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

Schritt für Schritt

Potenziale: Eisen −0,44 V, Silber +0,80 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Eisen wird oxidiert.

Potenziale: Eisen −0,44 V, Silber +0,80 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Eisen wird oxidiert.

Ergebnis:

Eisen, 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
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
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Blei in einer Lösung von Pb²⁺-Ionen und Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Blei −0,13 V, Silber +0,80 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Blei wird oxidiert.
Ergebnis:
Blei, 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: Kupfer +0,34 V, Silber +0,80 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 Kupfer.

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

Ergebnis:

Kupfer, 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, Aluminium −1,66 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
Welches Metall ist das stärkste Reduktionsmittel: Silber (+0,80 V), Kupfer (+0,34 V), Zink (−0,76 V) oder Magnesium (−2,37 V)?
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
★6
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

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 Magnesium (−2,37 V) und Aluminium (−1,66 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?

Schritt für Schritt

Akzeptor: Aluminium, Donator: Magnesium.
U = −1,66 V − (−2,37 V)
U = 0,71 V

Akzeptor: Aluminium, Donator: Magnesium.
U = −1,66 V − (−2,37 V)
U = 0,71 V

Ergebnis:

0,71 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
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
●8
Eine Zelle aus Aluminium (−1,66 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Silber, Donator: Aluminium.
2. U = +0,80 V − (−1,66 V)
3. U = 2,46 V
Ergebnis:
2,46 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

Was unterscheidet eine Alkali-Mangan-Batterie von einem Lithium-Ionen-Akku?

Schritt für Schritt

Die Batterie ist ein Primärelement: Sie wird verbraucht.
Der Akku ist ein Sekundärelement.
Beim Laden erzwingt Strom von außen die Umkehrung.

Die Batterie ist ein Primärelement: Sie wird verbraucht.
Der Akku ist ein Sekundärelement.
Beim Laden erzwingt Strom von außen die Umkehrung.

Ergebnis:

Die Batterie ist nicht wiederaufladbar, der Akku wird durch eine erzwungene Umkehrung geladen

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 ein Nickel-Metallhydrid-Akku in der Digitalkamera 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
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

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Es fehlt der Sauerstoff.
Also rostet es kaum.

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Es fehlt der Sauerstoff.
Also rostet es kaum.

Ergebnis:

Nein, es bleibt weitgehend blank

AchtungRosten braucht nur Sauerstoff

So nicht

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

So richtig

Rostet ein Eisennagel in Leitungswasser 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 Eisennagel in trockener Luft?
So fängst du an:
Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Lösung zeigen
1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
2. Es fehlt das Wasser als Elektrolyt.
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
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 Aluminium (−1,66 V) und Nickel (−0,26 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 Aluminium zu.

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

Ergebnis:

Aluminium, es ist unedler als Eisen

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
Zink (−0,76 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 −0,76 V mit −0,44 V.
Lösung zeigen
1. Vergleiche −0,76 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
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

Nickelchloridlösung 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 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻

Die Anode ist der Pluspol.
Dort wandern die Anionen hin und geben Elektronen ab.
2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻

Ergebnis:

Chlor

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
Kupferchloridlösung 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
●20
Was unterscheidet die Elektrolyse von der galvanischen Zelle in der Energiebilanz?
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
★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 Zinkelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,1 mol/L ihrer Ionen (E° = −0,76 V, z = 2). Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?

Schritt für Schritt

lg 0,1 = −1
E = −0,76 V + (0,059 V : 2) · (−1)
E = −0,79 V

lg 0,1 = −1
E = −0,76 V + (0,059 V : 2) · (−1)
E = −0,79 V

Ergebnis:

−0,79 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

○22
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.
So fängst du an:
Ladung Q = I · t = 2 A · 965 s = 1930 C.
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
●23
Ein Strom von 1 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.
Lösung zeigen
1. Q = 1 A · 3860 s = 3860 C
2. n = 3860 C : (2 · 96.485 C/mol)
3. m = n · M = 1,28 g
Ergebnis:
1,28 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: Zink in einer Lösung von Zn²⁺-Ionen und Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
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
●26
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
●27
Eine Zelle aus Magnesium (−2,37 V) und Nickel (−0,26 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Nickel, Donator: Magnesium.
2. U = −0,26 V − (−2,37 V)
3. U = 2,11 V
Ergebnis:
2,11 V
●28
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
●29
Rostet ein Eisennagel in Salzsäure?
Lösung zeigen
1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
2. In Säure wird H₃O⁺ reduziert, das Eisen löst sich auch ohne Sauerstoff.
3. Also rostet es.
Ergebnis:
Ja, es läuft eine Korrosion ab
●30
Nickelchloridlösung 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. Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni
Ergebnis:
Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni

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: Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen und Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Kupfer, es wird oxidiert
Ich ermittle Standardelektrodenpotenziale mit der Standardwasserstoff-Elektrode und lese die Spannungsreihe.
32
Welchen Wert hat das Standardpotenzial der Standardwasserstoff-Elektrode?
Lösung zeigen
Ergebnis:
0 V, per Definition
Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.
33
Eine Zelle aus Eisen (−0,44 V) und Nickel (−0,26 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,18 V
Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.
34
Welche Reaktion läuft in der Brennstoffzelle an der Kathode ab?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Sauerstoff nimmt Elektronen auf und wird reduziert
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
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Silber (+0,80 V) und Aluminium (−1,66 V) zur Wahl. Welches Metall eignet sich?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Aluminium, es ist unedler als Eisen
Ich erkläre die Grundlagen der Elektrolyse und ein technisches Beispiel.
37
Silberiodidschmelze wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Ag⁺ + e⁻ → Ag
Ich wende die Nernst-Gleichung und die Faraday-Gesetze an (Leistungskurs).
38
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
Ergebnis:
0,31 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

Kupferionen werden zu Kupfer reduziert, die Elektrode wird schwerer
Blei, es wird oxidiert
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
Magnesium
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
1,56 V
2,46 V
0,24 V
Sekundärelement
Sekundärelement
Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt
Nein, es bleibt weitgehend blank
Ja, es läuft eine Korrosion ab
Am Rand kommt mehr Sauerstoff heran, dort ist die Kathode
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
Chlor
Die Elektrolyse nimmt elektrische Energie auf und erzwingt die Reaktion
Zersetzungsspannung
0,65 g
1,28 g
2 : 1
Zink, es wird oxidiert
Blei, es hat das negativere Potenzial
2,11 V
Brennstoffzelle
Ja, es läuft eine Korrosion ab
Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni
Kupfer, es wird oxidiert
0 V, per Definition
0,18 V
Sauerstoff nimmt Elektronen auf und wird reduziert
Nein, es bleibt weitgehend blank
Aluminium, es ist unedler als Eisen
Ag⁺ + e⁻ → Ag
0,31 V