Abiturwissen Chemie Oberstufe/Organische Chemie/Redoxgleichungen

Allgemein

Bei einer Redoxreaktion werden Elektronen ausgetauscht. Dabei ist die Reaktion in Oxidation (Elektronenabgabe) und Reduktion (Elektronenaufnahme) unterteilt. Ein Stoff wird also oxidiert, indem er Elektronen abgibt bzw. reduziert indem er welche aufnimmt.

Oxidation eines Elements A	$\ce{A -> A+ + e-}$
Reduktion eines Elements B	$\ce{B + e- -> B-}$
Redoxreaktion	$\ce{A + B -> B- + A+}$

Lösen von Redoxgleichungen

Beispiel: $\ce{CuO + C (Edukte) -> Cu -CO2 (Produkte)}$

1. Oxidationszahlen bestimmen

Kupfer wird reduziert: Oxidationszahl fällt von + II auf 0.

Kohlenstoff wird oxidiert: Oxidationszahl steigt von 0 auf + IV

$\ce{Cu^{+II}O^{-II} + C^{0} -> Cu^{0} + C^{+IV}O^{-II}2}$

Regeln zum Bestimmen von Oxidationszahlen

2. Teilgleichungen aufstellen

Kohlenstoff wird oxidiert: Oxidationszahl steigt von 0 auf + IV. (Abgabe von 4 Elektronen)

Oxidation

$\ce{C -> CO2 + 4e-}$

Kupfer wird reduziert: Oxidationszahl fällt von + II auf 0. (Aufnahme von 2 Elektronen)

Reduktion

$\ce{CuO + 2e- -> Cu}$

3. Ladungsausgleich

Ist die Reaktion sauer/neutral oder basisch? Meist ist sie sauer oder neutral.

Sauer/neutral	Ausgleich erfolgt mit $\ce{H3O+}$
Basisch	Ausgleich erfolgt mit $\ce{OH-}$

Zum Ausgleichen der Ladung wird auf der Seite der Teilgleichung, auf der die Summe der Ladungen ungleich 0 ist, der entsprechende Stoff zum Ladungsausgleich addiert, sodass die Summe der Ladungen auf beiden Seiten der Teilgleichung gleich ist.

Oxidation	$\ce{C -> CO2 + 4e- + 4H3O+}$
Reduktion	$\ce{2H3O+ + CuO + 2e- -> Cu}$

4. Stoffausgleich

Der Stoffausgleich erfolgt meistens mit Wasser ($\ce{H2O}$), da die meisten Redxreaktionen in wässriger Lösung stattfinden. Dazu schaut man sich die Wasserstoff- und Sauerstoffverteilung auf beiden Seiten der Teilgleichung an und ergänzt jeweils die Differenz von Wasser- bzw. Sauerstoff mit $\ce{H2O}$, sodass auf beiden Seiten der Teilgleichung die gleiche Anzahl Wasser- und Sauerstoffatome vorhanden ist.

Oxidation	$\ce{6H2O + C -> CO2 + 4e- + 4H3O+}$
Reduktion	$\ce{2H3O+ + CuO + 2e- -> Cu + 3H2O}$

5. Beide Gleichungen müssen dieselbe Anzahl Elektronen aufweisen

Die Anzahl der Elektronen muss auf beiden Seiten gleich sein. Dafür werden die gesamten Teilgleichungen mit einer Zahl multipliziert.

Oxidation	$\ce{6H2O + C -> CO2 + 4e- + 4H3O+}$	$\ce{4e-}$	Multiplikator:$* 1$
Reduktion	$\ce{2H3O+ + CuO + 2e- -> Cu + 3H2O}$	$\ce{2e-}$	Multiplikator:$* 2$

Resultierende Teilgleichungen:

Oxidation	$\ce{6H2O + C -> CO2 + 4e- + 4H3O+}$	$\ce{4e-}$
Reduktion	$\ce{4H3O+ + 2CuO + 4e- -> 2Cu + 6H2O}$	$\ce{4e-}$

6. Zusammenfügen zu einer Gleichung

Die linke Seite der resultierenden Redoxgleichung besteht aus den linken Teilen der Teilgleichungen und die rechte Seite der Redoxgleichung aus den rechten Teilen der Teilgleichungen.

Oxidation	$\ce{6H2O + C -> CO2 + 4e- + 4H3O+}$
Reduktion	$\ce{4H3O+ + 2CuO + 4e- -> 2Cu + 6H2O}$
Redoxreaktion	$\ce{6H2O + C + 4H3O+ + 2CuO + 4e- -> CO2 + 4e- + 4H3O+ + 2Cu + 6H2O}$

6. Kürzen

Redoxreaktion

6H2O $\ce{+ C +}$ 4H3O+ $\ce{+ 2CuO +}$ 4e- $\ce{-> CO2 +}$ 4e- $\ce{+ 4H3O+ + 2Cu +}$ 6H2O

Fertige Redoxgleichung:

Redoxreaktion

$\ce{C + 2CuO -> CO2 + 2Cu}$

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Ein Erklärvideo dazu: https://www.youtube.com/embed/gneAnGORwis