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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 Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Schritt für Schritt
  1. Potenziale: Magnesium −2,37 V, Kupfer +0,34 V.
  2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
  3. Magnesium wird oxidiert.
  1. Potenziale: Magnesium −2,37 V, Kupfer +0,34 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
    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?
    So fängst du an:
    Potenziale: Magnesium −2,37 V, Zink −0,76 V.
    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. ●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: Zink in einer Lösung von Zn²⁺-Ionen und Blei in einer Lösung von Pb²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    1. Potenziale: Zink −0,76 V, Blei −0,13 V.
    2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
    3. Zink wird oxidiert.
    Ergebnis:
    Zink, 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: Eisen −0,44 V, Kupfer +0,34 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 Eisen.
  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

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: Blei −0,13 V, Silber +0,80 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 Blei.
    Ergebnis:
    Blei, es hat das negativere Potenzial
  2. ●5
    Standardpotenziale: Magnesium −2,37 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 Magnesium.
    Ergebnis:
    Magnesium, es hat das negativere Potenzial
  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

Silber (+0,80 V) und Zink (−0,76 V) bilden eine Zelle. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung unter Standardbedingungen?
Schritt für Schritt
  1. Akzeptor ist Silber, Donator ist Zink.
  2. U = 0,80 V − (−0,76 V).
  3. U = 1,56 V
  1. Akzeptor ist Silber, Donator ist Zink.
  2. U = 0,80 V − (−0,76 V).
  3. 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

  1. ○7
    In einer Zelle gibt Eisen (−0,44 V) Elektronen an Kupferionen (+0,34 V) ab. Bestimme: Welche Spannung liefert sie?
    So fängst du an:
    Akzeptor ist Kupfer, Donator ist Eisen.
    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
  2. ●8
    Eine Zelle aus Aluminium (−1,66 V) und Nickel (−0,26 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Nickel, Donator: Aluminium.
    2. U = −0,26 V − (−1,66 V)
    3. U = 1,40 V
    Ergebnis:
    1,40 V
  3. ★9
    Eine Zelle aus Zink (−0,76 V) und Blei (−0,13 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Blei, Donator: Zink.
    2. U = −0,13 V − (−0,76 V)
    3. U = 0,63 V
    Ergebnis:
    0,63 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
  1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
  2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
  3. Also Brennstoffzelle.
  1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
  2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
  3. Also Brennstoffzelle.
Ergebnis:
Brennstoffzelle

AchtungDie Batterie speichert Elektronen

So nicht
Wie ordnet man ein Lithium-Ionen-Akku im Handy ein → Primärelement
So richtig
Wie ordnet man ein Lithium-Ionen-Akku im Handy ein → Sekundärelement

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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Wie ordnet man ein Lithium-Ionen-Akku im Handy 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
    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
  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 mit Zinkband in Salzwasser?
Schritt für Schritt
  1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
  2. Das Zink wird zuerst oxidiert und schützt das Eisen.
  3. Also rostet es kaum.
  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

AchtungRosten braucht nur Sauerstoff

So nicht
Rostet ein Eisennagel mit Kupferdraht in Salzwasser → Nein, es bleibt weitgehend blank
So richtig
Rostet ein Eisennagel mit Kupferdraht in Salzwasser → 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 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
  2. ●14
    Rostet ein Eisennagel in Paraffinöl?
    Lösung zeigen
    1. Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
    2. Das Öl hält Wasser und Sauerstoff vom Eisen fern.
    3. Also rostet es kaum.
    Ergebnis:
    Nein, es bleibt weitgehend blank
  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

Eine Konservendose aus Eisen ist verzinnt und hat einen Kratzer. Was geschieht im feuchten Raum?
Schritt für Schritt
  1. Zinn ist edler als Eisen.
  2. Beide Metalle bilden mit dem Wasserfilm ein Lokalelement.
  3. Das unedlere Eisen gibt die Elektronen ab.
  1. Zinn ist edler als Eisen.
  2. Beide Metalle bilden mit dem Wasserfilm ein Lokalelement.
  3. Das unedlere Eisen gibt die Elektronen ab.
Ergebnis:
Das Eisen rostet im Kratzer schneller, weil Zinn edler ist

AchtungVerzinnt und verzinkt schützen gleich

So nicht
Eine Zinnschicht auf Eisen schützt auch dann, wenn sie einen Kratzer hat.
So richtig
Zinn ist edler als Eisen. Bei einem Kratzer rostet das Eisen schneller. Zink ist unedler als Eisen und schützt auch bei Beschädigung.

Schau, ob das Schichtmetall edler oder unedler als Eisen ist. Dann entscheide, wer bei einem Kratzer die Elektronen abgibt.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Silber (+0,80 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 +0,80 V mit −0,44 V.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche +0,80 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
  2. ●17
    Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Zink (−0,76 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 Zink zu.
    Ergebnis:
    Zink, es ist unedler als Eisen
  3. ★18
    Wie viele Opferanoden mit Zink braucht man ungefähr pro Rumpf? Sie sollen das Eisen schützen. Welcher Faktor entscheidet über die Haltbarkeit?
    Lösung zeigen
    1. Die Opferanode löst sich beim Schutz auf.
    2. Sie hält, bis das Zink verbraucht ist.
    3. Darum hängt die Haltbarkeit von der Zinkmenge ab.
    Ergebnis:
    Die Menge an Zink, die oxidiert werden kann

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

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

  1. ○19
    Zinkbromidlösung 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 Br⁻ → Br₂ + 2 e⁻
    Ergebnis:
    Brom
  2. ●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
  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 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.
Schritt für Schritt
  1. Q = 1 A · 1930 s = 1930 C
  2. n = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol)
  3. m = n · M = 0,64 g
  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

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 5 A fließt 965 s lang durch eine Lösung der Nickelionen mit der Ladungszahl 2. Bestimme: Wie viel Gramm Nickel scheiden sich ab? M = 59 g/mol, F = 96.485 C/mol.
    So fängst du an:
    Q = 5 A · 965 s = 4825 C
    Lösung zeigen
    1. Q = 5 A · 965 s = 4825 C
    2. n = 4825 C : (2 · 96.485 C/mol)
    3. m = n · M = 1,48 g
    Ergebnis:
    1,48 g
  2. ●23
    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
  3. ★24
    Bestimme: Wie groß ist das Potenzial einer Kupferelektrode in einer Lösung mit c(Cu²⁺) = 0,01 mol/L bei 25 Grad Celsius? E° = +0,34 V.
    Lösung zeigen
    1. E = E° + (0,059 V : z) · lg c.
    2. z = 2, lg 0,01 = −2.
    3. E = 0,34 V − 0,059 V = 0,28 V.
    Ergebnis:
    0,28 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: 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
  2. ●26
    Ein Redoxpaar hat das Standardpotenzial −2,37 V. Was sagt das über die reduzierte Form?
    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
  3. ●27
    Eine Zelle aus Magnesium (−2,37 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Kupfer, Donator: Magnesium.
    2. U = +0,34 V − (−2,37 V)
    3. U = 2,71 V
    Ergebnis:
    2,71 V
  4. ●28
    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
  5. ●29
    Rostet ein Stahlträger in einer Betonwand mit trockener Innenluft?
    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
  6. ●30
    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
    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 Eisen in einer Lösung von Fe²⁺-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, Blei −0,13 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
    In einer Zelle gibt Eisen (−0,44 V) Elektronen an Kupferionen (+0,34 V) ab. Bestimme: Welche Spannung liefert sie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,78 V

  4. Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.

    34
    Wie ordnet man eine Zink-Luft-Zelle im Hörgerät ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Primärelement

  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
    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
    Ergebnis:
    Magnesium, es ist unedler als Eisen

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

    37
    Bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse entsteht neben Chlor ein Stoff, der als Lauge genutzt wird. Welcher?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Natronlauge

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

    38
    Ein Strom von 5 A fließt 1930 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:
    10,80 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. Magnesium, es wird oxidiert
  2. Nickel, es wird oxidiert
  3. Zink, es wird oxidiert
  4. Blei, es hat das negativere Potenzial
  5. Magnesium, es hat das negativere Potenzial
  6. Damit die Potenziale vergleichbar sind
  7. 0,78 V
  8. 1,40 V
  9. 0,63 V
  10. Sekundärelement
  11. Ein Stoff wird verbraucht, die Spannung sinkt allmählich
  12. Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt
  13. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  14. Nein, es bleibt weitgehend blank
  15. Am Rand kommt mehr Sauerstoff heran, dort ist die Kathode
  16. Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
  17. Zink, es ist unedler als Eisen
  18. Die Menge an Zink, die oxidiert werden kann
  19. Brom
  20. Ag⁺ + e⁻ → Ag
  21. Zersetzungsspannung
  22. 1,48 g
  23. −0,82 V
  24. 0,28 V
  25. Aluminium, es wird oxidiert
  26. Sie gibt Elektronen sehr leicht ab
  27. 2,71 V
  28. Sekundärelement
  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. 0,78 V
  34. Primärelement
  35. Nein, es bleibt weitgehend blank
  36. Magnesium, es ist unedler als Eisen
  37. Natronlauge
  38. 10,80 g