Elektrische Energie aus chemischen Reaktionen
Das lernst du
- Ich beschreibe Bau und Arbeitsweise des Daniell-Elements.
- Ich ermittle Standardelektrodenpotenziale mit der Standardwasserstoff-Elektrode und lese die Spannungsreihe.
- Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.
- Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.
- Ich erkläre Lokalelement sowie Sauerstoff- und Säurekorrosion.
- Ich begründe Korrosionsschutz mit Opferanode und kenne ein Nanomaterial als Schutz.
- Ich erkläre die Grundlagen der Elektrolyse und ein technisches Beispiel.
- Ich wende die Nernst-Gleichung und die Faraday-Gesetze an (Leistungskurs).
Merksätze
Zink wird oxidiert (Minuspol), Kupferionen werden reduziert (Pluspol).
Elektronen fließen im Draht, Ionen in der Lösung.
Die Standardwasserstoff-Elektrode hat 0 V. Negativer heißt: gibt Elektronen leichter ab.
U = E°(Akzeptor) − E°(Donator), jedes Potenzial einmal.
Daniell: 0,34 V − (−0,76 V) = 1,10 V.
Primärelemente sind nicht ladbar.
Akkus lädt Strom von außen. Brennstoffzellen bekommen Stoffe laufend zugeführt.
Im Wasserfilm bildet sich ein Lokalelement.
An der Anode wird Eisen oxidiert, an der Kathode Sauerstoff oder H₃O⁺ reduziert.
Das unedlere Metall wird statt des edleren oxidiert (Opferanode).
Superhydrophobe Schichten halten den Wasserfilm fern.
Die Elektrolyse erzwingt eine Reaktion durch Gleichspannung.
An der Kathode wird reduziert, an der Anode oxidiert.
Nernst: E = E° + (0,059 V : z) · lg c(Ox) : c(Red).
Faraday: n = I · t : (z · F), F = 96.485 C/mol.
Selbst abfragen
Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.
So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Nickel in einer Lösung von Ni²⁺-Ionen und Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
- Potenziale: Nickel −0,26 V, Silber +0,80 V.
- Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
- Nickel wird oxidiert.
Ergebnis: Nickel, es wird oxidiert
Standardpotenziale: Nickel −0,26 V, Silber +0,80 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
- Ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab.
- Dazu neigt das Paar mit dem negativeren Potenzial.
- Das ist Nickel.
Ergebnis: Nickel, es hat das negativere Potenzial
Eine Zelle aus Nickel (−0,26 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
- Akzeptor: Silber, Donator: Nickel.
- U = +0,80 V − (−0,26 V)
- U = 1,06 V
Ergebnis: 1,06 V
Wie ordnet man eine Lithium-Batterie im Rauchmelder ein?
- Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
- Werden die Stoffe laufend zugeführt?
- Also Primärelement.
Ergebnis: Primärelement
Weiter lesen und ausprobieren – auf fremden Seiten
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Moleküle bauen (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): pH-Wert von Säuren und Basen (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
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