Übungen

Gleichungen einrichten

1. Bestimmen Sie die Koeffizienten in den folgenden unvollständigen Redoxgleichungen:

a) Cu + NO₃^- + H⁺ Cu²⁺ + NO + H₂O

b) H₂O + NiO₂ + Fe Ni(OH)₂ + Fe(OH)₃

c) PbO₂ + HI PbI₂ + I₂ + H₂O

d) H₂O + CrI₃ + Cl₂ CrO₄^2- + IO₃^- + H⁺ + Cl^-

e) MnO₄^- + C₂O₄^2- + H⁺ Mn²⁺ + CO₂ + H₂O

f) Sb + NO₃^- + H⁺ Sb₄O₆ + NO + H₂O

g) Co(NO₂)₆^3- + MnO₄^- + H⁺ Co²⁺ + Mn²⁺ + NO₃^- + H₂O

h) Br₂ + OH^- Br^- + BrO₃^- + H₂O

i) I₂ + Cl₂ + OH^- H₃IO₆^2- + Cl^- + H₂O

k) Mn²⁺ + BiO₃^- + H⁺ MnO₄^- + Bi³⁺ + H₂O

l) MnO₄^- + CN^- + H₂O MnO₂ + CNO^- + OH^-

m) CO(NH₂)₂ + BrO^- CO₂ + N₂ + Br^- + H₂O

2. Stellen Sie die Redoxgleichung auf !

a) Permanganat-Ionen oxidieren in alkalischer Lösung ClO₂^--Ionen zu ClO₄^--Ionen. Sie selber werden zu

Braunstein MnO₂ reduziert.

b) Schwefelwasserstoff H₂S reduziert in saurer Lösung Cr₂O₇^2--Ionen zu Cr³⁺-Ionen. Aus Schwefel-

wasserstoff entsteht elementarer Schwefel.

c) Sulfit-Ionen reduzieren in saurer Lösung Iodationen zu Iod. Sie selber werden dabei zu Sulfationen

oxidiert.

d) Aus Phosphor P₄ entsteht duch Oxidation in saurer Lösung mit Unterchloriger Säure HClO

Phosphorsäure und Cl^-.

e) Beim Einleiten von Chlorgas in eine alkalische Lösung entstehen ClO₃^-- und Cl^--Ionen.

f) Blei(II)-sulfid wird durch H₂O₂ zu Blei(II)-sulfat oxidiert.

g) Aluminium und NO₃^--Ionen reagieren in alkalischer Lösung zu Al(OH)₄^- und Ammoniak.

h) CrO₃ oxidiert in saurer Lösung unter Bildung von Cr³⁺-Ionen Iodwasserstoff zu Iod.

3. Vervollständigen Sie die folgenden Redoxgleichungen !

in saurer Lösung:

a) I₂ + H₂S I^- + S

b) Ag + NO₃^- Ag⁺ + NO

c) Zn + NO₃^- Zn²⁺ + NH₄⁺

d) ClO₃^- + As₂S₃ Cl^- + H₂AsO₄^- + SO₄^2-

e) MnO₄^2- MnO₂ + MnO₄^-

in alkalischer Lösung:

f) Ag₂S + CN^- + O₂ S + Ag(CN)₂^-

g) PbO₂ + Cl^- ClO^- + Pb(OH)₃^-

h) Mn(CN)₆^4- + O₂ Mn(CN)₆^3-

4. Formulieren Sie die Redoxgleichungen !

a) Bei der Einwirkung von konzentrierter Schwefelsäure auf Kohle entsteht Kohlenstoff(IV)-oxid,

Schwefel(IV)-oxid und Wasser.

b) Bei der Reaktion von Kupfer mit Salpetersäure entsteht Kupfer(II)-nitrat, Stickstoff(IV)-oxid und

Wasser.

c) Beim Erhitzen von festem Blei(II)-nitrat entsteht Blei(II)-oxid, Stickstoff(IV)-oxid und Sauerstoff.

d) In saurer Lösung wird Natriumnitrit durch Kaliumpermanganat zu Natriumnitrat oxidiert (Ionen-

gleichung).

e) Mn²⁺-Ionen können in saurer Lösung durch Wasserstoffperoxid zu PermanganatIonen oxidiert werden.

f) Cr³⁺-Ionen können in saurer Lösung mit MnO₂/MnO₄^- zu Cr₂O₇^2- oxidiert werden.

g) In Gegenwart von Luftsauerstoff löst sich Kupfer in Salzsäure langsam auf und es bildet sich der

relativ stabile CuCl₂^--Komplex.

Galvanische Zellen

1. Skizzieren Sie die galvanische Zelle Sn/Sn²⁺//Ag/Ag⁺.

a) Welche Elektrode ist die Kathode ?

b) Welche Elektrode stellt die negative Elektrode dar ?

c) Wie gross ist die Zellspannung unter Standardbedingungen ?

d) In welcher Richtung fliessen die Elektronen ?

e) Welche Teilreaktionen laufen an der Kathode und an der Anode ab ?

2. Lösen Sie dieselben Aufgaben wie unter 1. mit der galvanischen Zelle Fe/Fe²⁺//Hg/Hg²⁺ !

3. Entscheiden und begründen Sie mit Hilfe der Standardpotentiale, ob die folgenden Reaktionen in saurem

Milieu durchführbar sind. Wenn ja, formulieren Sie zudem die Redoxgleichung !

a) Co²⁺-Ionen sollen mit Br₂ zu Co³⁺-Ionen oxidiert werden.

b) Brom soll mit Wasserstoffperoxid zu Br^- reduziert werden.

c) Mn²⁺-Ionen sollen mit Ce⁴⁺-Ionen zu MnO₄^--Ionen oxidiert werden.

d) Aus einer Zink-Ionenlösung soll mit Hilfe von Mangan-Pulver Zink ausgefällt werden.

e) Reagiert Quecksilber mit conc. HNO₃ zu Quecksilbernitrat ?

f) Lässt sich Braunstein MnO₂ mit K₂Cr₂O₇ zu KMnO₄ oxidieren ?

4. Berechnen Sie das Elektrodenpotential einer Kupferelektrode in einer Kupfersulfat-Lösung mit w(CuSO₄)

= 16 % und der Dichte r = 1,180 g/mL.

5. Wie gross ist das Elektrodenpotential einer Silberelektrode in einer bei 25°C gesättigten Silberchlorid-

Lösung ? L(AgCl)_25° = 1,6·10^-10 mol²/L².

6. Wie gross ist die Zellspannung zwischen einer Eisenelektrode in 0,001 mol/L FeSO₄-Lösung und einer

Kupferelektrode in 0,1 mol/L CuSO₄-Lösung ?

7. Wie gross ist die Zellspannung einer Konzentrationszelle

Cu/c(Cu²⁺) = 0,5 mol/L - Cu/c(Cu²⁺) = 0,001 mol/L ?

8. Eine Glaselektrode zeigt beim Eintauchen in eine Pufferlösung von pH 7 auf dem Potentiometer eine

Spannung von 500 mV. In eine andere Lösung eingetaucht ergibt sich eine Spannung von 282 mV.

Welchen pH weist diese Lösung auf ?

9. Von zwei Eisenelektroden steht eine in einer 0,01 mol/L Fe²⁺-Lösung, die andere in einer 0,1 mol/L Fe³⁺ -

Lösung. Wie gross ist die Zellspannung, wenn beide zu einem galvanischen Element kombiniert werden ?

e°(Fe²⁺) = -0,440 V; e°(Fe³⁺) = -0,044 V

10. Eine Zinkelektrode in einer 0,015 mol/L Zn²⁺-Lösung wird mit einer Silberelektrode in einer 0,15 mol/L

Ag⁺-Lösung zu einem galvanischen Element geschaltet. Berechnen Sie die Potentialdifferenz zwischen

den beiden Elektroden !

11. Eine Pb/PbSO₄-Elektrode taucht in eine Lösung mit c(K₂SO₄) = 0,05 mol/L ein. Berechnen Sie die

Zellspannung mit einer Silberelektrode in einer Silbernitratlösung mit c(AgNO₃) = 0,2 mol/L, wenn das

Löslichkeitsprodukt L(PbSO₄) = 1,58·10^-8 mol²/L² beträgt.

Elektrolyse

1. Skizzieren Sie die Elektrolysezelle einer Schmelze von AlCl₃.

a) Welche Ladung haben Anode und Kathode ?

b) In welcher Richtung fliessen die Elektronen und die Ionen ?

c) Formulieren Sie die Teilreaktionen an der Anode und an der Kathode sowie die

Gesamtreaktion !

2. Welche Stoffe werden aus den wässrigen Lösungen der folgenden Elektrolyte an der Kathode resp.

Anode abgeschieden ?

a) CuCl₂ c) NaNO₃

b) NiSO₄ d) NaI

3. Bei der elektrolytischen Bestimmung von Kupfer aus einer Kupfer(II)-salzlösung fliesst ein Strom von

0,64 A. Wie viele mg Kupfer werden theoretisch pro Minute abgeschieden ?

4. Bei der Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse einer Al₂O₃-Schmelze fliesst ein Strom von 35’000 A.

Die Elektrolyse verläuft mit einem Wirkungsgrad von 92 %. Wie viele Stunden dauert so die Herstellung

von 1000 kg reinem Aluminium ?

5. Reiner Wasserstoff wird grosstechnisch durch Wasserelektrolyse hergestellt. Wie viele m³ Wasserstoff-

gas im Nz erzeugt eine Elektrolyseapparatur stündlich bei einer Stromstärke von 2’800 A ?

6. Durch eine Nickel(II)-salzlösung wird während 15 min ein Strom von 0,6 A geleitet. Wie gross ist der

Wirkungsgrad, wenn 162 mg Nickel abgeschieden werden ?

7. Ein Blech mit einer totalen Oberfläche von 1,82 m² wird elektrolytisch vernickelt. Die Elektrolyse der

NiSO₄-Lösung dauert bei einer Stromstärke von 104 A gerade 70 min. Die Dichte von Nickel beträgt

8,9 g/cm³ und der Wirkungsgrad der Elektrolyse 56 %. Berechnen Sie die mittlere Dicke der Nickel-

schicht in µm.

8. Durch eine verdünnte Schwefelsäure-Lösung fliesst während 5 Stunden ein Strom von 1,6 A. Wie gross

ist das entstandene Knallgasvolumen bei 22°C und 1,00 bar ?

9. As³⁺ wird mit coulometrisch erzeugtem Brom zu As⁵⁺ oxidiert. Wie viele mg As₂O₃ sind in 100 mL Lösung

enthalten, wenn 20 mL davon bei einer Stromstärke von 3,00 mA zur coulometrischen Titration 35,0 s

benötigen ?

10. Zwei Elektrolysezellen sind hintereinandergeschaltet. Während in der ersten Zelle 748 mg Kupfer abge-

schieden werden, bilden sich im zweiten Gefäss 1,307 g eines zweiwertigen Metalls. Welche molare

Masse hat dieses Metall ?