Redoxreaktion oder Säure-Base-Reaktion?

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1 Redoxreaktion oder SäureBaseReaktion? Stand: Jahrgangsstufen 12 Fach Zeitrahmen Benötigtes Material Chemie 45 Minuten Zitrone, Natron, Soda, Spitzer mit Magnesiumgehäuse, Teelöffel (TL), 3 Bechergläser Kompetenzerwartungen Diese Aufgabe unterstützt den Erwerb folgender Kompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler grenzen Redoxreaktionen von SäureBaseReaktionen ab, indem sie z. B. die Reaktion von unedlen Metallen und von Carbonaten mit sauren Lösungen vergleichen. (FOS (T, ABU) C12 4, FOS (GH) C12 3) Seite 1 von 5

2 Aufgabe Infobox: Die Reaktionen von Säuren mit unedlen Metallen (Me) sind Redoxreaktionen, bei denen das unedle Metall zum Kation (Me + ) oxidiert wird und seine Valenzelektronen an die H 3 O + Ionen der Säure abgibt. Dabei entsteht elementarer Wasserstoff. 2 H 3 O Me(s) H 2 (g) + 2 H 2 O(l) + 2 Me + 2 e Die Reaktionen von Säuren mit Carbonaten sind SäureBaseReaktionen, bei denen Protonen der Säure auf das CarbonatIon übertragen werden. Dabei entsteht Kohlensäure H 2 CO 3. CO H 3 O + H 2 CO H 2 O(l) 2 H + Aufgabe 1 Experiment: Pressen Sie den Saft einer Zitrone aus (alternativ Entkalkerlösung aus Zitronensäure benutzen) und verteilen Sie ihn auf drei Bechergläser. Fügen Sie in das eine Becherglas 1 TL Soda (Natriumcarbonat), in das zweite 1 TL Natron (Natriumhydrogencarbonat) und in das dritte einen Spitzer mit einem Magnesiumgehäuse hinzu. a) Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen. b) Erklären Sie die Beobachtungen mit Hilfe von Reaktionsgleichungen. c) Bei allen Reaktionen entsteht ein Gas. Recherchieren Sie geeignete Nachweisreaktionen, führen Sie diese durch und erklären Sie Ihre Beobachtungen. Seite 2 von 5

3 Aufgabe 2 Redoxreaktionen sind Elektronenübertragungsreaktionen. SäureBaseReaktionen sind Protonenübertragungsreaktionen. Entscheiden Sie mit Hilfe der Oxidationszahlen, ob es sich bei den folgenden Reaktionen um Redoxreaktionen oder SäureBaseReaktionen handelt. Vervollständigen Sie dann die Reaktionsgleichungen und geben Sie bei Redoxreaktionen auch die Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion an. Edukte a) Salzsäure HCl Aluminium Al(s) Produkte Aluminiumionen Al 3+ Chloridionen Cl b) Salpetersäure HNO 3 Kalk (Calciumcarbonat CaCO 3 (s)) Calciumionen Ca 2+ Nitrationen NO 3 Kohlensäure H 2 CO 3 c) Schwefelsäure H 2 SO 4 Lithium Li(s) Lithiumionen Li + Sulfationen SO 4 2 d) Eine selbst gewählte Säure Aluminiumcarbonat Al 2 (CO 3 ) 3 (s) Aluminiumionen Al 3+ Kohlensäure H 2 CO 3 e) Phosphorsäure H 3 PO 4 Calcium Ca(s) Vereinfachend wird von einer vollständigen Protolyse ausgegangen. Calciumionen Ca 2+ PhosphatIon PO 4 3 Seite 3 von 5

4 Hinweise zum Unterricht Die Experimente sind so konzipiert, dass Sie auch als Hausaufgabe gemacht werden können. Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler Aufgabe 1 a. Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen. Bei Soda und Natron ist eine starke Schaumbildung zu sehen, um das Spitzergehäuse herum eine schwache. Soda, Natron und Spitzergehäuse lösen sich auf. Abbildungen: Soda (links), Natron (Mitte) und Spitzergehäuse (rechts), jeweils in Zitronensaft b. Erklären Sie die Beobachtungen mit Hilfe von Reaktionsgleichungen. Soda: 2 H 3 O CO 3 H2 CO H 2 O(l) H 2 CO 3 H 2 O(l) + Natron: H 3 O + + HCO 3 H2 CO 3 + H 2 O(l) H 2 CO 3 H 2 O(l) + Spitzergehäuse: 2 H 3 O + + Mg(s) Mg 2+ + H 2 (g) + 2 H 2 O(l) c. Bei allen Reaktionen entsteht ein Gas. Recherchieren Sie geeignete Nachweisreaktionen, führen Sie diese durch und erklären Sie Ihre Beobachtungen. CO 2 : Brennender Holzspan erlischt beim Eintauchen in CO 2 Gas. H 2 : Brennender Holzspan löst eine Knallgasreaktion aus, wodurch ein entsprechendes Geräusch zu hören ist. 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O(l) Seite 4 von 5

5 Aufgabe 2 a. Salzsäure HCl und Aluminium Al: Redoxreaktion Oxidation: Al(s) Al e 2 Reduktion: 2 H 3 O Cl + 2 e H 2 (g) + 2 Cl + 2 H 2 O(l) 3 2 Al(s) + 6 H 3 O Cl 2 Al Cl + 3 H 2 (g) + 6 H 2 O(l) b. Salpetersäure HNO 3 und Kalk (Calciumcarbonat CaCO 3 ): SäureBaseReaktion 2 HNO 3 + CaCO 3 (s) Ca NO 3 + H2 CO 3 H 2 CO 3 H 2 O(l) + c. Schwefelsäure H 2 SO 4 und Lithium Li: Redoxreaktion Oxidation: Li(s) Li + + e 2 Reduktion: 2 H 3 O + + SO e H2 (g) + 2 H 2 O(l) + SO H 3 O + + SO Li(s) 2 Li + + SO4 2 + H2 (g) + 2 H 2 O(l) d. Eine selbst gewählte Säure und Aluminiumcarbonat Al 2 (CO 3 ) 3 : SäureBaseReaktion 6 H 3 O + + Al 2 (CO 3 ) 3 (s) 2 Al H 2 CO H 2 O(l) H 2 CO 3 H 2 O(l) + e. Phosphorsäure H 3 PO 4 und Calcium Ca: Redoxreaktion Oxidation: Ca(s) Ca e 3 Reduktion: 6 H 3 O PO e 3 H 2 (g) + 2 PO H2 O(l) 6 H 3 O PO Ca(s) 3 Ca H2 (g) + 2 PO H2 O(l) Seite 5 von 5