Frage Chemie?

Ich habe eine Frage wegen Chemie. Wenn ich eine Redoxreaktion habe und ich möchte die Teilgeleichung aufstellen. Dann muss man ja die von Reduktion und Oxidation separat machen. Aber was mache ich wenn ich zwei Stoffe habe, die oxidiert / reduziert werden?

muss ich dann zwei mal die Oxidation aufstellen? Oder kann ich es auch einmal machen und dann direkt die ganzen oxidationszahlen ablesen und sie dann als gemeinsames Produkt in eine teilgleichung schreiben??

also wie würde es man beispielsweise bei der Oxidation von Ethin machen ?

Answer 1

[indiachinacook]

Du willst HC≡CH zu 2 CO₂ oxidieren. Dabei ändert sich nur die Oxidationszahl des Kohlenstoffs (von −I zu +IV), also gibt das C₂H₂-Molekül insgesamt zweimal fünf gleich zehn Elektronen ab. Der Wasserstoff hat ja vor und nach der Reaktion die Oxi­dationszahl +I. Eine grobe unausgeglichene Beschreibung der Oxidation ist

C₂H₂ ⟶ 2 CO₂ + 10 e¯

Schwieriger ist es beim Sauerstoff, denn aus dem wird nach der Reduktion teilweise H₂O und teilweise CO₂. Unausgeglichen (nur mit O-Ausgleich) sieht das so aus:

O₂ + 4 e¯ ⟶ 2 H₂O
O₂ + 4 e¯ ⟶ CO₂

Wir können aber nicht mit zwei unabhängigen Reduktionsreaktionen arbeiten, weil es keine eindeutige Lösung dafür gibt, wie die in der Oxidation freigesetzten Elektronen in der Reduktionsreaktion verbraucht werden. Irgendwie müssen wir das auf eine Glei­chung reduzieren.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das kleinzuprügeln; da Deine Reaktion ganz be­sonders einfach ist, kann man sich die richtige Gleichung auch einfach aus der Nase ziehen bzw. schnelle kreative Rechenwege finden. Ich zeige Dir hier einen etwas kom­plizierteren Gedankengang, der aber den Vorteil hat, auch in schwierigeren Fällen zu funktionieren.

Auch wenn wir die Reaktionsgleichung noch nicht genau wissen, so ist doch klar, daß beide Seite gleich viele Kohlenstoffatome wie Wasserstoffatome enthalten werden. Denn C und H kommen links nur in Form von C₂H₂ vor, das erzwingt ein Verhältnis 1:1, an dem sich natürlich nach der Reaktion auch nichts ändern kann.

In den einen Reduktionsgleichung haben wir vier H-Atome, in der anderen nur ein C-Atom. Also multiplizieren wir die C-Gleichung mit vier und addieren zusammen:

5 O₂ + 20 e¯ ⟶ 2 H₂O + 4 CO₂

Damit haben wir nur noch eine Reduktionsgeichung, die kombinieren wir mit der ver­doppelten Oxidationsgleichung und erhalte sofort das richtige Resultat:

2 C₂H₂ ⟶ 4 CO₂ + 20 e¯
5 O₂ + 20 e¯ ⟶ 2 H₂O + 4 CO₂
————————————————————
2 C₂H₂ + 5 O₂ ⟶ 4 CO₂ + 2 H₂O

Dieses Beispiel ist nicht allzu illustrativ, weil man das richtige Ergebnis auch mit Hän­den und Füßen hätte zusammenbasteln können, ohne überhaupt Oxidationszahlen zu bemühen (und jeder vernünftige Mensch hätte das auch so gemacht). Aus diesem Grund mußte ich auch durchgehend mit unbalancierten Teil­glei­chun­gen arbeiten; je­der Versuch, die restlichen Atome auszugleichen, hätte näm­lich unmittelbar zum End­resultat geführt. Es wird Dir auch auffallen, daß wir in kei­nem Schritt Atomsorten aus­geglichen haben; stattdessen hat sich die richtige Bi­lanz im letzten Schritt ganz von selbst eingestellt. All das liegt an der extremen Ein­fachheit des Beispiels.

Du kannst aber die Prinzipien dessen, was ich hier erklärt habe, auch an etwas schwie­rigeren Beispielen selbst ausprobieren. Ein paar Vorschläge:

• Oxidiere Eisen(II)sulfit FeSO₃ in schwefelsaurer Lösung mit K₂Cr₂O₇ zu Eisen(III)­sul­fat Fe₂(SO₄)₃ und Cr₂(SO₄)₃
• Oxidiere S₄N₄ mit conc. HNO₃ zu H₂SO₄ und NO₂
• Oxidiere Harnstoff CO(NH₂)₂ mit Caro’scher Säure H₂SO₅ in stark schwefelsaurer Lösung zu CO₂ und HNO₃; als Reduktionsprodukt entsteht aus H₂SO₅ die bekann­tere H₂SO₄ (beachte, daß H₂SO₅ eine Peroxo-Verbindung mit zwei O⁺ᴵ-Atomen ist).
• Mn₃O₄ + KMnO₄ in alkalischer Lösung zu MnO₂

In all diesen Fällen werden verschiedene Atome oxidiert, man hat also zwei verschie­de­ne Oxidationsreaktionen, die zuerst zusammengefaßt werden müssen, bevor man sie gegen die Reduktionsreaktion bilanzieren kann. Das letzte Beispiel ist besonders gemein, weil nur Manganatome (in insgesamt vier verschiedenen Oxidationszahlen) vorkommen. Und geschätzt ist keines so einfach, daß sich die richtige Bilanz von sel­ber ergibt; Du wirst also explizit ausgleichen müssen.

Comments

[indiachinacook]

Lösung der Übungsaufgaben (hoffentlich ohne Schludrigkeitsfehler):

2 FeSO₃ + K₂Cr₂O₇ + 6 H₂SO₄ ⟶ Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + 2 KHSO₄ + 5 H₂O

S₄N₄ + 40 HNO₃ ⟶ 4 H₂SO₄ + 44 NO₂ + 16 H₂O

CO(NH₂)₂ + 7 H₂SO₅ ⟶ CO₂ + 2 NO₂ + 7 H₂SO₄ + 2 H₂O

3 Mn₃O₄ + 4 KMnO₄ + 2 H₂O ⟶ 13 MnO₂ + 4 KOH

(im Nachhinein betrachtet sind die deutlich einfacher als erwartet; besonders die drit­te Aufgabe ist genau betrachtet eigentlich komplett Standard, und die vierte kann man mit einem Trick stark vereinfachen)

Answer 2

[Picus48]

Das Gedöns mit den Oxidationszahlen macht doch bei der Verbrennung von organischen Stoffen keinen Sinn. Hier beim Ethin sieht man doch auf den ersten Blick auf die Strukturformel, dass 2 Wasserstoffe und 2 Kohlenstoffe vorhanden sind. Aus den beiden Wasserstoffen wird Wasser und aus den beiden Kohlenstoffen Kohlendioxid. Dafür braucht es insgesamt 5 Sauerstoffatome oder 2,5 Moleküle.