Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

 

Komplexe Redoxreaktionen (I)

 
1. Versuch: Ein Rggl. wird mit etwa 3 ml einer schwefelsauren Kaliumpermanganat-Lösung gefüllt (1 Kristall KMnO4 auf etwa 3 ml Wasser, versetzt mit ca. 0,5 ml verd. Schwefelsäure). Zu der Lösung werden dann einige Tropfen einer verd. Natriumnitrit-Lösung (oder einige Kristalle) gegeben.

Beobachtung: ___________________________________________________________________________________________________

Aufgabenstellung:
Formuliere die Elektronenteilgleichungen für den Oxidations- und den Reduktionsvorgang und stelle die Gesamtgleichung auf!

A. Elektronenteilgleichung für den Oxidationsvorgang:
1. Angabe des Redoxpaares u. Ermittlung der Oxidationszahlen: ________________________________________________________________
2. Ermittlung der Elektronenübergangs:
________________________________________________________________

3. Durchführung des Ladungsausgleichs:
_________________________________________________________________
4. Durchführung des Atomausgleichs:
________________________________________________________________
B. Elektronenteilgleichung für den Reduktionsvorgang:
1. Angabe des Redoxpaares u. Ermittlung der Oxidationszahlen: ________________________________________________________________
2. Ermittlung der Elektronenübergangs:
________________________________________________________________

3. Durchführung des Ladungsausgleichs:
________________________________________________________________
4. Durchführung des Atomausgleichs:
________________________________________________________________
C. Erstellung der Gesamtgleichung:
1. Gesamtgleichung: _______________________________________________________________________________________________

2. vereinfacht: ____________________________________________________________________________________________________

3. Gegenionen: ___________________________________________________________________________________________________

4. Stoffgleichung: _________________________________________________________________________________________________
2. Versuch: In einem Rggl. gibt man zu etwas Braunstein (Mangandioxid, MnO2) verdünnte Schwefelsäure und anschließend etwas Natriumsulfit-Lösung (oder einige Kristalle Na2SO3)

Beobachtung: ____________________________________________________________________________________________________
3. Versuch: Zu einer schwefelsauren Lösung von Kaliumiodid werden wenige Tropfen Wasserstoffperoxid gegeben.

Beobachtung: ____________________________________________________________________________________________________
4. Versuch: In einem Rggl. lässt man auf Kaliumnitrat in alkalischer Lösung (Kalilauge!) unter Erwärmen Zink-Pulver einwirken.

Beobachtung: ____________________________________________________________________________________________________
5. Versuch: In einem Rggl. gibt man zu einer schwefelsauren Kaliumpermanganat-Lösung einige Tropfen Wasserstoffperoxid.

Beobachtung: ___________________________________________________________________________________________________
6. Versuch: In einem Rggl. gibt man zu einer alkalischen Kaliumpermanganat-Lösung eine Lösung von Mangan(II)-sulfat.

Beobachtung: ___________________________________________________________________________________________________
Aufgabenstellung für Versuch 2-6: Formuliere die Elektronenteilgleichungen für den Oxidations- und den Reduktionsvorgang und stelle die Gesamtgleichung auf!

 

Lösungen:

 
1. Versuch: Beobachtung: Die Kaliumpermanganat-Lösung (violett) wird entfärbt. In saurer Lösung werden NO2¯-Ionen (Nitrit-Ionen) durch MnO4¯-Ionen (Permangant-Ionen) zu NO3¯-Ionen (Nitrat-Ionen) oxidiert. Die MnO4¯-Ionen werden dabei zu Mn2+-Ionen reduziert.

Aufgabenstellung: Formuliere die Elektronenteilgleichungen für den Oxidations- und den Reduktionsvorgang und stelle die Gesamtgleichung auf!

A. Elektronenteilgleichung für den Oxidationsvorgang: aus Gründen der Vereinfachung werden die Oxidationszahlen nicht - wie üblich - über das Elementsymbol geschrieben, ebenso kann auf die Angabe der Zustandsform (s, l, g und aq) verzichtet werden.

1. Angabe des Redoxpaares u. Ermittlung der Oxidationszahlen:  NO2¯ ----> NO3¯; Oxidationszahlen: +III bei NO2¯und +V bei NO3¯

2. Ermittlung der Elektronenübergangs: NO2¯ ----> NO3¯ + 2 e¯

3. Durchführung des Ladungsausgleichs: NO2¯ ----> NO3¯ + 2 e¯  + 2 H+ : damit stehen links und rechts wieder nur eine negat. Ladung!
Der Ladungsausgleich erfolgt in (schwefel-)saurer Lösung mit H+-Ionen.

4. Durchführung des Atomausgleichs: NO2¯ + H2O   ----> NO3¯ + 2 e¯  + 2 H+ : damit stehen links und rechts wieder die gleiche Anzahl von Elementsymbolen.

B. Elektronenteilgleichung für den Reduktionsvorgang:

1. Angabe des Redoxpaares u. Ermittlung der Oxidationszahlen: MnO4¯  ----> Mn2+ ; Oxidationszahlen: +VII bei MnO4¯und +II bei Mn2+

2. Ermittlung der Elektronenübergangs: MnO4¯  + 5 e¯ ----> Mn2+

3. Durchführung des Ladungsausgleichs: MnO4¯  + 5 e¯  8 H+  ----> Mn2+

4. Durchführung des Atomausgleichs: MnO4¯  + 5 e¯  +   8 H+  ----> Mn2+   +  4 H2

C. Erstellung der Gesamtgleichung:

Oxidation:             NO2¯ + H2O   ----> NO3¯ + 2 e¯  + 2 H+ ;  |* 5

Reduktion:  MnO4¯  + 5 e¯  8 H+  ----> Mn2+   + 4  H2O;  |*2

Gesamtgleichung:  5 NO2¯ + 2 MnO4¯ + 5 H2O  +  16 H+   ---->  5 NO3¯ +  2 Mn2+  +  10 H + 8  H2O
vereinfacht:            
5 NO2¯ + 2 MnO4¯ +                  6 H+   ---->  5 NO3¯ +  2 Mn2+  +   3  H2O
Gegenionen:          5 Na+       2 K+                      + 3 SO42¯ ----> 5 Na+        2 SO42¯   2 K+   SO42¯

Stoffgleichung:      5 NaNO2 + 2 KMnO4  + 3 H2O              ---->  5 NaNO3 +  2 MnSO4  +  K2SO4   +   3 H2O

Nach dem Prinzip des Kleinsten Gemeinsamen Vielfachen werden bei der Oxidation so viele Elektronen erhalten, wie bei der Reduktion verbraucht werden. Deswegen muss die Oxidationsgleichung mit dem Faktor 5 und die Reduktionsgleichung mit dem Faktor 2 multipliziert werden. Die Stoffgleichung ergibt sich aus der Ergänzung der Gesamtgleichung mit den entsprechenden Gegenionen. Die Zuordnung der Gegenionen ist nicht eindeutig, weil die Ionen lediglich aus Ladungsgründen in der Gleichung auftauchen müssen. Solche Gleichungen geben nur die stöchiometrischen Verhältnisse wider, keinesfalls den wirklichen Verlauf. Freie Elektronen entstehen weder noch werden sie verbraucht. In welchen einzelnen Schritten auf Teilchenebene der Elektronenaustausch tatsächlich stattfindet, darüber sagt die Gleichung nichts aus. Das ist Thema von Elektronenaustausch-Elementarreaktionen.


Aufgabenstellung für Versuch 2-6: Formuliere die Elektronenteilgleichungen für den Oxidations- und den Reduktionsvorgang und stelle die Gesamtgleichung auf!

2. Versuch: Beobachtung: Der Braunstein wird aufgelöst. Braunstein wird in saurer Lösung durch SO32¯-Ionen  zu Mn2+-Ionen reduziert. Die SO32¯-Ionen werden zu SO42¯-Ionen oxidiert.

Oxidation:                  SO32¯  +  H2O    ---->  SO42¯  + 2 e¯    +  2 H+: Oxidationszahlen sind +IV bei SO32¯ und +VI bei  SO42¯

Reduktion: MnO2   +  2 e¯    +  4 H+    ----->  Mn2+   +  2 H2O; Oxidationszahlen sind +IV bei MnO und +II bei  Mn2+

Gesamtgleichung:      SO32¯  +  MnO2   +  2 H---->  SO42¯  +  Mn2+    +   H2O

Gegenionen:         2 Na+                             SO42¯       2 Na+          SO42¯  ;

Stoffgleichung:    Na2SO3   +   MnO2   +  H2SO4   ---->  Na2SO4   +   MnSO4   +   H2O

SO32¯-Ionen und H+-Ionen reagieren zu "Schwefliger Säure", damit können von Braunstein verschmutzte Geräte im Labor gereinigt werden.

3. Versuch: Beobachtung: Die Gelbfärbung (von gelöstem Iod) vertieft sich nach braun. Iodid-Ionen werden in saurer Lösung durch Wasserstoffperoxid zu Iod-Molekülen (braun in Wasser) oxidiert. Die Wasserstoffperoxid-Moleküle werden zu Wasser reduziert. Das gebildete Iod kann mit der Iod-Stärke-Reaktion nachgewiesen werden: Blaufärbung.

Oxidation:                             2 I¯    ---->  I2   + 2 e¯; Oxidationszahlen sind -I bei I¯ und 0 bei  I2

Reduktion:    H2O2  + 2 e¯  +  2 H----->  2  H2O; Oxidationszahlen sind -I bei Sauerstoff in H2O2 und -2 beim selben Atom

Gesamtgleichung:  2 I¯  + H2O2    +  2 H+   ----> I+ 2  H2O

Gegenionen:         2 K+                          SO42¯        2 K+                          SO42¯

Stoffgleichung:   2 KI   +   H2O2  +  H2SO4   ---->   I+ K2SO4   +    2  H2O


4. Versuch: Beobachtung: Es bildet sich Ammoniak, erkenntlich am Geruch und der Blaufärbung von feuchtem rotem Lackmuspapier.
In alkalischer Lösung reduziert Zink Nitrat-Ionen zu Ammoniak-Molekülen. Die Zn-Atome werden zur Zinkat-Ionen oxidiert.

Oxidation:                Zn  +  3 OH¯    ----> [Zn(OH)3]¯  +  2 e¯  |* 4; Zink elementar hat die Ox.-Stufe 0 und im Zinkat die Ox.-zahl +II

Reduktion: NO3¯  +  8 e¯  +  6 H2O  ----> NH3    9  OH¯ ; N hat in Ammoniak die Ox.-zahl -III, im Nitrat-Ion +V.

Gesamtgleichung:  4  Zn   +  NO3¯  +  3 OH¯  +   6 H2O  ---> NH3    + 4 [Zn(OH)3]¯

Gegenionen:                        K+              K+                                                        4  K+

Stoffgleichung:     4  Zn   +  KNO3  +  3 KOH  +   6 H2O  ---> NH3    + 4 K[Zn(OH)3]


5. Versuch: Beobachtung: Die violettrote Lösung wird entfärbt. Wasserstoffperoxid-Moleküle werden in saurer Lösung durch Permanganat-Ionen zu Sauerstoff-Molekülen oxidiert. Die Permanganat-Ionen werden zu Mangan-Ionen reduziert.

Oxidation:                            H2O2    ---->  O2    + 2 e¯   + 2 H|* 5  ; O hat in Wasserstoffperoxid die Ox.-zahl -I, molekular 0.

Reduktion: MnO4¯  + 5 e¯  +   8 H+  ----> Mn2+   +  4 H2O;  |*2 ;

Gesamtgleichung:   5 H2O2    +   2  MnO4¯  +  6 H+      ----->    5 O +  Mn2+   +  8 H2O

Gegenionen:                                2  K+       +  3  SO42¯                      2  SO42¯    2  K+  SO42¯

Stoffgleichung:    2 KMnO4  + 5  H2O2   +     3 H2SO----->   2 MnSO4  +  K2SO4   +   8 H2O   + 5 O2


6. Versuch: Beobachtung: Es bildet sich ein dunkelbrauner Niederschlag. In alkalischer Lösung werden Permanganat-Ionen durch Mangan-Ionen zu Mangandioxid (Braunstein) reduziert, dabei werden die Mangan-Ionen zur Braunstein oxidiert. Es handelt sich darum, dass ein Element aus zwei verschiedenen Oxidationsstufen zu einer mittleren gelangt: Redoxkomproportionierung.

Oxidation:                     Mn2+  +  4 OH¯    ---->    MnO2    +  2 e¯    +    2 H2 |*3 ;

Reduktion:       MnO4¯  + 3 e¯  +   2 H2O   ---->  MnO+   4 OH¯  |*3 ;

Gesamtgleichung:   3   Mn2+    +  2 MnO4¯   +   4 OH¯  ----->  5 MnO2  +   2 H2O

Gegenionen:           3  SO42¯      2  K+          +    4  K+      ----->    6  K+  3  SO42¯

Stoffgleichung:   3 MnSO4   +  2  KMnO+  4 KOH  +   ----->  5 MnO2  +   3 K2SO4  +  2 H2O

Quelle: Kursheft Redoxreaktionen und Elektrochemie; Klett 1986, von Rainer Stein

Siehe dazu auch  Komplexe Redoxreaktionen (I) im pdf-Format  und  Komplexe Redoxreaktionen (I) im WordPerfect-Format.

update am: 21.04.17                                                                                                                                                                               zurück       zur Hauptseite