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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
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  • 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: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Blei in einer Lösung von Pb²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Schritt für Schritt
  1. Potenziale: Magnesium −2,37 V, Blei −0,13 V.
  2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
  3. Magnesium wird oxidiert.
  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

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
    Im Daniell-Element fließen Elektronen im äußeren Stromkreis. Von welcher Elektrode zu welcher?
    So fängst du an:
    Das unedlere Metall gibt Elektronen ab.
    Lösung zeigen
    1. Das unedlere Metall gibt Elektronen ab.
    2. Das ist Zink, der Minuspol.
    3. Im Draht fließen sie zur Kupferelektrode.
    Ergebnis:
    Von der Zinkelektrode zur Kupferelektrode
  2. ●2
    Welche Vorgänge laufen in der Kupferhalbzelle des Daniell-Elements ab?
    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
  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: Nickel −0,26 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 Nickel.
  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

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: Zink −0,76 V, Nickel −0,26 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 Zink.
    Ergebnis:
    Zink, es hat das negativere Potenzial
  2. ●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
  3. ★6
    Standardpotenziale: Aluminium −1,66 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 Aluminium.
    Ergebnis:
    Aluminium, 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 Eisen (−0,44 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Schritt für Schritt
  1. Akzeptor: Kupfer, Donator: Eisen.
  2. U = +0,34 V − (−0,44 V)
  3. U = 0,78 V
  1. Akzeptor: Kupfer, Donator: 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
    Eine Zelle aus Nickel (−0,26 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    So fängst du an:
    Akzeptor: Kupfer, Donator: Nickel.
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Kupfer, Donator: Nickel.
    2. U = +0,34 V − (−0,26 V)
    3. U = 0,60 V
    Ergebnis:
    0,60 V
  2. ●8
    Eine Zelle aus Zink (−0,76 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Silber, Donator: Zink.
    2. U = +0,80 V − (−0,76 V)
    3. U = 1,56 V
    Ergebnis:
    1,56 V
  3. ★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

Was unterscheidet eine Alkali-Mangan-Batterie von einem Lithium-Ionen-Akku?
Schritt für Schritt
  1. Die Batterie ist ein Primärelement: Sie wird verbraucht.
  2. Der Akku ist ein Sekundärelement.
  3. Beim Laden erzwingt Strom von außen die Umkehrung.
  1. Die Batterie ist ein Primärelement: Sie wird verbraucht.
  2. Der Akku ist ein Sekundärelement.
  3. 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 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 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
  2. ●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
  3. ★12
    Wie ordnet man ein Lithium-Ionen-Akku im Handy ein?
    Lösung zeigen
    1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
    2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
    3. Also Sekundärelement.
    Ergebnis:
    Sekundärelement

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

Welche Teilreaktion läuft an der Kathode bei der Sauerstoffkorrosion im neutralen Wasserfilm ab?
Schritt für Schritt
  1. Die Kathode reduziert.
  2. Im neutralen Wasserfilm wird Sauerstoff reduziert.
  3. O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻
  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⁻

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 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 verchromter Wasserhahn mit Kratzer im feuchten Bad?
    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
  3. ★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

Kupfer (+0,34 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 +0,34 V mit −0,44 V.
  2. Das Schutzmetall hat das größere Potenzial.
  3. Dann gibt das Eisen die Elektronen ab.
  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

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
    Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Magnesium (−2,37 V) und Nickel (−0,26 V) zur Wahl. Welches Metall eignet sich?
    So fängst du an:
    Vergleiche beide Potenziale mit −0,44 V.
    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
  2. ●17
    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
    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
  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

Bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse entsteht neben Chlor ein Stoff, der als Lauge genutzt wird. Welcher?
Schritt für Schritt
  1. Kathode: Wasser wird reduziert, es entstehen H₂ und OH⁻.
  2. Anode: Chlorid wird zu Cl₂ oxidiert.
  3. Übrig bleiben Na⁺ und OH⁻: Natronlauge.
  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

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

Ein Strom von 2 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
  1. Q = 2 A · 1930 s = 3860 C
  2. n = 3860 C : (2 · 96.485 C/mol)
  3. m = n · M = 1,28 g
  1. Q = 2 A · 1930 s = 3860 C
  2. n = 3860 C : (2 · 96.485 C/mol)
  3. m = n · M = 1,28 g
Ergebnis:
1,28 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 1 A fließt 965 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.
    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 = 0,33 g
    Ergebnis:
    0,33 g
  2. ●23
    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.
    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
  3. ★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

  1. ●25
    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
  2. ●26
    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
  3. ●27
    In einer Zelle gibt Eisen (−0,44 V) Elektronen an Kupferionen (+0,34 V) ab. Bestimme: Welche Spannung liefert sie?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor ist Kupfer, Donator ist Eisen.
    2. U = 0,34 V − (−0,44 V).
    3. U = 0,78 V
    Ergebnis:
    0,78 V
  4. ●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
  5. ●29
    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
  6. ●30
    Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Zink (−0,76 V) und Blei (−0,13 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

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: Zink in einer Lösung von Zn²⁺-Ionen und Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zink, es wird oxidiert

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

    32
    Standardpotenziale: Aluminium −1,66 V, Kupfer +0,34 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 Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2,71 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 verchromter Wasserhahn mit Kratzer im feuchten Bad?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ja, es läuft eine Korrosion ab

  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
    Kupferchloridlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Chlor

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

    38
    Ein Strom von 1 A fließt 965 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
    Ergebnis:
    1,08 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

  1. Von der Zinkelektrode zur Kupferelektrode
  2. Kupferionen werden zu Kupfer reduziert, die Elektrode wird schwerer
  3. Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
  4. Zink, es hat das negativere Potenzial
  5. Nickel, es hat das negativere Potenzial
  6. Aluminium, es hat das negativere Potenzial
  7. 0,60 V
  8. 1,56 V
  9. 1,22 V
  10. Sekundärelement
  11. Primärelement
  12. Sekundärelement
  13. Nein, es bleibt weitgehend blank
  14. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  15. Am Rand kommt mehr Sauerstoff heran, dort ist die Kathode
  16. Magnesium, es ist unedler als Eisen
  17. Zink, es ist unedler als Eisen
  18. Wasser perlt ab, es bildet sich kein Elektrolytfilm
  19. Chlor
  20. Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn
  21. Zersetzungsspannung
  22. 0,33 g
  23. 0,65 g
  24. 2 : 1
  25. Zink, es wird oxidiert
  26. Blei, es hat das negativere Potenzial
  27. 0,78 V
  28. Brennstoffzelle
  29. Nein, es bleibt weitgehend blank
  30. Zink, es ist unedler als Eisen
  31. Zink, es wird oxidiert
  32. Aluminium, es hat das negativere Potenzial
  33. 2,71 V
  34. Sekundärelement
  35. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  36. Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
  37. Chlor
  38. 1,08 g