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Chemie · Klasse 13 · Kapitel

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Elektrische Energie aus chemischen Reaktionen

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ 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
  1. Potenziale: Zink −0,76 V, Blei −0,13 V.
  2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
  3. Zink wird oxidiert.
  1. Potenziale: Zink −0,76 V, Blei −0,13 V.
  2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
  3. 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. ○1
    Welche Vorgänge laufen in der Kupferhalbzelle des Daniell-Elements ab?
    So fängst du an:
    In der Kupferhalbzelle werden Elektronen aufgenommen.
    Lösung zeigen
    1. In der Kupferhalbzelle werden Elektronen aufgenommen.
    2. Aus Cu²⁺ wird Cu: Reduktion an der Kathode.
    3. Das abgeschiedene Kupfer macht die Elektrode schwerer.
    Ergebnis:
    Kupferionen werden zu Kupfer reduziert, die Elektrode wird schwerer
  2. ●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. ★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: Magnesium −2,37 V, Silber +0,80 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
Schritt für Schritt
  1. Ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab.
  2. Dazu neigt das Paar mit dem negativeren Potenzial.
  3. Das ist Magnesium.
  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

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

  1. ○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
  2. ●5
    Standardpotenziale: Aluminium −1,66 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 Aluminium.
    Ergebnis:
    Aluminium, es hat das negativere Potenzial
  3. ★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

In einer Zelle gibt Eisen (−0,44 V) Elektronen an Kupferionen (+0,34 V) ab. Bestimme: Welche Spannung liefert sie?
Schritt für Schritt
  1. Akzeptor ist Kupfer, Donator ist Eisen.
  2. U = 0,34 V − (−0,44 V).
  3. U = 0,78 V
  1. Akzeptor ist Kupfer, Donator ist Eisen.
  2. U = 0,34 V − (−0,44 V).
  3. 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

  1. ○7
    Silber (+0,80 V) und Zink (−0,76 V) bilden eine Zelle. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung unter Standardbedingungen?
    So fängst du an:
    Akzeptor ist Silber, Donator ist Zink.
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor ist Silber, Donator ist Zink.
    2. U = 0,80 V − (−0,76 V).
    3. U = 1,56 V
    Ergebnis:
    1,56 V
  2. ●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
  3. ★9
    Aluminium (−1,66 V) gibt je Atom drei Elektronen ab, Kupfer (+0,34 V) nimmt je Ion zwei auf. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor Kupfer, Donator Aluminium.
    2. U = 0,34 V − (−1,66 V).
    3. U = 2,00 V, unabhängig von z.
    Ergebnis:
    2,00 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 Alkali-Mangan-Batterie in der Fernbedienung ein?
Schritt für Schritt
  1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
  2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
  3. Also Primärelement.
  1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
  2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
  3. Also Primärelement.
Ergebnis:
Primärelement

AchtungBeim Laden läuft dieselbe Reaktion weiter

So nicht
Wie ordnet man eine Alkali-Mangan-Batterie in der Fernbedienung ein → Sekundärelement
So richtig
Wie ordnet man eine Alkali-Mangan-Batterie in der Fernbedienung ein → Primärelement

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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Wie ordnet man eine Zink-Kohle-Batterie in der Taschenlampe 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 Primärelement.
    Ergebnis:
    Primärelement
  2. ●11
    Wie ordnet man der Bleiakku im Auto ein?
    Lösung zeigen
    1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
    2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
    3. Also Sekundärelement.
    Ergebnis:
    Sekundärelement
  3. ★12
    Warum kann man eine Brennstoffzelle theoretisch unbegrenzt betreiben, eine Batterie nicht?
    Lösung zeigen
    1. In der Batterie sind die Reaktionsstoffe begrenzt.
    2. In der Brennstoffzelle strömen sie von außen nach.
    3. Solange Wasserstoff und Sauerstoff kommen, fließt Strom.
    Ergebnis:
    Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt

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
  1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
  2. Die Ionen im Salzwasser leiten besser, die Korrosion läuft schneller.
  3. Also rostet es.
  1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
  2. Die Ionen im Salzwasser leiten besser, die Korrosion läuft schneller.
  3. 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

  1. ○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
  2. ●14
    Rostet ein Eisennagel unter einer Ölschicht in Wasser, das ausgekocht wurde?
    Lösung zeigen
    1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
    2. Es fehlt der Sauerstoff.
    3. Also rostet es kaum.
    Ergebnis:
    Nein, es bleibt weitgehend blank
  3. ★15
    Rostet ein Eisennagel mit Kupferdraht in Salzwasser?
    Lösung zeigen
    1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
    2. Das Eisen ist unedler als Kupfer und wird verstärkt oxidiert.
    3. Also rostet es.
    Ergebnis:
    Ja, es läuft eine Korrosion ab

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

Aluminium (−1,66 V) wird leitend mit Eisen (−0,44 V) verbunden und kommt mit Salzwasser in Berührung. Schützt es das Eisen als Opferanode?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche −1,66 V mit −0,44 V.
  2. Das Schutzmetall hat das kleinere Potenzial.
  3. Es gibt die Elektronen ab und schützt.
  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

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

  1. ○16
    Warum schützt ein Zinkblock am Schiffsrumpf das Eisen?
    So fängst du an:
    Zink hat das negativere Potenzial.
    Lösung zeigen
    1. Zink hat das negativere Potenzial.
    2. Es gibt die Elektronen ab.
    3. So bleibt das Eisen unverändert.
    Ergebnis:
    Zink ist unedler und wird anstelle des Eisens oxidiert
  2. ●17
    Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Blei (−0,13 V) und Magnesium (−2,37 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
  3. ★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

Bleibromidschmelze wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?
Schritt für Schritt
  1. Die Kathode ist der Minuspol.
  2. Dort wandern die Kationen hin und nehmen Elektronen auf.
  3. Pb²⁺ + 2 e⁻ → Pb
  1. Die Kathode ist der Minuspol.
  2. Dort wandern die Kationen hin und nehmen Elektronen auf.
  3. Pb²⁺ + 2 e⁻ → Pb
Ergebnis:
Pb²⁺ + 2 e⁻ → Pb

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

  1. ○19
    Nickelchloridlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?
    So fängst du an:
    Die Anode ist der Pluspol.
    Lösung zeigen
    1. Die Anode ist der Pluspol.
    2. Dort wandern die Anionen hin und geben Elektronen ab.
    3. 2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻
    Ergebnis:
    Chlor
  2. ●20
    Zinkbromidlösung 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. Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn
    Ergebnis:
    Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn
  3. ★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

Eine Kupferelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,01 mol/L ihrer Ionen (E° = +0,34 V, z = 2). Bestimme: Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
Schritt für Schritt
  1. lg 0,01 = −2
  2. E = +0,34 V + (0,059 V : 2) · (−2)
  3. E = 0,28 V
  1. lg 0,01 = −2
  2. E = +0,34 V + (0,059 V : 2) · (−2)
  3. E = 0,28 V
Ergebnis:
0,28 V

AchtungNernst-Gleichung ohne Logarithmus gerechnet

So nicht
E = 0,34 V + 0,059 V · 0,01 = 0,34 V, die Konzentration ändert fast nichts.
So richtig
E = 0,34 V + (0,059 V : 2) · lg 0,01 = 0,34 V − 0,059 V = 0,28 V.

Berechne zuerst lg c. Setze dann den Wert in die Gleichung ein und teile durch z.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Eine Zinkelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,01 mol/L ihrer Ionen (E° = −0,76 V, z = 2). Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
    So fängst du an:
    lg 0,01 = −2
    Lösung zeigen
    1. lg 0,01 = −2
    2. E = −0,76 V + (0,059 V : 2) · (−2)
    3. E = −0,82 V
    Ergebnis:
    −0,82 V
  2. ●23
    Wie hängt die abgeschiedene Stoffmenge von der Stromstärke bei konstanter Zeit ab?
    Lösung zeigen
    1. Q = I · t.
    2. n = Q : (z · F).
    3. n ist proportional zu I, solange t, z und F gleich bleiben.
    Ergebnis:
    Sie ist proportional zur Stromstärke
  3. ★24
    Ein Strom von 1 A fließt 1930 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.
    Lösung zeigen
    1. Q = 1 A · 1930 s = 1930 C
    2. n = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol)
    3. m = n · M = 0,65 g
    Ergebnis:
    0,65 g

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen und Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    1. Potenziale: Aluminium −1,66 V, Kupfer +0,34 V.
    2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
    3. Aluminium wird oxidiert.
    Ergebnis:
    Aluminium, es wird oxidiert
  2. ●26
    Standardpotenziale: Magnesium −2,37 V, Blei −0,13 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
  3. ●27
    Eine Zelle aus Zink (−0,76 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Kupfer, Donator: Zink.
    2. U = +0,34 V − (−0,76 V)
    3. U = 1,10 V
    Ergebnis:
    1,10 V
  4. ●28
    Kupfer (+0,34 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 +0,34 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
  5. ●29
    Kupferbromidlösung 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. Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
    Ergebnis:
    Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
  6. ●30
    Eine Kupferelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,001 mol/L ihrer Ionen (E° = +0,34 V, z = 2). Bestimme: Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
    Lösung zeigen
    1. lg 0,001 = −3
    2. E = +0,34 V + (0,059 V : 2) · (−3)
    3. E = 0,25 V
    Ergebnis:
    0,25 V

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

  1. Ich beschreibe Bau und Arbeitsweise des Daniell-Elements.

    31
    Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Nickel in einer Lösung von Ni²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Magnesium, es wird oxidiert

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

    32
    Standardpotenziale: Aluminium −1,66 V, Zink −0,76 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Aluminium, es hat das negativere Potenzial

  3. Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.

    33
    Eine Zelle aus Magnesium (−2,37 V) und Zink (−0,76 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,61 V

  4. Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.

    34
    Wie ordnet man eine Brennstoffzelle mit Methanol in einem Camping-Stromgerät ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Brennstoffzelle

  5. Ich erkläre Lokalelement sowie Sauerstoff- und Säurekorrosion.

    35
    Welche Bedingungen braucht das Rosten von Eisen mindestens?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sauerstoff und Wasser als Elektrolytfilm

  6. 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

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

    37
    Bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse entsteht neben Chlor ein Stoff, der als Lauge genutzt wird. Welcher?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Natronlauge

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

    38
    Eine Silberelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,1 mol/L ihrer Ionen (E° = +0,80 V, z = 1). Bestimme: Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,74 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

  1. Kupferionen werden zu Kupfer reduziert, die Elektrode wird schwerer
  2. Nickel, es wird oxidiert
  3. Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
  4. Magnesium
  5. Aluminium, es hat das negativere Potenzial
  6. Damit die Potenziale vergleichbar sind
  7. 1,56 V
  8. 0,50 V
  9. 2,00 V
  10. Primärelement
  11. Sekundärelement
  12. Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt
  13. Nein, es bleibt weitgehend blank
  14. Nein, es bleibt weitgehend blank
  15. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  16. Zink ist unedler und wird anstelle des Eisens oxidiert
  17. Magnesium, es ist unedler als Eisen
  18. Wasser perlt ab, es bildet sich kein Elektrolytfilm
  19. Chlor
  20. Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn
  21. Zersetzungsspannung
  22. −0,82 V
  23. Sie ist proportional zur Stromstärke
  24. 0,65 g
  25. Aluminium, es wird oxidiert
  26. Magnesium, es hat das negativere Potenzial
  27. 1,10 V
  28. Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
  29. Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
  30. 0,25 V
  31. Magnesium, es wird oxidiert
  32. Aluminium, es hat das negativere Potenzial
  33. 1,61 V
  34. Brennstoffzelle
  35. Sauerstoff und Wasser als Elektrolytfilm
  36. Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
  37. Natronlauge
  38. 0,74 V