Einordnung
Diese Aufgabe war eine kleine Teilaufgabe der Abituraufgabe "Blausäure - schwache Säure, starkes Gift" von 2021 in NRW.
Ein Verfahren zur Synthese von Blausäure HCN ist das Andrussow-Verfahren:
$2 \ CH_4 + 2 \ NH_3 + 3 \ O_2 \to 2 \ HCN + 6 \ H_2O$
Die Frage ist jetzt, handelt es sich bei dieser Reaktion um eine Säure-Base-Reaktion oder um eine Redox-Reaktion?
Eine Säure-Base-Reaktion können wir mit Sicherheit ausschließen, es findet schließlich keine Protolyse statt. Das Methan CH4 kann kein Proton abgeben, das Ammoniak NH3 gibt hier ebenfalls kein Proton ab und nimmt auch keins auf. Höchstens beim Sauerstoff O2 könnte man denken, dass hier eine Protonenaufnahme stattfindet, aber dann müsste ein positiv geladenes Produkt HO2+ oder HO+ entstehen, was hier auch nicht der Fall ist.
Also wird es sich wohl um eine Redoxreaktion handeln. Das kann man aber nicht einfach so behaupten, sondern man muss es mit Hilfe von Oxidationszahlen beweisen.
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Die C-Atome
Betrachten wir dazu einfach mal die Kohlenstoff-Atome.
Im CH4 hat das C-Atom die Oxidationszahl -IV.
Begründung: Das C-Atom ist etwas elektronegativer als die H-Atome, daher werden die Bindungselektronen der vier C-H-Bindungen formal dem C-Atom zugeschlagen, so dass dieses formal 8 Elektronen besitzt, also 4 mehr, als es laut Periodensystem haben sollte. Daraus resultiert die Oxidationszahl -IV.
In der Blausäure hat das C-Atom aber die Oxidationszahl +II.
Begründung: Zwischen dem C- und dem N-Atom besteht eine Dreifachbindung. Alle sechs Bindungselektronen werden formal dem elektronegativeren N-Atom zugeordnet. Lediglich die beiden Bindungselektronen der H-C-Bindung werden dem C-Atom zugeschrieben. Dieses besitzt jetzt formal nur noch zwei Elektronen, also zwei weniger, als es eigentlich haben sollte. Daraus resultiert die positive Oxidationszahl von +II.
Die O-Atome
Auch bei den O-Atomen kann man eine Veränderung der Oxidationszahl beobachten.
Begründung: Im Sauerstoff hat O eine Oxidationszahl von 0. Im H2O befinden sich alle vier Bindungselektronen formal beim Sauerstoff, da Sauerstoff elektronegativer ist als Wasserstoff. Dazu kommen noch die vier Elektronen der beiden freien Elektronenpaare. Somit hat das O-Atom im Wasser formal 8 Elektronen. Das sind zwei mehr, als es laut Periodensystem haben sollte. Die Oxidationszahl von Sauerstoff im Wasser ist also -II.
Die N-Atome
Im Ammoniak hat das N-Atom die Oxidationszahl -III, denn alle sechs Bindungselektronen sowie die beiden Elektronen des freien Elektronenpaars werden dem N-Atom zugeschlagen. Damit hat Stickstoff 8 Elektronen statt eigentlich 5.
In der Blausäure hat Stickstoff ebenfalls die Oxidationszahl -III. Die sechs Bindungselektronen der C-N-Dreifachbindung werden dem N-Atom zugerechnet, ebenso die beiden Bindungselektronen der C-N-Bindung. Stickstoff hat also wieder drei Elektronen zu viel.
Fazit:
Das C-Atom des Methans gibt bei der Reaktion sechs Elektronen ab. Diese sechs Elektronen werden von drei O-Atomen aufgenommen. Es handelt sich also um eine klassische Redoxreaktion.