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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 Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Schritt für Schritt
  1. Potenziale: Zink −0,76 V, Silber +0,80 V.
  2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
  3. Zink wird oxidiert.
  1. Potenziale: Zink −0,76 V, Silber +0,80 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
    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?
    So fängst du an:
    Potenziale: Nickel −0,26 V, Silber +0,80 V.
    Lösung zeigen
    1. Potenziale: Nickel −0,26 V, Silber +0,80 V.
    2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
    3. Nickel wird oxidiert.
    Ergebnis:
    Nickel, es wird oxidiert
  2. ●2
    Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen und Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    1. Potenziale: Eisen −0,44 V, Silber +0,80 V.
    2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
    3. Eisen wird oxidiert.
    Ergebnis:
    Eisen, 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, Kupfer +0,34 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
    Standardpotenziale: Eisen −0,44 V, Kupfer +0,34 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 Eisen.
    Ergebnis:
    Eisen, es hat das negativere Potenzial
  2. ●5
    Standardpotenziale: Magnesium −2,37 V, Nickel −0,26 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. ★6
    Standardpotenziale: Blei −0,13 V, Silber +0,80 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

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 Aluminium (−1,66 V) und Eisen (−0,44 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Schritt für Schritt
  1. Akzeptor: Eisen, Donator: Aluminium.
  2. U = −0,44 V − (−1,66 V)
  3. U = 1,22 V
  1. Akzeptor: Eisen, Donator: Aluminium.
  2. U = −0,44 V − (−1,66 V)
  3. U = 1,22 V
Ergebnis:
1,22 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
    Eine Zelle aus Magnesium (−2,37 V) und Nickel (−0,26 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    So fängst du an:
    Akzeptor: Nickel, Donator: Magnesium.
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Nickel, Donator: Magnesium.
    2. U = −0,26 V − (−2,37 V)
    3. U = 2,11 V
    Ergebnis:
    2,11 V
  2. ●8
    Eine Zelle aus Aluminium (−1,66 V) und Blei (−0,13 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Blei, Donator: Aluminium.
    2. U = −0,13 V − (−1,66 V)
    3. U = 1,53 V
    Ergebnis:
    1,53 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 der Akku eines Laptops ein?
Schritt für Schritt
  1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
  2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
  3. Also Sekundärelement.
  1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
  2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
  3. Also Sekundärelement.
Ergebnis:
Sekundärelement

AchtungDie Batterie speichert Elektronen

So nicht
Wie ordnet man der Akku eines Laptops ein → Primärelement
So richtig
Wie ordnet man der Akku eines Laptops ein → Sekundärelement

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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Wie ordnet man eine Knopfzelle in der Armbanduhr 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 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
  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 unter einer Ölschicht in Wasser, das ausgekocht wurde?
Schritt für Schritt
  1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
  2. Es fehlt der Sauerstoff.
  3. Also rostet es kaum.
  1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
  2. Es fehlt der Sauerstoff.
  3. Also rostet es kaum.
Ergebnis:
Nein, es bleibt weitgehend blank

AchtungRosten braucht nur Sauerstoff

So nicht
Rostet ein verchromter Wasserhahn mit Kratzer im feuchten Bad → Nein, es bleibt weitgehend blank
So richtig
Rostet ein verchromter Wasserhahn mit Kratzer im feuchten Bad → 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 verchromter Wasserhahn mit Kratzer im feuchten Bad?
    So fängst du an:
    Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
    Lösung zeigen
    1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
    2. Im Kratzer bildet sich ein Lokalelement, in dem das Eisen die Elektronen abgibt.
    3. Also rostet es.
    Ergebnis:
    Ja, es läuft eine Korrosion ab
  2. ●14
    Rostet ein Eisennagel mit Zinkband in Salzwasser?
    Lösung zeigen
    1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
    2. Das Zink wird zuerst oxidiert und schützt das Eisen.
    3. Also rostet es kaum.
    Ergebnis:
    Nein, es bleibt weitgehend blank
  3. ★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

Magnesium (−2,37 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 −2,37 V mit −0,44 V.
  2. Das Schutzmetall hat das kleinere Potenzial.
  3. Es gibt die Elektronen ab und schützt.
  1. Vergleiche −2,37 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
    Silber (+0,80 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 +0,80 V mit −0,44 V.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche +0,80 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
  2. ●17
    Warum schützt ein Zinkblock am Schiffsrumpf das Eisen?
    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
  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
    Kupferbromidlösung 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. Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
    Ergebnis:
    Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
  2. ●20
    Bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse entsteht neben Chlor ein Stoff, der als Lauge genutzt wird. Welcher?
    Lösung zeigen
    1. Kathode: Wasser wird reduziert, es entstehen H₂ und OH⁻.
    2. Anode: Chlorid wird zu Cl₂ oxidiert.
    3. Übrig bleiben Na⁺ und OH⁻: Natronlauge.
    Ergebnis:
    Natronlauge
  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

Ein Strom von 5 A fließt 3860 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
  1. Q = 5 A · 3860 s = 19.300 C
  2. n = 19.300 C : (2 · 96.485 C/mol)
  3. m = n · M = 6,40 g
  1. Q = 5 A · 3860 s = 19.300 C
  2. n = 19.300 C : (2 · 96.485 C/mol)
  3. m = n · M = 6,40 g
Ergebnis:
6,40 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

  1. ○22
    Ein Strom von 4 A fließt 3860 s lang durch eine Lösung der Silberionen mit der Ladungszahl 1. Bestimme: Wie viel Gramm Silber scheiden sich ab? M = 108 g/mol, F = 96.485 C/mol.
    So fängst du an:
    Q = 4 A · 3860 s = 15.440 C
    Lösung zeigen
    1. Q = 4 A · 3860 s = 15.440 C
    2. n = 15.440 C : (1 · 96.485 C/mol)
    3. m = n · M = 17,28 g
    Ergebnis:
    17,28 g
  2. ●23
    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
    1. lg 0,001 = −3
    2. E = −0,76 V + (0,059 V : 2) · (−3)
    3. E = −0,85 V
    Ergebnis:
    −0,85 V
  3. ★24
    Bestimme: Wie groß ist das Potenzial einer Kupferelektrode in einer Lösung mit c(Cu²⁺) = 0,01 mol/L bei 25 Grad Celsius? E° = +0,34 V.
    Lösung zeigen
    1. E = E° + (0,059 V : z) · lg c.
    2. z = 2, lg 0,01 = −2.
    3. E = 0,34 V − 0,059 V = 0,28 V.
    Ergebnis:
    0,28 V

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: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    1. Potenziale: Magnesium −2,37 V, Aluminium −1,66 V.
    2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
    3. Magnesium wird oxidiert.
    Ergebnis:
    Magnesium, es wird oxidiert
  2. ●26
    Standardpotenziale: Zink −0,76 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 Zink.
    Ergebnis:
    Zink, es hat das negativere Potenzial
  3. ●27
    Eine Zelle aus Zink (−0,76 V) und Blei (−0,13 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Blei, Donator: Zink.
    2. U = −0,13 V − (−0,76 V)
    3. U = 0,63 V
    Ergebnis:
    0,63 V
  4. ●28
    Welche Reaktion läuft in der Brennstoffzelle an der Kathode ab?
    Lösung zeigen
    1. An der Kathode wird reduziert.
    2. Reduziert wird der Sauerstoff.
    3. Er nimmt die Elektronen aus dem äußeren Stromkreis auf.
    Ergebnis:
    Sauerstoff nimmt Elektronen auf und wird reduziert
  5. ●29
    Rostet ein Eisennagel in Salzwasser an der Luft?
    Lösung zeigen
    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
  6. ●30
    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

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: Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen und Zink in einer Lösung von Zn²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Aluminium, es wird oxidiert

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

    32
    Standardpotenziale: Magnesium −2,37 V, Nickel −0,26 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Magnesium, es hat das negativere Potenzial

  3. Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.

    33
    Eine Zelle aus Nickel (−0,26 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,06 V

  4. Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.

    34
    Wie ordnet man ein Nickel-Metallhydrid-Akku in der Digitalkamera ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sekundärelement

  5. 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

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

    36
    Magnesium (−2,37 V) wird leitend mit Eisen (−0,44 V) verbunden und kommt mit Salzwasser in Berührung. Schützt es das Eisen als Opferanode?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ja, es ist unedler und wird statt des Eisens oxidiert

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

    37
    Zinkbromidlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Brom

  8. 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

  1. Nickel, es wird oxidiert
  2. Eisen, es wird oxidiert
  3. Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
  4. Eisen, es hat das negativere Potenzial
  5. Magnesium, es hat das negativere Potenzial
  6. Blei, es hat das negativere Potenzial
  7. 2,11 V
  8. 1,53 V
  9. 2,00 V
  10. Primärelement
  11. Primärelement
  12. Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt
  13. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  14. Nein, es bleibt weitgehend blank
  15. Nein, es bleibt weitgehend blank
  16. Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
  17. Zink ist unedler und wird anstelle des Eisens oxidiert
  18. Wasser perlt ab, es bildet sich kein Elektrolytfilm
  19. Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
  20. Natronlauge
  21. Zersetzungsspannung
  22. 17,28 g
  23. −0,85 V
  24. 0,28 V
  25. Magnesium, es wird oxidiert
  26. Zink, es hat das negativere Potenzial
  27. 0,63 V
  28. Sauerstoff nimmt Elektronen auf und wird reduziert
  29. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  30. Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
  31. Aluminium, es wird oxidiert
  32. Magnesium, es hat das negativere Potenzial
  33. 1,06 V
  34. Sekundärelement
  35. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  36. Ja, es ist unedler und wird statt des Eisens oxidiert
  37. Brom
  38. −0,85 V