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1 Redoxreaktionen außerhalb galvanischer Zellen Oxidierte Form Reduzierte Form Zn 2+ Cu 2+ Zn Cu E 0 = - 0,76 V E 0 = + 0,34 V Auch außerhalb von galvanischen Zellen gilt: Nur dann, wenn E 0 der Gesamtreaktion positiv ist, kommt es zur Reaktion. Demnach ist E 0 (OM) > E 0 (RM). II 0 0 II Cu 2+ (aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn 2+ (aq) Cu(s) + Zn 2+ (aq)

2 Wasserfließrichtung - Anordnung der Metalle In abfließendem Wasser enthaltene Kupferionen Cu 2+ können die Flächenkorrosion von Aluminium, Zink und verzinktem Stahl fördern (Insbesondere, wenn es sich um größere Kupferflächen handelt). Deshalb sollten Zink, verzinkte Stahlteile oder Aluteile nicht in Fließrichtung unterhalb von Kupfer-Werkstoffen verwendet werden. 1 Zinkdachrinne Cu 2+ + Zn Cu + Zn 2+ 2 Installation von Kupfer vor verzinktem Stahl kupferinduzierter Lochfraß (DIN 1988)

3 Löslichkeit von Metallen in Säuren E 0 = E 0 (Kathode) E 0 (Anode) = E 0 (OM) E 0 (RM) Löslichkeit in Salzsäure HCl (nicht oxierende Säure) E 0 (H + H 2 ) = 0,00 V E 0 (Zn 2+ Zn) = - 0,76 V unedle Metalle, E 0 < 0 E 0 (Cu 2+ Cu) = + 0,34 V edle Metalle, E 0 > 0 2 e H + (aq) H 2 (g) E 0 (OM) = 0,00 V Zn Zn e - E 0 (RM) = - 0,76 V 2 H + + Zn H 2 (g) + Zn 2+ E 0 = 0,76 V 2 e H + (aq) H 2 (g) E 0 (OM) = 0,00 V Cu Cu e - E 0 (RM) = 0,34 V 2 H + + Cu E 0 = - 0,34 V

4 Löslichkeit in Salpetersäure HNO 3 (oxierende Säure) NO H e - NO + 2 H 2 O E 0 (OM) = 0,96 V Cu Cu e - E 0 (RM) = 0,34 V 2 NO H Cu 2 NO + 4 H 2 O + 3 Cu 2+ E 0 = 0,62 V "Scheidewasser" E 0 (Ag + Ag) = 0,80 V Ag in HNO 3 löslich E 0 (Au 3+ Au) = 1,50 V Au in HNO 3 nicht löslich

5 Aufstellen von Redoxgleichungen Formeln bzw. Symbole der Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte formulieren, Atome mit sich ändernden Oxidationszahlen beidseitig ausgleichen Elektronenbilanz Stöchiometrie zwischen Elektronenabgabe (Oxidation) und Elektronenaufnahme (Reduktion) mit Hilfe der Oxidationszahlen herstellen Ladungsbilanz Summe der Ionenladungen durch H + (in saurer Lösung) oder OH - (in basischer Lösung) ausgleichen Stoffbilanz Differenzen der Stoffbilanz mit H 2 O ausgleichen Redox-Gleichung in korrekter Form

6 Oxidationszahlen Oxidationszahlen dienen zur Beschreibung des Oxidationszustandes und zur Formulierung von Redoxgleichungen. Die Oxidationszahl (OZ) eines Elements gibt die Ladung an, die ein Atom des Elements hätte, wenn die Elektronen jeder Bindung an diesem Atom dem jeweils stärker elektronegativen Element zugeordnet würden. Elemente : OZ = 0 Einatomige Ionen : OZ = Ionenladung Mehratomige Ionen : ΣOZ = Ionenladung Neutrale Moleküle : ΣOZ = 0 Hierarchie von OZ : M = positiv in Verbindungen F = - I H = I O = - II

7 I -I NaCl I + Cl = 0 I V -II H 3 PO 4 3 I + 4 -II + P = 0 VI -II Cr 2 O II + 2 Cr = -II H +I +I H +I -I -I -I +I -I -I +I H C C O H -I 0 0 -I +I H H +I Da die C-Atome einer C C-Bindung immer den Wert 0 erhalten, kann die Zuordnung der OZ für jede Atomgruppe mit C-Atom erfolgen. -III I CH 3 -I I -II I CH 2 OH

8 Redoxreaktionen ohne ph-einfluss - Lösung - Schmelze - Gasphase Reaktion von metallischem Zink mit Kupfer(II)- Ionen Reduktion + 2 e - Formeln / Symbole 0 II II 0 Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Oxidation - 2 e - Elektronenabgabe = Elektronenaufnahme Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Elektronenbilanz Redoxgleichung

9 Verbrennung von Wasserstoff e - = - 4 e - Oxidation 0 0 +I -II 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Atome, deren OZ sich ändert Anzahl auf beiden Seiten ausgleichen e - = + 4 e - Reduktion RM OM Verbrennung von Ammoniak (Ostwald-Verfahren)

10 Redoxreaktion in saurer Lösung Reaktion von Kupfer mit Nitrat-Ionen - Ionengleichung Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte Cu + NO 3 - Cu 2+ + NO Formeln / Symbole Reduktion 1 3 e - = 3 e V -II II II -II 3 Cu + 2 NO 3-3 Cu NO Oxidation 1 2 e - = 2e - 3 Ausgleich von Elektronenabgabe und Elektronenaufnahme Elektronenbilanz

11 Ausgleich der Ionenladungen mit H + 3 Cu + 2 NO H + 3 Cu NO Ausgleich der Stoffbilanz mit H 2 O Stoffbilanz 3 Cu + 2 NO H + 3 Cu NO + 4 H 2 O 3 Cu, 2 N, 6 O, 8 H 3 Cu, 2 N, 2 O + 8 H, 4 O Ladungsbilanz Redoxgleichung 3 Cu + 2 NO H + 3 Cu NO + 4 H 2 O

12 Aufstellen von Teilreaktionen aus der elektrochemischen Spannungsreihe NO H e - NO + 2 H 2 O 2 Cu Cu e NO H e - 2 NO + 4 H 2 O 3 Cu 3 Cu e - Gesamtreaktion 3 Cu + 2 NO H + 3 Cu NO + 4 H 2 O Elektronenbilanz Redoxgleichung Formelgleichung 3 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) NO + 4 H 2 O + 6 NO 3 - als Gegenionen für 3 Cu 2+

13 Reaktion von Dichromat-Ionen mit Chloridionen - Ionengleichung Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte Cr 2 O Cl - 2 Cr 3+ + Cl 2 Formeln / Symbole Stöchiometriefaktoren aufgrund der Formeln Cr 2 O 2-7 und Cl 2 einfügen Ausgleich von Elektronenabgabe und Elektronenaufnahme Elektronenbilanz Reduktion 2 3 e - = 6 e - VI -II -I III 0 2- Cr 2 O Cl - 2 Cr Cl 2 Oxidation 2 1 e - = 2e - 3

14 Ausgleich der Ionenladungen mit H + Cr 2 O Cl H + 2 Cr Cl Ausgleich der Stoffbilanz mit H 2 O Stoffbilanz Cr 2 O Cl H + 2 Cr Cl H 2 O 2 Cr, 7 O, 6 Cl, 14 H 2 Cr, 6 Cl + 14 H, + 7 O Ladungsbilanz Redoxgleichung Cr 2 O Cl H + 2 Cr Cl H 2 O

15 Aufstellen von Teilreaktionen aus der elektrochemischen Spannungsreihe Cr 2 O H e - 2 Cr H 2 O 2 Cl - Cl e - 3 Cr 2 O H e - 2 Cr H 2 O Gesamtreaktion 6 Cl - 3 Cl e - Cr 2 O Cl H + 2 Cr Cl H 2 O Elektronenbilanz Redoxgleichung Formelgleichung K 2 Cr 2 O KCl + 7 H 2 SO 4 Cr 2 (SO 4 ) Cl H 2 O + 4 K 2 SO 4

16 Redoxreaktion in basischer Lösung Reaktion von Permanganat-Ionen mit Sulfit-Ionen - Ionengleichung Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte MnO SO 3 2- MnO 2 + SO 4 2- Formeln / Symbole Ausgleich von Elektronenabgabe und Elektronenaufnahme Elektronenbilanz Reduktion 1 3 e - = 3 e - 2 VII -II IV -II IV -II VI -II MnO SO 3 2 MnO SO 4 Oxidation 1 2 e - = 2 e - 3

17 Ausgleich der Ionenladungen mit OH - Redoxgleichung Ladungsbilanz 2 MnO SO 3 2 MnO SO OH Ausgleich der Stoffbilanz mit H 2 O Stoffbilanz 2 MnO SO H 2 O 2 MnO SO OH - 2 Mn, 17 O, 3 S 2 Mn, 18 O, 3 S, 2 H + 2 H, + O 2 MnO SO H 2 O 2 MnO SO OH -

18 Aufstellen von Teilreaktionen aus der elektrochemischen Spannungsreihe MnO H 2 O + 3 e - MnO OH - 2 SO OH - SO H 2 O + 2 e - 3 Redoxgleichung Elektronenbilanz 2 2 MnO H 2 O + 6 e - 2 MnO OH - 3 SO OH - 3 SO H 2 O + 6 e - Gesamtreaktion 2 MnO SO H 2 O 2 MnO SO OH - Formelgleichung 2 KMnO K 2 SO 3 + H 2 O 2 MnO K 2 SO KOH

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