Aufgabe 6: Kupfer und Salpetersäure

Aufstellen von Redox-Gleichungen - Kupfer und Salpetersäure

Die schon im Basisvideo erwähnten Bedingungen für Redoxreaktionen:

1. Die Summe der vom Oxidationsmittel abgegebenen Elektronen muss mit der Summe aller vom Reduktionsmittel aufgenommenen Elektronen übereinstimmen.

2. Die Summe der Ionenladungen muss auf beiden Seiten der Gleichung identisch sein.

3. Die Anzahl der Atome muss auf beiden Seiten der Gleichung identisch sein.

Redox-Aufgabe im Video

Vorgehensweise beim Ausgleichen einer Redoxreaktion in vier Schritten an dem Beispiel:

Cu + HNO3 -> Cu2+ + NO

Um in der Redoxreaktion festzustellen welcher Stoff als Reduktions- oder als Oxidationsmittel fungiert, ist es in der Vorbereitung notwendig die Oxidationszahlen jedes Stoffes zu bestimmen. (00:27)

Falls du hierbei Probleme hast solltest du dir folgendes Video noch einmal ansehen:

Bestimmung von Oxidationszahlen

Im folgenden ersten Schritt wird festgelegt welche Stoffe als Reduktions- und Oxidationsmittel agieren:

Erhöht sich die Oxidationszahl eines Stoffes, ist dieser Teil der Oxidation.

Im Video ist dies beim Kupfer der Fall. Die Oxidationszahl erhöht sich von 0 auf +II (01:30)

Verringert sich die Oxidationszahl eines Stoffes im Laufe der Reaktion ist dieser Stoff Teil der Reduktion.

Im Video ist dies beim Stickstoff aus der Salpetersäure der Fall. Die Oxidationszahl verringert sich von +V auf +II . (02:00)

Im zweiten Schritt gleicht man die Anzahl der aufgenommen und abgegebenen Elektronen in der Gleichung aus (Siehe Bedingung 1). Hierzu bestimmt man die Differenz der Oxidationszahlen innerhalb der Teilreaktionen. Am Beispiel vom Kupfer (Oxidation): 0 zu +II Differenz = 2. Am Beispiel Stickstoff (Reduktion) : +V zu +II Differenz = 3. Die Differenzen werden als stöchiometrischer Faktor jeweils vor die andere Teilreaktion geschrieben.

 3 Cu + 2 HNO3 -> 3 Cu2+ + 2 NO

Die erste Bedingung ist damit erfüllt.

Für den dritten Schritt, dem Ausgleichen der Ionenladungen (Siehe Bedingung 2) müssen alle Ladungen auf jeder Seite der Gleichung gezählt und addiert werden. (04:41)

Da die Reaktion in salpetersaurer Lösung abläuft, muss die Differenz der Ionenladungen zwischen den beiden Seiten mit den in der Lösung enthaltenen Protonen (H+) ausgeglichen werden. Da Protonen in der Realität nicht in wässriger Lösung einzeln vorkommen, werden anstatt dieser Oxoniumionen (H3O+) für den Ladungsausgleich benutzt. (05:35)

Im Video wird eine Ionenladungs-Differenz mit 6 Oxoniumionen ausgeglichen, die auf der linken Seite der Gleichung hinzugeschrieben werden.

3 Cu + 2 HNO3 + 6 H3O+ -> 3 Cu2+ + 2 NO

Damit sind bereits die ersten beiden  Bedingungen erfüllt

Um die letzte Bedingung zu erfüllen müssen im vierten Schritt vorerst die einzelnen Atome auf beiden Seiten der Gleichung gezählt werden. Ist die Anzahl der Atome auf den beiden Seiten verschieden müssen diese auf der anderen Seite aufgefüllt werden. (07:02)

Im Beispiel (links/rechts):

Cu: 3 / 3

N: 2 / 2

O: 12 / 2 -> 10

H: 20 / 0 -> 20

Die 10 Sauerstoff- und 20 Wasserstoff-Atome, die auf der rechten Seite hinzugefügt werden müssen, können als 10 Wassermoleküle (H2O) zusammengefasst werden.

3 Cu + 2 HNO3 + 6 H3O+ -> 3 Cu2+ + 2 NO + 10 H2O

Somit sind alle Bedingungen erfüllt und die Redox-Gleichung ist ausgeglichen.