276 AB ITU RT RA IN IN G INFO Bei einigen Redoxpaaren sind Oxonium-Ionen an dem Gleichgewicht zwischen der reduzierten und der oxidierten Form beteiligt. Beispiel: Mn2+(aq) + 12 H2O MnO4 –(aq) + 8 H3O+(aq) + 5e– Um die Abhängigkeit der Redoxpotenziale solcher Redoxpaare vom pH-Wert zu überprüfen, wurden die folgenden Versuche durchgeführt. V1 In einen Schenkel eines U-Rohrs mit Fritte wurde eine Kupfersulfat-Lösung, c = 1 mol/L, und eine KupferElektrode (als Bezugs-Halbzelle) gegeben, in den anderen eine Kaliumpermanganat-Lösung und eine PlatinElektrode. a) Zunächst wurde die Kaliumpermanganat-Lösung mit Ethansäure-Lösung auf pH = 3 angesäuert. Die Spannung dieser Zelle wurde mit U = 0, 9 V gemessen. b) Dann wurde die Kaliumpermanganat-Lösung mit Schwefelsäure-Lösung auf pH = 1 angesäuert. Die Spannung der Zelle betrug nun U = 1,1 V. Die Kupfer-Elektrode war jeweils der Minuspol. V2 In drei Rggl. mit a) verd. Salzsäure mit pH = 0, b) angesäuerter Natriumchlorid-Lösung mit pH = 3 und c) angesäuerter Natriumbromid-Lösung mit pH = 3 wurden jeweils einige Tropfen KaliumpermanganatLösung gegeben (für das Redoxpaar Mn2+/MnO4– + 8 H3O + gilt das oben genannte Gleichgewicht). Bei der Entwicklung von fotografischen Filmen auf Silberbromid-Basis mit Hydrochinon als Reduktionsmittel ist der pH-Wert der Entwickler-Lösung wichtig. Die Filmentwicklung wird bei einem pH-Wert von pH = 10,5 durchgeführt. Es läuft folgende Reaktion ab: AgBr(s) + e– Ag(s) + Br–(aq) Hydrochinon para-Chinon (para-Dihydoxybenzol) Aufgaben A1 Zeichnen Sie eine beschriftete Skizze der Zelle in V1 und formulieren Sie die in den beiden Halbzellen ablaufenden Reaktionen. Erklären Sie, warum die Spannung dieser Zelle höher ist, wenn der pH-Wert in der Halbzelle mit der Kaliumpermanganat-Lösung niedriger ist. A2 Ermitteln Sie aus den in V1 gemessenen Spannungen das Elektrodenpotenzial (Redoxpotenzial) der Kaliumpermanganat-Halbzelle für die Fälle a) und b). A3 Geben Sie begründet an, in welchem bzw. welchen Rggl. aus V2 eine Bildung des betreffenden Halogens zu erwarten ist. A4 Geben Sie bei dem Redoxpaar Hydrochinon/Chinon die Oxidationszahlen der Atome an, an denen sie sich bei der Oxidation bzw. Reduktion ändert. A5 Erläutern Sie das Diagramm B1 und begründen Sie, unter welchen pH-Bedingungen die Entwicklung von fotografischen Filmen auf Silberbromid-Basis durchgeführt werden kann. B1 pH-Abhängigkeit des Redoxpotenzials E(Hydrochinon/para-Chinon + 2 H3O+) 1 Vgl. auch Kompetenzen trainieren zu den Kapiteln 1 bis 3. Standardpotenziale: E°(AgBr/Ag+ + Br–) = 0,07 V E°(Cu/Cu2+) = 0,35 V; E°(2 Br–/Br2) = 1,07 V; E°(2 Cl–/Cl2) = 1,36 V; E°(Mn2+/MnO4– + 8 H3O+) = 1,51 V OH OH +2H2O +2H3O ++2e– O O 0,6 E in V 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 – 0,1 0 2 4 6 8 1210 pH E (Hydrochinon/ Chinon +2 H3 O+) E °(AgBr/Ag + Br–)+ Thema1: pH-Wert-Abhängigkeit der Redoxpotenziale verschiedener Redoxpaare 3377_01_01_2012_x_Anhang_274_276 23.09.14 06:34 Seite 276 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge nt u d es C .C . B uc hn er V er la gs