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Chemie · Klasse 13 · Kapitel

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Elektrische Energie aus chemischen Reaktionen

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
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  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
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  • 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: Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen und Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
Schritt für Schritt
  1. Potenziale: Aluminium −1,66 V, Kupfer +0,34 V.
  2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
  3. Aluminium wird oxidiert.
  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

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: Zink in einer Lösung von Zn²⁺-Ionen und Kupfer in einer Lösung von Cu²⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    So fängst du an:
    Potenziale: Zink −0,76 V, Kupfer +0,34 V.
    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
  2. ●2
    Welche Vorgänge laufen in der Kupferhalbzelle des Daniell-Elements ab?
    Lösung zeigen
    1. In der Kupferhalbzelle werden Elektronen aufgenommen.
    2. Aus Cu²⁺ wird Cu: Reduktion an der Kathode.
    3. Das abgeschiedene Kupfer macht die Elektrode schwerer.
    Ergebnis:
    Kupferionen werden zu Kupfer reduziert, die Elektrode wird schwerer
  3. ★3
    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?
    Lösung zeigen
    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

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, Aluminium −1,66 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
    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
  2. ●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
  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 Magnesium (−2,37 V) und Zink (−0,76 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
Schritt für Schritt
  1. Akzeptor: Zink, Donator: Magnesium.
  2. U = −0,76 V − (−2,37 V)
  3. U = 1,61 V
  1. Akzeptor: Zink, Donator: Magnesium.
  2. U = −0,76 V − (−2,37 V)
  3. 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

  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 Eisen (−0,44 V) und Silber (+0,80 V) arbeitet unter Standardbedingungen. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung?
    Lösung zeigen
    1. Akzeptor: Silber, Donator: Eisen.
    2. U = +0,80 V − (−0,44 V)
    3. U = 1,24 V
    Ergebnis:
    1,24 V
  3. ★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 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

AchtungBeim Laden läuft dieselbe Reaktion weiter

So nicht
Wie ordnet man eine Zink-Kohle-Batterie in der Taschenlampe ein → Sekundärelement
So richtig
Wie ordnet man eine Zink-Kohle-Batterie in der Taschenlampe ein → Primärelement

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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Wie ordnet man eine Zink-Kohle-Batterie in der Taschenlampe 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 Primärelement.
    Ergebnis:
    Primärelement
  2. ●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
  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

Welche Bedingungen braucht das Rosten von Eisen mindestens?
Schritt für Schritt
  1. Rost ist die Reaktion von Eisen mit Sauerstoff.
  2. Dazu braucht es Ionen im Wasserfilm als Elektrolyt.
  3. Beides muss da sein.
  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

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 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
  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

Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Blei (−0,13 V) und Magnesium (−2,37 V) zur Wahl. Welches Metall eignet sich?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche beide Potenziale mit −0,44 V.
  2. Die Opferanode hat das kleinere Potenzial.
  3. Das trifft auf Magnesium zu.
  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

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
    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
  2. ●17
    Als Opferanode für Eisen (−0,44 V) stehen Magnesium (−2,37 V) und Blei (−0,13 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
  3. ★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
  1. Die Kathode ist der Minuspol.
  2. Dort wandern die Kationen hin und nehmen Elektronen auf.
  3. Ag⁺ + e⁻ → Ag
  1. Die Kathode ist der Minuspol.
  2. Dort wandern die Kationen hin und nehmen Elektronen auf.
  3. 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

  1. ○19
    Was unterscheidet die Elektrolyse von der galvanischen Zelle in der Energiebilanz?
    So fängst du an:
    Galvanische Zelle: freiwillig, liefert Energie.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●20
    Zinkbromidlösung 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
  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

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
  1. Ladung Q = I · t = 2 A · 965 s = 1930 C.
  2. n = Q : (z · F) = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol) = 0,010 mol.
  3. m = n · M = 0,010 mol · 65 g/mol = 0,65 g
  1. Ladung Q = I · t = 2 A · 965 s = 1930 C.
  2. n = Q : (z · F) = 1930 C : (2 · 96.485 C/mol) = 0,010 mol.
  3. 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

  1. ○22
    Eine Zinkelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,1 mol/L ihrer Ionen (E° = −0,76 V, z = 2). 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 = −0,76 V + (0,059 V : 2) · (−1)
    3. E = −0,79 V
    Ergebnis:
    −0,79 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
    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.
    Lösung zeigen
    1. Q = 2 A · 3860 s = 7720 C
    2. n = 7720 C : (2 · 96.485 C/mol)
    3. m = n · M = 2,36 g
    Ergebnis:
    2,36 g

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●25
    Standardpotenziale: Zink −0,76 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 Zink.
    Ergebnis:
    Zink, es hat das negativere Potenzial
  2. ●26
    Wie ordnet man der Bleiakku im Auto ein?
    Lösung zeigen
    1. Frage: Kann man die Reaktion durch Strom umkehren?
    2. Werden die Stoffe laufend zugeführt?
    3. Also Sekundärelement.
    Ergebnis:
    Sekundärelement
  3. ●27
    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
  4. ●28
    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
  5. ●29
    Eine Silberelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,01 mol/L ihrer Ionen (E° = +0,80 V, z = 1). Bestimme: Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
    Lösung zeigen
    1. lg 0,01 = −2
    2. E = +0,80 V + (0,059 V : 1) · (−2)
    3. E = 0,68 V
    Ergebnis:
    0,68 V
  6. ●30
    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
    1. Potenziale: Nickel −0,26 V, Silber +0,80 V.
    2. Das kleinere Potenzial gehört zum Donator, dem Minuspol.
    3. Nickel wird oxidiert.
    Ergebnis:
    Nickel, es wird oxidiert

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: Magnesium in einer Lösung von Mg²⁺-Ionen und Aluminium in einer Lösung von Al³⁺-Ionen. Welches Metall bildet den Minuspol, und was geschieht dort?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Magnesium, es wird oxidiert

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

    32
    Welchen Wert hat das Standardpotenzial der Standardwasserstoff-Elektrode?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0 V, per Definition

  3. Ich berechne die Zellspannung unter Standardbedingungen.

    33
    Silber (+0,80 V) und Zink (−0,76 V) bilden eine Zelle. Bestimme: Wie groß ist die Zellspannung unter Standardbedingungen?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,56 V

  4. Ich unterscheide Primärelement, Sekundärelement und Brennstoffzelle.

    34
    Wie ordnet man eine Lithium-Batterie im Rauchmelder ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Primärelement

  5. Ich erkläre Lokalelement sowie Sauerstoff- und Säurekorrosion.

    35
    Rostet ein Eisennagel in trockener Luft?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, es bleibt weitgehend blank

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

    36
    Eine Konservendose aus Eisen ist verzinnt und hat einen Kratzer. Was geschieht im feuchten Raum?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Das Eisen rostet im Kratzer schneller, weil Zinn edler ist

  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 Kupferelektrode taucht in eine Lösung mit c = 0,001 mol/L ihrer Ionen (E° = +0,34 V, z = 2). Bestimme: Welches Potenzial hat sie bei 25 Grad Celsius?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,25 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. Zink, es wird oxidiert
  2. Kupferionen werden zu Kupfer reduziert, die Elektrode wird schwerer
  3. Magnesium, es wird oxidiert
  4. Sie gibt Elektronen sehr leicht ab
  5. Nickel, es hat das negativere Potenzial
  6. Damit die Potenziale vergleichbar sind
  7. 0,78 V
  8. 1,24 V
  9. 2,00 V
  10. Primärelement
  11. Primärelement
  12. Die Reaktionspartner werden von außen laufend zugeführt
  13. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  14. Ja, es läuft eine Korrosion ab
  15. Am Rand kommt mehr Sauerstoff heran, dort ist die Kathode
  16. Ja, es ist unedler und wird statt des Eisens oxidiert
  17. Magnesium, es ist unedler als Eisen
  18. Wasser perlt ab, es bildet sich kein Elektrolytfilm
  19. Die Elektrolyse nimmt elektrische Energie auf und erzwingt die Reaktion
  20. Brom
  21. Zersetzungsspannung
  22. −0,79 V
  23. −0,85 V
  24. 2,36 g
  25. Zink, es hat das negativere Potenzial
  26. Sekundärelement
  27. Nein, es bleibt weitgehend blank
  28. Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn
  29. 0,68 V
  30. Nickel, es wird oxidiert
  31. Magnesium, es wird oxidiert
  32. 0 V, per Definition
  33. 1,56 V
  34. Primärelement
  35. Nein, es bleibt weitgehend blank
  36. Das Eisen rostet im Kratzer schneller, weil Zinn edler ist
  37. Ni²⁺ + 2 e⁻ → Ni
  38. 0,25 V