnO 4) – + 5(SO 3) 2– + 6(H 3O) + ⎯→ 2Mn 2+ + 5(SO 4) 2– + 9H 2O +E<br />

2. In alkalischem Milieu: 2 (MnO 4) – + (SO 3) 2– + 2(OH) – ⎯→ 2(MnO 4) 2– + (SO 4) 2– + H 2O +E<br />

3. In neutraler Lösung: 2 (MnO 4) – + 3(SO 3) 2– + H 2O ⎯→ 2MnO 2 + 3(SO 4) 2– + 2(OH) – +E<br />

zu 2.) Erklärungen zu 2: Permanganat (VII) zu Manganat (VI)<br />

Red: MnO 4<br />

-<br />

+ e - ⎯→ MnO4 2- I·2<br />

Ox: SO 3<br />

2-<br />

+ 2 OH - ⎯→ SO 4<br />

2-<br />

+ H 2O + 2 e -<br />

2 (MnO 4) – + (SO 3) 2– + 2(OH) – ⎯→ 2(MnO 4) 2– + (SO 4) 2– + 2H 2O +E<br />

Dam<strong>it</strong> die Gleichung im Labor möglich ist, müssen die Kationen ergänzt werden, so dass man<br />

weiß, welche Salze man verwenden kann<br />

2 KMnO 4 + Na 2SO 3 + 2 KOH ⎯→ 2 K 2MnO 4 + Na 2SO 4 + H 2O + E<br />

Die Farben der unterschiedlichen Manganionen<br />

Mn 7+ (VII) - z.B. (MnO 4) - ist violett<br />

Mn 6+ (VI) - z.B. (MnO 4) 2- ist grün<br />

Mn 4+ (IV) - z.B. (MnO 2) ist braun (MnO 2=Braunstein)<br />

Mn 2+ (II) - z.B. MnO ist farblos<br />

Zusatzinformationen:<br />

http://de.wikipedia.org/wiki/Mangan


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

19<br />

Chlordarstellung aus HCl und Permanganat<br />

[KMnO 4 + HCl -> MnCl 2 + Cl 2 + K + ]<br />

ox: 2Cl - ⎯→ Cl 2 + 2e – | · 5<br />

red: (MnO 4) – + 5e – + 8H + ⎯→ Mn 2+ + 4H 2O | · 2<br />

Redox: 2(MnO 4) – + 16H + + 10Cl –- ⎯→ 2 Mn 2+ + 5Cl 2 + 8 H 2O +E<br />

Übungsaufgaben REDOX<br />

Stelle für alle angegebenen Reaktionen die Teilgleichungen für die Oxidation, Reduktion und die<br />

gesamte Redoxgleichung auf. Kennzeichne auch Reduktionsm<strong>it</strong>tel und Oxidationsm<strong>it</strong>tel!<br />

1. Aluminium bildet m<strong>it</strong> Chlorgas das Salz Aluminiumchlorid.<br />

2. Chlorgas reagiert m<strong>it</strong> Ammoniak. Dabei entstehen Stickstoff und Chlorwasserstoffgas.<br />

3. Schwefelwasserstoff und Chlorwasser werden vermischt und zur Reaktion gebracht. Es<br />

entstehen Chloridionen und ein gelber Feststoff.


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

20<br />

Aufgaben und Übungen komplexer <strong>Redoxreaktionen</strong><br />

1. Erstelle die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Sulf<strong>it</strong> m<strong>it</strong> Permanganationen im sauren<br />

Milieu zu Sulfat und Mangan(II)ionen.<br />

Ox: (SO 3) 2– + 3H 2O ⎯⎯→ (SO 4) 2– + 2e – + 2H 3O + | ·5<br />

red: (MnO 4) – + 5e – + 8H 3O + ⎯⎯→ Mn 2+ + 12H 2O | ·2<br />

Redox: 5(SO 3) 2– + 6H 3O + + 2(MnO 4) – ⎯⎯→ 5(SO 4) 2– + 2Mn 2+ + 9H 2O<br />

2. Wenn man ein Magnesiumblech in Zinkionenlösung hält, bildet sich auf der Oberfläche ein<br />

grauer Niederschlag. Stelle die Reaktiongleichung auf und benenne alle Produkte.<br />

3. Farblose Manganionen (Mn 2+ ) reagieren im alkalischen Milieu m<strong>it</strong> H 2O 2 zu MnO 2. Erstelle die<br />

RG.<br />

Red.: H 2O 2 + 2e – ⎯⎯→ 2OH –<br />

Ox.: Mn 2+ + 4OH – ⎯⎯→ MnO 2 + 2H 2O + 2e –<br />

Mn 2+ + H 2O 2 + 2OH – ⎯⎯→ MnO 2 + H 2O<br />

4. N<strong>it</strong>r<strong>it</strong> aus dem Salz Kaliumn<strong>it</strong>r<strong>it</strong> wird in saurem Milieu m<strong>it</strong> Kaliumpermanganat <strong>als</strong><br />

Reaktionspartner zu N<strong>it</strong>rat oxidiert.<br />

a) Erstelle die Reaktionsgleichung.<br />

b) Vervollständige: Kaliumpermanganat ist ein sehr gutes ...................-M<strong>it</strong>tel.<br />

5. Bei der Reaktion von Mangan(IV)-oxid (die römische M<strong>it</strong>telziffer gibt die Oxidationszahl an!) m<strong>it</strong><br />

Salzsäure entsteht elementares Chlor sowie Mangan(II)-chlorid. Erstelle die Reaktionsgleichung.<br />

6. Zu einer violetten Lösung von Kaliumpermanganat wird Natriumsulf<strong>it</strong>lösung getropft. Dabei<br />

entstehen braune Mangan(IV)-Ionen und Sulfat.<br />

a) Welcher Stoff wirkt hier <strong>als</strong> Oxidationsm<strong>it</strong>tel?<br />

b) Erstelle die Reaktionsgleichung.<br />

7. Bei einer Reaktion reagieren Sulfidionen (S 2- ) zum Schwefeloxid (SO). Dabei handelt es sich um<br />

keine Oxidation, da die Oxidationszahl des Schwefels in beiden Verbindungen 2 ist! Stimmt diese<br />

Aussage? (Begründe).<br />

8. Reagiert Chlor m<strong>it</strong> Natronlauge so entstehen Chlorid und Hypochlorid (OCl - ).<br />

a) Erstelle die Reaktionsgleichung<br />

b) Wieso läuft eine vergleichbare Reaktion m<strong>it</strong> Brom, aber nicht m<strong>it</strong> Fluor ab?<br />

Zusatzinformationen:<br />

http://de.wikipedia.org/wiki/Redoxreaktion


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

21<br />

We<strong>it</strong>ere Beispiele für <strong>Redoxreaktionen</strong><br />

<strong>Redoxreaktionen</strong> m<strong>it</strong> Elementen:<br />

V: Mg + S , Mg + O, (Mg + Br 2)<br />

B: Übliche heftige Reaktionen, m<strong>it</strong> salzartigen Produkten<br />

S:<br />

Mg + O 2 ⎯⎯→ MgO +E<br />

Mg + Br 2 ⎯⎯→ MgBr 2 +E<br />

Mg + S ⎯⎯→ MgS +E<br />

Das Mg-Atom reagiert bei <strong>Redoxreaktionen</strong> zum zweifach pos<strong>it</strong>iv geladenen Mg 2+ - Ion<br />

ox: Mg ⎯⎯→ Mg 2+ + 2 e -<br />

Aus O 2, Br 2 und S entstehen negativ geladene Anionen.<br />

red: O 2 + 4 e - ⎯⎯→ 2 O 2-<br />

red: Br 2 + 2 e - ⎯⎯→ 2 Br -<br />

red: S + 2 e - ⎯⎯→ S 2-<br />

In allen drei Fällen gibt Magnesium Elektronen ab und wird zum Mg 2+ -Ion.<br />

Diese Elektronenabgabe bezeichnet man <strong>als</strong> Oxidation. Die Elektronenaufnahme der<br />

Reaktionspartner nennt man Reduktion.<br />

Redoxverhalten der Halogene<br />

Cl 2-Wasser + Hexan ⎯⎯→ Hexan färbt sich gelb<br />

Br 2-Wasser + Hexan ⎯⎯→ Hexan färbt sich braun<br />

I 2-Wasser + Hexan ⎯⎯→ Hexan färbt sich violett<br />

Redoxverhalten von Wasserstoffperoxid<br />

V: H 2O 2 auf Kartoffel tropfen. Beobachten<br />

B: deutliche Gasentwicklung, Nachweis durch Glimmspanprobe<br />

S: Bei der Zersetzung von H 2O 2 entwickelt sich Sauerstoff<br />

-I -II<br />

red: O + e - ⎯→ O | ·2<br />

-I 0<br />

ox: 2O ⎯→ O 2 + e -<br />

2H 2O 2<br />

⎯→ O 2 + 2H 2O + E<br />

Aufgaben:<br />

1. Definiere Oxidationsm<strong>it</strong>tel und Reduktionsm<strong>it</strong>tel<br />

2. Kann ein Element in zwei verschiedenen Reaktionen <strong>als</strong> Oxidationsm<strong>it</strong>tel bzw. <strong>als</strong><br />

Reduktionm<strong>it</strong>tel reagieren?<br />

3. Fluorid hat immer die Oxidationszahl -I. Erkläre m<strong>it</strong> dieser Tatsache, ob Fluor (!) <strong>als</strong><br />

Reduktionsm<strong>it</strong>tel oder Oxidationsm<strong>it</strong>tel reagiert.


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

22<br />

Synproportionierung und Disproportionierung<br />

a) Synproportionierung:<br />

Ein Element liegt in zwei Verbindungen vor und reagiert so, dass nur eine Verbindung oder ein<br />

Element entsteht, welches gleichze<strong>it</strong>ig das Produkt einer Oxidation und einer Reduktion ist.<br />

z.B.: Synproportionierung von Schwefel<br />

2 H 2S + SO 2 ⎯⎯→ 3 S + 2 H 2O<br />

b) Disproportionierung:<br />

Ein Element wird gleichze<strong>it</strong>ig oxidiert und reduziert.<br />

z.B.: Disproportionierung von Brom<br />

3 Br 2 + 6 OH – ⎯⎯→ 5 Br –- + BrO 3<br />

–<br />

+ 3H 2O<br />

Aufgaben:<br />

1) Synproportionierung von Mangan:<br />

Folgende Reaktion läuft ab: Mangansulfat und Kaliumpermanganat reagieren zu Mangan-(IV)-Oxid<br />

und einem we<strong>it</strong>eren Stoff. Erstelle die Reaktionsgleichung (im sauren und im alkalischen Milieu! )<br />

und benenne den Stoff:<br />

Lösung:<br />

Vorläufige Gleichung: [MnSO 4 + K(MnO 4) ⎯→ MnO 2 + ]<br />

Es reagiert in beiden Fällen das Manganion. Sulfat und Kaliumionen sind unbeteiligt, können <strong>als</strong>o<br />

erstmal weggelassen werden.<br />

Tipp: Die Manganverbindungen MnO 2 und (MnO 4) – enthalten nur Sauerstoff. Diese Verbindungen<br />

sollten <strong>als</strong>o zusammenhängend betrachtet werden.<br />

Im sauren Milieu:<br />

ox.: Mn 2+ + 2H 2O ⎯→ MnO 2 + 2e – + 4H + | · 3<br />

red.: (MnO 4) – + 3e – + 4H + ⎯→ MnO 2 + 2H 2O | · 2<br />

3Mn 2+ + 2(MnO 4) – + 8H + + 6H 2O ⎯→ 5MnO 2 + 4H 2O + 12H +<br />

⇒ 3Mn 2+ + 2(MnO 4) – + 2H 2O ⎯→ 5MnO 2 + 4H +<br />

Im alkalischen Milieu entsprechend:<br />

3Mn 2+ + 2(MnO 4) – + 4OH – ⎯→ 5MnO 2 + 2H 2O<br />

Zusatzinformationen:<br />

http://de.wikipedia.org/wiki/Synproportionierung


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

23<br />

Redoxaufgaben m<strong>it</strong> m<strong>it</strong>tlererem Niveau:<br />

Freiarbe<strong>it</strong> <strong>Redoxreaktionen</strong> I<br />

1. Eisen-(III)-oxid reagiert m<strong>it</strong> Aluminium zu Eisen und Aluminiumoxid. Erstelle die<br />

Reaktionsgleichung.<br />

2. Bei der Umsetzung von Cl 2-Wasser m<strong>it</strong> Natronlauge entsteht gleichze<strong>it</strong>ig Chlorid und<br />

Natriumhypochlorid (NaOCl). Erstelle die Reaktionsgleichung.<br />

3. „Beim Übergang vom Sulfid (S 2– ) zum Schwefeloxid (SO) handelt es sich um keine Oxidation, da<br />

die OZ des Schwefels in beiden Verbindungen 2 ist!“ Stimmt diese Aussage? Begründe.<br />

4. Kaliumpermanganat reagiert im alkalischen Milieu m<strong>it</strong> Sulf<strong>it</strong>ionen zu einer Lösung brauner<br />

Mangan(IV)-Ionen und Sulfat. Erstelle die Reaktionsgleichung.<br />

5. Brom reagiert im alkalischen Milieu m<strong>it</strong> Hydroxidionen (OH) – gleichze<strong>it</strong>ig zu Bromid und BrO 3– .<br />

Erstelle die RG. Eine solche Reaktion nennt man Disproportionierung.<br />

6. Ein Eisennagel reagiert in Zinkchlorid-Lösung. Als Produkt entsteht kein Chlorgas! Erstelle die<br />

Reaktionsgleichung und benenne die Produkte.<br />

Hilfen für Redoxaufgaben m<strong>it</strong> m<strong>it</strong>tlererem Niveau:<br />

1. ● Die römische III gibt im Namen die Oxidationsstufe des Eisens an<br />

● Aluminium bildet m<strong>it</strong> Sauerstoff das Salz Al 2O 3<br />

2. ● Chlor ist ein Gas, Gas liegen nicht <strong>als</strong> Ionen vor<br />

● Chlor wird oxidiert und reduziert!<br />

● (NaOCl) liegt in Wasser gelöst vor. Dabei sind (OCl) – ein Produkt dieser Reaktion<br />

4. ● Kaliumpermanganat = KMnO 4, dabei reagiert aber nur der Säurerest (MnO 4) –<br />

● Sulf<strong>it</strong> = (SO 3) 2– ; Sulfat (SO 4) 2–<br />

● Die römische IV gibt im Namen die Oxidationsstufe des Mangans an<br />

5. ● Bromid = Br –<br />

6. ● Zinkchlorid ist aus Ionen aufgebaut. Das Zn-Produkt nicht!


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

24<br />

Freiarbe<strong>it</strong> <strong>Redoxreaktionen</strong> II<br />

Redoxaufgaben m<strong>it</strong> hohem Niveau<br />

1. Eisenoxid reagiert m<strong>it</strong> einem unedlerem Metall zu Eisen und dem entsprechenden Oxid des<br />

Metalls. Erstelle die Reaktionsgleichung.<br />

2. Bei der Umsetzung von Chlor-Wasser m<strong>it</strong> Natronlauge entstehen Chloridionen und<br />

Hypochloridionen (OCl) – . Erstelle die Reaktionsgleichung.<br />

3. „Beim Übergang vom Sulfid (S 2– ) zum Schwefeloxid (SO) handelt es sich um keine Oxidation, da<br />

die OZ des Schwefels in beiden Verbindungen 2 ist!“ Stimmt diese Aussage? Begründe.<br />

4. Kaliumpermanganat reagiert im alkalischen Milieu m<strong>it</strong> Sulf<strong>it</strong>ionen zu einer Lösung brauner<br />

Mangan(IV)-Ionen und Sulfat. Erstelle die Reaktionsgleichung.<br />

5. Brom reagiert im alkalischen Milieu gleichze<strong>it</strong>ig zu Bromid und BrO 3– . Erstelle die RG. Eine<br />

solche Reaktion nennt man Disproportionierung.<br />

6. Ein Eisennagel reagiert in Zinkchlorid-Lösung. Als Produkt entsteht kein Gas! Erstelle die<br />

Reaktionsgleichung und benenne die Produkte.<br />

Hilfen für Redoxaufgaben m<strong>it</strong> hohem Niveau:<br />

1. ● unedle Metalle findet man in den ersten drei Hauptgruppen<br />

2. ● Chlor ist ein Gas, Gas liegen nicht <strong>als</strong> Ionen vor<br />

● Chlor wird oxidiert und reduziert!<br />

4. ● Sulf<strong>it</strong> = (SO 3) 2–<br />

● Die römische IV gibt im Namen die Oxidationsstufe des Mangans an<br />

5. ● Bromid = Br –<br />

6. ● Elemente werden zu Ionen und umgekehrt ;-)


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

25<br />

Freiarbe<strong>it</strong> <strong>Redoxreaktionen</strong> III<br />

Redoxaufgaben m<strong>it</strong> Expertenniveau:<br />

1. Bei der Umsetzung von Chlor-Wasser m<strong>it</strong> Natronlauge entstehen Chloridionen und<br />

Hypochloridionen (OCl - ). Erstelle die Reaktionsgleichung<br />

2. Die violette Lösung von Kaliumpermanganat wird zu einer neutralen Lösung von Natriumsulf<strong>it</strong><br />

getropft. Dabei entstehen braune Mangan(IV)-Ionen und Sulfat.<br />

Welcher Stoff wirkt hier <strong>als</strong> Oxidationsm<strong>it</strong>tel?<br />

Stelle die Teilgleichungen und die Gesamtgleichung dieser Redoxreaktion für das alkalische und<br />

das saure Milieu auf.<br />

3. Anstelle des Sulf<strong>it</strong>s aus Aufgabe 2 kann auch N<strong>it</strong>r<strong>it</strong> m<strong>it</strong> Kaliumpermanganat reagieren. Wie<br />

werden die Produkte heißen? Erstelle dazu die Reaktionsgleichung.<br />

4. Brom disroportioniert im alkalischen Milieu zu zwei Anionen, von denen eines Bromat ist.<br />

Erstelle die RG.<br />

5. Um die Konzentration einer Kaliumpermanganatlösung zu bestimmen, lässt man zu einer<br />

bekannten Konzentration Chrom(III)sulfatlösung eine unbekannte Kaliumpermanganatlösung<br />

zutropfen bis sich eine Orangefärbung einstellt. Die orange Farbe kommt durch das entstehende<br />

Dichromation zustande.<br />

6. Ein Eisennagel reagiert in Zinkchlorid-Lösung. Als Produkt entsteht kein Gas! Erstelle die<br />

Reaktionsgleichung und benenne die Produkte.<br />

Hilfen für Redoxaufgaben m<strong>it</strong> Expertenniveau:<br />

1. ● Chlor ist ein Gas, Gas liegen nicht <strong>als</strong> Ionen vor<br />

● Chlor wird oxidiert und reduziert!<br />

2. ● Sulf<strong>it</strong> = (SO 3) 2-<br />

● Die römische IV gibt im Namen die Oxidationsstufe des Mangans an<br />

3. ● N<strong>it</strong>r<strong>it</strong> = (NO 2) -<br />

● Es muss eine Verbindung aus Stickstoff uns Sauerstoff entstehen, welche ionogen ist<br />

und eine höhere Oxidationszahl <strong>als</strong> V hat!<br />

–<br />

4. ● Bromat = BrO 3<br />

5. ●<br />

6. ● Dichromat = (Cr 2O 7) 2–<br />

Lösung Aufgabe 5:<br />

–<br />

red: MnO 4 + 8H + + 5e – ---> Mn 2+ + 4H 2O<br />

ox: 2Cr 3+ + 7H 2O ---> Cr 2O<br />

2–<br />

7 + 14H + + 6e –<br />

Redox: 6KMnO 4 + 5Cr 2(SO 4) 3 + 11H 2O ---> 3K 2Cr 2O 7 + 2MnCr 2O 7 + 4MnSO 4 + 11H 2SO 4


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

26<br />

Übungsaufgaben <strong>Redoxreaktionen</strong><br />

1) Formuliere für die angegebenen Reaktionen Teilgleichungen für die Oxidation und Reduktion<br />

und die Redoxgleichung für diese Reaktion.<br />

Kennzeichne in der Redoxreaktion Reduktionsm<strong>it</strong>tel und Oxidationsm<strong>it</strong>tel.<br />

a) Aluminium reagiert m<strong>it</strong> Chlor zu Aluminiumchlorid.<br />

b) Le<strong>it</strong>et man Chlorgas in Ammoniakgas ein, so kommt es zur Bildung von Stickstoff und<br />

Chlorwasserstoffgas.<br />

c) Wenn man konzentrierte Schwefelsäure m<strong>it</strong> Kohlenstoff (C) erh<strong>it</strong>zt, dann entsteht<br />

Schwefeldioxid und ein anderes, farbloses Gas. wenn man dieses Gas in<br />

Calciumhydroxidlösung (“Kalkwasser”) le<strong>it</strong>et entsteht eine weiße Trübung (Niederschlag).<br />

d) Schwefelwasserstoff wird in Chlorwasser eingele<strong>it</strong>et. Als Reaktionsprodukt entstehen<br />

Chloridionen und ein gelber Feststoff.<br />

2) Reaktion einer Kaliumpermanganatlösung m<strong>it</strong> Wasserstoffperoxidlösung im alkalischen<br />

Medium. Es entsteht Braunstein (MnO 2) und Sauerstoff.<br />

3) Chlor reagiert m<strong>it</strong> Natronlauge. Es entsteht Chlorid und Hypochlor<strong>it</strong> (OCl - )<br />

Cl 2 + 2 NaOH ⎯→ NaCl + NaOCl + H 2O<br />

(Disproportionierung)<br />

4) Erstelle die korrekte Gleichung aus dieser Vorgleichung:<br />

[KMnO 4 + Mn(OH) 2 ⎯→ MnO 2 + KOH + H 2O]<br />

5) Natrium reagiert beim Kontakt m<strong>it</strong> Wasser zu Natronlauge und Wasserstoff.<br />

2 Na + 2 H 2O → 2Na + + 2 OH - + H 2<br />

Ox: 2 Na ⎯→ 2 Na + + 2 e -<br />

Red: 2 H 2O + 2 e - ⎯→ 2 OH - + H 2<br />

Redox: 2 Na + 2 H 2O ⎯→ 2 Na + + 2 OH - + H 2<br />

Tipp:<br />

Wenn ein Element oder ein Ion oder ein Molekül e - AUFnimmt ist das eine REDuktion.<br />

(Bei der Elektrolyse geschieht dies an der KAThode - nur dort!)<br />

Wenn ein Element oder ein Ion oder ein Molekül e - Abgibt ist es eine Oxidation<br />

(Bei der Elektrolyse geschieht dies an der ANode - nur dort!)


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

27<br />

Bedeutung von Redoxvorgängen<br />

Sehr wichtige Beispiele aus der Natur:<br />

Photosynthese: E + 6 CO 2 + 6H 2O ⎯→ C 6H 12O 6 + 6O 2<br />

Zellatmung: C 6H 12O 6 + 6O 2 ⎯→ 6CO 2 + 6H 2O +E<br />

Alkoholische Gärung: C 6H 12O 6 ⎯→ 2CO 2 + 2CH 3CH 2OH +E<br />

Beispiele aus der Technik:<br />

• Alle Formen der Metallgewinnung aus Erzen<br />

• Korrosionsprozesse<br />

• Stromerzeugung durch Batterien oder Akkumulatoren (z.B. Brennstoffzelle)


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

28<br />

Versuche zu <strong>Redoxreaktionen</strong> I<br />

1. Die Reaktionen von Kaliumpermanganat:<br />

a) Die Reaktionen von Kaliumpermanganat m<strong>it</strong> Salzsäure sowie Braunstein m<strong>it</strong> Salzsäure werden<br />

verglichen (das Gleiche m<strong>it</strong> Schwefelsäure in Gegenwart von H 2O 2 (=> O 2 Nachweis))<br />

b) Als Nebenreaktion findet bei der Zerfallsreaktion von Wasserstoffperoxid m<strong>it</strong><br />

Kaliumpermanganat (und konz. Schwefelsäure) die Bildung von Schwefelwasserstoff statt.<br />

2. Wasserstoffperoxid reagiert m<strong>it</strong> Kaliumiodid (in Gegenwart von Schwefelsäure). Es entsteht Iod,<br />

welches m<strong>it</strong> Stärke nachgewiesen wird.<br />

3. Reaktionen von Salpetersäure m<strong>it</strong> Cu. Es entstehen CuNO 3 sowie H 2, NO oder NO 2 je nach<br />

Konzentration der Säure<br />

4. Reaktion im sauren Milieu von KMnO 4 und FeSO 4 und Nachweis von Fe (III)<br />

5. Eisensulfat reagiert m<strong>it</strong> Silbern<strong>it</strong>rat:<br />

V: Zu einer Eisen-(II)-sulfatlösung gibt man eine Lösung von Silbern<strong>it</strong>rat und erwärmt vorsichtig.<br />

B: Die Lösung färbt sich gelbbraun, dabei entsteht ein schwarzer Niederschlag.<br />

S: Es entsteht das anfänglich fast schwarze Silber!<br />

Ox: Fe 2+ ⎯→ Fe 3+ + e -<br />

Red: Ag + + e - ⎯→ Ag<br />

Redox: Fe 2+ + Ag + ⎯→ Fe 3+ + Ag ↓<br />

gelbbraun schwarz<br />

We<strong>it</strong>ere Ideen:<br />

- den Therm<strong>it</strong>versuch wiederholen!<br />

- CuO m<strong>it</strong> Fe, Zn oder Mg reagieren lassen<br />

- Cl 2 in eine Spr<strong>it</strong>ze saugen und m<strong>it</strong> der Spr<strong>it</strong>ze (im Abzug!) auf ein Filterpapier, welches m<strong>it</strong> KI<br />

getränkt wurde schreiben


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

29<br />

<strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Nachweisreaktionen von Eisenionen<br />

Notwendiges Vorwissen:<br />

• Eisen-(III)-Ionen kann man leicht durch die Rotfärbung m<strong>it</strong> Kaliumthiocyanatlösung (KSCN)<br />

nachweisen.<br />

• Eisen-(II)-Ionen hingegen werden m<strong>it</strong> Kaliumhexacyanoferratlösung [K 3(Fe(CN) 6)]<br />

nachgewiesen. Es entsteht die charakteristische Blaufärbung!<br />

• Iod lässt sich m<strong>it</strong> Stärkelösung nachweisen. Die typische dunkle, fast schwarze<br />

Blaufärbung bildet sich.<br />

V: Zu Eisen-(III)-chlorid-Lösung werden wenige Tropfen Kaliumthiocyanatlösung getropft.<br />

Unter Umständen muss man noch etwas m<strong>it</strong> Wasser verdünnen, solange bis man die Farbe gut<br />

erkennen kann!<br />

V2: Zugabe einiger Spatelsp<strong>it</strong>zen Zinkpulver und schütteln! Nach einer sichtbaren Reaktion fügt<br />

man einige Tropfen Kaliumhexacyanoferratlösung [K 3(Fe(CN) 6)] zu.<br />

B1: Zu Beginn lassen sich Fe 3+ -Ionen nachweisen: => Rotfärbung.<br />

B2: Nach der Reaktion lassen sich Fe 2+ -Ionen nachweisen, aber keine Fe 3+ -Ionen mehr =><br />

Blaufärbung<br />

S:<br />

Ox: Zn ⎯→ Zn 2+ + 2e -<br />

Red: 2 Fe 3+ + 2e - ⎯→ 2 Fe 2+<br />

Redox: Zn + 2Fe 3+ ⎯→ Zn 2+ + 2Fe 2+<br />

Nebenreaktion: Entstandene Fe 2+ -Ionen können auch überschüssiges Zink zu Zn 2+ -Ionen<br />

oxidieren. Dabei entsteht dann elementares Eisen.<br />

V3: Zu Eisen-(III)-chloridlösung wird eine Lösung aus Kaliumiodid zugegeben. Anschließend<br />

werden ein paar Tropfen des Reaktionsproduktes zu Stärkepulver zugegeben und m<strong>it</strong> etwas<br />

Wasser solange verdünnt, bis das Reaktionsprodukt hell genug ist. Dann gib einige Tropfen<br />

Kaliumhexacyanoferratlösung [K 3(Fe(CN) 6)] hinzu.<br />

B: Zu Beginn lassen sich Fe 3+ -Ionen nachweisen => Rotfärbung.<br />

Im Laufe der Reaktion reagieren diese Ionen zu Fe 2+ -Ionen => Blaufärbung.<br />

M<strong>it</strong> Stärke lässt sich nach der Reaktion auch Iod nachweisen => Schwarzblaufärbung<br />

S:<br />

Ox: 2I - ⎯→ I 2 + 2e -<br />

Red: 2Fe 3+ + 2e - ⎯→ 2Fe 2+<br />

Redox: 2I - + 2Fe 3+ ⎯→ I 2 + 2Fe 2+


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

30<br />

„Chemische Bierherstellung“<br />

V: In Bierglas werden wenige Tropfen Tropfen Spülm<strong>it</strong>tel gegeben. In einen nebenstehenden<br />

Erlenmeyerkolben wird eine Spatelsp<strong>it</strong>ze Kaliumiodid in 250 ml Wasser aufgelöst. In einem<br />

zwe<strong>it</strong>en Erlenmeyerkolben wird eine Spatelsp<strong>it</strong>ze Kaliumiodat auch in 250 ml Wasser aufgelöst<br />

und m<strong>it</strong> ca. 10 ml Essigsäure angesäuert.<br />

Beide Flüssigke<strong>it</strong>en werden nun gleichze<strong>it</strong>ig aus 10cm Höhe in das Bierglas gegossen.<br />

B: Es entsteht (k)ein Bier m<strong>it</strong> gelbbrauner Färbung und Schaumkrone.<br />

S: Es ist in der sauren Lösung Iod aus Iodat entstanden (Nachweis des Iods m<strong>it</strong> Stärkelösung<br />

möglich). Gleichze<strong>it</strong>ig wird Iodid oxidiert. Das „Bier“ enthält <strong>als</strong>o Iod in der Oxidationsstufe 0 sowie<br />

KaliumacetatIonen. Acetat ist der Säurerest der Essigsäure H 3C-COO - .<br />

+V -I 0<br />

IO 3<br />

-<br />

+ 5I - + 6H 3O + ⎯→ 3I 2 + 9H 2O<br />

Kaliumpermanganatvlukan<br />

V: ein Löffel Kaliumpermanganat wird auf eine nicht brennbare Unterlage oder in einen Tigel<br />

aufgeschüttet. Auf die Sp<strong>it</strong>ze werden wenige Tropfen reines Glycerin getropft<br />

B. Nach kurzer ze<strong>it</strong> beginnt die heftige Reaktion<br />

S: Es kommt zu einer Redoxreaktion bei der Glycerin zu Kohlenstoffdioxid oxidiert wird. Diese<br />

Reaktion ist stark exotherm.<br />

Stelle die komplette Redoxreaktionsgleichung auf:<br />

[ C 2H 5(OH) 3 + KMnO 4 ⎯→ CO 2 + MnO 2 + H 2O + K 2O ]


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

31<br />

Sehr schwere Aufgaben<br />

1. Kaliumpermanganat reagiert m<strong>it</strong> Wasserstoffperoxid unter Zugabe von Schwefelsäure zu<br />

Sauerstoff, Mangansulfat und Kaliumsulfat.<br />

2. Kaliumpermanganat reagiert m<strong>it</strong> Salzsäure zu Chlor, Mangandioxid (Braunstein) und einem<br />

Kaliumsalz.<br />

3. Kaliumpermanganat reagiert m<strong>it</strong> Salzsäure zu Chlor, Manganchlorid und Kalimchlorid.<br />

Wäre schade, wenn man die nicht löst ;-)<br />

4. Ethanol ( C 2H 6O) reagiert m<strong>it</strong> Kaliumdichromat unter Zugabe von Säure zu Chrom-(III)-Sulfat,<br />

Ethenol ( C 2H 4O), und einem Salz.<br />

5. Iodat reagiert m<strong>it</strong> Iodid und Säure zu Iod.<br />

6. Lies im Buch über Metalle und erstelle zu 5 Metallen je einen Steckbrief m<strong>it</strong> den<br />

folgenden Aspekten: Vorkommen, Gewinnung, Verwendung, typische Reaktionen, Sonstige<br />

Besonderhe<strong>it</strong>en<br />

Lösungen:<br />

1) 2 KMnO 4 + 5 H 2O 2 + 3 H 2SO 4 ⎯→ 5 O 2 + 2 MnSO 4 + K 2SO 4+ 8 H 2O<br />

2) 2 KMnO 4 + 8 HCl ⎯→ 3 Cl 2 + 2 MnO 2 + 2 KCl + 4 H 2O<br />

3) 2 KMnO 4 + 16 HCl ⎯→ 5 Cl 2 + 2MnCl 2 + 2 KCl + 8 H 2O<br />

4.) 3 C 2H 6O + K 2Cr 2O 7 + 4 H 2SO 4 ⎯→ Cr 2(SO 4) 3 + 3 C 2H 4O + K 2SO 4 + 7 H 2O<br />

5.) (IO 3) – + 5 I – + 6 H 3O+ ⎯→ 3 I 2 + 9H 2O


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

32<br />

Eine seltsame Reaktion<br />

Wird das hochreaktive Gas Fluor in Natronlauge gele<strong>it</strong>et, so entsteht das ebenfalls recht reaktive<br />

Gas OF 2.<br />

a) Welche Oxidationszahlen liegen vor? Bist Du Dir sicher?<br />

b) Welcher Name ist passender: „Sauerstofffluorid“ oder „Difluoroxid“? Begründe anhand der<br />

Säurerestformeln.<br />

c) Erstelle die Redoxreaktionsgleichung.<br />

d) M<strong>it</strong> Wasser bildet das Gas OF 2 schnell und vollständig Fluorwasserstoff.<br />

Erstelle die Reaktionsgleichung und bestimme, ob eine Redoxreaktion vorliegt.<br />

e) M<strong>it</strong> Natronlauge reagiert OF 2 zu Fluoridionen, Wasser und Sauerstoff. Erstelle die<br />

Reaktionsgleichung und bestimme, ob eine Redoxreaktion vorliegt.<br />

Zusatzinformationen:<br />

http://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstofffluoride<br />

http://de.wikipedia.org/wiki/Fluoroxide<br />

http://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstoffdifluorid<br />

Angst vor hohen Zahlen?<br />

Löse folgende Gleicungen:<br />

Saures Millieu:<br />

[AsH 3 + Ag + ⎯→ As 4O 6 + Ag]<br />

basisches Millieu:<br />

[SbH 3 ⎯→ Sb(OH) 4<br />

-<br />

+ H 2]


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

33<br />

Was sind gute Oxidationmisstel und Reduktionm<strong>it</strong>tel?<br />

Wenn ein Stoff, die Redoxreaktion seines Partners „provoziert“ ist er offensichtlich ein gutes M<strong>it</strong>tel<br />

dafür.<br />

Wasserstoffperoxid kann sehr gut Stoffe oxidieren, weil es dabei selbst Elektronen aufnimmt und<br />

zu Wasser reagiert! Es wird selbst reduziert, ist <strong>als</strong>o für seinen Partner ein gutes Oxidationsm<strong>it</strong>tel!<br />

H 2O 2 + 2I - + 2H + ⎯→ 2H 2O + I 2<br />

Ox: 2I - ⎯→ 2e - + I 2<br />

Red: H 2O 2 + 2e - + 2H + ⎯→ 2H 2O<br />

H 2O 2<br />

(MnO4) -<br />

Oxidationm<strong>it</strong>tel<br />

C<br />

Reduktionm<strong>it</strong>tel<br />

Unedle Metalle (Na, Li, K, Mg, Ca)


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

Manganometrie<br />

34<br />

Ein analytisches Verfahren zur quant<strong>it</strong>ativen Bestimmung der Konzentration von Fe2+-Ionen in<br />

Lösungen ist die T<strong>it</strong>ration m<strong>it</strong> einer KmnO4-Lösung bekannter Konzentration. Dabei macht man<br />

sich die Reaktion MnO 4<br />

-<br />

+ 5e - + 8H 3O + ⎯→ Mn 2+ + 12H 2O zunutze.<br />

Lies Dich in das Verfahren ein und beantworte dann die Fragen:<br />

Informationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Manganometrie<br />

1. Wie lässt sich der Endpunkt der Bestimmung erkennen?<br />

2. Welche Stoffe lassen sich m<strong>it</strong> dieser Methode bestimmen? (Keine Stoffbeispiele nötig!)


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

35<br />

Abschließender Vergleich<br />

<strong>Redoxreaktionen</strong><br />

Elektronen (e - ) werden übertragen<br />

Das Reduktionsm<strong>it</strong>tel gibt e - ab<br />

(=Elektronendonator)<br />

Das Oxidationsm<strong>it</strong>tel ist der Elektronenakzeptor<br />

Säure-Base-Reaktionen<br />

Protonen (H + ) werden Übertragen<br />

Die Säure gibt H + ab (=Protonendonator)<br />

Die Base ist der Protonenakzeptor<br />

Korrespondieresdes Redoxpaar:<br />

Red ⎯→ Ox + xe - HA (Säure) ⎯→ A - (Base) + H +<br />

Nur Grundkurs und Leistungskurs:<br />

Die Stellung des korrespondierenden<br />

Redoxpaares in der Spannungsreihe entspricht<br />

der Elektronendonator- bzw.<br />

Elektronenakzeptortendenz von Reduktion und<br />

Oxidation.<br />

⇒ Dies erlaubt Vorhersagen über mögliche<br />

Abläufe von Reaktionen!<br />

Berechnungen möglich:<br />

Konzentrationselemente m<strong>it</strong> der<br />

Nernstgleichung:<br />

0,059 V [Ox]<br />

ΔE = ΔE 0 + ————— · lg ————<br />

n<br />

[Red]<br />

Die Stellung des koeerspondierenden<br />

Säure-Base-Paares in der pK S-Reihe entspricht<br />

Protonendonator- bzw.<br />

Protonenakzeptortendenz von Säure und Base.<br />

⇒ Dies erlaubt Vorhersagen über mögliche<br />

Abläufe von Reaktionen!<br />

Berechnungen möglich:<br />

pH-Werte/ pK S-Werte m<strong>it</strong> der<br />

Henderson-Hasselbalch-Gleichung<br />

[Base]<br />

pH = pKS + lg ————<br />

[Säure]


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

36<br />

Wiederholungsfragen, bis der Arzt kommt ;-)<br />

1. Wie bestimmt man Ionenladungen?<br />

2. Wiederhole die Dissoziationsgleichungen der Säuren und Laugen<br />

3. Erstelle eine Übersicht m<strong>it</strong> Ionenladungen der Säurereste<br />

4. Was ist eine „Ionenbindung“?<br />

5. Wiederhole die „Zusammensetzung der Salze“<br />

6. Was sind Oxidationszahlen? Wiederhole alle Regeln zum Bestimmen von Oxidationszahlen<br />

7. Bestimme die Oxidationszahlen von:<br />

NH 3, NH 4+ , Cl 2, O 2- , SO 4<br />

2-<br />

, CaO, AlBr 3, S 2O 3<br />

2-<br />

, H 2CO 3, NaNO 3, K 2Cr 2O 7, IO 3- , LiH, KMnO 4,<br />

Al 2O 3, Mg, H 2O, H 2SO 3, H 2S, H 3PO 3, H 2O 2, S 8, H 2SO 4, H 3PO 4, CaHPO 4.<br />

8. Definiere die Begriffe Oxidation, Reduktion und Redoxreaktion<br />

9. Wiederhole die Schr<strong>it</strong>te zum Erstellen der Reaktionsgleichungen<br />

10. Wiederhole Dir bekannte <strong>Redoxreaktionen</strong> und erstelle die passenden Reaktionsgleichungen.<br />

11. Erstelle die Gleichung der Zellatmung. Ist dies eine Redoxreaktion? Beweise es!<br />

12. Löse folgende Reaktionsgleichungen:<br />

FeSO 4 + HIO 3 + H 2SO 4 ⎯→ I 2 + Fe 2(SO 4) 3<br />

-<br />

Zn + NO 3 + H 2O ⎯→ Zn 2+ + NH 3 + OH -<br />

13. Wie kann man Metalle hinsichtlich ihres Oxidationsvermögens/ Reduktionsvermögens<br />

untersuchen (<strong>als</strong>o ihres unedlen/ edlen Charakters)?<br />

14. Nenne gute Reduktions- und gute Oxidationsm<strong>it</strong>tel?<br />

<strong>15</strong>. Löse die folgenden <strong>Redoxreaktionen</strong>:<br />

-<br />

-<br />

MnO 4 + NO 2 ⎯→ Mn 2+ -<br />

+ NO 3<br />

ClO - + CrO 2<br />

2-<br />

+ OH - ⎯→ Cl - + CrO 4<br />

2-<br />

MnO 2 +Cl - + H + ⎯→ + Cl 2 + Mn 2+<br />

MnO 4<br />

-<br />

+ C 2O 4<br />

2-<br />

+ H 3O + ⎯→ Mn 2+ + CO 2<br />

HBrO 3 + Bi ⎯→ HBrO 2 + Bi 2O 3<br />

Zn + NO 3<br />

-<br />

+ ⎯→ Zn 2+ + NH 3 + OH -<br />

Ag + H 2SO 4 ⎯→ Ag 2SO 4 + SO 2<br />

Al + H 2SO 4 ⎯→ Al 2(SO 4) 3 + SO 2<br />

Bi + HNO 3 ⎯→ Bi(NO 3) 3 + + NO<br />

Cr 2O 7<br />

2-<br />

+ H 2S ⎯→ Cr 3+ + S + OH -<br />

Cr 3+ + H 2O 2 + OH - ⎯→<br />

Cu + HNO 3 ⎯→ 3 Cu(NO 3) 2 + NO<br />

Fe 3+ + S 2- + H + ⎯→<br />

FeSO 4 + HIO 3 + H 2SO 4 ⎯→ I 2 + Fe 2(SO 4) 3 +<br />

P + HNO 3 + ⎯→ H 3PO 4 +NO<br />

PbO 2 + HCl ⎯→ PbCl 2 + Cl 2<br />

SbH 3 + OH - + ⎯→ Sb(OH) 4- + H 2<br />

Sn + HNO 3 ⎯→ SnO 2 + NO 2<br />

SO 2 + I 2 + OH - ⎯→ SO 3 + 2I -<br />

SO 3<br />

2-<br />

+ Sn 2+ +H 3O + ⎯→ SnS 2 + Sn 4+


<strong>Kap<strong>it</strong>el</strong> <strong>15</strong>: <strong>Redoxreaktionen</strong> <strong>als</strong> Elektronenübergänge<br />

37<br />

Lösungen:<br />

2MnO 4<br />

-<br />

+ 6H + + 5NO 2<br />

-<br />

⎯→ 2Mn 2+ + 3H 2O + 5NO 3<br />

-<br />

3ClO - + 2CrO 2<br />

2-<br />

+ 2 OH - ⎯→ 3Cl - + 2CrO 4<br />

2-<br />

+ H 2O<br />

3HBrO 3 + 2Bi ⎯→ 3HBrO 2 + Bi 2O 3<br />

4Zn(s) + NO 3<br />

-<br />

+ 6H 2O ⎯→ 4Zn 2+ + NH 3 + 9OH -<br />

Ag + 2H 2SO 4 ⎯→ Ag 2SO 4 + SO 2 + 2H 2O<br />

Al + 6H 2SO 4 ⎯→ Al 2(SO 4) 3 + SO 2 + 6H 2O<br />

Bi + 4HNO 3 ⎯→ Bi(NO 3) 3 + 2H 2O + NO<br />

Cr 2O 7<br />

2-<br />

+ H 2S ⎯→ Cr 3+ + S + OH -<br />

Cr 3+ + H 2O 2 + OH - ⎯→<br />

Cu + 8HNO 3 ⎯→ 3 Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2O<br />

Fe 3+ + S 2- + H + ⎯→<br />

FeSO 4 + 2HIO 3 + 5H 2SO 4 ⎯→ I 2 + 5Fe 2(SO 4) 3 + 6H 2O<br />

MnO 2 +2Cl - + 4H + ⎯→ 2H 2O + Cl 2 + Mn 2+<br />

MnO 4<br />

-<br />

+ 5C 2O 4<br />

2-<br />

+ 16H 3O + ⎯→ 2Mn 2+ + 10CO 2 + 24H 2O<br />

P + 5HNO 3 +2H 2O ⎯→ 3H 3PO 4 +5NO<br />

PbO 2 + 4HCl ⎯→ PbCl 2 + Cl 2 + 2H 2O<br />

SbH 3 + OH - + H 2O ⎯→ Sb(OH) 4<br />

-<br />

+ H 2<br />

Sn + 4HNO 3 ⎯→ SnO 2 + 4NO 2 + 2H 2O<br />

SO 2 + I 2 + 2OH - ⎯→ SO 3 + 2I - + H 2O<br />

SO 3<br />

2-<br />

+ 6Sn 2+ +12H 3O + ⎯→ SnS 2 + 5Sn 4+ + 18H 2O

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