Wie stelle ich die Redox-Gleichungen auf?

Meine Aufgabe lautet:

„Stellen Sie die Redoxgleichungen auf, die den Umsatz von organischer Substanz (CH2O) mit KMnO4 beschreibt. Bei dieser Reaktion zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs entstehen Kohlendioxid und Braunstein (MnO2).“

mein Problem ist nun, dass ich nicht weiß, was mit dem K in KMnO4 passiert, wenn die Substanz zu MnO2 reduziert wird..

Answer 1

[DieChemikerin]

Hi,

das Methanal wird zu CO2 oxidiert (in CO2 hat Kohlenstoff die höchste Oxidationsstufe), das Permanganat-Ion wird zu Braunstein reduziert. Mit Kalium passiert nix.

Beim Ausgleichen von Redoxreaktionen gehst du wie folgt vor:

1. Teilgleichungen unausgeglichen notieren
2. Oxidationszahlen bestimmen
3. Anzahl aufgenommener oder angegebener Elektronen ergänzen
4. Ladungsausgleich mit H(+)/OH(-) und ggf. H2O
5. Gleichungen so multiplizieren, dass Anzahl angegebener und aufgenommener Elektronen gleich sind
6. Teilgleichungen zu Gesamtgleichung zusammenführen und Elektronen sowie ggf. weitere Komponenten "rauskürzen"

Hier ist in der Aufgabenstellung unklar, ob im sauren oder basischen Milieu gearbeitet wird - da aber Braunstein entsteht, kann man von einem basischen Milieu ausgehen. Es mus also mit OH(-) ausgeglichen werden.

1. Teilgleichungen unausgeglichen notieren

Wir wissen:

a) Methanal reagiert zu Kohlenstoffdioxid: CH2O --> CO2

b) Permanganat reagiert zu Braunstein: MnO4(-) --> MnO2

Das Kalium lassen wir raus, damit passiert in der Reaktion nichts.

2. Oxidationszahlen bestimmen

Nun machen wir die relevanten Atome ausfindig, die oxidiert bzw. reduziert werden. Das sind bei Gleichung a) Kohlenstoff und bei b) Kohlenstoff. Davon bestimmen wir nun die Oxidationszahlen auf beiden Seiten:

• CH2O: Wasserstoff hat +1, Sauerstoff -2, das Molekül ist elektrisch neutral. Kohlenstoff hat also die Oxidationszahl 0.
• CO2: Sauerstoff hat die Oxidationszahl -2, das Molekül ist elektrisch neutral. Kohlenstoff hat also die Oxidationszahl +4.
• MnO4(-): Sauerstoff hat die Oxidationszahl -2, das Molekül ist ein Ion und hat die Ladung -1. Mangan hat also die Oxidationszahl +7.
• MnO2: Sauerstoff hat die Oxidationszahl -2, das Molekül ist elektrisch neutral. Mangan hat also die Oxidationszahl +4.

3. Anzahl Elektronen bestimmen

Wir wissen nun, welche Oxidationszahlen vorliegen. Wir sehen, dass bei Kohlenstoff die Oxidationszahl um 4 steigt. Bei Mangan sinkt sie um 3.

Bei der Reaktion von Methanal zu Kohlenstoffdioxid muss es sich also um die Oxidation handeln, da die Oxidationszahl steigt. Bei der Reaktion von Permanganat zu Braunstein handelt es sich also um die Reduktion. Bei einer Oxidation werden Elektronen abgegeben, sie kommen in der Reaktionsgleichung auf die rechte Seite. Bei der Reduktion werden Elektronen aufgenommen, sie kommen also auf die linke Seite der Reaktionsgleichung.

Da die Oxidationszahl bei Kohlenstoff um 4 steigt, werden vier Elektronen abgegeben:

Oxidation: CH2O --> CO2 + 4 e(-)

Bei Mangan sinkt sie um 3, es werden also drei Elektronen aufgenommen:

Reduktion: MnO4(-) + 3 e(-) --> MnO2

4. Ladungsausgleich mit OH(-) und ggf. H2O

Nun müssen wir die unterschiedlichen Ladungen in den jeweiligen Teilgleichungen ausgleichen. Dazu zählen wir zunächst jeweils auf beiden Seiten der Teilgleichungen die Ladungen zusammen. Bei der Oxidation haben wir links eine Gesamtladung von 0, rechts eine von -4 (wegen den 4 Elektronen). Bei der Reduktion ist die Gesamtladung rechts 0, links -4 (wegen MnO4- und drei Elektronen).

Wie wir wissen, findet die Reaktion mit OH(-) statt. Da wir nun mit Hydroxidionen ausgleichen, müssen wir uns klar machen, dass jedes OH(-) die Ladung auf der jeweiligen Seite um -1 senkt. Wir müssen die OH(-) also auf die Seite mit der höheren Gesamtladung schreiben und so viele OH(-) hinzufügen, dass die niedrigere Ladung raus kommt. Bei der Oxidationsgleichung heißt das, dass du auf die Seite mit der Gesamtladung 0 vier OH(-) hinzufügen musst, damit du auf der Seite auch die Ladung -4 hast:

Oxidation: CH2O + 4 OH(-) --> CO2 + 4 e(-)

Bei der Reduktion machen wir dasselbe:

Reduktion: MnO4(-) + 3 e(-) --> MnO2 + 4 OH(-)

5. Anzahl aufgenommener / abgegebener Elektronen angleichen

Nun siehst du, dass wir bei der Oxidationsgleichung vier Elektronen abgeben, bei der Reduktion aber nur drei aufnehmen. Ein Elektron würde also irgendwo rumschwirren und das geht nicht. Wir schauen also, was das kgV von 3 und 4 ist - das ist 12. Die 4 passt drei Mal in die 12, die Oxidationsgleichung müssen wir also mit 3 multiplizieren:

Oxidation: 3 CH2O + 12 OH(-) --> 3 CO2 + 12 e(-)

Die 3 passt vier Mal in die 12, also multiplizieren wir die Reduktionsgleichung mit 4:

Reduktion: 4 MnO4(-) + 12 e(-) --> 4 MnO2 + 16 OH(-)

6. Gleichungen zusammenführen

Dafür packen wir alles, was in beiden Teilgleichungen links steht, nach links, und alles, was rechts steht, nach rechts:

3 CH2O + 12 OH(-) + 4 MnO4(-) + 12 e(-) --> 4 MnO2 + 16 OH(-) + 3 CO2 + 12 e(-)

Nun haben wir sowohl links als auch rechts Elektronen stehen, die komplett rausfliegen. Auch Hydroxidionen können wir teilweise rausschmeißen, sodass rechts noch 4 OH(-) stehen bleiben:

3 CH2O + 4 MnO4(-) --> 4 MnO2 + 4 OH(-) + 3 CO2

Kalium kannst du nun einfach hinzufügen: Wir haben dann einfach 4 KMnO4 und rechts 4 KOH:

3 CH2O + 4 KMnO4 --> 4 MnO2 + 4 KOH + 3 CO2.

LG

Woher ich das weiß: Studium / Ausbildung – Masterabschluss Chemie + Latein Lehramt

Answer 2

[ThomasJNewton]

Das K macht gar nichts. Nur das Permangant wird zu Mangandioxid reduziert.

Wenn du das K in die Gesamtgleichung aufnehmen musst, was manche Lehrer fordern, musst du es zu KOH reagiern lassen, gibt ja sonst kein Anion.