Frage von JustinaAlena, 46

Redoxreaktion von 3Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O: Probleme beim Aufstellen der Teilgleichungen.?

Guten Tag! Würde mich über Hilfe/Tipps/Lösungsansätze freuen. Danke.

Expertenantwort
von DedeM, Community-Experte für Chemie, 18

Moin,

die Aufgabe ist zugegebenermaßen für Ungeübte auf dem Gebiet der Redoxreaktionen nicht ganz leicht. Darum gehe ich das jetzt mit dir mal Schritt für Schritt durch.

Aus deiner Reaktionsgleichung kannst du entnehmen, dass sich Kupfer (Cu) in wässriger Salpetersäurelösung (HNO3) unter Bildung von Stickstoffmonoxid (NO) zu einer wässrigen Kupfer-II-nitratlösung [Cu(NO3)2] auflöst.

Vorüberlegungen:
• Salpetersäure ist eine starke Säure. Das heißt, alle HNO3-Moleküle geben in Wasser ihr Proton an das Wasser ab (starke Säuren dissoziieren in Wasser vollständig).
• Darum kannst du davon ausgehen, dass man im Reaktionsgemisch zunächst einmal folgende Teilchen findet: Edukte: Cu, NO3^– und H3O^+; Produkte Cu^2+, NO...
• Aus dieser Situation kannst du auf mögliche Redoxpaare schließen (ohne Beachtung von Elektronen):
Cu ---> Cu^2+
NO3^– ---> NO

Alles klar soweit? - Dann kommen wir nun zur Vorgehensweise.

1. Ermittlung der Oxidationsteilgleichung
Das ist hier relativ einfach, da offenbar Kupfer oxidiert wird, denn seine Oxidationszahl erhöht sich von 0 (Null) im Element auf +II im Ion.

Oxidation: Cu ---> Cu^2+ + 2 e^–

2. Ermittlung der Reduktionsteilgleichung
Das ist hier komplizierter. Darum fangen wir damit an, die Oxidationszahlen im zweiten Redoxpaar aufzustellen:

NO3^– ---> NO

NO3^–: OZ(N): +V; OZ(O): –II
NO: OZ(N): +II; OZ(O): –II

Die Differenz der Oxidationszahlen liefert dir die Anzahl auftretender Elektronen. Während auf der linken Seite die Differenz der Oxidationszahlen (+V –II =) +3 ergibt, ist die Differenz auf der rechten Seite (+II –II =) 0. Das bedeutet, dass der Stickstoff reduziert wird; er muss drei Elektronen aufnehmen, um von der Oxidationsstufe +V auf die Stufe +II reduziert werden zu können.

NO3^– + 3 e^– ---> NO

Nun muss aber die Ladungsneutralität beachtet werden. Das heißt, auf beiden Seiten der Reduktionsteilgleichung muss die Summe der elektrischen Ladungen gleich groß sein. In saurer Lösung musst du das deshalb mit H3O^+-Ionen (Oxoniumionen) ausgleichen. Auf der rechten Seite gibt es keine Ladungen, links gibt es vier negative Ladungen. Deshalb müssen auf die linke Seite zum Ausgleichen der Ladungen 4 H3O^+ hinzugefügt werden:

NO3^– + 3 e^– + 4 H3O^+ ---> NO

Aber nicht nur die Ladungen müssen in der Teilgleichung ausgeglichen sein, sondern auch die Stoffbilanz. Das meint, dass auf beiden Seiten der Teilgleichung auch die gleiche Anzahl von Elementsymbolen vorhanden sein muss. Dieser Ausgleich erfolgt über das Hinzufügen von H2O:

NO3^– + 3 e^– + 4 H3O^+   ---> NO + 6 H2O

Damit kennen wir die Oxidationsteilgleichung und die Reduktionsteilgleichung:

Oxidation: Cu ---> Cu^2+ + 2 e^–
Reduktion: NO3^– + 3 e^– + 4 H3O^+ ---> NO + 6 H2O

3. Beachtung der Elektronenneutralität
Damit meint man, dass die Summe der abgegebenen Elektronen in der Oxidationsteilgleichung mit der Summe der aufgenommenen Elektronen im Reduktionsteilprozess übereinstimmen muss. Das ist hier noch nicht der Fall. Bei der Oxidation des Kupfers fallen 2 Elektronen an, aber die Reduktion des Stickstoffs verlangt nach 3 Elektronen. Darum musst du nun noch das kleinste gemeinsam Vielfache (kgV) von "2" und "3" suchen, und das ist "6". Daher musst du nun beide Teilgleichungen so faktorisieren, dass du bei beiden auf 6 Elektronen kommst. Dazu multiplizierst du die Oxidationsteilgleichung mit dem Faktor "3":

Oxidation: Cu ---> Cu^2+ + 2 e^–             I • 3
Oxidation: 3 Cu ---> 3 Cu^2+ + 6 e^–

und die Reduktionsteilgleichung mit dem Faktor "2":

Reduktion: NO3^– + 3 e^– + 4 H3O^+ ---> NO + 6 H2O              I • 2
Reduktion: 2 NO3^– + 6 e^– + 8 H3O^+ ---> 2 NO + 12 H2O

4. Aufstellen des Redoxsystems
Nun musst du nur noch die beiden Teilprozesse zusammenfassen:

Oxidation: 3 Cu ---> 3 Cu^2+ + 6 e^–
Reduktion: 2 NO3^– + 6 e^– + 8 H3O^+ ---> 2 NO + 12 H2O
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Redoxreaktion: 3 Cu + 2 NO3^– + 8 H3O^+ ---> 3 Cu^2+ + 2 NO + 12 H2O

und schon bist du fertig!

Nachüberlegungen:
Übrigens ist dieses Redoxsystem mal ein Beispiel dafür, dass die Bruttogleichung einer Reaktion nicht mit der Redoxreaktion übereinstimmen muss. Das erkennt man in der Redoxreaktionsgleichung zum Beispiel leicht daran, dass 8 H3O^+-Ionen nur dann entstehen können, wenn vorher auch 8 HNO3-Moleküle ihre Protonen an das Wasser abgegeben haben. Aber in der Redoxreaktionsgleichung treten nur zwei NO3^–Ionen auf. Gleichzeitig benötigen die entstehenden Cu^2+-Kationen entsprechende Gegenionen. Auch hier kommen nur die Nitrat-Anionen in Frage. Aber auf der rechten Seite der Redoxreaktionsgleichung kommen überhaupt keine Nitrat-Ionen vor.

Aus all dem folgt, dass die Bruttogleichung anders aussieht, nämlich formal so:

3 Cu + 8 HNO3 + 8 H2O ---> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 12 H2O

Aber weil es in der Chemie nun auch noch üblich ist, Teilchen, die auf beiden Seiten einer Reaktionsgleichung auftreten, einfach wegzulassen, lautet die Bruttogleichung verkürzt:

3 Cu + 8 HNO3 ---> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

womit wir bei der Gleichung in deiner Fragestellung angelangt wären...

Ich hoffe, du konntest jeden Schritt nachvollziehen?!

LG von der Waterkant.

Kommentar von JustinaAlena ,

Vielen Dank für die Mühe und die ausführliche Erklärung! Das ist wirklich sehr freundlich! Jetzt ist es mir schon klarer geworden, werde es mir aber noch ein paar mal durchlesen :) Danke für die Hilfe! :)) Viele Grüße

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