hilfe bei chemie-aufgabe. bitte c: Eisengewinnung
ein aufgabe in meinem buch: aus dem eisenoxid hämatit gewinnt man eisen durch reduktion mit wasserstoff oder kohlenstoff. formuliere das reaktionsschema und kennzeichne reduktion und oxidation. _ wie?! :D _ kann mir hemand vllt einen link schicken?' oder mir das vllt erklären?
DankeImVorraus:*
1 Antwort
Moin,
Hämatit ist ein Trivialname von Eisen-III-oxid (Fe2O3). Eine ältere Definition für Reduktion ist der "Entzug von Sauerstoff". Wenn du also dem Eisen-III-oxid den Sauerstoff entziehst, wird es reduziert und es entsteht unter anderem reines Eisen. In deiner Aufgabe werden Wasserstoff (H2) oder Kohlenstoff (C) als geeignete Stoffe genannt.
Die heute gültige (weil umfassendere) Definition für Reduktion ist die Aufnahme von Elektronen. Das Gegenteil, also die Abgabe von Elektronen, wird Oxidation genannt.
Reduktion und Oxidation sind Teilprozesse einer Reaktion. Sie treten immer gemeinsam auf. Wenn ein Teilchen Elektronen abgibt (oxidiert wird), muss ein anderes Teilchen diese Elektronen aufnehmen (reduziert werden). Darum spricht man zusammengefasst von einer Redoxreaktion. Und dafür stellt man das Reaktionssystem auf, indem man zeigt, wer oxidiert wird (also Elektronen abgibt) und wer reduziert wird (also Elektronen aufnimmt). Das erkennst du am schnellsten, wenn du zuerst einmal die Bruttogleichung der Reaktion aufstellst. Im Falle der Reduktion mit Wasserstoff machst du das folgendermaßen: Du weißt, was du einsetzt, nämlich Eisen-III-oxid (Fe2O3) und Wasserstoff (H2). Herauskommen soll reines Eisen (Fe). Aber das kann nicht alleine entstehen, denn wo würden sonst der Wasserstoff und der Sauerstoff bleiben? Also muss noch eine Verbindung aus eben diesen beiden zusätzlich entstehen. Na, und welche Verbindung bietet sich da an? - Genau, Wasser (H2O). Demnach sieht die Bruttogleichung zunächst so aus:
Fe2O3 + H2 ---> Fe + H2O
Nachdem du also alle Reaktionsteilnehmer kennst, musst du die Gleichung jetzt noch ausgleichen, das heißt, auf beiden Seiten des Reaktionspfeils müssen die gleiche Anzahl von Elementsymbolen stehen. Links hast du 2 Eisenteilchen, rechts nur 1. Also musst du die Eisenmenge rechts mit 2 multiplizieren:
Fe2O3 + H2 ---> 2 Fe + H2O
Weiter: Links hast du 3 x Sauerstoff, rechts nur 1 x. Also multiziplierst du das Wasser auf der rechten Seite mit 3.
Fe2O3 + H2 ---> 2 Fe + 3 H2O
Nun hast du links noch 2 Hs, rechts jedoch 6. Demnach brauchst du 3 x H2 auf der linken Seite, dann ist alles ausgeglichen:
Fe2O3 + 3 H2 ---> 2 Fe + 3 H2O
Ich gehe einmal davon aus, dass dir das Konzept der Oxidationszahlen (OZ) vertraut ist. Wenn du das hier anwendest, dann erkennst du schnell, dass Eisen auf der linken Seite die OZ +III hat (Sauerstoff hat hier die für ihn typische OZ –II; in Fe2O3 kommen insgesamt 3 O vor; die haben zusammen die OZ von –VI, welche durch 2 Fe ausgeglichen werden müssen; das heißt, jedes Fe hat eine OZ von +III). Wasserstoff hat als Element laut Definition die OZ 0 (Null). Auf der rechten Seite hat Eisen jetzt die OZ 0 (Null), weil Element, während der Wasserstoff in der Verbindung Wasser die OZ +I erhält. Daran siehst du, dass Wasserstoff oxidiert wird (Abgabe von Elektronen führt zur Erhöhung der Oxidationszahl von 0 auf +I). Eisen wird reduziert (Aufnahme von Elektronen führt zur Verringerung der OZ von +III auf 0).
Nun hast du alles beisammen, um das Redoxreaktionsschema aufstellen zu können:
Oxidation: H2 ---> 2 H+ + 2 e-
Reduktion: Fe2O3 + 6 e- ---> 2 Fe + 3 O^2-
Die Spaltung der Wasserstoff-Bindung bringt (theoretisch) 2 Elektronen. Für die Reduktion der Eisen-Ionen benötigst du aber 6 Elektronen. Darum musst du das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV) von 2 und 6 suchen. Das ist in diesem Fall 6. Um auch bei der Oxidation auf 6 Elektronen zu kommen, musst du die ganze Gleichung mit 3 multiplizieren:
Oxidation: H2 ---> 2 H+ + 2 e- / •3
Oxidation: 3 H2 ---> 6 H+ + 6 e-
An der Reduktionsgleichung musst du nichts ändern, denn hier sind es ja bereits 6 Elektronen... Dann sieht dein Schema jetzt so aus:
Oxidation: 3 H2 ---> 6 H+ + 6 e-
Reduktion: Fe2O3 + 6 e- ---> 2 Fe + 3 O^2-
Die zusammengesetzte Redoxgleichung lautet dann:
Fe2O3 + 3 H2 ---> 2 Fe + 6 H+ + 3 O^2-
Da aber die Wasserstoffionen (H+) und die Sauerstoffionen (O^2-) nur formal entstehen, treten die 6 H+ und die 3 O^2- nicht einzeln auf, sondern bilden unverzüglich 3 H2O-Moleküle. Darum sieht dein Redoxgleichungssystem insgesamt so aus:
Oxidation: 3 H2 ---> 6 H+ + 6 e-
Reduktion: Fe2O3 + 6 e- ---> 2 Fe + 3 O^2-
Redox: Fe2O3 + 3 H2 ---> 2 Fe + 3 H2O
So, ich hoffe das hat dir geholfen. Ich glaube, jetzt kannst du die Reduktion von Hämatit mit Kohlenstoff selbst aufstellen. Wenn nicht, oder wenn du noch Fragen haben solltest, gib noch einmal Bescheid. Dann helfe ich dir gerne boch einmal... LG von der Waterkant.
