Aufgabensammlung für das Fach Chemie in der Schule

Elektrolyse - Nernst`sche-Gleichung - Zersetzungsspannung -Faraday

Voraussetzungen

 Gaselektroden, Nichtmetallelektroden, Nernstsche Gleichung, Elektrolyse als Umkehrung des galvanischen Elementes, Begründung der Stoffabscheidung aus den Potentialen, Überspannung, Strom/Spannungskurve, Zersetzungsspannung, Diffusionsstrom, Faradaysche Gesetze, Bleiakkumulator als Beispiel eines elektrochemischen Stromsammlers, Potentiometrie, Bestimmung von Konzentration aus Potentialen, Bestimmung von Konzentrationen  aus potentiometrischen Titrationskurven, Löslichgkeitsprodukt

 

 

Kannst Du zum Beispiel erklären

-        eine Elektrolyseapparatur zur Aufnahme einer Stromspannungskurve zeichnen, die Zeichnung beschriften und erklären?

-        Die Vorgänge bei der Elektrolyse im atomaren Bereich darstellen?

-        Erklären, weshalb der Bleiakkumulator über eine sehr konstante Spannung verfügt?

-        Was man unter Potentiometrie versteht?

-        Welche Vorgänge an den Polen des Bleiakkus am + und am – Pol ablaufen?

-        Weshalb der Bleiakku mit Schwefelsäure gefüllt wird und nicht mit Salzsäure?

-        Was eine Vergleichshalbzelle ist?

-        Wie man mit Hilfe der Faraday’schen Gesetze bestimmen kann, welche Ladung ein Ion hat?

-        Wie man die Spannung des Bleakkumulators berechnet?

-        Was man unter der molaren Löslichkeit versteht?

-        Wie man den Äquivalenzpunkt bei einer potentiometrischen Titration bestimmt.

-        Welche Rolle spielt das Löslichkeitsprodukt beim Bleiakkumulator?

-        Welche Rolle spielt das Löslichkeitsprodukt bei einer potentiometrischen Titration?

-        Welchen besonderen Vorteil potentiometrische Titrationen haben?

-        Weshalb eine Titration mit einer pH-Elektrode eine potentiometrische Titration ist?

-        Wie man ein Potential berechnet?

-        Was die Ursache der Überspannung ist?

-        Wie man die Überspannung in die berechneten Potentiale einbeziehen muß?

-        Warum man theoretische und praktische Zersetzungsspannung unterscheidet?

-        Weshalb man die abgeschiedenen Stoffe kennen muß, um die Zersetzungsspannung zu berechnen?

-        Weshalb am + Pol bei der Elektrolyse  immer eine Oxidation stattfindet, im galvanischen Element aber eine Reduktion?

-        Was man unter Diffusionsstrom versteht und wie der zustande kommt?

-        Wie man die Zersetzungsspannung einer experimentell durchgeführten Elektrolyse bestimmt?

-        Weshalb eine Elektrolysezelle den Gesetzmäßigkeiten des Ohmschen Gesetzes nicht immer gehorcht?

 

 

1. Elektrolyse einer Natronlauge und einer Schwefelsäure an Platinelektroden

 

Eine 0,1 mol/l NaOH und eine 0,1 mol/l Schwefelsäuren H2SO4 werden jeweils an Pt-Elektroden elektrolysiert. Man mißt die Änderung des Stroms in Abhängigkeit von der angelegten Spannung. Man nimmt folgende Meßwerte auf:

Elektrolyse einer 0,1 mol/l Schwefelsäuren H2SO4

 

U(V)	0	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,3	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2
I(mA)	0	0	0,1	0,1	0,15	0,5	1,0	1,6	3,2	4,9	6,6	8,4

 

Elektrolyse einer 0,1 mol/l NaOH

 

U(V)	0	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
I(mA)	0	0	0,1	0,1	0,1	0,15	0,15	0,3	0,5	1,0	1,6	2,3

 

U(V)	1,7	1,9	2,1	2,3
I(mA)	5,0	5,8	7,5	9,2

a) Fertigen Sie eine Skizze des Versuchaufbaus an.

b) Diskutieren Sie die Frage, welche Reaktionen an den Elektroden stattfinden.

c) Zeichnen Sie eine Strom-Spannungskurve für beide Elektrolysen und beschreiben Sie den Verlauf der Graphen.

d) Erläutern und begründen Sie den Kurvenverlauf.

e) Vergleichen Sie die Kurven für beide Elektrolyse und interpretieren Sie das Ergebnis ihres Vergleiches.

 

 

Welche Konzentration liegt vor?

 

Vergleichshalbzelle: Ag/Ag+  (c(ag+) 0 0,1 mol/l

 

Gemessene Zelle: Chlor/Chlorid  Spannung: 0,58 V , Chlorhalbzelle +Pol

 

Gemessene Zelle: Kupfer, Spannung  0,46 V, Silber +Pol

 

Gemessene Zelle: Silber, Spannung 0,3 V, Vergleichshalbzelle  +Pol

 

 

Und dann noch dieses:

 

Wie lange muß ein Strom von 600 mA fließen, um aus einer Natronlauge 32 mg Sauerstoff abzuscheiden?

 

Kann man Chlorid-Ionen oder Kupferionen besser reduzieren?

 

Welche elektrochemische Eigenschaft haben alle Metalle, die in 1 mol/l HCl  Wasserstoff entwickeln?

 

Gegeben ist eine 0,2 mol/l Zinkchloridlösung. (o,3 mol/l NaOH, 0,6 mol/l ZnSO4, 0,3 mol/l HBr)

 

Berechne, welche theoretische Zersetzungsspannung sich ergibt und welche Stoffe sich an den Elektroden abscheiden (platin)

 

Wie groß muß die Konzentration von H3O+ mindestens sein, damit Pb zu Pb2+ oxidiert werden kann?

 

Welche Atommasse hat Gold, wenn aus einer Lösung von AuCl3 in 30 min bei einem Strom von 1 A 1,220 g Gold abgeschieden werden?