Redoxreaktion

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Der Begriff Redoxreaktion setzt sich aus den Wort-Anfängen von Reduktion und Oxidation zusammen. Bei einer Redoxreaktion passiert also gleichzeitig eine Reduktion und eine Oxidation. Redoxreaktionen funktionieren nach dem Donator-Akzeptor-Prinzip, d.h. dass in einer Reaktion ein Teilchen (Proton, Elektron, etc.) von einem Reaktionsteilnehmer auf den anderen übertragen wird. Hierbei nennt man jenen Teilnehmer, von dem die Übertragung ausgeht, Donator (Reduktionsmittel). Der Empfänger des Teilchens wird in der Chemie als Akzeptor (Oxidationsmittel) bezeichnet.


Was man unter Reduktion und Oxidation versteht, erfährst du im nächsten Abschnitt.



Was passiert bei einer Redoxreaktion?


Um diese Frage zu klären, schaut man sich am besten eine Redaktionsreaktion und ihre Abläufe etwas genauer an. Wir haben bereits geklärt, dass während einer Redoxreaktion Elektronen während der Oxidation abgegeben und im Laufe der Reduktion aufgenommen werden.



Feuerwerk als Beispiel einer Redoxreaktion


In der untenstehenden Grafik haben wir dir eine Redoxreaktion abgebildet, welche während einem Feuerwerk passiert: Kaliumchlorat  wird zu Kaliumchlorid reduziert, es nimmt also Elektronen auf. Diesen Vorgang nennt man schließlich Reduktion.

Die Oxidation ist in diesem Beispiel folgende: Schwefel  wird zu Schwefeldioxid  oxidiert und gibt hierbei Elektronen ab.



Abb. 1: Veranschaulichung einer Redoxreaktion. 
(C) 2020 by StudySmarter


Oxidationszahlen


Um die entsprechenden Teilgleichungen zur Oxidation und Redaktion aufstellen zu können, müssen wir zunächst einmal die Oxidationszahlen der jeweiligen Elemente bestimmen, indem wir uns hierfür am Periodensystem orientieren:


 



Oxidation


Als Oxidation bezeichnet man die Teilreaktion der Elektronenabgabe, bei der ein Stoff oxidiert (Reduktionsmittel). Diesen Stoff nennt man auch Elektronendonator.


Die zugehörige Teilgleichung zur Oxidation lautet folgendermaßen:


 



Reduktion


Als Reduktion bezeichnet man die Teilreaktion einer Redoxreaktion, bei welcher Elektronen aufgenommen werden. Sie bildet somit das Gegenstück zur oben beschriebenen Oxidation. Der Stoff, welcher reduziert werden soll, wird auch als Oxidationsmittel oder Elektronenakzeptor bezeichnet.


Die Reduktion der genannten Redoxreaktion lautet:


 





Was versteht man unter Elektrolyse?


Chemie-LehrerInnen behandeln die Elektrolyse meist parallel zum Thema Redoxreaktionen. Doch wie genau hängen die beiden Begriffe eigentlich miteinander zusammen? Das erklären wir dir in diesem Abschnitt. 



Abb. 2: Skizze zur Elektrolyse.
(C) 2020 by StudySmarter


Als Elektrolyse bezeichnet man in der Chemie den Prozess, bei dem eine Redoxreaktion durch elektrischen Strom erzwungen wird. Damit hätten wir bereits geklärt, was die Elektrolyse mit Redoxreaktionen zu tun hat. Elektrolysen werden häufig dazu angewendet, bestimmte Stoffe herzustellen, die ohne rein chemische Prozesse nicht herzustellen wären oder mit hohem Ressourcenverbrauch verbunden sind. 

Doch was genau passiert bei einer Elektrolyse?


Bei der Elektrolyse werden chemische Bindungen unter Einwirkung elektrischen Stroms aufgespalten. Im Prinzip funktioniert die Elektrolyse genau umgekehrt wie die Vorgänge in einer Batterie. Anstatt chemische Energie in elektronische zu verwandeln, passiert bei der Elektrolyse genau das Gegenteil: elektrischer Strom wird in chemische Energie umgewandelt. 


Wenn du noch mehr über den Vorgang der Analyse erfahren möchtest, schau dir jetzt unseren Artikel zu diesem Thema an.




Galvanische Zelle


Die Galvanische Zelle ist sowas wie das Gegenteil der Elektrolyse - der Vorgang läuft genau andersherum ab: die Galvanische Zelle dient als Vorrichtung zur spontanen Umwandlung von chemischer Energie in elektrischen Strom. Im Alltag bezeichnen wir die Galvanische Zelle meist als Batterie. Der wesentliche Unterschied zur Elektrolyse: der Vorgang der Umwandlung passiert bei der Galvanischen Zelle 'freiwillig', wohingegen die Reaktion bei der Elektrolyse durch den elektrischen Strom erzwungen wird. Eine historisch sehr bekannte Galvanische Zelle ist das sogenannte Daniell-Element.



Elektrochemische Spannungsreihe


Aus der elektrochemischen Spannungsreihe kann man auf das Redoxverhalten eines Stoffes schließen. Sie ist eine Auflistung von Redox-Paaren nach ihrem Standardelektrodenpotential. Bei Metallen nennt man die elektrochemische Spannungsreihe auch Redoxreihe. Wenn man Metalle in eine Lösung taucht, spricht man von Elektroden. Werden zwei Elektroden elektrisch leitend verbunden, entsteht eine galvanische Zelle und man kann dann die Spannung zwischen den Metallen messen.





Das Wichtigste zur Redoxreaktion auf einen Blick!


  • Redoxreaktion passiert gleichzeitig eine Reduktion und eine Oxidation

  • Redoxreaktionen funktionieren nach dem Donator-Akzeptor-Prinzip

  • Oxidation = Teilreaktion der Redoxreaktion, bei der Elektronen abgegeben werden und der Stoff somit oxidiert

  • Reduktion =Teilreaktion einer Redoxreaktion, bei welcher Elektronen aufgenommen werden. Der Stoff, welcher reduziert werden soll, wird auch als Oxidationsmittel oder Elektronenakzeptor bezeichnet.

  • Elektrolyse = Prozess, bei dem eine Redoxreaktion durch elektrischen Strom erzwungen wird

  • die Galvanische Zelle dient als Vorrichtung zur spontanen Umwandlung von chemischer Energie in elektrischen Strom

  • Aus der elektrochemischen Spannungsreihe kann man auf das Redoxverhalten eines Stoffes schließen



 




 


 


 

 

 


Finales Redoxreaktion Quiz

Frage

Wird eine violette Kaliumpermanganat Lösung mit Natriumsulfit und 3 Tropfen Schwefelsäure versetzt, entfärbt sich die Lösung vollständig.

 

  1. Begründen Sie die Beobachtung.
  2. Was müsste man am Versuch verändern, um einen braunen Niederschlag, oder
  3. eine Grünfärbung der Lösung zu erhalten?
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Antwort

  1.  Wird eine Permanganat-Lösung (MnO4-) im sauren reduziert, so entsteht stets das farblose Mangan (II) Ion.
  2. Einen braunen Niederschlag wird erhalten, wenn Permanganat-Ionen (MnO4-) im neutralen reduziert werden es entsteht Braunstein (MnO2) bei dem Mangan eine Oxidationszahl von +4 besitzt. - Man dürfte keine Schwefelsäure zugeben.
  3. Eine Grünfärbung wird erhalten, wenn Permanganat-Ionen (MnO4-) im basischen reduziert werden. Dann entsteht das MnO42- mit Mangan in der Oxidationsstufe +6. - Man müsste anstatt Schwefelsäure Natriumhydroxid zugeben.



Frage anzeigen

Frage

Die Reduktion von Nitrat-Ionen durch Eisen(II) zu Stickstoffmonoxid in saurer Lösung und die anschließende Komplexbildung wird als Nachweisreaktion für Nitrat-Ionen genutzt.


Entwickeln Sie ausgehend von Teilgleichung, die Gleichung in Ionenschreibweise für die beschriebene Redoxreaktion

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Antwort

Ox.:   Fe²⁺ ⇌ Fe³⁺ + e⁻

Red.:  NO₃⁻ + 4H₃O⁺ + 3e⁻ ⇌ NO + 6H₂O

 

Redox: NO₃⁻ + 4H₃O⁺ + 3Fe²⁺⇌ 3Fe³⁺ + NO + 6H₂O

Frage anzeigen

Frage

Erläutern Sie unter Einbeziehung der Teilgleichung, dass es sich um eine Redoxreaktion handelt. Um Welche Sonderform der Redoxreaktion handelt es sich.



Im Labor kann man reinen Stickstoff durch Erhitzen einer Lösung herstellen, die Ammonium- und Nitrit-Ionen enthält, wobei folgende Reaktion abläuft:

 

 

NH₄⁺ + NO₂⁻   ⇌        N₂ + 2H₂O


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Antwort

Ox.:     2NH₄⁺ + 8H₂O            ⇌ 8H₃O⁺ + 6e⁻ + N₂

Red.:   2NO₂⁻ + 8H₃O⁺ + 6e⁻   ⇌ N₂ + 12H₂O

 

Redox: 2NH₄⁺ + 2NO₂⁻           ⇌ 2N₂ + 4H₂O


Redoxreaktion sind chemische Reaktionen bei denen Oxidation und Reduktion gleichzeitig ablaufen. Es findet ein Elektronenübergang vom Reduktionsmittel zum Oxidationsmittel über. Es findet eine Änderung der Oxidationszahlen statt

 

Ammonium-Ionen geben Elektronen ab; sie werden zu Stickstoff-Molekülen oxidiert und sind das Reduktionsmittel. Nitrit-Ionen nehmen Elektronen auf, sie werden zu Stickstoff-Molekülen reduziert und sind das Oxidationsmittel. Es findet ein Elektronenübergang statt.

 

Es handelt es sich hierbei um eine Komproportionierung (oder Synproportionierung). Das ist eine Sonderform der Redoxreaktion bei dem ein Molekül von höherer Oxidationszahl (NO₂⁻) und ein Molekül von niederer Oxidationszahl (NH₄⁺) zu einem Molekül mittlerer Oxidationszahl (N₂) reagieren.

 

Frage anzeigen

Frage

Rutil (TiO2) wird in einem Großtechnischen Verfahren mit Koks (Kohlenstoff) vermischt und in Chlorgas zu Titan(IV)chlorid und Kohlenmonoxid umgesetzt. Entwickeln Sie für diese Umsetzung die Reaktionsgleichung und begründen Sie unter Einbeziehung von Teilgleichungen die Reaktionsart.

 


 

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Antwort

Ox.:   TiO₂ + 2C ⇌ Ti⁴⁺ + CO₂ + 4e⁻

Red.:  Cl₂ + 2e⁻ ⇌ 2Cl⁻

Redox: TiO₂ + 2C + 2Cl₂ ⇌ TiCl₄ + CO₂



Es handelt sich um eine Redoxreaktion, da Elektronenübergang stattfindet. Dabei wird der Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonoxid oxidiert (Erhöhung der Oxidationszahl) und Chlor zu Chlorid-Ionen reduziert (Erniedrigung der Oxidationszahl).

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Frage

Ergänze den folgenden Satz mit der  richtigen Zahl:

 

Elementverbindungen und Elemente haben immer die Oxidationszahl ____.

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Antwort

3

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Frage

Ergänze folgenden Satz mit dem richtigen Begriff: 


Die Summe der Oxidationszahlen muss der Ladung des ____ entsprechen.

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Antwort

Atoms

Frage anzeigen

Frage

Welche Oxidationszahl hat Fluor in einer Verbindung (außer F2).

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Antwort

-1

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Frage

Erkläre den Begriff Redoxreaktion.

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Antwort

Als Redoxreaktionen werden Reaktionen bezeichnet, bei denen ein Elektronenübergang erfolgt. Dabei bedeutet Oxidation eine Elektronenabgabe und Reduktion eine Elektronenaufnahme.

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Frage

Was gibt die Oxidationszahl an? 

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Antwort

Die Oxidationszahl ist eine gedachte Ladung, die man erhält, wenn man die Bindungselektronen jeweils dem Atom mit der größeren Elektronegativität zuordnet.

Frage anzeigen

Frage

Nenne 6 Regeln zur Festlegung der Oxidationszahl.

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Antwort

  1. Elemente haben die Oxidationszahl 0
  2. In Molekülen ist die Summe aller Oxidationszahlen 0
  3. Bei Ionen ist die Oxidationszahl gleich der Ladung
  4. Metalle haben stets eine positive Oxidationszahl
  5. H-Atom: +1
  6. O-Atom: –2
Frage anzeigen

Frage

Nenne die 5 Schritte zur Formulierung der Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion.

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Aufstellen des Redoxpaares mit stöchiometrischen Koeffizienten 
  2. Elektronenausgleich durch Vergleich der Oxidationszahlen (Fakto- ren und Indexzahlen beachten!) 
  3. Falls nötig: Ladungsausgleich mit H3O+-Ionen (im Sauren) oder OH–-Ionen (im Alkalischen)
  4. Falls nötig: Stoffausgleich mit H2O-Teilchen 
  5. Überprüfen der Teilgleichung
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Frage

Erkläre den Begriff galvanische Zelle. 

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Antwort

Eine galvanische Zelle besteht aus zwei Halbzellen und kann elektrische Energie liefern. 

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Vorgänge im DANIELL-Element in Worten.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

Frage anzeigen

Frage

Wie werden die Standardredoxpotenziale ermittelt?

Antwort anzeigen

Antwort

Für die Messung kombiniert man die zu messende Halbzelle unter Standardbedingungen mit einer Standardwasserstoffelektrode zu einem galvanischen Element und misst die auftretende Leerlaufspannung. Diese entspricht dem zu messenden Standardredoxpotenzial, da E0(H2/2H+) = 0 V.

Frage anzeigen

Frage

Was versteht man unter dem Begriff Standardbedingungen?

Antwort anzeigen

Antwort

Temperatur: 25 °C

Druck: 1013 mbar

Konzentration: 1 mol/l

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Vorgänge bei einer Elektrolyse.

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Antwort

Bei einer Elektrolyse wird eine Redoxreaktion durch Zufuhr von elek-trischem Strom erzwungen. Dabei zersetzt sich der beteiligte Elektrolyt.

Frage anzeigen

Frage

Was sind Primärelemente?

Antwort anzeigen

Antwort

Galvanische Elemente, die nicht wiederaufladbar sind („Batterien“) z. B. Zink-Kohle-Batterie

Frage anzeigen

Frage

Was sind Sekundärelemente?

Antwort anzeigen

Antwort

Galvanische Elemente, die sich durch Zufuhr elektrischer Energie wieder aufladen lassen („Akkus“) z. B. Blei-Akkumulator

Frage anzeigen

Frage

Was sind Brennstoffzellen?

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Antwort

Galvanische Elemente, deren Edukte nachgefüllt werden können z. B. Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen

Frage anzeigen

Frage

Erkläre den Begriff Redoxreaktion.

Antwort anzeigen

Antwort

Als Redoxreaktionen werden Reaktionen bezeichnet, bei denen ein Elektronenübergang erfolgt. Dabei bedeutet Oxidation eine Elektronenabgabe und Reduktion eine Elektronenaufnahme.

Frage anzeigen

Frage

Was gibt die Oxidationszahl an? 

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Antwort

Die Oxidationszahl ist eine gedachte Ladung, die man erhält, wenn man die Bindungselektronen jeweils dem Atom mit der größeren Elektronegativität zuordnet.

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Frage

Nenne 6 Regeln zur Festlegung der Oxidationszahl.

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Antwort

  1. Elemente haben die Oxidationszahl 0
  2. In Molekülen ist die Summe aller Oxidationszahlen 0
  3. Bei Ionen ist die Oxidationszahl gleich der Ladung
  4. Metalle haben stets eine positive Oxidationszahl
  5. H-Atom: +1
  6. O-Atom: –2
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Frage

Nenne die 5 Schritte zur Formulierung der Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion.

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Antwort

  1. Aufstellen des Redoxpaares mit stöchiometrischen Koeffizienten 
  2. Elektronenausgleich durch Vergleich der Oxidationszahlen (Fakto- ren und Indexzahlen beachten!) 
  3. Falls nötig: Ladungsausgleich mit H3O+-Ionen (im Sauren) oder OH–-Ionen (im Alkalischen)
  4. Falls nötig: Stoffausgleich mit H2O-Teilchen 
  5. Überprüfen der Teilgleichung
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Frage

Erkläre den Begriff galvanische Zelle. 

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Antwort

Eine galvanische Zelle besteht aus zwei Halbzellen und kann elektrische Energie liefern. 

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Frage

Beschreibe die Vorgänge im DANIELL-Element in Worten.

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Antwort

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

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Frage

Wie werden die Standardredoxpotenziale ermittelt?

Antwort anzeigen

Antwort

Für die Messung kombiniert man die zu messende Halbzelle unter Standardbedingungen mit einer Standardwasserstoffelektrode zu einem galvanischen Element und misst die auftretende Leerlaufspannung. Diese entspricht dem zu messenden Standardredoxpotenzial, da E0(H2/2H+) = 0 V.

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Frage

Was versteht man unter dem Begriff Standardbedingungen?

Antwort anzeigen

Antwort

Temperatur: 25 °C

Druck: 1013 mbar

Konzentration: 1 mol/l

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Frage

Beschreibe die Vorgänge bei einer Elektrolyse.

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Antwort

Bei einer Elektrolyse wird eine Redoxreaktion durch Zufuhr von elek-trischem Strom erzwungen. Dabei zersetzt sich der beteiligte Elektrolyt.

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Frage

Was sind Primärelemente?

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Antwort

Galvanische Elemente, die nicht wiederaufladbar sind („Batterien“) z. B. Zink-Kohle-Batterie

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Frage

Was sind Sekundärelemente?

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Antwort

Galvanische Elemente, die sich durch Zufuhr elektrischer Energie wieder aufladen lassen („Akkus“) z. B. Blei-Akkumulator

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Frage

Was sind Brennstoffzellen?

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Antwort

Galvanische Elemente, deren Edukte nachgefüllt werden können z. B. Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen

Frage anzeigen

Frage

Was sind Oxidationszahlen?

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Antwort

  • geben an, welche Ladung ein Atom in einem Molekül hypothetisch als Ionenladung besitzt
  • geben an, wie viele Elementarladungen ein Atom innerhalb einer Verbindung formal aufgenommen bzw. abgegeben hat
Frage anzeigen

Frage

Was zeigt eine positive Oxidationszahl?

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Antwort

zeigt an, dass die Elektronendichte gegenüber

seinem Normalzustand verringert ist

Frage anzeigen

Frage

Was zeigt eine negative Oxidationszahl?

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Antwort

zeigt an, dass die Elektronendichte um

das Atom erhöht ist

Frage anzeigen

Frage

Wie wird die Oxidationszahl für jedes Atom berechnet?

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Antwort

  1. Bestimme die Summe der freien Elektronenpaare und der Elektronen, die aus dem Anziehen der gemeinsamen Elektronenpaaren gewonnen werden.
  2. Diese Summe ziehst du von der Zahl der Valenzelektronen ab.
    3. Fertig!


Frage anzeigen

Frage

Warum werden 

bindende Elektronenpaare zwischen den Atomen des gleichen

Elements gleichermaßen geteilt?

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Antwort

Sie haben eine homonukleare Bindung.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Lithium?

Antwort anzeigen

Antwort

+I

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Natrium?

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Antwort

+I, -I

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Kalium?

Antwort anzeigen

Antwort

-I, +I

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Wasserstoff?

Antwort anzeigen

Antwort

+I, -I


Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Beryllium?

Antwort anzeigen

Antwort

+II

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Magnesium?

Antwort anzeigen

Antwort

+II

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Bor?

Antwort anzeigen

Antwort

+III

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Aluminium?

Antwort anzeigen

Antwort

+III

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Helium?

Antwort anzeigen

Antwort

0

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Oxidationszahl für Fluor?

Antwort anzeigen

Antwort

-I

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine Reduktion?

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Antwort

Wenn ein Stoff Elektronen aufnimmt, wird er reduziert.

Elektronenaufnahme = Stoff reduziert

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel zur Reduktion durch Abgabe von Sauerstoff.

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Antwort

Zum Beispiel wenn ein rotes Quecksilberoxid in Quecksilber und und Sauerstoff gespalten wird.

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Frage

Erkläre, was passiert wenn du Kupfer(II)-oxid (CuO) in Wasserstoffstrom erhitzt.

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Antwort

  • entsteht

metallisches Kupfer (Cu)

  • Weil der Wasserstoff mit dem Sauerstoff des Kupfer(II)-oxid
    Wasser bildet
  • Es wird dem Kupfer(II)-oxid der Sauerstoff entzogen



Frage anzeigen

Frage

Was passiert wenn du Kupfer(II)-oxid zusammen mit Kohlenstoff (C) in einem Reagenzglas unter einem Gasbrenner erhitzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Du erhältst einmal Kupfer und einmal

Kohlenstoffdioxid

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