Redoxgleichungen

Report
Redoxgleichungen
Anorganische Chemie I – Seminar
Dozenten: Dr. Lothar Fink und
Dr. Christian Buchsbaum
- Sandra J. Mack –
18. Juni 2014
Redoxgleichungen
Fragestellungen
Wie erkennt man Redoxgleichungen?
Wie stellt man Redoxgleichungen auf?
Was ist bei pH-abhängigen und heterogenen
Reaktionen zu beachten?
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Redoxgleichungen
Gliederung
• Redoxreaktionen
• Aufstellen von Redoxgleichungen
• pH-abhängige Redoxreaktionen
• Redoxreaktionen heterogener Systeme
• Disproportionierung und Komproportionierung
• Redoxsysteme in der Natur
• Zusammenfassung
• Literatur und Quellenangaben
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Redoxgleichungen
Redoxreaktionen
• Redox-Reaktion  Abkürzung für Reduktions-Oxidations-Reaktion
• Was passiert? Elektronenübertragungen
• Oxidationen und Reduktionen nie isoliert → immer gemeinsam
• Veränderung der Oxidationszahlen bei einer Redoxreaktion
→ Oxidation: Oxidationszahl erhöht sich
→ Reduktion: Oxidationszahl verringert sich
x
Teilgleichung Oxidation:
A
x+z
→ Az+ +
y
Teilgleichung Reduktion:
x
Redoxreaktion:
4
B+z
e-
y
x-z
B+A⇌
z e- (oxidierte Form)
y-z
→ Bz- (reduzierte
Bz- +
y-z
Az+
Form)
korrespondierendes
Redoxpaar
Redoxgleichungen
Beispiel einer Redoxgleichung
Beispiel „Knallgasreaktion“:
Oxidation:
Reduktion:
Redoxreaktion:
5
±0
+I
H2 → 2 H+ + 2 e±0
O2 + 4
e- →
-II
2 O2-
2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l)
Redoxgleichungen
Aufstellen von Redoxgleichungen
1. Oxidationszahlen bestimmen
2. Was wird oxidiert? Was wird reduziert?
3. Oxidations-/Reduktionsteilgleichungen
4.
Σ (von Reduktionsmittel abgegebene e-) = Σ (von Oxidationsmittel aufgenommenen e-)
5. Gesamtgleichung (Redoxreaktion) aufstellen
6. Falls nötig: Stoff- und Ladungsausgleich über H+/H2O in sauren Lösungen und
OH-/H2O in alkalischen Lösungen
Zur Überprüfung:
7.
Σ Ionenladungenlinks = Σ Ionenladungenrechts (Ladungsausgleich)
8. Anzahl der Atomelinks = Anzahl der Atomerechts (Stoffausgleich)
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Redoxgleichungen
Ist die Umsetzung von CaCO3 zu Ca(HCO3)2 eine Redoxreaktion?
CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (aq) ⇌ Ca(HCO3)2 (aq)
Wenn die Rektion ein korrespondierendes Redoxpaar enthält,
müssten sich die Oxidationszahlen ändern.
+II +IV -II
+I –II
+IV–II
+II +I +IV -II
CaCO3 + H2O + CO2 ⇌ Ca(HCO3)2
Die Oxidationszahlen ändern sich nicht!
Umsetzung von CaCO3 zu Ca(HCO3)2 ist keine Redoxreaktion!
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Buchsbaum C., Allgemeine und Anorganische Chemie für Naturwissenschaftler, Skript zur Vorlesung WS 2013/2014
Redoxgleichungen
pH-abhängige Redoxreaktionen
Bei Redoxreaktionen in sauren bzw. alkalischen Lösungen ist darauf zu achten, dass ein
Stoff- und Ladungsausgleich über H2O und die entsprechenden Ionen durchgeführt wird.
Reaktion in saurer Lösung:
Reduktion
Unausgeglichen!
±0
+V
+V
-I
3 I2 + 5 ClO3 (aq) → 6 IO3 (aq) + 5 Cl-(aq)
-
-
Oxidation
Ladungs- /Stoffausgleich! 3 I2 + 5 ClO3-(aq) + 3 H2O → 6 IO3-(aq) + 5 Cl-(aq) + 6 H+
Reaktion in alkalischer Lösung:
Reduktion
Unausgeglichen!
+VII
-II
+IV
±0
2 MnO4 + 3 N2H4 → 2 MnO2 + 3 N2
-
Oxidation
Ladungs- /Stoffausgleich! 4 MnO4- + 3 N2H4 → 4 MnO2 + 3 N2 + 4 OH- + 4 H2O
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Mortimer C. E. und Müller U., Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 2010, 10. Auflage
Redoxgleichungen
Redoxreaktionen heterogener Systeme
Heterogenes System: Reaktanden liegen in anderer Phase als die Produkte der Reaktion vor.
±0
Oxidation:
+II
Zn → Zn2+ + 2 e+I
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H+ +
2
e- →
±0
Reduktion:
2
H2
Redoxreaktion:
Zn(s) + 2 HCl(aq) → H2↑(g) + ZnCl2
Redoxgleichungen
Disproportionierung
Redoxreaktion, bei der eine Substanz gleichzeitig zum Teil oxidiert und zum Teil reduziert
wird1.
Beispiel „Schwimmbadgleichung“:
Disproportionierung
±0
+I –II
Cl2 (g) + H2O(l) ⇌
+I
2H+
-I
(aq) +
Cl-
-II +I
(aq) +
OCl- (aq)
Elementares Chlor wird hier zu Chlorid (Cl-) und Hypochlorit (OCl-) umgesetzt.
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1Mortimer
C. E. und Müller U., Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 2010, 10. Auflage
Redoxgleichungen
Komproportionierung
Reaktion bei der zwei Verbindungen, in denen das gleiche Element mit unterschiedlichen
Oxidationszahlen vorliegt, zu einer Verbindung mit einer dazwischenliegenden
Oxidationszahl reagieren1.
Beispiel Komproportionierung von Permanganat- und Mangan-Ionen zu Mangandioxid:
+VII -II
-
2 MnO4 + 3
+II
Mn2+ +
4
-II +I
OH-
+IV –II
+I -II
⇌ 5 MnO2 + 2 H2O
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1Mortimer
C. E. und Müller U., Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 2010, 10. Auflage
Redoxgleichungen
Redoxsysteme in der Natur
Wo spielen Redoxsysteme in der Natur eine Rolle?
• aerobe Atmung in den Mitochondrien:
Reduktion
Bruttogleichung
±0 +I –II
±0
+IV –II
+I -II
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Oxidation
Sauerstoff: Oxidationsmittel, Kohlenstoff : Reduktionsmittel
→ an die Redoxsysteme ist die Energiegewinnung gekoppelt (ADP + P → ATP)
• Elektronentransfer bei der Photosynthese:
Bruttogleichung
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
→ Kohlenhydrataufbau durch Umsetzung von CO2 aus der Luft und H2O
C6H12O6 + 6 O2
Atmung, Fäulnis […]
6 CO2 + 6 H2O
Photosynthese
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Mortimer C. E. und Müller U., Chemie: Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 10. Auflage, 2010
Heldt H.-W. und Piechulla B., Pflanzenbiochemie, Spektrum Verlag ,4. Auflage, 2008
Redoxgleichungen
Zusammenfassung
Wie erkennt man Redoxgleichungen?
→
→
Verändern sich die Oxidationszahlen?
Werden Elektronen übertragen?
Wie stellt man Redoxgleichungen auf?
→ Oxidationszahlen bestimmen
→ Oxidations-/ Reduktionsteilgleichungen
→ Σ (abgegebene e-) = Σ (aufgenommene e-)
→ Redoxreaktionsgesamtgleichung
→ Stoff- und Ladungsausgleich (wenn nötig über H2O und entsprechende Ionen)
Was ist bei pH-abhängigen und heterogenen Reaktionen zu beachten?
→
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Stoff- und Ladungsausgleich über H2O und die entsprechenden Ionen (OH- bzw. H+)
Redoxgleichungen
Literatur und Quellenangaben
Literaturverzeichnis:
Auner N., Allgemeine und Anorganische Chemie, Skript zur Vorlesung WS 2012/2013
Buchsbaum C., Allgemeine und Anorganische Chemie für Naturwissenschaftler, Skript zur Vorlesung WS
2013/2014
Heldt H.-W. und Piechulla B., Pflanzenbiochemie, Spektrum Verlag ,4. Auflage, 2008
Housecroft C. E. und Sharpe A. G., Anorganische Chemie, Pearson Verlag, 2. Auflage, 2006
Mortimer C. E. und Müller U., Chemie: Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, 10. Auflage, 2010
Riedel E. und Janiak C., Anorganische Chemie, de Gruyter Verlag, 8. Auflage, 2011
Watson et al., Molekularbiologie, Pearson Verlag, 6. Auflage, 2010
Internetquellen:
http://www.youtube.com/watch?v=qRw-5_5CIdU
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit.
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