Fachdidaktik Chemie II Redox-Reaktionen

Kekulé und Mendelejew

Alternativer Einstieg in die Redox-Reaktionen:

Oxidation im engeren Sinn: Experimente

Oxidation im allgemeinen Sinn: Eisen + Chlor Aluminium + Brom Eine Lösung von Kupfer(II)-chlorid und Silber Zinkpulver + Schwefel (siehe Anleitung v. Paul Käser)

Oxidation im allgemeinen Sinn:

Oxidieren?

Ox-idieren: Na· Na + Ochse  Na+ + Ochse- Fazit: Na wird ochsidiert

Redox-Gleichungen formulieren Tipps: Edukte in der Redox-Reihe markieren. Stets nach dem gleichen Schema verfahren. „Kochrezept“ Falls nicht mehr ganz frisch: Verhältnisformeln (Salze) repetieren! Die Prozesse selbst mit Skizzen erklären.

Das Aufstellen von Redox-Gleichungen Die beiden Halbreaktionen aufstellen und zusammenzählen: Fe  Fe3+ + 3 e- | ·2 Oxidation Cl2 + 2 e-  2 Cl- | ·3 Reduktion ____________________________________________________________________________________ 2 Fe + 3 Cl2  2 Fe3- + 6 Cl- Teilchengleichung 2 Fe + 3 Cl2  2 FeCl3 Stoffgleichung

Vorsicht! Im Salz hat es kein Metall! NaCl enthält KEIN Natrium!!!

Frage: Macht diese Reihenfolge Sinn? Wieso?

Oxidationsmittel / Reduktionsmittel Oxidationsmittel: Oxidiert den Reaktionspartner, wird also selbst reduziert. Reduktionsmittel: Reduziert den Reaktionspartner, wird also selbst oxidiert.

Die Standard-Wasserstoff-Elektrode Das Potential der Standard-H-Elektrode wurde per Definition gleich Null gesetzt. Die Standard-Reduktionspotentiale aller anderen Halbreaktionen beziehen sich also auf die Messung gegen die Standard-H-Elektrode. Macht das Sinn? Könnte man es besser machen? Was bespricht man davon?

CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O Oxidationszahlen   Sollen Oxidationszahlen tatsächlich so spät im Thema eingeführt werden? Sie sind doch unglaublich wichtig! Begründung für die Notwendigkeit von Oxidationszahlen: CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O Vergleiche: Fe  Fe2+ + 2 e-

Elektrolyse   Experiment: Wechselstrom-Elektrolyse 

Frage: Bildet die Anode bei elektrochemischen Zellen den Plus- oder den Minuspol?

Aluminium ist allgegenwärtig!

Nitroglycerin (Glyceroltrinitrat) flüssig alles Gase  ca. 3000fache Volumenvergrösserung! Detonationsgeschwindigkeit bis 8500 m/s

Nobelpreis

Plastiksprengstoffe

Hochofen

Ohne Batterien und Akkus nichts los

Wie viel Energie steckt in einer Batterie? ca. 10 kJ pro Batterie

Zum Vergleich:

ca. 10 kJ pro Batterie

Gespeicherte Energie einer Batterie ca. 10 kJ pro Batterie ca. 750 kJ

Samsung Galaxy Note 7

Energiedichten: Stoff/System Energiedichte in MJ/kg 0,0643 Bleiakku 0,11

Energiedichten: Stoff/System Energiedichte in MJ/kg Adenosintriphosphat (ATP) 0,0643 Bleiakku 0,11

Energiedichten: Stoff/System Energiedichte in MJ/kg Adenosintriphosphat (ATP) 0,0643 Bleiakku 0,11 Kohle-Zink-Batterie 0,23 NiMH Akku 0,36 Alkaline-Zelle 0,45 Lithium Akku 0,54 Lithium Batterie 0,9 Zink-Luft Batterie 1,2 Wasserstoff (inklusive Hydridtank) ca. 1,19 Erdbeerjoghurt 4,3

Energiedichten: Stoff/System Energiedichte in MJ/kg Adenosintriphosphat (ATP) 0,0643 Bleiakku 0,11 Kohle-Zink-Batterie 0,23 NiMH Akku 0,36 Alkaline-Zelle 0,45 Lithium Akku 0,54 Lithium Batterie 0,9 Zink-Luft Batterie 1,2 Wasserstoff (inklusive Hydridtank) ca. 1,19 Erdbeerjoghurt 4,3 Benzin 43

Energiedichten: Stoff/System Energiedichte in MJ/kg Adenosintriphosphat (ATP) 0,0643 Bleiakku 0,11 Kohle-Zink-Batterie 0,23 NiMH Akku 0,36 Alkaline-Zelle 0,45 Lithium Akku 0,54 Lithium Batterie 0,9 Zink-Luft Batterie 1,2 Wasserstoff (inklusive Hydridtank) ca. 1,19 Erdbeerjoghurt 4,3 Benzin 43 Wasserstoff (ohne Tank) 119,9

Energiedichten: Stoff/System Energiedichte in MJ/kg Adenosintriphosphat (ATP) 0,0643 Bleiakku 0,11 Kohle-Zink-Batterie 0,23 NiMH Akku 0,36 Alkaline-Zelle 0,45 Lithium Akku 0,54 Lithium Batterie 0,9 Zink-Luft Batterie 1,2 Wasserstoff (inklusive Hydridtank) ca. 1,19 Erdbeerjoghurt 4,3 Benzin 43 Wasserstoff (ohne Tank) 119,9 Kernspaltung U-235 90.000.000 Kernfusion (H) 300.000.000 Masse zu Energie 90.000.000.000

Aufgabe Ein Akkumulator ist im Prinzip ähnlich aufgebaut wie eine Batterie. Suchen Sie mithilfe der Redox-Reihe nach einer Möglichkeit, nur mit einer einzigen Metall-Sorte eine Batterie zu konstruieren. Das heisst, es muss also eine Oxidation und eine Reduktion möglich sein!

Bleiakku: Entladen

Bleiakku: Aufladen

Effiziente Nutzung von Energie