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Die Thermitreaktion als Beispiel einer Redoxreaktion

Die Redoxreaktion kennst du schon. Die Thermitreaktion ist ein Beispiel für eine Redoxreaktion, bei der sowohl eine Oxidation als auch eine Reduktion stattfindet. Es handelt sich um eine Sauerstoffübertragung zwischen Aluminium und Eisenoxid. Diese Redoxreaktion kann durch Oxidationszahlen gekennzeichnet werden. Lerne mehr über Aufnahme und Abgabe der Elektronen bei der Thermitreaktion sowie Elektronenübertragung heute.

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Chemie-Team
Die Thermitreaktion als Beispiel einer Redoxreaktion
lernst du in der Unterstufe 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse - 7. Klasse

Die Thermitreaktion als Beispiel einer Redoxreaktion Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Die Thermitreaktion als Beispiel einer Redoxreaktion kannst du es wiederholen und üben.
  • Erkläre den Prozess der Aluminothermie.

    Tipps

    Um die Schienen zu verbinden, benötigst du flüssiges Eisen.

    Lösung

    Um Eisenbahnschienen miteinander zu verbinden, wird flüssiges Eisen benötigt. Dieses lässt sich durch Thermitschweißen (Aluminothermie) erhalten. Dazu wird ein Gemisch aus Eisenoxid und Aluminium gezündet. Bei der ablaufenden Redoxreaktion entsteht das benötigte Eisen. Gleichzeitig wird so viel Wärme erzeugt, dass das Eisen schmilzt und zwischen die Schienen laufen kann.

  • Formuliere die Redoxgleichung von Aluminium und Eisen(II)oxid.

    Tipps

    Überlege dir zuerst, welches Element reduziert und welches oxidiert wird.

    In der Gesamtgleichung werden Oxidation und Reduktion zusammengefasst. Bedenke, dass dafür die Elektronenanzahl in beiden Teilgleichungen gleich sein muss.

    In der Gesamtgleichung tauchen keine Elektronen mehr auf.

    Die oxidierten Formen liegen als Oxide vor.

    Lösung

    Beim Erstellen einer Redoxgleichung werden zunächst Oxidation und Reduktion bestimmt. Bei der Oxidation erhöht sich die Oxidationszahl eines Elementes, es werden also Elektronen abgegeben. Bei der Reduktion wird die Oxidationszahl kleiner. In unserem Beispiel wird also Aluminium oxidiert und Eisen reduziert. Bei der Oxidation werden 3 Elektronen benötigt, bei der Reduktion aber nur 2 frei. Da die Elektronenanzahl in einer Redoxgleichung ausgeglichen sein muss, wird also die Teilgleichung der Oxidation mit zwei multipliziert und die Teilgleichung der Reduktion mit 3. Du suchst dir also das kleinste gemeinsame Vielfache. Anschließend werden beide Reaktionen zusammengefasst. Zuletzt werden aus den Ionen wieder die eingesetzten Oxide, indem du den Sauerstoff in der Gleichung ergänzt.

    $ Al \rightarrow Al^{3+} + 3~e^-$

    $Fe^{2+} + 2~e^- \rightarrow Fe$

    $2~Al + 3~Fe^{2+} \rightarrow 2~Al^{3+} + 3~Fe$

    $2~Al + 3~FeO \rightarrow Al_2O_3 + 3~Fe $

  • Bestimme die Oxidationszahlen des Schwefels in folgenden Verbindungen.

    Tipps

    Die Elektronen der Bindung werden immer dem elektronegativeren Partner zugeordnet.

    Im Periodensystem nimmt die Elektronegativität von links nach rechts und von unten nach oben zu.

    Lösung

    Um die Oxidationszahlen eines Elements in einer Verbindung bestimmen zu können, musst du zunächst aus dem Periodensystem ermitteln, welches Element in der Verbindung das elektronegativere ist. Einen guten Anhaltspunkt bietet dir da auch schon die Lage des Elements im Periodensystem. Denn die Elektronegativität nimmt im Periodensystem von links nach rechts und von unten nach oben zu.

    Sauerstoff ist in diesem Fall das elektronegativste Element, dann kommt Schwefel und dann Wasserstoff. In einer Verbindung werden die Bindungselektronen nun formal dem elektronegativeren zugerechnet. In Schwefeldioxid werden also die Bindungelektronen zum Sauerstoff gezählt. Damit werden vier negative Ladungen vom Schwefel genommen und er erhält die Oxidationsstufe +IV. In Schwefelwasserstoff werden die Elektronen zum Schwefel gerechnet und somit erhält Schwefel die Oxidationszahl -II. In Schwefelsäure erhält er +VI. Da im elementaren Schwefel $S_8$ nur Schwefelatome gebunden sind, erhält er hier die Oxidationsstufe 0.

  • Entscheide, ob folgende Stoffe oxidiert oder reduziert werden.

    Tipps

    Bei der Oxidation wird die Oxidationszahl des Elementes größer.

    Bei einer Oxidation werden Elektronen abgegeben.

    Eines der Beispiele ist keine Red-Ox-Reaktion.

    Lösung

    Wird ein Element oxidiert, dann wird die Oxidationszahl größer. Es werden also Elektronen abgegeben. Um zu bestimmen, ob eine Oxidation oder eine Reduktion vorliegt, kannst du dir also die Oxidationszahl eines Elementes anschauen. Bei einer Oxidation werden Elektronen abgegeben. Da diese nicht frei existieren können, muss eine Oxidation immer mit einer Reduktion gekoppelt sein. Bei der Reduktion werden die Elektronen aufgenommen. Die Oxidationszahl reduziert sich bei diesem Element.

    Wenn wir also Kupfer und Schwefel zu Kupfersulfid reagieren lassen, dann wird Kupfer dabei oxidiert. Seine Oxidationszahl steigt von 0 als +II. Die dabei freiwerdenden Elektronen werden vom Schwefel aufgenommen. Der Schwefel wird bei dieser Reaktion also reduziert und die Oxidationsstufe sinkt von 0 auf -II.

    Ändert sich die Oxidationszahl allerdings bei keinem der beteiligten Elemente, so wie bei der Reaktion von Schwefeldioxid mit Wasser zur schwefligen Säure, dann liegt auch keine Redoxgleichung vor. Es wird also weder ein Stoff oxidiert noch reduziert.

  • Erkläre, warum Oxidation und Reduktion immer gekoppelt ablaufen müssen.

    Tipps

    Bei einer Redoxreaktion werden Ladungen übertragen.

    Lösung

    Wird ein Element oxidiert, erhöht sich seine Oxidationszahl. Es gibt dann negative Ladung bzw. Elektronen ab. Die Elektronen können aber nicht frei existieren. Es wird also ein zweites Element benötigt, das die Elektronen aufnimmt und somit reduziert wird.

  • Formuliere die Redoxgleichung zur Synthese von Schwefeltrioxid.

    Tipps

    Sauerstoff ist elektronegativer als Schwefel.

    Der elektronegativere Partner nimmt die Elektronen auf.

    In der Gesamtgleichung werden Oxidation und Reduktion zusammengefasst.

    Es müssen so viele Elektronen aufgenommen wie abgegeben werden.

    Lösung

    Schwefel wird in der Synthese oxidiert. Er besitzt in dieser Verbindung die Oxidationsstufe +VI. Es werden bei der Oxidation also 6 Elektronen abgegeben. Gleichzeitig wird Sauerstoff reduziert. Da im Molekül zwei Atome Sauerstoff enthalten sind und beide die Oxidationsstufe -II besitzen, werden 4 Elektronen aufgenommen. Um nun beide Reaktionen zusammenfassen zu können, muss das kleinste gemeinsame Vielfache der übertragenen Elektronen gebildet werden. Das ist in diesem Fall 12. Die Teilgleichung der Oxidation muss also mit zwei multipliziert werden, die der Reduktion mit 3.

    Daraus ergibt sich die Gesamtgleichung:

    $ 2~S + 3~O_2 \rightarrow 2~SO_3$