REDOX Andreas Martens a.mvs@tubs.de Institut f. Anorg.u. Analyt. Chemie, Technische Universität Braunschweig, Braunschweig, Germany Aufstellen von Redox Gleichungen Eine einfache und zuverlässige Methode 2
Beispiel: 2 1. Feststellung der Oxidationszahlen Welches sind die Redox Partner in der Reaktion? II +VII II +IVII 2 Reduktion Oxidation 3 2. Aufstellen der Halbreaktionen II +VII II +IVII 2 II +IVII 2! CO 2 +VII II MnO 4! Mn 2+ 4
3. Ausgleichen der Massen II +VII II +IVII 2 II +IVII 2! 2 CO 2 +VII II MnO 4! Mn 2+ 5 3. Ausgleichen der Sauerstoffatome durch Additon von H 2 O II +VII II +IVII 2 II +IVII 2! 2 CO 2 +VII II MnO 4! Mn 2+ + 4 H 2 O 6
4. Ausgleichen der Wasserstoffatome durch Additon von H + II +VII II +IVII 2 II +IVII 2! 2 CO 2 +VII II MnO 4 + 8 H +! Mn 2+ + 4 H 2 O 7 5. Ausgleichen der Elektronen durch Additon von e II +VII II +IVII 2 II +IV II 2! 2 CO 2 + 2 e +VII II MnO 4 + 8 H + + 5 e! Mn 2+ + 4 H 2 O 8
6. Ausgleichen der Halbreaktionen bzgl. der Elektronenzahl II +VII II +IVII 2 II +IV II 2! 2 CO 2 + 2 e / x5 +VII II MnO 4 + 8 H + + 5 e! Mn 2+ + 4 H 2 O / x2 9 6. Ausgleichen der Halbreaktionen bzgl. der Elektronenzahl II +VII II +IVII 2 II +IV II 5 2! 10 CO 2 + 10 e +VII II 2 MnO 4 + 16 H + + 10 e! 2 Mn 2+ + 8 H 2 O 10
7. Addition der Halbreaktionen II +VII II +IVII 2 II +IV II 5 2! 10 CO 2 + 10 e +VII II 2 MnO 4 + 16 H + + 10 e! 2 Mn 2+ + 8 H 2 O 2 MnO 4 + 16 H + + 5 2! 2 Mn 2+ + 8 H 2 O + 10 CO 2 11 8. Überprüfung der Reaktionensgleichung Ladungen Massen 2 MnO 4 + 16 H + + 5 2! 2 Mn 2+ + 8 H 2 O + 10 CO 2 2(1) + 16 + 5(2) = +4 2(+2) = +4! 2 Mn! 28 O! 16 H! 10 C! 12
9. Reaktionen in alkalischer Lösung Schritte 1 7 wie in saurer Lösung durchführen. Danach vorhandene Protonen durch die Addition von OH Ionen ausgleichen. Anschließend Überprüfung der Massen und Ladungen durchführen. Beispiel: (ohne Berücksichtigung, ob es chemisch sinnvoll ist) 2 MnO 4 + 16 H + + 5 C 2 O 2 4! 2 Mn 2+ + 8 H 2 O + 10 CO 2 / + 16 OH 2 MnO 4 + 16 H + 16 OH + 5 C 2 O 2 4! 2 Mn 2+ + 8 H 2 O + 10 CO 2 + 16 OH 13 Reaktionen in alkalischer Lösung 2 MnO 4 + 16 H + 16 OH + 5 C 2 O 2 4! 2 Mn 2+ + 8 H 2 O + 10 CO 2 + 16 OH 2 MnO 4 + 16 8 H 2 O + 5 C 2 O 2 4! 2 Mn 2+ + 8 H 2 O + 10 CO 2 + 16 OH 2 MnO 4 + 8 H 2 O + 5 2! 2 Mn 2+ + 10 CO 2 + 16 OH 14
Reaktionen in alkalischer Lösung 2 MnO 4 + 8 H 2 O + 5 2! 2 Mn 2+ + 10 CO 2 + 16 OH Überprüfung der Reaktionensgleichung 2(1) + 5(2) = 12 2(+2) + 16(1) = 12 2 Mn! 36 O! 16 H! 10 C!! 15 Ein schweres Beispiel zum Üben: As 2 S 3 + HNO 3! H 3 AsO 4 + H 2 SO 4 + NO Versuchen Sie es zunächst alleine, bevor Sie sich die Lösung anschauen! 16
Nanu? Schon aufgeben? Kleiner Tip: Die eigentliche Schwierigkeit liegt darin, dass mehr als 2 Elemente an der Redoxreaktion beteiligt sind! Stellen Sie genauso viele Halbreaktionen auf, wie Elemente an der Redoxreaktion beteiligt sind. 17 Hier nun die Lösung: 3 As 2 S 3 + 28 HNO 3 + 4 H 2 O! 6 H 3 AsO 4 + 9 H 2 SO 4 + 28 NO Stimmt sie mit Ihrer überein, dann war alles richtig. Wenn nicht, dann überprüfen Sie zunächst Ihre Halbreaktionen auf Massen und Ladungen, stimmen die Oxidationszahlen, gibt es Flüchtigkeitsfehler? Wenn gar nichts hilft, folgt jetzt der Lösungsweg. 18
LÖSUNG: As 2 S 3 + HNO 3! H 3 AsO 4 + H 2 SO 4 + NO 1. Ermitteln der Oxidationszahlen II I +V II I +V II I +VI II II As 2 S 3 + HNO 3! H 3 AsO 4 + H 2 SO 4 + NO Oxidation Oxidation Reduktion 19 2. Aufstellen der Halbreaktionen: As 2 S 3 + HNO 3! H 3 AsO 4 + H 2 SO 4 + NO I. HNO 3! NO II. 2 As 3+! H 3 AsO 4 III. 3 S 2! H 2 SO 4 20
3. Ausgleichen der Massen: I. HNO 3! NO II. 2 As 3+! 2 H 3 AsO 4 III. 3 S 2! 3 H 2 SO 4 21 4. Ausgleichen der Sauerstoffatome: I. HNO 3! NO + 2 H 2 O II. 2 As 3+ + 8 H 2 O! 2 H 3 AsO 4 III. 3 S 2 + 12 H 2 O! 3 H 2 SO 4 22
5. Ausgleichen der Wasserstoffatome: I. HNO 3 + 3 H +! NO + 2 H 2 O II. 2 As 3+ + 8 H 2 O! 2 H 3 AsO 4 + 10 H + III. 3 S 2 + 12 H 2 O! 3 H 2 SO 4 + 18 H + 23 6. Ausgleichen der Elektronen: I. +V HNO 3 + 3 H + + 3 e! NO + 2 H 2 O +V II. III. 2 As 3+ + 8 H 2 O! 2 H 3 AsO 4 + 10 H + + 4 e II +VI 3 S 2 + 12 H 2 O! 3 H 2 SO 4 + 18 H + + 24 e 24
7. Zusammenfassen der Oxidationen und Reduktionen (Zwischenschritt): hier der Gleichungen II. und III. I. HNO 3 + 3 H + + 3 e! NO + 2 H 2 O II. III. 2 As 3+ + 8 H 2 O! 2 H 3 AsO 4 + 10 H + + 4 e 3 S 2 + 12 H 2 O! 3 H 2 SO 4 + 18 H + + 24 e 2 As 3+ + 3 S 2 + 20 H 2 O! 2 H 3 AsO 4 + 3 H 2 SO 4 + 28 H + + 28 e 25 8. Multiplikation der Gleichungen auf das kleinste gemeinsame Vielfache der Elektronenzahl HNO 3 + 3 H + + 3 e! NO + 2 H 2 O / x 28 As 2 S 3 + 20 H 2 O! 2 H 3 AsO 4 + 3 H 2 SO 4 + 28 H + + 28 e / x 3 28 HNO 3 + 84 H + + 84 e! 28 NO + 56 H 2 O 3 As 2 S 3 + 60 H 2 O! 6 H 3 AsO 4 + 9 H 2 SO 4 + 84 H + + 84 e 26
8. Addition der Halbreaktionen 28 HNO 3 + 84 H + + 84 e! 28 NO + 56 H 2 O 3 As 2 S 3 + 60 H 2 O! 6 H 3 AsO 4 + 9 H 2 SO 4 + 84 H + + 84 e 4 3 As 2 S 3 + 28 HNO 3 + 4 H 2 O! 6 H 3 AsO 4 + 9 H 2 SO 4 + 28 NO 27 8. Überprüfung der Massen und Ladungen 3 As 2 S 3 + 28 HNO 3 + 4 H 2 O! 6 H 3 AsO 4 + 9 H 2 SO 4 + 28 NO alle ungeladen = 0 alle ungeladen = 0 6 As! 9 S! 28 N! 88 O! 36 H! 28