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Aufgabensammlung für das Fach Chemie in der Schule

Elektrolyse einer Salzsäure an Platinelektroden bei verschiedenen Konzentrationen, Bestimmung der Zersetzungsspannung, Interpretation der Strom/Spannungskurve (Versuchsergebnis mitgeteilt)

Man untersucht in zwei Versuchen die Elektrolyse einer Salzsäure. Dabei misst man die Stromstärke in Abhängigkeit von der angelegten Spannung.

Im ersten Versuch elektrolysiert man 1 mol/l Salzsäure. Dabei stellt man fest, dass sich am +Pol Chlorgas entwickelt, am – Pol Wasserstoffgas.

Die Aufnahme des Stroms in Abhängigkeit von der angelegten Spannung ergibt folgende Werte:

c(HCl) = 1 mol/l

U (V)	0	0,2	0,4	0,6	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2
I (mA)	0	0	0	0	0,01	0,1	0,3	0,5	0,8

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

Im zweiten Versuch elektrolysiert man 0,001 mol/l Salzsäure. Dabei stellt man fest, dass sich am +Pol ebenfalls ein Gas entwickelt. Dieses Gas ist aber nicht Chlor. Am – Pol entsteht Wasserstoffgas.

Die Aufnahme des Stroms in Abhängigkeit von der angelegten Spannung ergibt folgende Werte:

c(HCl) = 0,001 mol/l

U (V	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,1	1,2	1,3
I (mA)	0	0	0	0	0	0,01	0,03	0,1	0,15

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

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

a)Zeichnen Sie den Versuchsaufbau und stellen Sie die Messergebnisse graphisch dar.

b)Beschreiben Sie die Aussage der Graphik und ihre Versuchsbeobachtungen.

c) Diskutieren Sie das Ergebnis von Versuch 1 in Hinblick auf die Frage, welche der möglichen Elektrodenreaktionen ablaufen. Belegen Sie Ihre Überlegungen durch Berechnung der in Frage kommenden Elektrodenpotentiale.

d) Stellen Sie am Beispiel von Versuch 1 die Grundlagen der Elektrolyse dar. Begründen und erläutern Sie so für Versuch 1 den Verlauf der Strom-Spannungskurve.

e)Analysieren Sie insgesamt - auch in Zusammenhang mit Ihren vorhergehenden Darlegungen - das Ergebnis und die Beobachtungen zu Versuch 2 und erklären Sie das Versuchsergebnis.

Normalpotentiale

reduzierte Form oxidierte Form

Li Li+ +e- -3,03

Ca Ca2+ + 2e- -2,76

Na Na+ + e- -2,71

Al Al3+ +3e- -1,69

Zn Zn2+ + 2 e- -0.76

Fe Fe2+ + 2 e- -0,44

Pb Pb2+ + 2 e- -0,13

H2 + 2 H2O 2 H3O+ + 2 e- 0,00

Cu Cu2+ + 2e- +0,35

4 OH- O2 + 2 H2O + 4 e- +0,40

Fe2+ Fe3+ + e- +0,75

Ag Ag+ + e- +0,81

2 Cl - Cl2 + 2e- +1,36

Au Au3+ + 3e- +1,38

12 H2O + Mn2+ MnO4- + 8H3O+ + 5e- +1,50

Pb2+ + 6H2O PbO2 +4H3O+ + 2e- +1,46

2 SO42- S2O82- + 2e- +2,05

2 F- F2 + 2e- +2,85

ungefähre Überspannungen an Platinelektroden (in V)

Wasserstoff - 0,03

Sauerstoff +0,4

Chlor +0,008