U.1 Redoxreaktionen, Faraday-Gesetz

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