Redoxreaktionen: Übungen AFB II – Chemie Klasse 10

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Sachaufgaben aus dem ganzen Kapitel, bunt gemischt: erst erkennen, was wandert und welche Regel passt, dann in mehreren Schritten rechnen — mit gestuften Tipps, wenn du nicht weiterkommst.

Elektronen aus der Lithium-Batterie

AFB II

Eine Lithium-Batterie enthält 0,347 g Lithium. Beim Entladen wird das gesamte Lithium zu \(\mathrm{Li^+}\)-Ionen oxidiert \((M(\mathrm{Li})=6{,}94\ \mathrm{g/mol},\ N_A=6{,}022\cdot 10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}})\).

a) Berechne die Stoffmenge der Elektronen, die die Batterie liefern kann. b) Wie viele Elektronen sind das? Gib die Anzahl als Vielfaches von \(10^{22}\) an.

a) n(e⁻) = mol

b) N = · 10²²

Ansatz: Teilgleichung \(\mathrm{Li}\longrightarrow\mathrm{ Li^{+}}+\mathrm{e^-}\): pro Atom ein Elektron. Dann \(n=m:M\) und \(N=n\cdot N_A\).

Rechenweg: \(n(\mathrm{Li})=0{,}347:6{,}94=0{,}05\) mol \(=n(\mathrm{e^-})\); \(N=0{,}05\cdot 6{,}022\cdot 10^{23}\).

Lösung: a) 0,05 mol b) ≈ 3,01 · 10²² Elektronen

Vollständige Lösung

a) \(\mathrm{Li}\longrightarrow\mathrm{ Li^{+}}+\mathrm{e^-}\), also gilt \(n(\mathrm{e^-})=n(\mathrm{Li})=\dfrac{0{,}347\ \mathrm{g}}{6{,}94\ \mathrm{g/mol}}=0{,}05\ \mathrm{mol}\). b) \(N=0{,}05\ \mathrm{mol}\cdot 6{,}022\cdot 10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}\approx 3{,}01\cdot 10^{22}\). Hinweis: Lithium ist in der I. Hauptgruppe — ein Elektron pro Atom, deshalb sind die beiden Stoffmengen gleich.

Ein Elektron pro Lithium-Atom

Der Bleibaum

AFB II

Hängt man ein Zinkblech in Blei(II)-nitratlösung, wachsen daran glitzernde Bleikristalle — ein „Bleibaum“. Das Blech verliert dabei 1,962 g Zink \((M(\mathrm{Zn})=65{,}4\ \mathrm{g/mol},\ M(\mathrm{Pb})=207\ \mathrm{g/mol})\).

a) Bestimme die Stoffmenge des gelösten Zinks. b) Welche Masse Blei scheidet sich ab? Runde auf zwei Nachkommastellen.

a) n(Zn) = mol

b) m(Pb) = g

Ansatz: Erst die Redoxgleichung aufstellen: Zink gibt 2 Elektronen ab, ein \(\mathrm{Pb^{2+}}\)-Ion nimmt 2 auf.

Rechenweg: \(\mathrm{Zn}+\mathrm{Pb^{2+}}\longrightarrow\mathrm{ Zn^{2+}}+\mathrm{Pb}\): Verhältnis 1 : 1. \(n=1{,}962:65{,}4\); \(m=n\cdot 207\).

Lösung: a) 0,03 mol b) 6,21 g

Vollständige Lösung

a) \(n(\mathrm{Zn})=\dfrac{1{,}962\ \mathrm{g}}{65{,}4\ \mathrm{g/mol}}=0{,}03\ \mathrm{mol}\). b) Oxidation \(\mathrm{Zn}\longrightarrow\mathrm{ Zn^{2+}}+\mathrm{2\,e^-}\), Reduktion \(\mathrm{Pb^{2+}}+\mathrm{2\,e^-}\longrightarrow\mathrm{ Pb}\), gesamt \(\mathrm{Zn}+\mathrm{Pb^{2+}}\longrightarrow\mathrm{ Zn^{2+}}+\mathrm{Pb}\). Also \(n(\mathrm{Pb})=0{,}03\ \mathrm{mol}\) und \(m(\mathrm{Pb})=0{,}03\ \mathrm{mol}\cdot 207\ \mathrm{g/mol}=6{,}21\ \mathrm{g}\). Hinweis: Zink steht in der Redoxreihe links von Blei — die Reaktion läuft freiwillig ab.

Zink in Blei(II)-nitratlösung

Kupfer auf Aluminium

AFB II

Aluminiumgrieß wird in blaue Kupfer(II)-sulfatlösung gegeben; etwas Kochsalz greift die schützende Oxidschicht an. Die Lösung wird heiß, und rotbraunes Kupfer entsteht. Es reagieren 0,54 g Aluminium \((M(\mathrm{Al})=27\ \mathrm{g/mol},\ M(\mathrm{Cu})=63{,}5\ \mathrm{g/mol})\).

a) Stelle die Redoxgleichung auf und gib an, wie viele Elektronen pro Formelumsatz übertragen werden. b) Berechne die Masse des entstehenden Kupfers auf zwei Nachkommastellen.

a) übertragene e⁻ = e⁻

b) m(Cu) = g

Ansatz: \(\mathrm{Al}\longrightarrow\mathrm{ Al^{3+}}+\mathrm{3\,e^-}\) und \(\mathrm{Cu^{2+}}+\mathrm{2\,e^-}\longrightarrow\mathrm{ Cu}\) — Faktoren über das kgV(3, 2).

Rechenweg: Oxidation \(\cdot 2\), Reduktion \(\cdot 3\): \(\mathrm{2\,Al}+\mathrm{3\,Cu^{2+}}\longrightarrow\mathrm{ 2\,Al^{3+}}+\mathrm{3\,Cu}\). \(n(\mathrm{Al})=0{,}02\) mol, \(n(\mathrm{Cu})=\tfrac32\cdot 0{,}02\) mol.

Lösung: a) 6 Elektronen b) ≈ 1,91 g

Vollständige Lösung

a) kgV(3, 2) = 6: \(\mathrm{2\,Al}\longrightarrow\mathrm{ 2\,Al^{3+}}+\mathrm{6\,e^-}\) und \(\mathrm{3\,Cu^{2+}}+\mathrm{6\,e^-}\longrightarrow\mathrm{ 3\,Cu}\), gesamt \(\mathrm{2\,Al}+\mathrm{3\,Cu^{2+}}\longrightarrow\mathrm{ 2\,Al^{3+}}+\mathrm{3\,Cu}\) — 6 Elektronen. b) \(n(\mathrm{Al})=0{,}54:27=0{,}02\ \mathrm{mol}\); laut Gleichung \(n(\mathrm{Cu})=\tfrac32\cdot 0{,}02=0{,}03\ \mathrm{mol}\); \(m(\mathrm{Cu})=0{,}03\cdot 63{,}5\approx 1{,}91\ \mathrm{g}\). Hinweis: Das Stoffmengenverhältnis ist 2 : 3, nicht 1 : 1.