Vorkurs Chemie (NF) Redoxreaktionen, Spannungsreihe Ulrich Keßler

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1 Vorkurs Chemie (NF) Redoxreaktionen, Spannungsreihe Ulrich Keßler

2 Redox im Alltag tips-und-tricks/rostkampf/ Tours-FireTour-C de.html Rosten Eisenherstellung 2

3 Oxidation und Reduktion Oxidation: Prozess, bei dem einem Atom Elektronen entzogen werden Reduktion: Prozess, bei dem einem Atom Elektronen zugeführt werden Oxidation und Reduktion kommen immer gekoppelt vor: Redoxreaktionen 3

4 Oxidationszahlen I aus Summenformeln: grundsätzlich PSE beachten (EN) Fluor immer 1 (außer in F 2 ) Sauerstoff fast immer 2 (in O 2 2 : 1) Alkalimetalle: +1 Wasserstoff: meist +1, in Metallhydriden 1 höchstmögliche Oxidationszahl: Gruppennummer! 4

5 aus Lewisformeln: Oxidationszahlen II notwendig: vollständige Lewisformel (alle Valenzelektronen) alle Bindungen heterolytisch spalten (EN beachten) Oxidationszahl: Differenz Anzahl e im Atom und im Molekül 5

6 Redoxreaktionen in wässriger Lösung Rezept zum Aufstellen der Reaktionsgleichung: 1. Oxidationszahlen bestimmen 2. Reduktion und Oxidation identifizieren 3. Halbreaktionen mit Anzahl ausgetauschter Elektronen aufstellen 4. KGV bilden, multiplizieren, addieren 5. mit H +, OH und H 2 O ausgleichen 6. Überprüfen: a) Atome b) Ladungen 6

7 einige Redoxreaktionen Cu + NO 3 + H + Cu 2+ + NO + H 2 O MnO 4 + Cl + H + Mn 2+ + Cl 2 + H 2 O Fe(OH) 3 + Cl 2 + OH FeO Cl + H 2 O Cr 2 O H 2 S + H + Cr 3+ + S + H 2 O 7

8 einige Redoxreaktionen 3 Cu + 2 NO H + 3 Cu NO + 4 H 2 O 2 MnO Cl + 16 H + 2 Mn Cl H 2 O 2 Fe(OH) Cl OH 2 FeO Cl + 8 H 2 O (1) Cr 2 O H 2 S + 8 H + 2 Cr S + 14 H 2 O 8

9 einige besondere Redoxreaktionen Br 2 + OH BrO 3 + Br + H 2 O MnO 4 + Mn 2+ OH MnO 2 + H 2 O 9

10 einige besondere Redoxreaktionen 3 Br OH (1) BrO Br + 3 H 2 O Disproportionierung 2 MnO Mn 2+ 4 OH 5 MnO H 2 O Symproportionierung (Komproportionierung) 10

11 Einsteinrätsel 1. Der Finne wohnt im ersten Haus ganz links. 2. Der Holländer wohnt im grünen Haus. 3. Der Grieche trinkt gerne Milch. 4. Das rote Haus liegt direkt links vom blauen. 5. Derjenige, der gern Pizza isst, wohnt neben demjenigen, der eine Katze hält. 6. Derjenige, der im gelben Haus wohnt, liebt Schokolade. 7. Der Tscheche isst gern Fisch. 8. Derjenige, der das Haus in der Mitte bewohnt, trinkt gern Tee. 9. Derjenige, der gern Pizza isst, hat einen Nachbarn, der am liebsten Wasser trinkt. 10. Derjenige, der am liebsten Bockwurst isst, hält sich Vögel. 11. Der Franzose hält sich Hunde. 12. Der Finne wohnt neben dem weißen Haus. 13. Der Liebhaber von Pommes Frites trinkt gern Kaffee. 14. Der Pferdeliebhaber wohnt neben dem gelben Haus. 15. Im roten Haus trinkt man am liebsten Bier. Welche Nationalität besitzt der Halter des Goldfischs? 11

12 Edle und unedle Metalle Zn + 2 H + Zn 2+ + H 2 Reaktion läuft spontan ab html html Cu + 2 H + Cu 2+ + H 2 Reaktion läuft nicht ab Kupfer ist ein edles Metall, Zink ein unedles. 12

13 Galvanische Zelle I ap_3.htm Gesamtreaktion: Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu aber: Trennung von Oxidation und Reduktion Halbreaktionen: (immer als Reduktion) Zn e Zn Cu e Zn 13

14 Galvanische Zelle II ap_3.htm Spannung zwischen Elektroden: Differenz der Elektrodenpotentiale für c(zn 2+ ) = c(cu 2+ ) = 1 mol L 1 : U = 1,1 V 14

15 Normalwasserstoffelektrode ml/elektro/a_3e.htm willkürliche Festlegung des Nullpunkts: 0 V damit: Messung der Reduktionspotentiale von verschiedenen Halbreaktionen möglich 15

16 elektrochemische Spannungsreihe I Standardreduktionspot. E 0 Elektrochemische_Spannu ngsreihe Hinweis: Die in der Vorlesung an dieser Stelle benutzte Liste war eine andere, die aus Wikipedia ist aber deutlich besser. unedle Metalle: E 0 < 0 V edle Metalle: E 0 > 0 V 16

17 elektrochemische Spannungsreihe II Elektrochemische_Spannu ngsreihe Hinweis: Die in der Vorlesung an dieser Stelle benutzte Liste war eine andere, die aus Wikipedia ist aber deutlich besser. Spannung eines galvanischen Elements: Differenz der beiden E 0 Bsp.: Zn/Cu 0,337 V ( 0,763 V) = 1,100 V 17

18 Konzentrationsabhängigkeit von E ap_3.htm Elektrodenpotential abhängig von c(zn 2+ ) bzw. c(cu 2+ ) Nernst-Gleichung: E E 0 0,0592V n log c(ox) c(red) 18

19 Zusammenfassung Redoxreaktionen: komplizierter als Säure- Base-Reaktionen Ausgleichen von Redoxgleichungen: reine Technik (Übungssache) elektrochemische Spannungsreihe: Welche Redoxreaktionen verlaufen spontan? Nernst-Gleichung: Konzentrationsabhängigkeit von Potentialen 19

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