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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
  • Achtung typischer Fehler
  • 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 Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Schritt für Schritt
  1. Potenziale: Magnesium −2,37 V, Aluminium −1,66 V.
  2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
  3. Magnesium wird oxidiert.
  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

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. ○1
    Wozu dient die Salzbrücke zwischen den beiden Halbzellen?
    So fängst du an:
    Ohne Brücke wäre der Stromkreis offen.
    Lösung zeigen
    1. Ohne Brücke wäre der Stromkreis offen.
    2. In der Brücke sind bewegliche Ionen.
    3. Sie gleichen die Ladung in den Halbzellen aus.
    Ergebnis:
    Sie lässt Ionen wandern und gleicht die Ladung aus
  2. ●2
    Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Nickel in einer Lösung von Ni²⁺-Ionen und Blei in einer Lösung von Pb²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    1. Potenziale: Nickel −0,26 V, Blei −0,13 V.
    2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
    3. Nickel wird oxidiert.
    Ergebnis:
    Nickel, es wird oxidiert
  3. ★3
    Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen und Nickel in einer Lösung von Ni²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    1. Potenziale: Aluminium −1,66 V, Nickel −0,26 V.
    2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
    3. Aluminium wird oxidiert.
    Ergebnis:
    Aluminium, 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: Magnesium −2,37 V, Blei −0,13 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 Magnesium.
  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

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: Eisen −0,44 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 Eisen.
    Ergebnis:
    Eisen, es hat das negativere Potenzial
  2. ●5
    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
  3. ★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 Aluminium (−1,66 V) und Nickel (−0,26 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Schritt für Schritt
  1. Akzeptor: Nickel, Donator: Aluminium.
  2. U = −0,26 V − (−1,66 V)
  3. U = 1,40 V
  1. Akzeptor: Nickel, Donator: Aluminium.
  2. U = −0,26 V − (−1,66 V)
  3. U = 1,40 V
Ergebnis:
1,40 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 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
  2. ●8
    Eine Zelle aus Magnesium (−2,37 V) und Eisen (−0,44 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Eisen, Donator: Magnesium.
    2. U = −0,44 V − (−2,37 V)
    3. U = 1,93 V
    Ergebnis:
    1,93 V
  3. ★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

Welche Reaktion läuft in der Brennstoffzelle an der Kathode ab?
Schritt für Schritt
  1. An der Kathode wird reduziert.
  2. Reduziert wird der Sauerstoff.
  3. Er nimmt die Elektronen aus dem äußeren Stromkreis auf.
  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

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

  1. ○10
    Wie ordnet man eine Brennstoffzelle mit Methanol in einem Camping-Stromgerät 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 Brennstoffzelle.
    Ergebnis:
    Brennstoffzelle
  2. ●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
  3. ★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 Salzsäure?
Schritt für Schritt
  1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
  2. In Säure wird H₃O⁺ reduziert, das Eisen löst sich auch ohne Sauerstoff.
  3. Also rostet es.
  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

AchtungRosten braucht nur Sauerstoff

So nicht
Rostet ein Eisennagel in Salzsäure → Nein, es bleibt weitgehend blank
So richtig
Rostet ein Eisennagel in Salzsäure → 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 Eisennagel in Leitungswasser an der Luft?
    So fängst du an:
    Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
    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
  2. ●14
    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⁻
  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

Warum schützt ein Zinkblock am Schiffsrumpf das Eisen?
Schritt für Schritt
  1. Zink hat das negativere Potenzial.
  2. Es gibt die Elektronen ab.
  3. So bleibt das Eisen unverändert.
  1. Zink hat das negativere Potenzial.
  2. Es gibt die Elektronen ab.
  3. So bleibt das Eisen unverändert.
Ergebnis:
Zink ist unedler und wird anstelle des Eisens oxidiert

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 Blei (−0,13 V) und Aluminium (−1,66 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 Aluminium zu.
    Ergebnis:
    Aluminium, es ist unedler als Eisen
  2. ●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
  3. ★18
    Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Kupfer (+0,34 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

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

Zinkbromidlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?
Schritt für Schritt
  1. Die Kathode ist der Minuspol.
  2. Dort wandern die Kationen hin und nehmen Elektronen auf.
  3. Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn
  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

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. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?
    So fängst du an:
    Die Kathode ist der Minuspol.
    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
  2. ●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
  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

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?
Schritt für Schritt
  1. lg 0,001 = −3
  2. E = +0,80 V + (0,059 V : 1) · (−3)
  3. E = 0,62 V
  1. lg 0,001 = −3
  2. E = +0,80 V + (0,059 V : 1) · (−3)
  3. E = 0,62 V
Ergebnis:
0,62 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

  1. ○22
    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?
    So fängst du an:
    lg 0,1 = −1
    Lösung zeigen
    1. lg 0,1 = −1
    2. E = +0,34 V + (0,059 V : 2) · (−1)
    3. E = 0,31 V
    Ergebnis:
    0,31 V
  2. ●23
    Eine Zinkelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,001 mol/L ihrer Ionen (E° = −0,76 V, z = 2). Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
    Lösung zeigen
    1. lg 0,001 = −3
    2. E = −0,76 V + (0,059 V : 2) · (−3)
    3. E = −0,85 V
    Ergebnis:
    −0,85 V
  3. ★24
    Eine Zinkelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,01 mol/L ihrer Ionen (E° = −0,76 V, z = 2). Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
    Lösung zeigen
    1. lg 0,01 = −2
    2. E = −0,76 V + (0,059 V : 2) · (−2)
    3. E = −0,82 V
    Ergebnis:
    −0,82 V

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: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Zink in einer Lösung von Zn²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    1. Potenziale: Magnesium −2,37 V, Zink −0,76 V.
    2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
    3. Magnesium wird oxidiert.
    Ergebnis:
    Magnesium, es wird oxidiert
  2. ●26
    Standardpotenziale: Aluminium −1,66 V, Eisen −0,44 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
  3. ●27
    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
  4. ●28
    Rostet ein Eisennagel in Salzwasser an der Luft?
    Lösung zeigen
    1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
    2. Die Ionen im Salzwasser leiten besser, die Korrosion läuft schneller.
    3. Also rostet es.
    Ergebnis:
    Ja, es läuft eine Korrosion ab
  5. ●29
    Zink (−0,76 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 −0,76 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
  6. ●30
    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

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: 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
    Ergebnis:
    Eisen, es wird oxidiert

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

    32
    Standardpotenziale: Nickel −0,26 V, Kupfer +0,34 V. Welches Metall ist das stärkere Reduktionsmittel, und warum?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nickel, es hat das negativere Potenzial

  3. Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.

    33
    Eine Zelle aus Eisen (−0,44 V) und Blei (−0,13 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,31 V

  4. Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.

    34
    Wie ordnet man ein Lithium-Ionen-Akku im Handy ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sekundärelement

  5. 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

  6. Ich begründe Korrosionsschutz mit Opferanode und kenne ein Nanomaterial als Schutz.

    36
    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
    Ergebnis:
    Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen

  7. Ich erkläre die Grundlagen der Elektrolyse und ein technisches Beispiel.

    37
    Nickelchloridlösung wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welche Teilgleichung beschreibt die Kathode?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni

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

    38
    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?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,74 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

  1. Sie lässt Ionen wandern und gleicht die Ladung aus
  2. Nickel, es wird oxidiert
  3. Aluminium, es wird oxidiert
  4. Eisen, es hat das negativere Potenzial
  5. 0 V, per Definition
  6. Damit die Potenziale vergleichbar sind
  7. 0,13 V
  8. 1,93 V
  9. 0,24 V
  10. Brennstoffzelle
  11. Primärelement
  12. Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt
  13. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  14. O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻
  15. Am Rand kommt mehr Sauerstoff heran, dort ist die Kathode
  16. Aluminium, es ist unedler als Eisen
  17. Aluminium, es ist unedler als Eisen
  18. Zink, es ist unedler als Eisen
  19. Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni
  20. Chlor
  21. Zersetzungsspannung
  22. 0,31 V
  23. −0,85 V
  24. −0,82 V
  25. Magnesium, es wird oxidiert
  26. Aluminium, es hat das negativere Potenzial
  27. 1,56 V
  28. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  29. Ja, es ist unedler und wird statt des Eisens oxidiert
  30. Ag⁺ + e⁻ → Ag
  31. Eisen, es wird oxidiert
  32. Nickel, es hat das negativere Potenzial
  33. 0,31 V
  34. Sekundärelement
  35. Nein, es bleibt weitgehend blank
  36. Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
  37. Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni
  38. 0,74 V