Chemie · Klasse 13 · Kapitel

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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

Wozu dient die Salzbrücke zwischen den beiden Halbzellen?

Schritt für Schritt

Ohne Brücke wäre der Stromkreis offen.
In der Brücke sind bewegliche Ionen.
Sie gleichen die Ladung in den Halbzellen aus.

Ohne Brücke wäre der Stromkreis offen.
In der Brücke sind bewegliche Ionen.
Sie gleichen die Ladung in den Halbzellen aus.

Ergebnis:

Sie lässt Ionen wandern und gleicht die Ladung aus

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
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?
So fängst du an:
Potenziale: Zink −0,76 V, Eisen −0,44 V.
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
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
1. Potenziale: Zink −0,76 V, Kupfer +0,34 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Zink wird oxidiert.
Ergebnis:
Zink, 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: Aluminium −1,66 V, Eisen −0,44 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 Aluminium.

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

Ergebnis:

Aluminium, 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
Ein Redoxpaar hat das Standardpotenzial −2,37 V. Was sagt das über die reduzierte Form?
So fängst du an:
Negativ heißt: abgabefreudig.
Lösung zeigen
1. Negativ heißt: abgabefreudig.
2. Die reduzierte Form ist der Donator.
3. Das Metall ist stark unedel.
Ergebnis:
Sie gibt Elektronen sehr leicht ab
●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
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

Silber (+0,80 V) und Zink (−0,76 V) bilden eine Zelle. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung unter Standardbedingungen?

Schritt für Schritt

Akzeptor ist Silber, Donator ist Zink.
U = 0,80 V − (−0,76 V).
U = 1,56 V

Akzeptor ist Silber, Donator ist Zink.
U = 0,80 V − (−0,76 V).
U = 1,56 V

Ergebnis:

1,56 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 Eisen (−0,44 V) und Blei (−0,13 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
So fängst du an:
Akzeptor: Blei, Donator: Eisen.
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Blei, Donator: Eisen.
2. U = −0,13 V − (−0,44 V)
3. U = 0,31 V
Ergebnis:
0,31 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 eine Brennstoffzelle mit Methanol in einem Camping-Stromgerät ein?

Schritt für Schritt

Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
Werden die Stoffe laufend zugeführt?
Also Brennstoffzelle.

Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
Werden die Stoffe laufend zugeführt?
Also Brennstoffzelle.

Ergebnis:

Brennstoffzelle

AchtungDie Batterie speichert Elektronen

So nicht

Wie ordnet man der Bleiakku im Auto ein → Primärelement

So richtig

Wie ordnet man der Bleiakku im Auto ein → Sekundärelement

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

ÜbenJetzt du

○10
Wie ordnet man der Bleiakku im Auto 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 Knopfzelle in der Armbanduhr 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 Eisennagel in Salzwasser an der Luft?

Schritt für Schritt

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

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Die Ionen im Salzwasser leiten besser, die Korrosion läuft schneller.
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

○13
Rostet ein Eisennagel unter einer Ölschicht in Wasser, das ausgekocht wurde?
So fängst du an:
Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
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
●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

Silber (+0,80 V) wird leitend mit Eisen (−0,44 V) verbunden und kommt mit Salzwasser in Berührung. Schützt es das Eisen als Opferanode?

Schritt für Schritt

Vergleiche +0,80 V mit −0,44 V.
Das Schutzmetall hat das größere Potenzial.
Dann gibt das Eisen die Elektronen ab.

Vergleiche +0,80 V mit −0,44 V.
Das Schutzmetall hat das größere Potenzial.
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

○16
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Kupfer (+0,34 V) und Zink (−0,76 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 Zink zu.
Ergebnis:
Zink, es ist unedler als Eisen
●17
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Zink (−0,76 V) und Nickel (−0,26 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
★18
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Magnesium (−2,37 V) und Silber (+0,80 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

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

Was unterscheidet die Elektrolyse von der galvanischen Zelle in der Energiebilanz?

Schritt für Schritt

Galvanische Zelle: freiwillig, liefert Energie.
Elektrolyse: erzwungen, braucht Energie.
Darum braucht sie Gleichspannung von außen.

Galvanische Zelle: freiwillig, liefert Energie.
Elektrolyse: erzwungen, braucht Energie.
Darum braucht sie Gleichspannung von außen.

Ergebnis:

Die Elektrolyse nimmt elektrische Energie auf und erzwingt die Reaktion

AchtungDie Elektrolyse läuft von selbst

So nicht

Bei der Elektrolyse zerfällt die Lösung von selbst, der Strom ist nur zum Messen da.

So richtig

Die Elektrolyse erzwingt eine Reaktion, die nicht freiwillig abläuft. Dafür braucht sie Gleichspannung von außen, mindestens die Zersetzungsspannung.

Nenne, woher die Energie kommt: aus der Zelle oder von außen? Dann entscheide, ob die Reaktion freiwillig oder erzwungen ist.

ÜbenJetzt du

○19
Silberiodidschmelze 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 I⁻ → I₂ + 2 e⁻
Ergebnis:
Iod
●20
Silberiodidschmelze 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. Ag⁺ + e⁻ → Ag
Ergebnis:
Ag⁺ + e⁻ → Ag
★21
Zinkiodidlösung 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

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

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.

Schritt für Schritt

Ladung Q = I · t = 2 A · 965 s = 1930 C.
n = Q : (z · F) = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol) = 0,010 mol.
m = n · M = 0,010 mol · 65 g/mol = 0,65 g

Ladung Q = I · t = 2 A · 965 s = 1930 C.
n = Q : (z · F) = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol) = 0,010 mol.
m = n · M = 0,010 mol · 65 g/mol = 0,65 g

Ergebnis:

0,65 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
Ein Strom von 1 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.
So fängst du an:
Q = 1 A · 1930 s = 1930 C
Lösung zeigen
1. Q = 1 A · 1930 s = 1930 C
2. n = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol)
3. m = n · M = 0,64 g
Ergebnis:
0,64 g
●23
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?
Lösung zeigen
1. lg 0,01 = −2
2. E = +0,34 V + (0,059 V : 2) · (−2)
3. E = 0,28 V
Ergebnis:
0,28 V
★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: 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
●26
Standardpotenziale: Aluminium −1,66 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 Aluminium.
Ergebnis:
Aluminium, es hat das negativere Potenzial
●27
Eine Zelle aus Nickel (−0,26 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Silber, Donator: Nickel.
2. U = +0,80 V − (−0,26 V)
3. U = 1,06 V
Ergebnis:
1,06 V
●28
Was geschieht beim Entladen eines Bleiakkus, wenn er Strom abgibt?
Lösung zeigen
1. Beim Entladen läuft die freiwillige Reaktion.
2. Dabei werden Blei und Bleioxid verbraucht.
3. Die Spannung sinkt, wenn die Stoffe weniger werden.
Ergebnis:
Ein Stoff wird verbraucht, die Spannung sinkt allmählich
●29
Warum korrodiert Eisen in sauren Lösungen stärker?
Lösung zeigen
1. Eisen ist unedler als Wasserstoff.
2. In Säuren sind viele H₃O⁺ vorhanden.
3. Sie nehmen die Elektronen auf und werden zu H₂.
Ergebnis:
H₃O⁺-Ionen werden zu Wasserstoff reduziert
●30
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

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: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Magnesium, es wird oxidiert
Ich ermittle Standardelektrodenpotenziale mit der Standardwasserstoff-Elektrode und lese die Spannungsreihe.
32
Standardpotenziale: Aluminium −1,66 V, Eisen −0,44 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Aluminium, es hat das negativere Potenzial
Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.
33
Eine Zelle aus Aluminium (−1,66 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
Ergebnis:
2,46 V
Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.
34
Wie ordnet man eine Zink-Kohle-Batterie in der Taschenlampe ein?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Primärelement
Ich erkläre Lokalelement sowie Sauerstoff- und Säurekorrosion.
35
Rostet ein Eisennagel in trockener Luft?
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 Aluminium (−1,66 V) und Nickel (−0,26 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
Zinkiodidlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn
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

Zink, es wird oxidiert
Zink, es wird oxidiert
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Sie gibt Elektronen sehr leicht ab
Nickel, es hat das negativere Potenzial
Damit die Potenziale vergleichbar sind
0,31 V
0,90 V
0,24 V
Sekundärelement
Primärelement
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
Zink, es ist unedler als Eisen
Zink, es ist unedler als Eisen
Magnesium, es ist unedler als Eisen
Iod
Ag⁺ + e⁻ → Ag
Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn
0,64 g
0,28 V
2 : 1
Aluminium, es wird oxidiert
Aluminium, es hat das negativere Potenzial
1,06 V
Ein Stoff wird verbraucht, die Spannung sinkt allmählich
H₃O⁺-Ionen werden zu Wasserstoff reduziert
Magnesium, es ist unedler als Eisen
Magnesium, es wird oxidiert
Aluminium, es hat das negativere Potenzial
2,46 V
Primärelement
Nein, es bleibt weitgehend blank
Aluminium, es ist unedler als Eisen
Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn
0,31 V