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Aufgabensammlung für das Fach Chemie in der Schule

Aufgaben mit Lösung: Elektrochemie

Alle Aufgaben mit LösungElektrochemie Organische Chemie

Übersicht - Elektrochemie Elektrolyse einer O,1mol/l Kupfersulfat-lösung an Kupfer- und an Platinelektroden Elektrochemische Bestimmung des Löslichkeitsproduktes von Silberchlorid AgClVergleich der Elektrolyse von 1 mol/l Salzsäure und von 0,001 mol/l Salzsäure an PlatinelektrodenPotentiometrische Titration einer Lösung mit versch. Halogenidionen mit 0,1 mol/l Silbernitratlösung. Elektrochemische Bestimmung des Löslichkeitsproduktes von Silberbromid AgBr Vergleich der Messung des Energieumsatzes der Reaktion von Ag+ - Ionen mit metallischem Eisenpulver in einem Kalorimeter und in einem galvanischen Element Reaktion von Silberionen mit metallischem Zink in wäßriger Lösung Elektrochemische Bestimmung des Löslichkeitsprodukts von Silberiodid Elektrolyse einer Kupferchloridlösung an Platin- und an Kupferelektroden

Reaktion von Silberionen mit metallischem Zink in wäßriger Lösung

100 ml 0,1 mol/l Silbernitratlösung werden mit einem Überschuß an Zink in einem Kalorimeter zur Reaktion gebracht. Unter Standardbedingungen wird dabei eine Energie von 1,821 kJ freigesetzt.

Aufgaben:

a)Erläutern Sie Aufbau und Funktionsweise eines Kalorimeters.

b)Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie H dieser Reaktion.

c)Zeichnen Sie den Aufbau eines galvanischen Elementes, in dem diese Reaktion unter Standardbedingungen abläuft, beschriften Sie die Zeichnung und erläutern Sie die Elektroden vorgänge.

d)Berechnen Sie aus den Standardpotentialen die freie Energie dieser Reaktion.

e)Berechnen Sie die Reaktionsentropie S.

f)Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion.

g)Legen Sie allgemein die Aussagebedeutung von DH, DS, DG und K für chemische Reaktionen dar und interpretieren Sie dann die gefundenen Werte für die Reaktion von Silberionen mit metallischem Zink.

Normalpotentiale:

Ag/AG+ E = + 0,81 V

Zn/Zn2+ E = - 0,76 V

Faraday - Konstante: 96487 C

universelle Gaskonstante R = 8,31 J/K/mol

Lösung

a)Zeichnung, Beschreibung von Aufbau und Funktionsweise eines Kalorimeters.

b)Berechnung der Reaktionsenthalpie der Reaktion

2Ag + + Zn ---> Zn2+ + 2Ag

DH = - 364,2 kJ (II)

c)Zeichnung des gegebenen galvanischen Elementes, Darstellung und Erläuerung der ablaufenden Elektrodenreaktionen als Teilreaktionen sowie auch als Bruttoreaktion

(I)

d)Berechnung der freien Energie die Reaktion aus

DG = - W el und W (el) = n F U

D G = - 303 kJ (II)

f)Aus der Gibbs - Helmholtz - Gleichung läßt sich S der Reaktion bestimmen:

DG = DH - T DS

DS = - 0,205 kJ/K/Formelumsatz

g)Die Gleichgewichtskonstante berechnet sich nach

- -------------------------

R T

K = e

122,3

K = e = 1,4 10 58 (II,III)

h)Interpretation der gefundenen thermodynamischen Daten:

Die Reaktionsenthalpie stellt die Wärme dar, die frei wird, während die freie Energie die nutzbare Arbeit darstellt. Sie ist hier geringer als die Reaktionsenthalpie, da, wie die Bestimmung der Reaktionsentropie zeigt, die Ordnung bei dieser Reaktion zunimmt. Für zwei Silberionen geht ein Zinkion in Lösung. K ist entsprechend dem negativen Wert der freien Energie groß, die freiwillig ablaufende Reaktion läuft also vollständig ab.