Redoxreaktionen - Übungen zu den Gleichungen

Was sind Redoxreaktionen?

• Redoxreaktionen sind Reaktionen bei denen Elektronen übertragen werden.
• Sie bestehen immer aus einer Oxidations- und einer Redoxreaktion.
• In einer Oxidation gibt das Teilchen Elektronen ab und die Oxidationszahl erhöht sich. In der Reduktion nimmt das andere Teilchen Elektronen auf und die Oxidationszahl sinkt.
• Teilchen können nur dann Elektronen abgeben, wenn andere Teilchen vorliegen, die sie wieder aufnehmen und umgekehrt, sodass eine Oxidation bzw. Reduktion niemals einzeln ablaufen kann. Daher heißt die Gesamtreaktion Redoxreaktion.
• Das Teilchen, das oxidiert wird, heißt auch Reduktionsmittel, da es dafür sorgt, dass der Reaktionspartner reduziert wird. Umgekehrt heißt das Teilchen, das reduziert wird, Oxidationsmittel.

Aufstellen von Redoxgleichungen

1. Zunächst müssen Sie die Oxidationszahlen der Edukte und Produkte ermitteln. An diesen erkennen Sie, welches Teilchen oxidiert und welches reduziert wird.
2. Dann stellen Sie für die Oxidation und die Reduktion einzelne Reaktionsgleichungen (Teilgleichungen) auf, indem Sie zunächst nur die zu oxidierende/reduzierende Spezies auf die Eduktseite und die oxidierte/reduzierte auf die Produktseite stellen.
3. Nun fügen Sie die Elektronen in die Teilgleichungen ein, die abgegeben bzw. aufgenommen werden. Bei der Oxidation gehören die Elektronen auf die Produktseite, bei der Reduktion auf die Eduktseite.
4. Als Nächstes folgt der Ladungs- und Atomausgleich. In beiden Reaktionen müssen auf der Edukt- und Produktseite die gleiche Ionenladung und die gleiche Anzahl an Atomen stehen. Für Reaktionen in wässriger Lösung dienen hierfür in der Regel H₃O⁺- und OH^--Ionen und H₂O-Moleküle.
5. Jetzt vergleichen Sie die Anzahl der Elektronen in den beiden Gleichungen. Da alle Elektronen, die bei der Oxidation abgegeben werden, bei der Reduktion wieder aufgenommen werden müssen, müssen in beiden Teilgleichungen die gleiche Anzahl an Elektronen stehen. Ist dies nicht der Fall, können Sie durch Multiplikation aller stöchiometrischen Faktoren einer Teilgleichung dafür sorgen.
6. Abschließend addieren Sie beide Teilgleichungen zu der Gesamtgleichung der Redoxreaktionen. Dabei heben sich Teilchen, die in der Gesamtgleichung sowohl auf der Edukt- als auch auf der Produktseite stehen auf, sodass zumindest die Elektronen aus der Gleichung verschwinden, in der Regel aber noch mehr Teilchen, die für den Ladungs- und Stoffausgleich in den Teilreaktionen nötig waren.

Der einfachste Weg, Redoxreaktionen zu verstehen, ist das Ausführen möglichst vieler Übungen zu diesem Thema.

Beispielübungen - Ü1: Reaktion im Sauren

MnO₄ ^- + SO₃^2- --> Mn²⁺ + SO₄^2-:

1. In MnO₄^- hat Mn die Oxidationszahl (OZ) +VII, in SO₃^2- hat S die OZ +IV, die OZ von Mn²⁺ ist +II und S hat in SO₄^2- die OZ +VI. Jetzt wissen Sie, dass der Schwefel oxidiert und das Mangan reduziert wird.
2. Jetzt können Sie mit den Teilgleichungen beginnen: Ox: SO₃^2- --> SO₄^2- und Red: MnO₄^- --> Mn²⁺.
3. Mit den Elektronen lauten die Gleichungen dann Ox: SO₃^2- --> SO₄^2- + 2e^- und Red: MnO₄^- + 5e^- --> Mn²⁺.
4. Nun müssen Sie den Ladungs- und Stoffausgleih durchführen: Ox: SO₃^2- + 3H₂O --> SO₄^2- + 2e^- + 2H₃O⁺ und Red: MnO₄^- + 5e^- + 8H₃O⁺--> Mn²⁺ + 12H₂O.
5. Die Oxidationsgleichung muss mit 5 und die Reduktionsgleichung mit 2 multipliziert werden: Ox: 5SO₃^2- + 15H₂O --> 5SO₄^2- + 10e^- + 10H₃O⁺ und Red: 2MnO₄^- + 10e^- + 16H₃O⁺--> 2Mn²⁺ + 24H₂O.
6. Nun addieren Sie die Teilgleichungen und streichen die Teilchen weg, die auf beiden Seiten stehen und Sie erhalten die Redoxgleichung 5SO₃^2- + 2MnO₄^- + 6H₃O⁺ --> 5SO₄^2- + 2Mn²⁺ + 9H₂O.

Ü2: Reaktion im Basischen

NO₃^- + Al --> NH₃ + [Al(OH)₄]^-:

1. N hat in NO₃^- die OZ +V und in NH₃ -III, d. h. der Stickstoff wird reduziert. Al hat die OZ 0, in [Al(OH)₄]^- ist die OZ von Aluminium +III. Hierbei handelt es sich also um die Oxidation.
2. Die Teilgleichungen lauten zunächst Ox: Al -> [Al(OH)₄]^- und Red: NO₃^- --> NH₃.
3. Dann Ox: Al -> [Al(OH)₄]^- + 3e^- und Red: NO₃^- + 8e^- --> NH₃.
4. Nach dem Ladungs- und Stoffausgleich Ox: Al + 4OH^- -> [Al(OH)₄]^- + 3e^- und Red: NO₃^- + 8e^- + 6H₂O --> NH₃ + 9OH^-.
5. Multipliziert werden muss mit 8 und 3: Ox: 8Al + 32OH^- -> 8[Al(OH)₄]^- + 24e^- und Red: 3NO₃^- + 24e^- + 18H₂O --> 3NH₃ + 27OH^-.
6. Die Gesamtgleichung lautet 8Al + 3NO₃^- + 18H₂O + 5OH^- -->8[Al(OH)₄]^- + 3NH₃.

Ü3: Komproportionierung

NH₄NO₃ --> N₂O + H₂O:

1. In dieser Gleichung ändert sich nur die OZ von Stickstoff. In NH₄NO₃ ist die OZ von N -III und +V und in N₂O +I. Hier müssen Sie also das Kation und das Anion des Salzes NH₄NO₃ getrennt betrachten. NH₄⁺ wird oxidiert und NO₃^- wird reduziert.
2. Ihre Teilgleichungen beginnen mit Ox: NH₄⁺ --> N₂O und Red: NO₃^- --> N₂O.
3. Und mit Elektronen lauten sie Ox: NH₄⁺ --> N₂O + 4e^- und Red: NO₃^- + 4e^- --> N₂O.
4. Führen Sie nun den Ladungs- und Stoffausgleich durch nach Ox: 2NH₄⁺ + 11H₂O --> N₂O + 8e^- + 10H₃O⁺ und Red: 2NO₃^- + 8e^- + 10H₃O⁺ --> N₂O + 15H₂O.
5. Eine Multiplikation ist hier nicht nötig.
6. Dann ergibt sich die Gesamtgleichung 2NH₄NO₃ --> 2N₂O + 4H₂O.

Natürlich gibt es noch viel mehr Übungen dieser Art, die Ihre Sicherheit bei Redoxreaktionen verbessern können.