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: Blei in einer Lösung von Pb²⁺-Ionen und Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
So fängst du an:
Potenziale: Blei −0,13 V, Silber +0,80 V.
Lösung zeigen
1. Potenziale: Blei −0,13 V, Silber +0,80 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Blei wird oxidiert.
Ergebnis:
Blei, es wird oxidiert
●2
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
★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: Zink −0,76 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 Zink.

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

Ergebnis:

Zink, 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: Eisen −0,44 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 Eisen.
Ergebnis:
Eisen, es hat das negativere Potenzial
●5
Standardpotenziale: Magnesium −2,37 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 Magnesium.
Ergebnis:
Magnesium, 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 Aluminium (−1,66 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
So fängst du an:
Akzeptor: Kupfer, Donator: Aluminium.
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Kupfer, Donator: Aluminium.
2. U = +0,34 V − (−1,66 V)
3. U = 2,00 V
Ergebnis:
2,00 V
●8
Eine Zelle aus Kupfer (+0,34 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Silber, Donator: Kupfer.
2. U = +0,80 V − (+0,34 V)
3. U = 0,46 V
Ergebnis:
0,46 V
★9
Aluminium (−1,66 V) gibt je Atom drei Elektronen ab, Kupfer (+0,34 V) nimmt je Ion zwei auf. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor Kupfer, Donator Aluminium.
2. U = 0,34 V − (−1,66 V).
3. U = 2,00 V, unabhängig von z.
Ergebnis:
2,00 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 Zink-Luft-Zelle im Hörgerät 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 Zink-Luft-Zelle im Hörgerät ein → Sekundärelement

So richtig

Wie ordnet man eine Zink-Luft-Zelle im Hörgerät ein → Primärelement

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

ÜbenJetzt du

○10
Wie ordnet man ein Lithium-Akku im Elektroauto 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 Wasserstoff-Brennstoffzelle im Bus ein?
Lösung zeigen
1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
3. Also Brennstoffzelle.
Ergebnis:
Brennstoffzelle
★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 Stahlträger in einer Betonwand mit trockener Innenluft?

Schritt für Schritt

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Im alkalischen und trockenen Beton fehlen Wasser und Säure.
Also rostet es kaum.

Prüfe: Sauerstoff, Wasser als Elektrolyt, Lokalelement?
Im alkalischen und trockenen Beton fehlen Wasser und Säure.
Also rostet es kaum.

Ergebnis:

Nein, es bleibt weitgehend blank

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

○13
Welche Bedingungen braucht das Rosten von Eisen mindestens?
So fängst du an:
Rost ist die Reaktion von Eisen mit Sauerstoff.
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
●14
Rostet ein Eisennagel unter einer Ölschicht in Wasser, das ausgekocht wurde?
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
★15
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

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

Zinn ist edler als Eisen.
Beide Metalle bilden mit dem Wasserfilm ein Lokalelement.
Das unedlere Eisen gibt die Elektronen ab.

Zinn ist edler als Eisen.
Beide Metalle bilden mit dem Wasserfilm ein Lokalelement.
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

○16
Aluminium (−1,66 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 −1,66 V mit −0,44 V.
Lösung zeigen
1. Vergleiche −1,66 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
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
1. Vergleiche −0,26 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
Kupfer (+0,34 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 +0,34 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

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
Zinkiodidlösung 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
Bleibromidschmelze 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 Br⁻ → Br₂ + 2 e⁻
Ergebnis:
Brom
★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 3860 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.

Schritt für Schritt

Q = 2 A · 3860 s = 7720 C
n = 7720 C : (2 · 96.485 C/mol)
m = n · M = 2,36 g

Q = 2 A · 3860 s = 7720 C
n = 7720 C : (2 · 96.485 C/mol)
m = n · M = 2,36 g

Ergebnis:

2,36 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
Wie hängt die abgeschiedene Stoffmenge von der Stromstärke bei konstanter Zeit ab?
So fängst du an:
Q = I · t.
Lösung zeigen
1. Q = I · t.
2. n = Q : (z · F).
3. n ist proportional zu I, solange t, z und F gleich bleiben.
Ergebnis:
Sie ist proportional zur Stromstärke
●23
Ein Strom von 5 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
1. Q = 5 A · 965 s = 4825 C
2. n = 4825 C : (2 · 96.485 C/mol)
3. m = n · M = 1,63 g
Ergebnis:
1,63 g
★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

●25
Zwei Halbzellen werden mit einer Salzbrücke verbunden: Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen und Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
1. Potenziale: Kupfer +0,34 V, Silber +0,80 V.
2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
3. Kupfer wird oxidiert.
Ergebnis:
Kupfer, es wird oxidiert
●26
Standardpotenziale: Zink −0,76 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 Zink.
Ergebnis:
Zink, es hat das negativere Potenzial
●27
Eine Zelle aus Blei (−0,13 V) und Kupfer (+0,34 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Lösung zeigen
1. Akzeptor: Kupfer, Donator: Blei.
2. U = +0,34 V − (−0,13 V)
3. U = 0,47 V
Ergebnis:
0,47 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 Blei (−0,13 V) und Aluminium (−1,66 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

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: Nickel in einer Lösung von Ni²⁺-Ionen und Silber in einer Lösung von Ag⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Nickel, es wird oxidiert
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
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
Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.
34
Wie ordnet man eine Brennstoffzelle mit Methanol in einem Camping-Stromgerät ein?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Brennstoffzelle
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
Ich begründe Korrosionsschutz mit Opferanode und kenne ein Nanomaterial als Schutz.
36
Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Kupfer (+0,34 V) und Aluminium (−1,66 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
Bleibromidschmelze wird mit Graphitelektroden elektrolysiert. Welcher Stoff entsteht an der Anode?
Lösung zeigen
Ergebnis:
Brom
Ich wende die Nernst-Gleichung und die Faraday-Gesetze an (Leistungskurs).
38
Ein Strom von 4 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:
8,64 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

Blei, es wird oxidiert
Aluminium, es wird oxidiert
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Eisen, es hat das negativere Potenzial
Magnesium, es hat das negativere Potenzial
Damit die Potenziale vergleichbar sind
2,00 V
0,46 V
2,00 V
Sekundärelement
Brennstoffzelle
Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt
Sauerstoff und Wasser als Elektrolytfilm
Nein, es bleibt weitgehend blank
Nein, es bleibt weitgehend blank
Ja, es ist unedler und wird statt des Eisens oxidiert
Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
Nein, es ist edler und das Eisen wird stärker angegriffen
Iod
Brom
Zersetzungsspannung
Sie ist proportional zur Stromstärke
1,63 g
0,28 V
Kupfer, es wird oxidiert
Zink, es hat das negativere Potenzial
0,47 V
Ein Stoff wird verbraucht, die Spannung sinkt allmählich
H₃O⁺-Ionen werden zu Wasserstoff reduziert
Aluminium, es ist unedler als Eisen
Nickel, es wird oxidiert
Aluminium, es hat das negativere Potenzial
2,71 V
Brennstoffzelle
Ja, es läuft eine Korrosion ab
Aluminium, es ist unedler als Eisen
Brom
8,64 g