Frage von Eucalyptus123, 50

Was entsteht bei der Reaktion von Kupfer und Schwefelsäure?

Normalerweise entsteht bei der Reaktion von einer Säure und einem Metall ein Salz und evtl. Wasserstoff. Aber wie ist das bei Schwefelsäure und Kupfer? Ich würde da folgende Reaktionsgleichung aufstellen:

H2SO4 + Cu --> CuSO4 + H2

Jetzt gibt es aber ein paar Probleme:

1.) Schwefelsäure hat zwei Dissoziationsstufen, also sind in der Säure H+ -Ionen, HSO4- -Ionen und SO42- -Ionen. Müsste da nicht auch Kupferhydrogensulfat entstehen?

2.) Die Reaktionsgleichung, die ich aufgestellt habe, ist falsch. Es heßt richtig:

Cu + 2 H2SO4 --> CuSO4 + SO2 + 2 H2O

Aber weshalb entsteht da Schwefeldioxid und nicht -wie ich erst gedacht habe- nur Kupfersulfat und Wasserstoff?

3.) Kupfer hat meistens die Oxidationszahl II. Warum denn nicht I? Wäre es nicht am stabilsten, wenn ein Kupferatom das Elektron aus dem 4s-Orbital abgibt und damit alle Orbitale entweder voll oder leer sind?

Viele Grüße und danke im Voraus,

Eucalyptus123

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von ThomasJNewton, 40

Du hast richtig erkannt, dass die Säureeigenschaft der Schwefelsäure nicht ausreicht, um Kupfer zu oxidieren, unter Freisetzung von Wasserstoff.

Denn Kupfer ist ein Edelmetall, und das ist das Kriterium, dass Protonen nicht in der Lage sind, das Metall zu oxidieren.
Das Metall ist also "edler" als Wasserstoff ist.
OK, es gibt noch andere Kriterien, weswegen Kupfer auch als Halbedelmetall bezeichet wird.

Schwefelsäure ist aber auch ein Oxidationsmittel, es enthält Schwefel in der Oxidationsstufe +6.
Die ist zwar nicht unbedingt instabil, aber in stark saurer Umgebung schon.

So oxidiert letzlich der Schwefel das Kupfer, und ändert seine OZ zu +4, also zu Schwefeldioxid.

Die Frage, waum Kupfer (in wässigen Lösungen!!) lieber 2wertig vorkommt, gab es (vor)gestern schon mal.
Ist ein anderes (und schwieriges) Thema.

Kommentar von Eucalyptus123 ,

Danke! Heißt das, dass das Sulfat-Anion zwei Protonen vom Kupfer aufnimmt, Schwefeldioxid und Wasser entstehen und dann das Kupferion mit dem anderen Sulfat-Ion verbindet?

Ich hatte ja noch eine Frage: Müsste nicht auch Kupferhydrogensulfat entstehen?

Viele Grüße,
Eucalyptus123

Kommentar von ThomasJNewton ,

Soweit richtig, nur ist es eben eine stark saure Umgebung.
In der Tat brauchst du aber 2 mal Schwefelsäure, einmal zum Oxidieren und einmal zum "Ausgleich".

Die Sulfat-Ionen entstehen erst später, wenn man das ganze verdünnt oder neutralisiert.
Sonst gäbe es ja nicht die schönen Kupfersulfat-Kristalle.

Solche Gleichungen beschreiben das Endergebnis, nicht den Verlauf einer Reaktion.
Und zum Verlauf gehört eben auch das anschließende Verdünnen.
Die Oxidatiion läuft nur in - wie vach77 es beschrieb - "heißer konzentrierter Schwefelsäure ab", in der es aber keine Sulfat-Ionen geben kann.

Die "Gleichung" ist also so aufschlussreich wie die Packungsbeilage oder die Zutatenliste eines Lebensmittels.
Oder anders, jemand sagte mal
Entscheidend ist, was hinten rauskommt.

Expertenantwort
von vach77, Community-Experte für Chemie, 45

Die von Dir bei 2) aufgestellte Reaktionsgleichung ist zwar richtig, aber diese Reaktion läuft nur ab, wenn man heiße konzentrierte Schwefelsäure in Kontakt mit Kupfer bringt.

Wenn Du noch keine Elektrochemie und Kenntnis zu Normalpotenzialen hast, dann kannst Du dieses Reaktionsverhalten der Säure mit Kupfer mit Deinen bisherigen Kenntnissen nicht erklären.

Kommentar von Eucalyptus123 ,

Danke für die Antwort, aber ich mache das sozusagen als "Hobby", weil ich mich dafür interessiere. Ich habe mir meine Kenntnisse selbst beigebracht. In der Schule (ich bin jetzt in der 9.) hatten wir noch nicht mal den Atomaufbau. Ich weiß zwar schon relativ viele Dinge (Orbitalmodell, ph-Wert, pKs-Wert etc.), aber ich habe da noch einige Lücken. Wärst du vielleicht so freundlich, mir zu erklären, wie diese Reaktion zustande kommt? Das interessiert mich wirklich!

Danke im Voraus,
Eucalyptus123

Kommentar von vach77 ,

Hallo Eukcalyptus123, was ich jetzt schreibe kann keine Erklärung für Dich sein, denn der ganze Komplex ist zu kompliziert und ohne Elektrochemie ist die Beantwortung nicht so einfach.

Es ist nun so, dass bei diesen Bedingungen (heiße konzentrierte Schwefelsäure) eine Reaktion zwischen Kupfer und Schwefelsäure wie folgt möglich wird:
Kupfer gibt Elektronen ab und wird oxidiert: Cu --> Cu²⁺ + 2 e⁻
Schwefelsäuremoleküle geben durch Autoprotolyse Protonen (H⁺) ab. Ein anderes Schwefelsäuremolekül kann Protonen und Elektronen aufnehmen und wird dabei reduziert.

Reduktion: H₂SO₄ + 2 H⁺ + 2 e⁻ --> SO₂ + 2 H₂O

Diese beiden Gleichungen werden zu einer sogenannten Redoxgleichung zusammengefasst und die Elektronen gekürzt.
Man erhält dann:

Cu + H₂SO₄ + 2 H⁺ --> Cu²⁺ + SO₂ + 2 H₂O

Du siehst, es treten hier doch eine ganze Reihe von Begriffen auf, die Dir noch sehr fremd sind.

Andererseits freut es mich aber, dass Du an der Chemie so einen Gefallen findest. Wie wäre es mit einer Teilnahme am Wettbewerb "Schüler experimentieren" oder dann "Jugend forscht"?

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