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: Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen und Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?

Schritt für Schritt

Potenziale: Aluminium −1,66 V, Eisen −0,44 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Aluminium wird oxidiert.

Potenziale: Aluminium −1,66 V, Eisen −0,44 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Aluminium wird oxidiert.

Ergebnis:

Aluminium, es wird oxidiert

AchtungAnode ist immer der Pluspol

So nicht

Die Anode ist der Pluspol, in jeder Zelle.

So richtig

An der Anode wird oxidiert. In der galvanischen Zelle ist sie der Minuspol, in der Elektrolysezelle der Pluspol.

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: 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
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
★3
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?
Lösung zeigen
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

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: Zink −0,76 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 Zink.

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

Ergebnis:

Zink, 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: Magnesium −2,37 V, Blei −0,13 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 Magnesium.
Ergebnis:
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
●5
Standardpotenziale: Nickel −0,26 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 Nickel.
Ergebnis:
Nickel, es hat das negativere Potenzial
★6
Standardpotenziale: Kupfer +0,34 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 Kupfer.
Ergebnis:
Kupfer, 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 Blei (−0,13 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?

Schritt für Schritt

Akzeptor: Kupfer, Donator: Blei.
U = +0,34 V − (−0,13 V)
U = 0,47 V

Akzeptor: Kupfer, Donator: Blei.
U = +0,34 V − (−0,13 V)
U = 0,47 V

Ergebnis:

0,47 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 Zink (−0,76 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
So fängst du an:
Akzeptor: Kupfer, Donator: Zink.
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Kupfer, Donator: Zink.
2. U = +0,34 V − (−0,76 V)
3. U = 1,10 V
Ergebnis:
1,10 V
●8
Eine Zelle aus Aluminium (−1,66 V) und Zink (−0,76 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Zink, Donator: Aluminium.
2. U = −0,76 V − (−1,66 V)
3. U = 0,90 V
Ergebnis:
0,90 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 der Akku eines Laptops 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 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

○10
Wie ordnet man ein Lithium-Ionen-Akku im Handy 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 Zink-Kohle-Batterie in der Taschenlampe ein?
Lösung zeigen
1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
3. Also Primärelement.
Ergebnis:
Primärelement
★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 verchromter Wasserhahn mit Kratzer im feuchten Bad?

Schritt für Schritt

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Im Kratzer bildet sich ein Lokalelement, in dem das Eisen die Elektronen abgibt.
Also rostet es.

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Im Kratzer bildet sich ein Lokalelement, in dem das Eisen die Elektronen abgibt.
Also rostet es.

Ergebnis:

Ja, es läuft eine Korrosion ab

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

○13
Rostet ein Eisennagel in Paraffinöl?
So fängst du an:
Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
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
●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
★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

Eine Konservendose aus Eisen ist verzinnt und hat einen Kratzer. Was geschieht im feuchten Raum?

Schritt für Schritt

Zinn ist edler als Eisen.
Beide Metalle bilden mit dem Wasserfilm ein Lokalelement.
Das unedlere Eisen gibt die Elektronen ab.

Zinn ist edler als Eisen.
Beide Metalle bilden mit dem Wasserfilm ein Lokalelement.
Das unedlere Eisen gibt die Elektronen ab.

Ergebnis:

Das Eisen rostet im Kratzer schneller, weil Zinn edler ist

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
Blei (−0,13 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 −0,13 V mit −0,44 V.
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
●17
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Aluminium (−1,66 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 Aluminium zu.
Ergebnis:
Aluminium, es ist unedler als Eisen
★18
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

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. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?

Schritt für Schritt

Die Kathode ist der Minuspol.
Dort wandern die Kationen hin und nehmen Elektronen auf.
Ag⁺ + e⁻ → Ag

Die Kathode ist der Minuspol.
Dort wandern die Kationen hin und nehmen Elektronen auf.
Ag⁺ + e⁻ → Ag

Ergebnis:

Ag⁺ + e⁻ → Ag

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
Eine Kupferchloridlösung wird elektrolysiert. Wohin wandern die Chloridionen, und was geschieht dort?
So fängst du an:
Chloridionen sind negativ.
Lösung zeigen
1. Chloridionen sind negativ.
2. Sie wandern zum Pluspol, der Anode.
3. Dort wird oxidiert: 2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻.
Ergebnis:
Zur Anode, sie werden zu Chlor oxidiert
●20
Kupferchloridlösung 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
★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 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

Q = 2 A · 3860 s = 7720 C
n = 7720 C : (2 · 96.485 C/mol)
m = n · M = 2,56 g

Q = 2 A · 3860 s = 7720 C
n = 7720 C : (2 · 96.485 C/mol)
m = n · M = 2,56 g

Ergebnis:

2,56 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
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?
So fängst du an:
lg 0,001 = −3
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
●23
Ein Strom von 2 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.
Lösung zeigen
1. Q = 2 A · 3860 s = 7720 C
2. n = 7720 C : (1 · 96.485 C/mol)
3. m = n · M = 8,64 g
Ergebnis:
8,64 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
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen und Blei in einer Lösung von Pb²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Eisen −0,44 V, Blei −0,13 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Eisen wird oxidiert.
Ergebnis:
Eisen, es wird oxidiert
●26
Standardpotenziale: Magnesium −2,37 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 Magnesium.
Ergebnis:
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
●27
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
●28
Welche Teilreaktion läuft an der Kathode bei der Sauerstoffkorrosion im neutralen Wasserfilm ab?
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⁻
●29
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Kupfer (+0,34 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
●30
Bleibromidschmelze 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. Pb²⁺ + 2 e⁻ → Pb
Ergebnis:
Pb²⁺ + 2 e⁻ → Pb

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 Silber in einer Lösung von Ag⁺-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: Nickel −0,26 V, Blei −0,13 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Nickel, 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 Wasserstoff-Brennstoffzelle im Bus ein?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Brennstoffzelle
Ich erkläre Lokalelement sowie Sauerstoff- und Säurekorrosion.
35
Rostet ein verchromter Wasserhahn mit Kratzer im feuchten Bad?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ja, es läuft eine Korrosion ab
Ich begründe Korrosionsschutz mit Opferanode und kenne ein Nanomaterial als Schutz.
36
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Nickel (−0,26 V) und Zink (−0,76 V) zur Wahl. Welches Metall eignet sich?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Zink, es ist unedler als Eisen
Ich erkläre die Grundlagen der Elektrolyse und ein technisches Beispiel.
37
Kupferbromidlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Brom
Ich wende die Nernst-Gleichung und die Faraday-Gesetze an (Leistungskurs).
38
Ein Strom von 4 A fließt 3860 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.
Lösung zeigen
Ergebnis:
4,72 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

Nickel, es wird oxidiert
Magnesium, es wird oxidiert
Zink, es wird oxidiert
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
Nickel, es hat das negativere Potenzial
Kupfer, es hat das negativere Potenzial
1,10 V
0,90 V
0,24 V
Sekundärelement
Primärelement
Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt
Nein, es bleibt weitgehend blank
Nein, es bleibt weitgehend blank
Am Rand kommt mehr Sauerstoff heran, dort ist die Kathode
Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
Aluminium, es ist unedler als Eisen
Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
Zur Anode, sie werden zu Chlor oxidiert
Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu
Zersetzungsspannung
0,62 V
8,64 g
2 : 1
Eisen, es wird oxidiert
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
1,53 V
O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻
Magnesium, es ist unedler als Eisen
Pb²⁺ + 2 e⁻ → Pb
Eisen, es wird oxidiert
Nickel, es hat das negativere Potenzial
1,10 V
Brennstoffzelle
Ja, es läuft eine Korrosion ab
Zink, es ist unedler als Eisen
Brom
4,72 g