Chemie · Klasse 13 · Kapitel

Elektrische Energie aus chemischen Reaktionen

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Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
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○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich beschreibe Bau und Arbeitsweise des Daniell-Elements.

MerkenDaniell-Element

Zink wird oxidiert (Minuspol), Kupferionen werden reduziert (Pluspol).

Elektronen fließen im Draht, Ionen in der Lösung.

BeispielDaniell-Element: Bau und Arbeitsweise

Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Zink in einer Lösung von Zn²⁺-Ionen und Blei in einer Lösung von Pb²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?

Schritt für Schritt

Potenziale: Zink −0,76 V, Blei −0,13 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Zink wird oxidiert.

Potenziale: Zink −0,76 V, Blei −0,13 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Zink wird oxidiert.

Ergebnis:

Zink, es wird oxidiert

AchtungAnode ist immer der Pluspol

So nicht

Wie lautet die Gesamtgleichung des Daniell-Elements → Zn²⁺ + Cu → Zn + Cu²⁺

So richtig

Wie lautet die Gesamtgleichung des Daniell-Elements → Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Frag zuerst: Wo werden Elektronen abgegeben? Dort ist die Anode, egal welches Vorzeichen sie hat.

ÜbenJetzt du

○1
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen und Nickel in einer Lösung von Ni²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
So fängst du an:
Potenziale: Eisen −0,44 V, Nickel −0,26 V.
Lösung zeigen
1. Potenziale: Eisen −0,44 V, Nickel −0,26 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Eisen wird oxidiert.
Ergebnis:
Eisen, es wird oxidiert
●2
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Nickel in einer Lösung von Ni²⁺-Ionen und Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Nickel −0,26 V, Kupfer +0,34 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Nickel wird oxidiert.
Ergebnis:
Nickel, es wird oxidiert
★3
Wie lautet die Gesamtgleichung des Daniell-Elements?
Lösung zeigen
1. Zink wird oxidiert: Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻.
2. Kupferionen werden reduziert: Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu.
3. Beide Teilgleichungen addiert.
Ergebnis:
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

2Ich ermittle Standardelektrodenpotenziale mit der Standardwasserstoff-Elektrode und lese die Spannungsreihe.

MerkenSpannungsreihe

Die Standardwasserstoff-Elektrode hat 0 V. Negativer heißt: gibt Elektronen leichter ab.

BeispielStandardpotenziale und Spannungsreihe

Standardpotenziale: Aluminium −1,66 V, Blei −0,13 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?

Schritt für Schritt

Ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab.
Dazu neigt das Paar mit dem negativeren Potenzial.
Das ist Aluminium.

Ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab.
Dazu neigt das Paar mit dem negativeren Potenzial.
Das ist Aluminium.

Ergebnis:

Aluminium, es hat das negativere Potenzial

AchtungDonator und Akzeptor vertauscht

So nicht

Zink ist edler, also ist Zink der Akzeptor: −0,76 V − 0,34 V = −1,10 V.

So richtig

Das Redoxpaar mit dem kleineren E° gibt Elektronen ab (Donator). Die Zellspannung ist positiv: 0,34 V − (−0,76 V) = 1,10 V.

Ordne beide Paare in der Spannungsreihe. Das untere gibt Elektronen ab, das obere nimmt sie auf.

ÜbenJetzt du

○4
Standardpotenziale: Aluminium −1,66 V, Eisen −0,44 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
So fängst du an:
Ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab.
Lösung zeigen
1. Ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab.
2. Dazu neigt das Paar mit dem negativeren Potenzial.
3. Das ist Aluminium.
Ergebnis:
Aluminium, es hat das negativere Potenzial
●5
Ein Redoxpaar hat das Standardpotenzial −2,37 V. Was sagt das über die reduzierte Form?
Lösung zeigen
1. Negativ heißt: abgabefreudig.
2. Die reduzierte Form ist der Donator.
3. Das Metall ist stark unedel.
Ergebnis:
Sie gibt Elektronen sehr leicht ab
★6
Warum wählt man für Standardbedingungen immer 1 mol/L der Ionen und 25 Grad Celsius?
Lösung zeigen
1. Das Potenzial ändert sich mit der Konzentration.
2. Gleiche Bedingungen machen Werte vergleichbar.
3. Deshalb sind alle Standardpotenziale für 1 mol/L angegeben.
Ergebnis:
Damit die Potenziale vergleichbar sind

3Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.

MerkenZellspannung

U = E°(Akzeptor) − E°(Donator), jedes Potenzial einmal.

Daniell: 0,34 V − (−0,76 V) = 1,10 V.

BeispielZellspannung berechnen

Eine Zelle aus Eisen (−0,44 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?

Schritt für Schritt

Akzeptor: Kupfer, Donator: Eisen.
U = +0,34 V − (−0,44 V)
U = 0,78 V

Akzeptor: Kupfer, Donator: Eisen.
U = +0,34 V − (−0,44 V)
U = 0,78 V

Ergebnis:

0,78 V

AchtungStandardpotenziale werden addiert

So nicht

Zink −0,76 V und Kupfer +0,34 V ergeben −0,42 V.

So richtig

Zellspannung ist Akzeptor minus Donator: 0,34 V − (−0,76 V) = 1,10 V.

Bestimme erst den Akzeptor, dann den Donator. Rechne E° des Akzeptors minus E° des Donators.

ÜbenJetzt du

○7
Eine Zelle aus Eisen (−0,44 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
So fängst du an:
Akzeptor: Silber, Donator: Eisen.
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Silber, Donator: Eisen.
2. U = +0,80 V − (−0,44 V)
3. U = 1,24 V
Ergebnis:
1,24 V
●8
Eine Zelle aus Magnesium (−2,37 V) und Blei (−0,13 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Blei, Donator: Magnesium.
2. U = −0,13 V − (−2,37 V)
3. U = 2,24 V
Ergebnis:
2,24 V
★9
Eine Zelle liefert 0,50 V. Das Potenzial des Donators ist −0,26 V. Bestimme: Wie groß ist das Potenzial des Akzeptors?
Lösung zeigen
1. U = E(Akzeptor) − E(Donator), also E(Akzeptor) = U + E(Donator).
2. E(Akzeptor) = 0,50 V + (−0,26 V).
3. E(Akzeptor) = 0,24 V
Ergebnis:
0,24 V

4Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.

MerkenSpannungsquellen

Primärelemente sind nicht ladbar.

Akkus lädt Strom von außen. Brennstoffzellen bekommen Stoffe laufend zugeführt.

BeispielPrimär-, Sekundärelement und Brennstoffzelle

Wie ordnet man eine Knopfzelle in der Armbanduhr ein?

Schritt für Schritt

Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
Werden die Stoffe laufend zugeführt?
Also Primärelement.

Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
Werden die Stoffe laufend zugeführt?
Also Primärelement.

Ergebnis:

Primärelement

AchtungBeim Laden läuft dieselbe Reaktion weiter

So nicht

Wie ordnet man eine Knopfzelle in der Armbanduhr ein → Sekundärelement

So richtig

Wie ordnet man eine Knopfzelle in der Armbanduhr ein → Primärelement

Schreib die Entladereaktion auf und kehre sie um. Wer erzwingt die Umkehr?

ÜbenJetzt du

○10
Wie ordnet man ein Lithium-Akku im Elektroauto ein?
So fängst du an:
Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
Lösung zeigen
1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
3. Also Sekundärelement.
Ergebnis:
Sekundärelement
●11
Wie ordnet man eine Brennstoffzelle mit Methanol in einem Camping-Stromgerät ein?
Lösung zeigen
1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
3. Also Brennstoffzelle.
Ergebnis:
Brennstoffzelle
★12
Wie ordnet man eine Zink-Luft-Zelle im Hörgerät ein?
Lösung zeigen
1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
3. Also Primärelement.
Ergebnis:
Primärelement

5Ich erkläre Lokalelement sowie Sauerstoff- und Säurekorrosion.

MerkenKorrosion

Im Wasserfilm bildet sich ein Lokalelement.

An der Anode wird Eisen oxidiert, an der Kathode Sauerstoff oder H₃O⁺ reduziert.

BeispielLokalelement, Sauerstoff- und Säurekorrosion

Rostet ein Stahlträger in einer Betonwand mit trockener Innenluft?

Schritt für Schritt

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Im alkalischen und trockenen Beton fehlen Wasser und Säure.
Also rostet es kaum.

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Im alkalischen und trockenen Beton fehlen Wasser und Säure.
Also rostet es kaum.

Ergebnis:

Nein, es bleibt weitgehend blank

AchtungDas edlere Metall schützt das unedlere

So nicht

Man verbindet Eisen mit Kupfer, dann ist das Eisen geschützt.

So richtig

Es schützt das unedlere Metall: Zink oder Magnesium wird statt Eisen oxidiert (Opferanode). Mit Kupfer rostet das Eisen schneller.

Ordne Eisen und das Schutzmetall in der Spannungsreihe. Das mit dem kleineren Potenzial wird oxidiert.

ÜbenJetzt du

○13
Welche Teilreaktion läuft an der Kathode bei der Sauerstoffkorrosion im neutralen Wasserfilm ab?
So fängst du an:
Die Kathode reduziert.
Lösung zeigen
1. Die Kathode reduziert.
2. Im neutralen Wasserfilm wird Sauerstoff reduziert.
3. O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻
Ergebnis:
O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻
●14
Rostet ein Eisennagel in Paraffinöl?
Lösung zeigen
1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
2. Das Öl hält Wasser und Sauerstoff vom Eisen fern.
3. Also rostet es kaum.
Ergebnis:
Nein, es bleibt weitgehend blank
★15
Ein Wassertropfen liegt auf blankem Eisen. Warum rostet es zuerst am Rand?
Lösung zeigen
1. Der Rand liegt näher an der Luft.
2. Dort wird Sauerstoff reduziert: Kathode.
3. In der Mitte wird Eisen oxidiert, der Rost folgt dort.
Ergebnis:
Am Rand kommt mehr Sauerstoff heran, dort ist die Kathode

6Ich begründe Korrosionsschutz mit Opferanode und kenne ein Nanomaterial als Schutz.

MerkenKorrosionsschutz

Das unedlere Metall wird statt des edleren oxidiert (Opferanode).

Superhydrophobe Schichten halten den Wasserfilm fern.

BeispielKorrosionsschutz: Opferanode und Nanomaterial

Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Blei (−0,13 V) und Zink (−0,76 V) zur Wahl. Welches Metall eignet sich?

Schritt für Schritt

Vergleiche beide Potenziale mit −0,44 V.
Die Opferanode hat das kleinere Potenzial.
Das trifft auf Zink zu.

Vergleiche beide Potenziale mit −0,44 V.
Die Opferanode hat das kleinere Potenzial.
Das trifft auf Zink zu.

Ergebnis:

Zink, es ist unedler als Eisen

AchtungVerzinnt und verzinkt schützen gleich

So nicht

Eine Zinnschicht auf Eisen schützt auch dann, wenn sie einen Kratzer hat.

So richtig

Zinn ist edler als Eisen. Bei einem Kratzer rostet das Eisen schneller. Zink ist unedler als Eisen und schützt auch bei Beschädigung.

Schau, ob das Schichtmetall edler oder unedler als Eisen ist. Dann entscheide, wer bei einem Kratzer die Elektronen abgibt.

ÜbenJetzt du

○16
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Silber (+0,80 V) und Aluminium (−1,66 V) zur Wahl. Welches Metall eignet sich?
So fängst du an:
Vergleiche beide Potenziale mit −0,44 V.
Lösung zeigen
1. Vergleiche beide Potenziale mit −0,44 V.
2. Die Opferanode hat das kleinere Potenzial.
3. Das trifft auf Aluminium zu.
Ergebnis:
Aluminium, es ist unedler als Eisen
●17
Nickel (−0,26 V) wird leitend mit Eisen (−0,44 V) verbunden und kommt mit Salzwasser in Berührung. Schützt es das Eisen als Opferanode?
Lösung zeigen
1. Vergleiche −0,26 V mit −0,44 V.
2. Das Schutzmetall hat das größere Potenzial.
3. Dann gibt das Eisen die Elektronen ab.
Ergebnis:
Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
★18
Welche Eigenschaft zeigt eine superhydrophobe Oberfläche, und wie schützt sie vor Korrosion?
Lösung zeigen
1. Hydrophob heißt wasserabweisend.
2. Nanostruktur und wasserabweisende Moleküle halten Wasser ab.
3. Ohne Wasserfilm kein Elektrolyt, also keine Korrosion.
Ergebnis:
Wasser perlt ab, es bildet sich kein Elektrolytfilm

7Ich erkläre die Grundlagen der Elektrolyse und ein technisches Beispiel.

MerkenElektrolyse

Die Elektrolyse erzwingt eine Reaktion durch Gleichspannung.

An der Kathode wird reduziert, an der Anode oxidiert.

BeispielElektrolyse: Grundlagen und technisches Beispiel

Silberiodidschmelze wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?

Schritt für Schritt

Die Anode ist der Pluspol.
Dort wandern die Anionen hin und geben Elektronen ab.
2 I⁻ → I₂ + 2 e⁻

Die Anode ist der Pluspol.
Dort wandern die Anionen hin und geben Elektronen ab.
2 I⁻ → I₂ + 2 e⁻

Ergebnis:

Iod

AchtungKathode und Anode vertauscht bei der Elektrolyse

So nicht

Die Anionen wandern zur Kathode, weil dort die Reduktion stattfindet.

So richtig

Anionen wandern zur Anode und werden dort oxidiert. Kationen wandern zur Kathode und werden dort reduziert.

Markiere erst die Pole der Spannungsquelle. Zeichne dann, wohin Kationen und Anionen wandern.

ÜbenJetzt du

○19
Nickelchloridlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?
So fängst du an:
Die Kathode ist der Minuspol.
Lösung zeigen
1. Die Kathode ist der Minuspol.
2. Dort wandern die Kationen hin und nehmen Elektronen auf.
3. Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni
Ergebnis:
Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni
●20
Silberiodidschmelze wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?
Lösung zeigen
1. Die Kathode ist der Minuspol.
2. Dort wandern die Kationen hin und nehmen Elektronen auf.
3. Ag⁺ + e⁻ → Ag
Ergebnis:
Ag⁺ + e⁻ → Ag
★21
Bei einer Elektrolyse beginnt der Strom erst oberhalb einer Mindestspannung zu fließen. Wie heißt sie?
Lösung zeigen
1. Ohne Mindestspannung fließt kein Dauerstrom.
2. Sie entspricht der Spannung der umgekehrten Zelle.
3. Der Name: Zersetzungsspannung.
Ergebnis:
Zersetzungsspannung

8Ich wende die Nernst-Gleichung und die Faraday-Gesetze an (Leistungskurs).

MerkenBerechnungen

Nernst: E = E° + (0,059 V : z) · lg c(Ox) : c(Red).

Faraday: n = I · t : (z · F), F = 96.485 C/mol.

BeispielNernst-Gleichung und Faraday-Gesetze

Ein Strom von 2 A fließt 965 s lang durch eine Lösung der Zinkionen mit der Ladungszahl 2. Bestimme: Wie viel Gramm Zink scheiden sich ab? M = 65 g/mol, F = 96.485 C/mol.

Schritt für Schritt

Q = 2 A · 965 s = 1930 C
n = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol)
m = n · M = 0,65 g

Q = 2 A · 965 s = 1930 C
n = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol)
m = n · M = 0,65 g

Ergebnis:

0,65 g

AchtungDie Ladungszahl z in der Faraday-Rechnung fehlt

So nicht

n = I · t : F, also 0,010 mol Zink bei 1930 C.

So richtig

n = I · t : (z · F). Zink gibt 2 Elektronen je Ion ab, also 1930 C : (2 · 96.485 C/mol) = 0,010 mol.

Schreib die Teilgleichung auf. Wie viele Elektronen gehören zu einem Teilchen? Diese Zahl ist z.

ÜbenJetzt du

○22
Ein Strom von 5 A fließt 1930 s lang durch eine Lösung der Nickelionen mit der Ladungszahl 2. Bestimme: Wie viel Gramm Nickel scheiden sich ab? M = 59 g/mol, F = 96.485 C/mol.
So fängst du an:
Q = 5 A · 1930 s = 9650 C
Lösung zeigen
1. Q = 5 A · 1930 s = 9650 C
2. n = 9650 C : (2 · 96.485 C/mol)
3. m = n · M = 2,95 g
Ergebnis:
2,95 g
●23
Bestimme: Wie viel Zink (65 g/mol) scheidet ein Strom von 2 A in 965 s aus einer Zn²⁺-Lösung ab? F = 96.485 C/mol.
Lösung zeigen
1. Ladung Q = I · t = 2 A · 965 s = 1930 C.
2. n = Q : (z · F) = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol) = 0,010 mol.
3. m = n · M = 0,010 mol · 65 g/mol = 0,65 g
Ergebnis:
0,65 g
★24
Dieselbe Ladung scheidet Silber (z = 1) und Kupfer (z = 2) ab. In welchem Verhältnis stehen die Stoffmengen n(Ag) : n(Cu)?
Lösung zeigen
1. n = Q : (z · F).
2. Bei gleicher Ladung ist n umgekehrt proportional zu z.
3. n(Ag) : n(Cu) = 2 : 1
Ergebnis:
2 : 1

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

●25
Im Daniell-Element fließen Elektronen im äußeren Stromkreis. Von welcher Elektrode zu welcher?
Lösung zeigen
1. Das unedlere Metall gibt Elektronen ab.
2. Das ist Zink, der Minuspol.
3. Im Draht fließen sie zur Kupferelektrode.
Ergebnis:
Von der Zinkelektrode zur Kupferelektrode
●26
Standardpotenziale: Magnesium −2,37 V, Eisen −0,44 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
Lösung zeigen
1. Ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab.
2. Dazu neigt das Paar mit dem negativeren Potenzial.
3. Das ist Magnesium.
Ergebnis:
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
●27
Warum korrodiert Eisen in sauren Lösungen stärker?
Lösung zeigen
1. Eisen ist unedler als Wasserstoff.
2. In Säuren sind viele H₃O⁺ vorhanden.
3. Sie nehmen die Elektronen auf und werden zu H₂.
Ergebnis:
H₃O⁺-Ionen werden zu Wasserstoff reduziert
●28
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Magnesium (−2,37 V) und Kupfer (+0,34 V) zur Wahl. Welches Metall eignet sich?
Lösung zeigen
1. Vergleiche beide Potenziale mit −0,44 V.
2. Die Opferanode hat das kleinere Potenzial.
3. Das trifft auf Magnesium zu.
Ergebnis:
Magnesium, es ist unedler als Eisen
●29
Eine Silberelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,001 mol/L ihrer Ionen (E° = +0,80 V, z = 1). Bestimme: Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
Lösung zeigen
1. lg 0,001 = −3
2. E = +0,80 V + (0,059 V : 1) · (−3)
3. E = 0,62 V
Ergebnis:
0,62 V
●30
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen und Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Aluminium −1,66 V, Silber +0,80 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Aluminium wird oxidiert.
Ergebnis:
Aluminium, es wird oxidiert

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Daniell-Element: Zink wird oxidiert (Minuspol), Kupferionen werden reduziert (Pluspol).
Spannungsreihe: Die Standardwasserstoff-Elektrode hat 0 V. Negativer heißt: gibt Elektronen leichter ab.
Zellspannung: U = E°(Akzeptor) − E°(Donator), jedes Potenzial einmal.
Spannungsquellen: Primärelemente sind nicht ladbar.
Korrosion: Im Wasserfilm bildet sich ein Lokalelement.
Korrosionsschutz: Das unedlere Metall wird statt des edleren oxidiert (Opferanode).
Elektrolyse: Die Elektrolyse erzwingt eine Reaktion durch Gleichspannung.
Berechnungen: Nernst: E = E° + (0,059 V : z) · lg c(Ox) : c(Red).

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

Ich beschreibe Bau und Arbeitsweise des Daniell-Elements.
31
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen und Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Eisen, es wird oxidiert
Ich ermittle Standardelektrodenpotenziale mit der Standardwasserstoff-Elektrode und lese die Spannungsreihe.
32
Standardpotenziale: Magnesium −2,37 V, Aluminium −1,66 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.
33
Eine Zelle aus Blei (−0,13 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,47 V
Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.
34
Wie ordnet man ein Lithium-Ionen-Akku im Handy ein?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Sekundärelement
Ich erkläre Lokalelement sowie Sauerstoff- und Säurekorrosion.
35
Rostet ein Eisennagel in Leitungswasser an der Luft?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ja, es läuft eine Korrosion ab
Ich begründe Korrosionsschutz mit Opferanode und kenne ein Nanomaterial als Schutz.
36
Warum schützt ein Zinkblock am Schiffsrumpf das Eisen?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Zink ist unedler und wird anstelle des Eisens oxidiert
Ich erkläre die Grundlagen der Elektrolyse und ein technisches Beispiel.
37
Zinkiodidlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Iod
Ich wende die Nernst-Gleichung und die Faraday-Gesetze an (Leistungskurs).
38
Bestimme: Wie viel Zink (65 g/mol) scheidet ein Strom von 2 A in 965 s aus einer Zn²⁺-Lösung ab? F = 96.485 C/mol.
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,65 g

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Gleichung: zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind

Lösungen

Eisen, es wird oxidiert
Nickel, es wird oxidiert
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Aluminium, es hat das negativere Potenzial
Sie gibt Elektronen sehr leicht ab
Damit die Potenziale vergleichbar sind
1,24 V
2,24 V
0,24 V
Sekundärelement
Brennstoffzelle
Primärelement
O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻
Nein, es bleibt weitgehend blank
Am Rand kommt mehr Sauerstoff heran, dort ist die Kathode
Aluminium, es ist unedler als Eisen
Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
Wasser perlt ab, es bildet sich kein Elektrolytfilm
Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni
Ag⁺ + e⁻ → Ag
Zersetzungsspannung
2,95 g
0,65 g
2 : 1
Von der Zinkelektrode zur Kupferelektrode
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
H₃O⁺-Ionen werden zu Wasserstoff reduziert
Magnesium, es ist unedler als Eisen
0,62 V
Aluminium, es wird oxidiert
Eisen, es wird oxidiert
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
0,47 V
Sekundärelement
Ja, es läuft eine Korrosion ab
Zink ist unedler und wird anstelle des Eisens oxidiert
Iod
0,65 g