U.1 Redoxreaktionen, Faraday-Gesetz
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<strong>U.1</strong> <strong>Redoxreaktionen</strong>, <strong>Faraday</strong>-<strong>Gesetz</strong><br />
1.1. In welcher der folgenden unausgeglichenen Oxidations- bzw. Reduktionsgleichungen ist die<br />
angegebene Änderung der Oxidationszahl falsch?<br />
H 5 IO 6 → IO 3<br />
−<br />
I: von +7 nach +5<br />
NO − 3 → NO N: von +5 nach 0<br />
AsO − 2 → As As: von +3 nach 0<br />
H 2 CO → CO 2 C: von 0 nach +4<br />
BrO − 3 → Br − Br: von +5 nach -1<br />
1.2. Wie viele Elektronen werden in der folgenden Reaktion übertragen?<br />
2 Al(s) + 6 H + (aq) → 2 Al 3+ (aq) + 3 H 2 (g)<br />
1<br />
2<br />
3<br />
5<br />
6<br />
1.3. Stickstoff kann als Element der 5.Hauptgruppe die Oxidationszahlen –3 bis +5 annehmen.<br />
Bestimmen Sie in allen folgenden Stickstoffverbindungen die Oxidationszahlen der<br />
Stickstoffatome.<br />
N 2 H 4 NH 2 Cl H 2 N 2 O 2 HN 3 * HNO 2<br />
NF 3 NI 3 N 2 O NO N 2 O 5<br />
HNO 3 N 2 O 4 NH 4<br />
+<br />
N 2 O 6 **<br />
NH 2 OH<br />
*) Stickstoffwasserstoffsäure enthält das lineare Azidion N 3 − .<br />
**) Distickstoffhexaoxid ist als Peroxid aufzufassen O 2 N−O−O−NO 2
1.4. Begründen Sie mit Hilfe der Oxidationszahlen, warum bei der folgenden Reaktion keine<br />
Redoxreaktion vorliegt:<br />
1.5. Ammoniak kann als Oxidationsmittel (OM), Reduktionsmittel (RM), Säure (S) oder Base (B)<br />
wirken.<br />
Bestimmen Sie die Funktion des Ammoniaks in den folgenden Gleichungen. Schreiben Sie<br />
jeweils die entsprechende Abkürzung hinter die Gleichung.<br />
2 NH 3<br />
+ 3 Cl 2<br />
⎯→ N 2<br />
+ 6 HCl<br />
Na + NH 3<br />
⎯→ NaNH 2<br />
+ 0.5 H 2<br />
NH 3<br />
+ H 2<br />
O + CO 2<br />
⎯→ NH 4<br />
HCO 3<br />
NH 3<br />
+ LiCH 3<br />
⎯→ LiNH 2<br />
+ CH 4<br />
1.6. Die folgenden Redoxgleichungen zur Herstellung verschiedener Elemente sind<br />
stöchiometrisch nicht ausgeglichen. Vervollständigen Sie die Gleichungen. Formulieren Sie<br />
dazu auch jeweils Teilgleichungen für die Oxidation und Reduktion.<br />
a) Cr 2 O 7<br />
2-<br />
+ I - ⎯→ Cr 3+ + IO 3<br />
-<br />
(saure Lösung)<br />
b) As 2 O 3 + NO 3<br />
-<br />
⎯→ H 3 AsO 4 + N 2 O 3 (saure Lösung)<br />
c) MnO 4<br />
-<br />
+ C 2 O 4<br />
2-<br />
⎯→ Mn 2+ + CO 2 (saure Lösung)<br />
2-<br />
d) Cr(OH) 3 + H 2 O 2 ⎯→ CrO 4 + H 2 O (alkalische Lösung)
1.7. Welche Masse Cu(s) wird durch die Elektrolyse einer Cu 2+ (aq)-Lösung mit einer Stromstärke<br />
von 2.5 A über einen Zeitraum von 2.0 h abgeschieden?<br />
1.8 · 10 4 g<br />
9.3 · 10 -2 g<br />
5.9 g<br />
11.9 g<br />
1.8. Für die Produktion von Aluminium wird eine Elektrolysezelle aufgebaut, in der die Reduktion<br />
von Al 3+ zu Al abläuft. Eine externe Quelle liefert einen Strom der Stärke 11.2 A, der durch die<br />
Zelle mit einer Spannung von 6.00 V fließt. Wie lange dauert die Produktion von 454 g<br />
Aluminium in der Zelle?<br />
40.3 h<br />
121 h<br />
3.26 · 10 3 h<br />
1.35 · 10 3 h<br />
226 h<br />
1.9. Ein potenziell sehr attraktiver solarchemischer Prozess ist die Produktion von Wasserstoff aus<br />
Wasser. Bei hohen Temperaturen (und in Abhängigkeit vom Druck) spaltet sich Wasser in die<br />
Elemente. Die direkte Wasserspaltung wäre ein genial einfaches Konzept, doch fehlt bislang<br />
eine wirksame Technik zur Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff ohne Explosionsgefahr.<br />
Das Trennungsproblem kann man mit einem zweistufigen thermochemischen Prozess<br />
umgehen, bei dem Wasserstoff und Sauerstoff in verschiedenen Schritten anfallen. Ein<br />
Beispiel ist der Eisenoxidzyklus, der von japanischen Wissenschaftlern vorgeschlagen wurde:<br />
Im ersten Schritt wird Magnetit (Fe 3 O 4 ) mit Hilfe von solarer Prozesswärme bei 2000°C zu FeO<br />
und Sauerstoff O 2 zersetzt. Im zweiten Schritt reagiert das reduzierte Oxid mit Wasser unter<br />
Rückbildung von Fe 3 O 4 . Formulieren Sie korrekte Redoxgleichungen für die Teilschritte und<br />
den Gesamtprozess. Berechnen Sie ausserdem für alle Reaktionen die<br />
Standardreaktionsenthalpie für T = 298K.<br />
Gegeben sind folgende Standardbildungsenthalpien (T = 298K):<br />
FeO (s): ∆ f H° = -266.4 kJ mol -1<br />
Fe 3 O 4 (s): ∆ f H° = -1119.0 kJ mol -1<br />
H 2 O (l): ∆ f H° = -285.8 kJ mol -1