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

Schritt für Schritt

Potenziale: Zink −0,76 V, Kupfer +0,34 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Zink wird oxidiert.

Potenziale: Zink −0,76 V, Kupfer +0,34 V.
Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
Zink wird oxidiert.

Ergebnis:

Zink, 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: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Nickel in einer Lösung von Ni²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
So fängst du an:
Potenziale: Magnesium −2,37 V, Nickel −0,26 V.
Lösung zeigen
1. Potenziale: Magnesium −2,37 V, Nickel −0,26 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Magnesium wird oxidiert.
Ergebnis:
Magnesium, es wird oxidiert
●2
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen und Blei in einer Lösung von Pb²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Aluminium −1,66 V, Blei −0,13 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Aluminium wird oxidiert.
Ergebnis:
Aluminium, es wird oxidiert
★3
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Nickel in einer Lösung von Ni²⁺-Ionen und Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Nickel −0,26 V, Kupfer +0,34 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Nickel wird oxidiert.
Ergebnis:
Nickel, 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: Nickel −0,26 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 Nickel.

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

○4
Standardpotenziale: Aluminium −1,66 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 Aluminium.
Ergebnis:
Aluminium, es hat das negativere Potenzial
●5
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
★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

Eine Zelle aus Magnesium (−2,37 V) und Zink (−0,76 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?

Schritt für Schritt

Akzeptor: Zink, Donator: Magnesium.
U = −0,76 V − (−2,37 V)
U = 1,61 V

Akzeptor: Zink, Donator: Magnesium.
U = −0,76 V − (−2,37 V)
U = 1,61 V

Ergebnis:

1,61 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 Nickel (−0,26 V) und Blei (−0,13 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
So fängst du an:
Akzeptor: Blei, Donator: Nickel.
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Blei, Donator: Nickel.
2. U = −0,13 V − (−0,26 V)
3. U = 0,13 V
Ergebnis:
0,13 V
●8
Eine Zelle aus Magnesium (−2,37 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Silber, Donator: Magnesium.
2. U = +0,80 V − (−2,37 V)
3. U = 3,17 V
Ergebnis:
3,17 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 Knopfzelle in der Armbanduhr ein?

Schritt für Schritt

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

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

Ergebnis:

Primärelement

AchtungBeim Laden läuft dieselbe Reaktion weiter

So nicht

Wie ordnet man eine Knopfzelle in der Armbanduhr ein → Sekundärelement

So richtig

Wie ordnet man eine Knopfzelle in der Armbanduhr ein → Primärelement

Schreib die Entladereaktion auf und kehre sie um. Wer erzwingt die Umkehr?

ÜbenJetzt du

○10
Welche Reaktion läuft in der Brennstoffzelle an der Kathode ab?
So fängst du an:
An der Kathode wird reduziert.
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
●11
Wie ordnet man eine Zink-Luft-Zelle im Hörgerät 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 mit Kupferdraht in Salzwasser?
So fängst du an:
Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Lösung zeigen
1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
2. Das Eisen ist unedler als Kupfer und wird verstärkt oxidiert.
3. Also rostet es.
Ergebnis:
Ja, es läuft eine Korrosion ab
●14
Rostet ein Eisennagel in trockener Luft?
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
★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

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

Vergleiche +0,34 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
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
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
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
★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

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
Bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse entsteht neben Chlor ein Stoff, der als Lauge genutzt wird. Welcher?
So fängst du an:
Kathode: Wasser wird reduziert, es entstehen H₂ und OH⁻.
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
●20
Kupferchloridlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?
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
★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 Silberelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,1 mol/L ihrer Ionen (E° = +0,80 V, z = 1). Bestimme: Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?

Schritt für Schritt

lg 0,1 = −1
E = +0,80 V + (0,059 V : 1) · (−1)
E = 0,74 V

lg 0,1 = −1
E = +0,80 V + (0,059 V : 1) · (−1)
E = 0,74 V

Ergebnis:

0,74 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
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.
So fängst du an:
Q = 2 A · 3860 s = 7720 C
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
●23
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.
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
★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 Zink in einer Lösung von Zn²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Aluminium −1,66 V, Zink −0,76 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Aluminium wird oxidiert.
Ergebnis:
Aluminium, es wird oxidiert
●26
Welchen Wert hat das Standardpotenzial der Standardwasserstoff-Elektrode?
Lösung zeigen
1. Ein Potenzial braucht einen Nullpunkt.
2. Dafür dient die Standardwasserstoff-Elektrode.
3. Ihr Wert ist 0 V.
Ergebnis:
0 V, per Definition
●27
Silber (+0,80 V) und Zink (−0,76 V) bilden eine Zelle. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung unter Standardbedingungen?
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
●28
Welche Bedingungen braucht das Rosten von Eisen mindestens?
Lösung zeigen
1. Rost ist die Reaktion von Eisen mit Sauerstoff.
2. Dazu braucht es Ionen im Wasserfilm als Elektrolyt.
3. Beides muss da sein.
Ergebnis:
Sauerstoff und Wasser als Elektrolytfilm
●29
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Silber (+0,80 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
Zinkiodidlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?
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

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 Blei in einer Lösung von Pb²⁺-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: Eisen −0,44 V, Nickel −0,26 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Eisen, es hat das negativere Potenzial
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
Wie ordnet man der Akku eines Laptops ein?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Sekundärelement
Ich erkläre Lokalelement sowie Sauerstoff- und Säurekorrosion.
35
Rostet ein Eisennagel unter einer Ölschicht in Wasser, das ausgekocht wurde?
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 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
Eine Kupferchloridlösung wird elektrolysiert. Wohin wandern die Chloridionen, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Zur Anode, sie werden zu Chlor oxidiert
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 Zinkionen mit der Ladungszahl 2. Bestimme: Wie viel Gramm Zink scheiden sich ab? M = 65 g/mol, F = 96.485 C/mol.
Lösung zeigen
Ergebnis:
0,33 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

Magnesium, es wird oxidiert
Aluminium, es wird oxidiert
Nickel, es wird oxidiert
Aluminium, es hat das negativere Potenzial
Blei, es hat das negativere Potenzial
Damit die Potenziale vergleichbar sind
0,13 V
3,17 V
0,24 V
Sauerstoff nimmt Elektronen auf und wird reduziert
Primärelement
Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt
Ja, es läuft eine Korrosion ab
Nein, es bleibt weitgehend blank
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
Natronlauge
Chlor
Zersetzungsspannung
8,64 g
0,64 g
2 : 1
Aluminium, es wird oxidiert
0 V, per Definition
1,56 V
Sauerstoff und Wasser als Elektrolytfilm
Magnesium, es ist unedler als Eisen
Iod
Magnesium, es wird oxidiert
Eisen, es hat das negativere Potenzial
0,18 V
Sekundärelement
Nein, es bleibt weitgehend blank
Zink, es ist unedler als Eisen
Zur Anode, sie werden zu Chlor oxidiert
0,33 g