Galvanische Elemente - Nernst'sche Gleichung

Aufgabe1

Galvanische Elemente

Bei dem Ihnen demonstrierten Versuch werden folgende  Chemikalien verwendet:

0,5 mol/l H2SO4, 1 mol/l NaOH, 1mol/l CuSO4, Cu, Pt

a)Beschreiben Sie den Versuch und Ihre Beobachtungen. Fertigen Sie auch eine Zeichnung des Versuchsaufbaus an.

b)Erläutern und begründen Sie die Vorgänge in dem aufgebauten galvanischen Element des ersten Versuches. Gehen Sie hierbei besonders ausführlich auf die Wasserstoffhalbzelle ein.

c)Formulieren Sie die in den Halbzellen ablaufenden Reaktionen als Reaktionsgleichungen.

d)Erläutern und begründen Sie die Beobachtungen beim 2. Versuch nach der Zugabe der NaOH.

e)Diskutieren Sie, wie sich in den beiden demonstrierten Experimenten die Konzentrationen der Stoffe verändern und wann die Stoffumsetzungen beendet sind.

Aufgabe 2

Nernst'sche Gleichung

Ein galvanisches Element besteht aus einer Silberhalbzelle (Ag/Ag+) und einer Kupferhalbzelle (Cu/Cu2+). Man baut dieses Element unter Standardbedinungen auf und variiert dann in zwei Versuchsreihen die KOnzentrationen, zunächst die der Silberionen, dann die der Kupferionen. Man erhält folgende Ergebnisse:

Versuchsreihe 1: (Konzentration der Silberionen konstant 1 mol/l)

                                c(Cu2+)  (mol/l)                  U(V)

                                          1                              0,46

                                          0,1                           0,4895

                                          0,01                         0,519

                                          0,001                       0,5485

Versuchsreihe 2: (Konzentration der Kupferionen konstant 1 mol/l)

                             c (Ag+)  (mol/l)                      U(V)

                                        1                                 0,46

                                        0,1                              0,401

                                        0,01                            0,342

                                        0,001                          0,283

Bei beiden Versuchsreihen bildet die Silberhalbzelle den + Pol.

a)Formuliere und begründe die in beiden Halbzellen ablaufenden Reaktionen.

b)Analysieren Sie, warum in der einen Versuchsreihe die Spannung bei sinkender Konzentration der Ionen steigt, während sie in der anderen Versuchsreihe bei analogen Parametern sinkt.

c)Leiten Sie aus den Versuchsergebnissen die Nernst'sche Gleichung ab und erläutern Sie deren Aussage.

Aufgabe 3

Berechnung von Umsetzungen in galvanischen Elementen.

Ein galvansiches Element besteht aus einer Zn/Zn2+ und einer Fe/Fe2+ Halbzelle. Die Konzentration der Zinkionen ist 0,07 mol/l, die der EisenIonen 0,03 mol/l.

Berechnen Sie die Spannung des galvanischen Elementes und geben Sie an und begründen Sie, welche Reaktionen an den Elektroden ablaufen.