Das Aufstellen vollständiger Redoxgleichungen ist ein relativ komplexer Prozess. Daher erklären wir dir diesen im Folgenden anhand mehrerer aufeinander folgender Schritte. Wichtig ist hierbei anzumerken, dass es mehrere Möglichkeiten gibt, wie du am Ende die richtige Redoxgleichung erhältst. Wir werden dir hier denjenigen Weg vorstellen, den wir für sinnvoll erachten. Dazu verwenden wir eine relativ einfache Redoxreaktion als Beispiel. Anhand dieser werden wir dir alle Schritte erklären, auch wenn zum Lösen dieser Gleichung strenggenommen nicht alle Schritte notwendig sind. 

In aller Regel werden dir zu Beginn einer Aufgabe die Edukte sowie die daraus entstehenden Produkte gegeben. In unserem Bespiel schauen wir uns die Thermitreaktion genauer an. Dabei wird Eisen(III)-oxid durch elementares Aluminium unter Bildung von Aluminiumoxid zu elementarem Eisen reduziert. Im folgenden Abschnitt wird schrittweise das systematische Vorgehen erläutert.

Aus den Informationen der Aufgabenstellung kann die Gerüstgleichung der Redoxreaktion aufgestellt werden. Dazu schreiben wir zuerst die Edukte und Produkte auf und formulieren anschließend die Reaktionsgleichung:

Edukte:

1. Eisen(III)-oxid: Fe₂O₃

2. Aluminium: Al

Produkte:

1. Eisen(II): Fe

2. Aluminiumoxid: Al₂O₃

Reaktionsgleichung:

Fe₂O₃+ 2 Al → 2 Fe + Al₂O₃

Als nächstes werden die Oxidationszahlen bestimmt, um herauszufinden, welcher Stoff reduziert bzw. oxidiert wird. Dazu können die hierarchischen Regeln zur Bestimmung der Oxidationszahlen verwendet werden.

Durch das Ermitteln der Oxidationszahlen wird deutlich, dass das Eisen reduziert und das Aluminium oxidiert wird.

Aus der Reaktionsgleichung können jetzt die beiden Teilgleichungen der Oxidation und Reduktion aufgestellt werden. Da bei einer Oxidation Elektronen abgegeben werden, müssen diese auf der Produktseite der Oxidationsgleichung auftauchen. Bei einer Reduktion werden Elektronen aufgenommen und stehen auf der Eduktseite. Die Anzahl der benötigten Elektronen ergibt sich aus der Differenz der Oxidationszahlen:

Nachdem die beiden Teilgleichungen aufgestellt worden sind, müssen diese noch etwas verändert werden, bevor sie wieder zu einer Gesamtgleichung zusammengefügt werden können. Daher werden in den nächsten Schritten noch die Ladungen sowie Wasserstoff, Sauerstoff und Elektronen ausgeglichen. Dies erfolgt in den nächsten 3 Schritten.

Bei den Reaktionsgleichungen ist es wichtig, dass auf beiden Seiten die Ladungen und Atomzahlen ausgeglichen sind. Daher kann nach dem Aufstellen der Teilgleichungen der Ladungsausgleich erfolgen. Durch welche Ionen der Ausgleich erfolgt, ist von dem Milieu, in dem die Redoxreaktion abläuft, abhängig. Läuft die Reaktion in einer sauren oder neutralen Lösung ab, muss mit H₃O⁺-Ionen ausgeglichen werden. In basischen Lösungen findet der Ausgleich durch OH^--Ionen statt.

Da in der Aufgabenstellung keine Angaben über das Medium gegeben sind, gehen wir davon aus, dass die Reaktion in einem neutralen Medium abläuft. Daher gleichen wir die Ladungen mit Hydronium-( H₃O⁺)-Ionen aus:

In der Teilgleichung der Oxidation befindet sich auf der linken Seite keine Ladung und auf der rechten Seite 6 Elektronen. Um diesen Ladungsunterschied auszugleichen, schreiben wir auf die rechte Seite sechs Hydronium-Ionen, die mit ihren einfach positiven Ladungen die Ladung der Elektronen ausgleichen.

In der Teilgleichung der Reduktion ist das Verhältnis der Ladungen genau umgekehrt. Daher schreiben wir auf die linke Seite sechs Hydronium-Ionen.

Nachdem wir die Ladungen ausgeglichen haben, kommt jetzt der Stoffausgleich von Wasserstoff und Sauerstoff. Dieser erfolgt durch Wasser. Dabei schauen wir uns bei beiden Teilgleichungen jeweils die auf (ausgehend vom Reaktionspfeil) beiden Seiten vorliegenden Wasserstoff- und Sauerstoffatome an und gleichen die Differenz zwischen den Seiten durch das Hinzufügen von Wasser aus.

Oxidation:

Bei der Oxidation liegen auf der Produktseite 18 Wasserstoffatome und 9 Sauerstoffatome mehr vor als auf der Eduktseite. Dieses Verhältnis kann durch das Hinzufügen von 9 Wassermolekülen ausgeglichen werden.

Bei der Reduktion ist das Verhältnis genau umgekehrt. Auf der Eduktseite liegen 18 Wasserstoffatome und 9 Sauerstoffatome mehr vor, sodass hier 9 Wassermoleküle auf der Produktseite hinzugefügt werden können.

Abschließend müssen wir noch sicherstellen, dass bei unserer Redoxreaktion genauso viele Elektronen aufgenommen, wie abgegeben werden. Aktuell zeigt sich die unten aufgeführte Elektronenbilanz.

Da die Zahl der Elektronen der Oxidation und Reduktion gleich ist, können wir ohne weitere Veränderung der Teilgleichung fortfahren. Ist die Anzahl an Elektronen unterschiedlich, kann ein Ausgleich durch das Multiplizieren einer oder beider Teilgleichungen mit geeigneten Faktoren für einen Ausgleich der Ladung sorgen.

Nachdem wir die Teilgleichungen aufgestellt und ausgeglichen haben, können wir beide Gleichungen addieren. Dazu fassen wir die beiden Edukt- sowie Produktseiten zusammen.

Beim Kürzen können diejenigen Moleküle weggekürzt werden, die auf beiden Seiten vorkommen. Durch diese beiden Vorgänge erhalten wir folgende Redoxgleichung:

Stellen Sie die Reaktionsgleichung für die Reaktion von einem Chlorat-Ion (ClO₃⁻) mit Schwefel zu einem Chlorid-Ion und Schwefeldioxid auf.