Redoxreaktion von K3[Fe(CN)6]?

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Ich weiß zwar nicht, ob diese Reaktion funktioniert, aber eine Gleichung kann man dafür schon aufschreiben.

Als erstes die Reduktion, es soll O₂ reduziert werden. Da unter anderem Carbonat raus­­kom­men soll, nehme ich basische Reaktionsbedingungen an. Da sich die Oxi­da­tions­­zahl des O von 0 auf −II ändert, werden zwei Elektronen pro O-Atom umgesetzt.

O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ ⟶ 4 OH⁻

Nun zur Oxidation. Unsere Ausgangssubstanz ist (mit Oxidationszahlen angeschrie­ben) das Ion [Fe⁺ᴵᴵᴵ(C⁺ᴵᴵN⁻ᴵᴵᴵ)₆], die Produkte sind C⁺ᴵⱽO₂, N⁰₂ und Fe₃O₄, das ist ein Oxid mit gemischter Oxidationszahl, man kann es auch als Fe⁺ᴵᴵᴵ₂O₃ ⋅ Fe⁺ᴵᴵO an­schrei­­ben. Wir müssen das Edukt mindestens dreimal einsetzen, wei wir ja drei Fe-Atome fürs Fe₃O₄ brauchen. Das Carbonat ignoriere ich mal fürs erste, weil das C darin auch +IV hat und daher mit dem Kohlendioxid äquivalent ist.

3 [Fe(CN)₆]³⁻ ⟶ Fe₃O₄ + 18 CO₂ + 9 N₂

Die Gleichung braucht noch viel Arbeit. Sie ist bezüglich der Atome Fe, C und N aus­geglichen, aber es fehlen noch der Ladungs- und der O-Ausgleich. Bezüglich der La­dun­gen sehen wir uns die Oxidationsstufen an: Kohlenstoff (+II→+IV) gibt zwei Elek­tro­nen ab (mach insgesamt 36 Elektronen), Stickstoff (−III→0) gibt drei ab (macht 54) und ein einziges Eisenatom nimmt ein Elektron auf (+III→+II), macht also ins­ge­samt 89 Elektronen.

3 [Fe(CN)₆]³⁻ ⟶ Fe₃O₄ + 18 CO₂ + 9 N₂ + 89 e⁻

Jetzt kommt der Sauerstoff dran. Rechts haben wir 40 O-Atome zu viel, die gleichen wir links mit doppelt soviel OH⁻ aus, je zwei davon geben dann ein H₂O und ein O-Atom in die Bilanz

3 [Fe(CN)₆]³⁻ + 80 OH⁻ ⟶ Fe₃O₄ + 18 CO₂ + 9 N₂ + 40 H₂O + 89 e⁻

Wenn wir alles richtig gemacht haben, muß es jetzt stimmen: Links und rechts ha­ben wir je 3 Fe, 18 C, 18 N, 80 O, 80 H und 89 negative Ladungen. Paßt also.

Es verbleibt noch, die Oxidation und die Reduktion zusammenzubasteln. Dazu multi­pli­zie­ren wir die Oxidation mit 4 und die Reduktion mit 89, damit sich die dann 356 Elek­tro­nen ordentlich wegheben (spätestens jetzt ist der Punkt gekommen, an dem mit Kopf­rechnen nichts mehr läuft):

12 [Fe(C12)₆]³⁻ + 320 OH⁻ ⟶ 4 Fe₃O₄ + 72 CO₂ + 36 N₂ + 160 H₂O + 356 e⁻

89 O₂ + 178 H₂O + 356 e⁻ ⟶ 356 OH⁻

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12 [Fe(C12)₆]³⁻ +89 O₂ + 320 OH⁻ + 178 H₂O ⟶ 4 Fe₃O₄ + 72 CO₂ + 36 N₂ + 356 OH⁻ + 160 H₂O

Immerhin kürzen sich ein paar H₂O und OH⁻ heraus

12 [Fe(CN)₆]³⁻ + 89 O₂ + 18 H₂O ⟶ 4 Fe₃O₄ + 72 CO₂ + 36 N₂ + 36 OH⁻

und da laut Angabe Carbonat entstehen soll, lassen wir auf der rechten Seite ein paar der CO₂-Moleküle mit allen verfügbaren OH⁻ zu Carbonat reagiren, nach der Glei­chung CO₂ + 2 OH⁻ ⟶ CO₃²⁻ + H₂O entstehen aus den 36 OH⁻ dabei 18 H₂O-Mole­kü­le, die sich freundlicherweise mit dem Wasser links genau wegheben

12 [Fe(CN)₆]³⁻ + 89 O₂ ⟶ 4 Fe₃O₄ + 54 CO₂ + 18 CO₃²⁻ + 36 N₂

Und natürlich können wir die nutzlosen 36 K⁺-Ionen noch dazuschreiben

12 K₃[Fe(CN)₆] + 89 O₂   ⟶   4 Fe₃O₄ + 54 CO₂ + 18 K₂CO₃ + 36 N₂

Nach so viel Herumgerechne empfiehlt es sich, am Ende nochmals schön Atom­sorten und Ladungen zu checken. Wenn alles paßt, dann paßt die Gleichung.

Im Nachhinein wäre es schlauer gewesen, nicht bereits die Halbgleichungen auszu­bi­lan­zieren, sondern die rohen Halbgleichungen zu addieren und die große Bilan­zie­re­rei auf die Endgleichung zu verlagern, dann hätte ich mir das ganze Gemurxe mit OH⁻ und H₂O ersparen können. Aber nachher ist leicht schlau sein, die wirklich Großen Geister™ wären das schon vorher gewesen.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik

Erstmal vielen Dank für diese Ausführliche Antwort! Ich hab jetzt nur noch ein dumme Frage und zwar, warum wird bei der Reduktion der O2 zu 4 OH- und nicht nur zu 2 O^2-?

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@FragenFragen121

Das wäre grundsätzlich auch denkbar, aber Oxid-Ionen O²⁻ sind sehr basisch, und in wäßriger Lösung gänz­lich unmöglich. Da ich zuerst angenommen hatte, die Reak­tion würde in alkalischer Lösung ablaufen, war die Wahl von OH⁻ als Reduk­tions­produkt naheliegend.

Im Endeffekt war diese Annahme falsch, und die OH⁻ sind sowieso rausgefallen. Wenn man das mit Oxid durchspielt, würde dasselbe rauskommen, weil es eben­falls mit CO₂ zu CO₃²⁻ reagieren würde. Die Bildung von K₂O wäre ja völlig unrealis­tisch, wenn das saure CO₂ in der Nähe ist. Für den Redoxcharakter der Reaktion macht es keinen Unterschied, weil Hydroxid und Oxid beide O⁻ᴵᴵ enthalten und daher denselben Elektronenumsatz aus O₂ benötigen.

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