Hallo wie kann ich Redoxgleichungen aufstellen, die nicht in Lösung sondern mit Sauerstoff verlaufen?

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3 Antworten

Moin,

zunächst solltest du die Bruttogleichung ausgleichen. Wie du sehen kannst, hast du in deiner eingestellten Gleichung links zwei S, rechts nur 1. Links ist nur 1 Fe, rechts sind es zwei. Und vom Sauerstoff gar nicht zu reden... Aber wie gleichst du das aus? Bevor du jetzt weiterliest, versuche es zuerst alleine (dabei lernt man mehr, selbst wenn man es nicht hinbekommt, weil du dich dabei gedanklich damit auseinandersetzt...).

Okay. Hat es geklappt? Wenn ja, prima! Wenn nicht, machen wir es zusammen: Wir beginnen (vorläufig) mit dem Sauerstoff. Das ist in derartigen Reaktionsgleichungen häufig die günstigste Variante, weil Sauerstoff als Element immer als Minomolekül auftritt ("O2") und darüber hinaus hier im konkreten Fall im "Fe2O3" auch noch in ungerader Anzahl vorkommt, du aber durch das zweiatomige "O2" von einer geradzahligen Situation ausgehst (oder mit "x½ O2" arbeiten müsstest, um auf ungerade Sauerstoffanzahlen zu kommen, was ich persönlich unschön finde). Also machst du zuerst aus der ungeraden Anzahl im "Fe2O3" eine gerade Zahl. Das schaffst du, indem du die Formel mit dem Faktor "2" verdoppelst:

FeS2 + O2 ---> 2 Fe2O3 + SO2

Nun siehst du, dass du auf der linken Seite des Reaktionspfeils einmal Eisen hast, rechts jedoch viermal ("2 Fe2..." heißt ja 2 x 2 Fe...). Das gleichst du dadurch aus, dass du vor die Formel "FeS2" den Faktor "4" schreibst:

4 FeS2 + O2 ---> 2 Fe2O3 + SO2

Jetzt kümmern wir uns um den Schwefel. Davon hast du auf der linken Seite nun acht ("4 ...S2" = 4 x 2 S). Rechts ist Schwefel bisher nur einmal vertreten. Also setzt du vor die Schwefeldioxid-Formel den Faktor "8":

4 FeS2 + O2 ---> 2 Fe2O3 + 8 SO2

Und zum Schluss kehren wir wieder zum Sauerstoff zurück und gleichen nun auch noch seine Bilanz aus. Auf der rechten Seite hat sich die Anzahl der Sauerstoffteilchen mittlerweile auf 22 aufaddiert (2 x 3 + 8 x 2 = 22). Links haben wir nur zwei Sauerstoffatome. Darum müssen wir vor diese den Faktor "11" setzen, um auch hier auf 22 Sauerstoff-Teilchen zu kommen:

4 FeS2 + 11 O2 ---> 2 Fe2O3 + 8 SO2

Nun haben wir eine ausgeglichene Bruttogleichung vor uns: links vier Fe, rechts vier Fe, links acht S, rechts auch, links 22 O, rechts 22 O...

Jetzt kannst du dich daran machen, das Redoxsystem aufzustellen. Dazu brauchst du die Oxidationsteilgleichung und die Reduktionsteilgleichung. Das heißt, du musst dich fragen, wer wird hier oxidiert (gibt also Elektronen ab) und wer wird reduziert (nimmt Elektronen auf)?

Das Eisenion in FeS2 ist offenbar zweifach positiv geladen, denn einerseits haben Metall-Teilchen in Verbindungen immer eine positive Oxidationszahl und andererseits kann es nicht dreifach positiv geladen sein, denn wäre es Fe^3+, dann müssten die beiden Schwefelatome zusammen diese drei postiven Ladungen ausgleichen, was bedeuten würde, dass auf jedes Schwefelatom 1½ negative Ladungen kämen. Das geht aber nicht, weil es keine halben Ladungen gibt. Also hat Fe im FeS2 die Oxidationszahl +II. Dementsprechend haben die beiden Schwefel-Teilchen jeweils die Oxidationszahl –I, da Eisendisulfid ungeladen ist und die Summe aller Oxidationszahlen der Ladung des Teilchens entsprechen muss.

Der Sauerstoff auf der linken Seite hat die Oxidationszahl 0 (Null), weil es sich hierbei um elementaren Sauerstoff handelt und Elemente immer die Oxidationszahl 0 haben.

Das Eisen im Fe2O3 hat die Oxidationszahl +III, denn ein Sauerstoffatom braucht, um eine Edelgaskonfiguration zu erlangen zwei Elektronen. Wenn es - wie hier - diese beiden Elektronen von einem (metallischen) Bindungspartner erhalten kann, dann wird ein Sauerstoffatom zum Sauerstoff-Anion O^2–. Also hat Sauerstoff in diesem Falle die Oxidationszahl –II. Nun hast du aber laut Verhältnisformel nicht ein, sondern drei Sauerstoff-Anionen. Diese drei Sauerstoff-Anionen bringen daher als Oxidationszahlensumme –VI zusammen. Diese sechs Minusladungen müssen von zwei Eisen-Kationen ausgeglichen werden, weshalb jedes Eisen-Kation die Ladung 3+ hat. Da die Oxidationszahl eines Teilchens mit seiner Ladung übereinstimmt, haben also die Fe-Kationen jeweils die Oxidationszahl +III.

Auch im Schwefeldioxid hat Sauerstoff die Oxidationszahl –II. Hier liegen zwar tatsächlich keine Ionen vor, aber Norara hat es ja bereits erwähnt, dass du im Konzept der Oxidationszahlen dir jede Verbindung als Ionenverbindung vorstellen kannst, auch die, die gar nicht aus Ionen aufgebaut sind. Dazu teilst du bindende Elektronenpaare (Atombindungen) den Bindungspartnern zu. Dabei ist das einzige Kriterium die Elektronegativität. Der Bindungspartner mit der größeren Elektronegativität erhält das bindende Elektronenpaar vollständig zugesprochen. Dafür spielt die Größe der Elektronegativitätsdifferenz keine Rolle. Wer elektronegativer ist, erhält die Bindungselektronen zuerkannt, auch wenn die Differenz nur 0,1 beträgt!
Nun, Sauerstoff hat eine Elektronegativität von etwa 3,5. Schwefel hat eine Elektronegativität von rund 2,6. Weil daher Sauerstoff die bindenden Elektronenpaare zum Schwefel jeweils vollständig zugesprochen bekommt, hat jedes Sauerstoffatom nach dieser Zuteilung acht Elektronen (2 nichtbindende Elektronenpaare macht vier Elektronen plus 2 bindende Elektronenpaare macht nochmals vier Elektronen, also zusammen acht). Nun vergleichst du die Anzahl der zugesprochenen Elektronen (acht) mit der Anzahl von Valenzelektronen, die ein Sauerstoffatom von Natur aus hat. Das sind sechs Valenzelektronen (Sauerstoff steht in der 6. Hauptgruppe; 6. Hauptgruppe heißt, dass die Atome der darin enthaltenen Elemente sechs Valenzelektronen haben). Das bedeutet, dass die Sauerstoffatome im Schwefeldioxid nach der Zuteilung der Elektronen gedanklich zwei Elektronen mehr haben, als sie Valenzelektronen im Atom hatten. Zwei Elektronen mehr bedeuten aber dann auch zwei negative Ladungsträger mehr. Darum hat Sauerstoff im "SO2" die Oxidationszahl –II. Dann muss Schwefel in diesem Molekül die Oxidationszahl +IV haben, denn Schwefeldioxid ist ein ungeladenes Teilchen, so dass die Oxidationszahl des Schwefels die Oxidationszahlensumme der beiden Sauerstoffatome alleine ausgleichen muss.

So, nun hast du alles beisammen, um entscheiden zu können, wer oxidiert und wer reduziert wird in deiner Reaktion. Du erkennst Oxidationen daran, dass sich die Oxidationszahl erhöht. Dementsprechend erkennst du Reduktionen daran, dass sich die Oxidationszahl verringert (sie wird reduziert!).
Wessen Oxidationszahl erhöht sich? - Genau, du hast zwei Teilchen, bei denen sich die Oxidationszahlen erhöhen, nämlich bei
Schwefel von –I (im FeS2) auf +IV (im SO2)
und bei
Eisen von +II (im FeS2) auf +3 (im Fe2O3).
Also haben wir es hier jeweils mit Oxidationsteilgleichungen zu tun.

Und wessen Oxidationszahl verringert sich? - Richtig, die Oxidationszahl von Sauerstoff verringert sich von
0 (in O2) auf –II (im Fe2O3 und im SO2).

Nun stellen wir die Oxidationsteilgleichungen und die Reduktionsteilgleichung auf:

Oxidation 1: Fe^2+ ---> Fe^3+ + e^–
Oxidation 2: S^– ---> S^4+ + 5 e^–
Reduktion: O2 + 4 e^– ---> 2 O^2–

Wegen der Elektronenneutralität (das heißt, dass die Summe aller abgegebenen Elektronen mit der Summe aller aufgenommenen Elektronen übereinstimmen muss), hast du die Oxidations- und Reduktionsteilgleichungen noch aufeinander abzustimmen. Das erreichst du, indem du Faktoren benutzt, welche die abgegebenen und aufgenommenen Elektronen ausgleichen.
In beiden Oxidationsteilgleichungen werden zusammen insgesamt sechs Elektronen geliefert. Ein Sauerstoffmolekül benötigt aber nur vier Elektronen, um dann zwei Oxid-Anionen daraus zu machen. Das heißt, dass du das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV) von 6 und 4 benötigst. Das kgV von 6 und 4 ist 12. Darum musst du beide Oxidationsteilgleichungen jeweils mit "2" multiplizieren, damit du auf insgesamt 12 abgegebene Elektronen kommst, und die Reduktionsteilgleichung musst du mit dem Faktor "3" multiplizieren, um auch auf 12 aufgenommenen Elektronen kommst.

Oxidation 1: Fe^2+ ---> Fe^3+ + e^–                    I • 2
Oxidation 1: 2 Fe^2+ ---> 2 Fe^3+ + 2 e^–
Oxidation 2: S^–   ---> S^4+ + 5 e^–                     I • 2
Oxidation 2: 2 S^–   ---> 2 S^4+ + 10 e^–
Reduktion: O2 + 4 e^–   ---> 2 O^2–                     I • 3
Reduktion: 3 O2 + 12 e^–   ---> 6 O^2–

Damit kommst du dann zu folgendem Redoxsystem:

Oxidation 1: 2 Fe^2+ ---> 2 Fe^3+ + 2 e^–
Oxidation 2: 2 S^–   ---> 2 S^4+ + 10 e^–
Reduktion: 3 O2 + 12 e^–   ---> 6 O^2–
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Redoxreaktion: 2 Fe^2+ + 2 S^– + 3 O2 ---> 2 Fe^3+ + 2 S^4+ + 6 O^2–

Das wäre die einfachste Form des Redoxsystems. Wenn es dich dabei stört, dass bei beiden Seiten der Redoxreaktion jeweils 2 postive Ladungen über bleiben, dann musst du mit den Faktoren weiter "spielen", bis alles ausgeglichen wäre. Dann kämst du letztlich auf

Oxidation 1: 4 Fe^2+ ---> 4 Fe^3+ + 4 e^–
Oxidation 2: 8 S^–   ---> 8 S^4+ + 40 e^–
Reduktion: 11 O2 + 44 e^–   ---> 22 O^2–
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Redoxreaktion: 4 Fe^2+ + 8 S^– + 11 O2 ---> 4 Fe^3+ + 8 S^4+ + 22 O^2–

und dann könntest du noch die Ionen und "Pseudoionen" auf der rechten Seite der Redoxreaktion zusammenfassen:

Redoxreaktion: 4 Fe^2+ + 8 S^– + 11 O2 ---> 2 Fe2O3 + 8 SO2

womit du dann wieder (fast) bei der Bruttogleichung (s.o.) angekommen wärst.

Ich hoffe, ich konnte dir alles klarer machen?!

LG von der Waterkant.

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1)Die Reaktion ist insofern eine Ausnahme, als 3 statt 2 Partner die Oxidationszahlen wechseln.

2)
Im übrigen gilt bei wasserfreien ("Schmelze") Reaktionen, daß einfach
die Partner in reale oder (nachElektronegativität) formale Ionen zerlegt
werden.

Zu 1) Da Fe und S in einem best. Verhältnis zueinander stehen,
müssen zuerst deren beide Reaktionen abgeglichen werden:
Fe++  --->   Fe+++     +e-
2S-  ----->  2 S++++     +10e- (hier auchformale Ladungen)
Das Verhältnis Fe:S =1:2 muß bei dieser Summenoxidation gewahrt sein
O2  +  4e-   --->   2O--
Jetzt
muß das kgV der Oxidations und der Reduktionsreaktion gefunden und die
Teilgleichungen müssen erweitertwerden. Dann kann man die realen oder
formalen Ionen wieder zu Verbindungen zusammenführen.

4 FeS2      +     11O2    --->   2Fe2O3    +  8SO2

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Sorry die Antwort eben klappte nicht. Nochmal:

Nicht nur für gelöste Ionen kannst du die Oxidationszahlen bestimmen... du kannst Verbindungen gedanklich in Ionen zerlegen! Der elektronegativere Bindungspartner bekommt die Bindungselektronen. Insgesamt muss die Verbindung neutral sein. Es sei denn sie ist ein mehratomiges Ion. 

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Kommentar von Norara
18.11.2016, 23:21

Im Eisendisulfid hat Fe die Oxidationszahl +2.  Im Eisen(III)Chlorid hat Fe die Oxidationszahl +3. Fe wird also oxidiert. 

S wird von -2 im Eisendisulfid auf +4  im SO2 oxidiert. 

Der Sauerstoff wird reduziert. Elemente und homoatomare Verbindungen haben immer die Oxidationszahl 0. Im Eisenoxid hat der Sauerstoff aber die Oxidationszahl -2. Wurde also reduziert. (In heteroatomaren Verbindungen hat der Sauerstoff fast immer -2. Wie zB. Auch im SO2. Im Peroxid - 1. Mehr brauchst du in der schule kaum)

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