Chemie · Klasse 13 · Kapitel

Elektrische Energie aus chemischen Reaktionen

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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: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?

Schritt für Schritt

Potenziale: Magnesium −2,37 V, Eisen −0,44 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Magnesium wird oxidiert.

Potenziale: Magnesium −2,37 V, Eisen −0,44 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Magnesium wird oxidiert.

Ergebnis:

Magnesium, 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: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Blei in einer Lösung von Pb²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
So fängst du an:
Potenziale: Magnesium −2,37 V, Blei −0,13 V.
Lösung zeigen
1. Potenziale: Magnesium −2,37 V, Blei −0,13 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Magnesium wird oxidiert.
Ergebnis:
Magnesium, es wird oxidiert
●2
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen und Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Aluminium −1,66 V, Eisen −0,44 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Aluminium wird oxidiert.
Ergebnis:
Aluminium, 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: Nickel −0,26 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 Nickel.

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

Ergebnis:

Nickel, 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
Welches Metall ist das stärkste Reduktionsmittel: Silber (+0,80 V), Kupfer (+0,34 V), Zink (−0,76 V) oder Magnesium (−2,37 V)?
So fängst du an:
Das stärkste Reduktionsmittel gibt Elektronen am leichtesten ab.
Lösung zeigen
1. Das stärkste Reduktionsmittel gibt Elektronen am leichtesten ab.
2. Das steht in der Reihe ganz unten.
3. Magnesium hat das negativste Potenzial.
Ergebnis:
Magnesium
●5
Standardpotenziale: Blei −0,13 V, Kupfer +0,34 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 Blei.
Ergebnis:
Blei, es hat das negativere Potenzial
★6
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

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 Kupfer (+0,34 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?

Schritt für Schritt

Akzeptor: Silber, Donator: Kupfer.
U = +0,80 V − (+0,34 V)
U = 0,46 V

Akzeptor: Silber, Donator: Kupfer.
U = +0,80 V − (+0,34 V)
U = 0,46 V

Ergebnis:

0,46 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 Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
So fängst du an:
Akzeptor: Kupfer, Donator: Eisen.
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Kupfer, Donator: Eisen.
2. U = +0,34 V − (−0,44 V)
3. U = 0,78 V
Ergebnis:
0,78 V
●8
Eine Zelle aus Zink (−0,76 V) und Nickel (−0,26 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Nickel, Donator: Zink.
2. U = −0,26 V − (−0,76 V)
3. U = 0,50 V
Ergebnis:
0,50 V
★9
Eine Zelle aus Aluminium (−1,66 V) und Eisen (−0,44 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Eisen, Donator: Aluminium.
2. U = −0,44 V − (−1,66 V)
3. U = 1,22 V
Ergebnis:
1,22 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 ein Nickel-Metallhydrid-Akku in der Digitalkamera ein?

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

Sekundärelement

AchtungDie Batterie speichert Elektronen

So nicht

Wie ordnet man ein Nickel-Metallhydrid-Akku in der Digitalkamera ein → Primärelement

So richtig

Wie ordnet man ein Nickel-Metallhydrid-Akku in der Digitalkamera ein → Sekundärelement

Nenne, welcher Stoff beim Entladen verbraucht wird. Wenn er aufgebraucht ist, endet der Strom.

ÜbenJetzt du

○10
Wie ordnet man der Akku eines Laptops 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 ein Lithium-Akku im Elektroauto ein?
Lösung zeigen
1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
3. Also Sekundärelement.
Ergebnis:
Sekundärelement
★12
Wie ordnet man eine Lithium-Batterie im Rauchmelder 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 Eisennagel in Salzwasser an der Luft?

Schritt für Schritt

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Die Ionen im Salzwasser leiten besser, die Korrosion läuft schneller.
Also rostet es.

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Die Ionen im Salzwasser leiten besser, die Korrosion läuft schneller.
Also rostet es.

Ergebnis:

Ja, es läuft eine Korrosion ab

AchtungRosten braucht nur Sauerstoff

So nicht

Rostet ein Eisennagel in Salzwasser an der Luft → Nein, es bleibt weitgehend blank

So richtig

Rostet ein Eisennagel in Salzwasser an der Luft → Ja, es läuft eine Korrosion ab

Sieh dir die Nägel im Versuch an: Welche Bedingung fehlt bei den Nägeln, die nicht rosten?

ÜbenJetzt du

○13
Rostet ein Stahlträger in einer Betonwand mit trockener Innenluft?
So fängst du an:
Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Lösung zeigen
1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
2. Im alkalischen und trockenen Beton fehlen Wasser und Säure.
3. Also rostet es kaum.
Ergebnis:
Nein, es bleibt weitgehend blank
●14
Rostet ein Eisennagel in Leitungswasser an der Luft?
Lösung zeigen
1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
2. Sauerstoff und Wasser sind da.
3. Also rostet es.
Ergebnis:
Ja, es läuft eine Korrosion ab
★15
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

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

Nickel (−0,26 V) wird leitend mit Eisen (−0,44 V) verbunden und kommt mit Salzwasser in Berührung. Schützt es das Eisen als Opferanode?

Schritt für Schritt

Vergleiche −0,26 V mit −0,44 V.
Das Schutzmetall hat das größere Potenzial.
Dann gibt das Eisen die Elektronen ab.

Vergleiche −0,26 V mit −0,44 V.
Das Schutzmetall hat das größere Potenzial.
Dann gibt das Eisen die Elektronen ab.

Ergebnis:

Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen

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

○16
Aluminium (−1,66 V) wird leitend mit Eisen (−0,44 V) verbunden und kommt mit Salzwasser in Berührung. Schützt es das Eisen als Opferanode?
So fängst du an:
Vergleiche −1,66 V mit −0,44 V.
Lösung zeigen
1. Vergleiche −1,66 V mit −0,44 V.
2. Das Schutzmetall hat das kleinere Potenzial.
3. Es gibt die Elektronen ab und schützt.
Ergebnis:
Ja, es ist unedler und wird statt des Eisens oxidiert
●17
Blei (−0,13 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 −0,13 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

Eine Kupferchloridlösung wird elektrolysiert. Wohin wandern die Chloridionen, und was geschieht dort?

Schritt für Schritt

Chloridionen sind negativ.
Sie wandern zum Pluspol, der Anode.
Dort wird oxidiert: 2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻.

Chloridionen sind negativ.
Sie wandern zum Pluspol, der Anode.
Dort wird oxidiert: 2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻.

Ergebnis:

Zur Anode, sie werden zu Chlor oxidiert

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
Was unterscheidet die Elektrolyse von der galvanischen Zelle in der Energiebilanz?
So fängst du an:
Galvanische Zelle: freiwillig, liefert Energie.
Lösung zeigen
1. Galvanische Zelle: freiwillig, liefert Energie.
2. Elektrolyse: erzwungen, braucht Energie.
3. Darum braucht sie Gleichspannung von außen.
Ergebnis:
Die Elektrolyse nimmt elektrische Energie auf und erzwingt die Reaktion
●20
Silberiodidschmelze wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?
Lösung zeigen
1. Die Anode ist der Pluspol.
2. Dort wandern die Anionen hin und geben Elektronen ab.
3. 2 I⁻ → I₂ + 2 e⁻
Ergebnis:
Iod
★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 1 A fließt 1930 s lang durch eine Lösung der Kupferionen mit der Ladungszahl 2. Bestimme: Wie viel Gramm Kupfer scheiden sich ab? M = 64 g/mol, F = 96.485 C/mol.

Schritt für Schritt

Q = 1 A · 1930 s = 1930 C
n = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol)
m = n · M = 0,64 g

Q = 1 A · 1930 s = 1930 C
n = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol)
m = n · M = 0,64 g

Ergebnis:

0,64 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 1 A fließt 965 s lang durch eine Lösung der Kupferionen mit der Ladungszahl 2. Bestimme: Wie viel Gramm Kupfer scheiden sich ab? M = 64 g/mol, F = 96.485 C/mol.
So fängst du an:
Q = 1 A · 965 s = 965 C
Lösung zeigen
1. Q = 1 A · 965 s = 965 C
2. n = 965 C : (2 · 96.485 C/mol)
3. m = n · M = 0,32 g
Ergebnis:
0,32 g
●23
Eine Kupferelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,1 mol/L ihrer Ionen (E° = +0,34 V, z = 2). Bestimme: Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
Lösung zeigen
1. lg 0,1 = −1
2. E = +0,34 V + (0,059 V : 2) · (−1)
3. E = 0,31 V
Ergebnis:
0,31 V
★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
Wozu dient die Salzbrücke zwischen den beiden Halbzellen?
Lösung zeigen
1. Ohne Brücke wäre der Stromkreis offen.
2. In der Brücke sind bewegliche Ionen.
3. Sie gleichen die Ladung in den Halbzellen aus.
Ergebnis:
Sie lässt Ionen wandern und gleicht die Ladung aus
●26
Standardpotenziale: Magnesium −2,37 V, Zink −0,76 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
Eine Zelle aus Magnesium (−2,37 V) und Zink (−0,76 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Zink, Donator: Magnesium.
2. U = −0,76 V − (−2,37 V)
3. U = 1,61 V
Ergebnis:
1,61 V
●28
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
●29
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Kupfer (+0,34 V) und Zink (−0,76 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 Zink zu.
Ergebnis:
Zink, es ist unedler als Eisen
●30
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Zink in einer Lösung von Zn²⁺-Ionen und Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Zink −0,76 V, Eisen −0,44 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Zink wird oxidiert.
Ergebnis:
Zink, 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: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Magnesium, es wird oxidiert
Ich ermittle Standardelektrodenpotenziale mit der Standardwasserstoff-Elektrode und lese die Spannungsreihe.
32
Standardpotenziale: Zink −0,76 V, Nickel −0,26 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Zink, es hat das negativere Potenzial
Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.
33
Eine Zelle aus Zink (−0,76 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
Ergebnis:
1,10 V
Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.
34
Wie ordnet man eine Brennstoffzelle mit Methanol in einem Camping-Stromgerät ein?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Brennstoffzelle
Ich erkläre Lokalelement sowie Sauerstoff- und Säurekorrosion.
35
Rostet ein Stahlträger in einer Betonwand mit trockener Innenluft?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Nein, es bleibt weitgehend blank
Ich begründe Korrosionsschutz mit Opferanode und kenne ein Nanomaterial als Schutz.
36
Blei (−0,13 V) wird leitend mit Eisen (−0,44 V) verbunden und kommt mit Salzwasser in Berührung. Schützt es das Eisen als Opferanode?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
Ich erkläre die Grundlagen der Elektrolyse und ein technisches Beispiel.
37
Kupferchloridlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
Ich wende die Nernst-Gleichung und die Faraday-Gesetze an (Leistungskurs).
38
Eine Zinkelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,001 mol/L ihrer Ionen (E° = −0,76 V, z = 2). Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
Lösung zeigen
Ergebnis:
−0,85 V

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

Magnesium, es wird oxidiert
Aluminium, es wird oxidiert
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Magnesium
Blei, es hat das negativere Potenzial
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
0,78 V
0,50 V
1,22 V
Sekundärelement
Sekundärelement
Primärelement
Nein, es bleibt weitgehend blank
Ja, es läuft eine Korrosion ab
Nein, es bleibt weitgehend blank
Ja, es ist unedler und wird statt des Eisens oxidiert
Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
Wasser perlt ab, es bildet sich kein Elektrolytfilm
Die Elektrolyse nimmt elektrische Energie auf und erzwingt die Reaktion
Iod
Zersetzungsspannung
0,32 g
0,31 V
2 : 1
Sie lässt Ionen wandern und gleicht die Ladung aus
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
1,61 V
H₃O⁺-Ionen werden zu Wasserstoff reduziert
Zink, es ist unedler als Eisen
Zink, es wird oxidiert
Magnesium, es wird oxidiert
Zink, es hat das negativere Potenzial
1,10 V
Brennstoffzelle
Nein, es bleibt weitgehend blank
Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
−0,85 V