Aufgabenblock — AFB III
Begründen statt nur rechnen: Behauptungen prüfen, Verfahren entwickeln, Säure-Base und Redox vernetzen und eigene Urteile formulieren — erst selbst aufschreiben, dann die Musterlösung aufklappen.
Lea schreibt ins Merkheft: „Nur Wasser kann je nach Partner Donator oder Akzeptor sein — bei Redoxreaktionen gibt es so ein Teilchen nicht.“ Beurteile diese Aussage am Beispiel des Eisen(II)-Ions \(\mathrm{Fe^{2+}}\).
Hinweis: Eisen(II)-Ionen reagieren mit Chlor zu Eisen(III)-Ionen; mit Zink entsteht aus ihnen metallisches Eisen.
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Musterlösung: Mit Chlor: \(\mathrm{2\,Fe^{2+}}+\mathrm{Cl_2}\longrightarrow\mathrm{ 2\,Fe^{3+}}+\mathrm{2\,Cl^-}\) — \(\mathrm{Fe^{2+}}\) gibt ein Elektron ab, ist also Elektronendonator (Reduktionsmittel). Mit Zink: \(\mathrm{Zn}+\mathrm{Fe^{2+}}\longrightarrow\mathrm{ Zn^{2+}}+\mathrm{Fe}\) — jetzt nimmt \(\mathrm{Fe^{2+}}\) zwei Elektronen auf und ist Elektronenakzeptor (Oxidationsmittel); das klappt, weil Zink unedler als Eisen ist. Leas Aussage ist daher falsch: Wie Wasser bei Protonen kann auch ein Teilchen wie \(\mathrm{Fe^{2+}}\) bei Elektronen je nach Partner beide Rollen übernehmen. Das Donator-Akzeptor-Prinzip gilt in beiden Reaktionstypen gleich.
Behauptung: „Negativ geladene Ionen haben schon eine volle Außenschale. Sie können deshalb keine Elektronen mehr abgeben.“ Widerlege die Behauptung mit einem Versuch: Leitet man Chlor in farblose Kaliumbromidlösung, färbt sie sich braun.
Hinweis: Die Braunfärbung stammt von elementarem Brom \(\mathrm{Br_2}\).
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Musterlösung: Aus dem farblosen Bromid-Ion wird braunes Brom: \(\mathrm{2\,Br^-}\longrightarrow\mathrm{ Br_2}+\mathrm{2\,e^-}\). Die Elektronen nimmt Chlor auf: \(\mathrm{Cl_2}+\mathrm{2\,e^-}\longrightarrow\mathrm{ 2\,Cl^-}\); gesamt \(\mathrm{Cl_2}+\mathrm{2\,Br^-}\longrightarrow\mathrm{ 2\,Cl^-}+\mathrm{Br_2}\). Bromid-Ionen geben also Elektronen ab — obwohl sie eine volle Außenschale haben. Die Behauptung ist damit widerlegt: Eine volle Außenschale ist zwar günstig, aber ein stärkerer Elektronenakzeptor wie Chlor kann einem Anion trotzdem Elektronen entziehen.
Eine Abfalllösung enthält Silber-Ionen und Kupfer(II)-Ionen. Man möchte daraus möglichst reines Silber gewinnen. Zur Verfügung stehen Zinkpulver, Eisenwolle und Kupferblech. Entwickle ein Verfahren und begründe die Wahl des Metalls.
Hinweis: Überlege für jedes Metall, welche der beiden Ionensorten es reduzieren kann.
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Musterlösung: Zink und Eisen stehen links von Kupfer und Silber; sie würden beide Ionensorten reduzieren — das abgeschiedene Silber wäre mit Kupfer verunreinigt. Kupfer steht links von Silber, aber ist gegenüber den eigenen Ionen wirkungslos: Es reduziert nur die Silber-Ionen, \(\mathrm{Cu}+\mathrm{2\,Ag^+}\longrightarrow\mathrm{ Cu^{2+}}+\mathrm{2\,Ag}\). Verfahren: 1. Kupferblech (vorher blank geschmirgelt) in die Lösung hängen. 2. Warten, bis sich kein Belag mehr bildet (Probe: ein frisches Blechstück bleibt blank). 3. Silberbelag abkratzen, abfiltrieren, mit Wasser waschen und trocknen. Nebeneffekt: Die Lösung wird durch zusätzliche \(\mathrm{Cu^{2+}}\)-Ionen blauer — das Kupfer „bezahlt“ das Silber.