Redoxreaktionen, galvaische Elemente, Nernst, Puffer

Aufgabe 1

Redoxreaktionen

Gibt man in eine Lösung mit Chloridionen (Cl-) Flour (F2), so bildet sich elementares Chlor Cl2. In der Lösung kann man Flouridionen (F-) nachweisen.

Gibt man in eine Lösung mit Bromidionen Br- Chlor (Cl2), so bildet sich elementares Brom Br2. In der Lösung kann man Chloridionen (Cl-) nachweisen.

Gibt man in eine Lösung mit Iodidionen (I-) Brom (Br2), so bildet sich elementares Iod (I2). In der Lösung kann man Bromidionen nachweisen.

a)     Formulieren Sie die Redoxteilgleichungen der abgelaufenen Reaktion und verdeutlichen Sie jeweils, welcher Stoff reduziert und welcher Stoff oxidiert wurde.

b)     Erstellen Sie eine Ordnung der benutzten Redoxsysteme.

c)     Diskutieren Sie die Frage, ob folgende Reaktionen ablaufen können oder nicht. Formulieren Sie gegebenenfalls das zugehörige Reaktionsschema.

       -Chlor wird in eine Lösung mit Iodidionen eingeleitet.

       - Brom gibt man in eine Lösung mit Fluoridionen.

Aufgabe 2

Das galvanische Element

Ein galvanisches Element besteht aus den Redoxpaaren Zn/Zn2+ und H2/2H+ unter Standardbedingungen. Man misst eine Spannung von 0,76 V, wobei die Zinkhalbzelle den negativen Pol bildet.

a)     Zeichne den Aufbaiu des beschriebenen galvanischen Elementes.

b)     Erläutere und beschreibe die potentialbildenden Vorgänge in beiden Halbzellen. Zeige die Besoderheiten der Wasserstoffhalbzelle auf.

c)     Diskutiere die Frage, wie sich die Spannung des galvanischen Elementes ändert, wenn man den pH-Wert der Wasserstoffhalbzelle erhöht.

Aufgabe 3

Konzentrationsabhängigkeit des elektrochemischen Potentials

Ein galvanisches Element besteht aus einer Silberhalbzelle (Ag/Ag+) und einer Kupferhalbzelle (Cu/Cu2+). Man baut dieses Element unter Standardbedingungen 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)     Formulieren  und begründen Sie  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 4

Wirkungsweise von Puffern

50 ml einer Pufferlösung sind 0,02 mol/l an Dihydrogenphosphationen (H2PO4-) und 0,01 mol/l an Hydrogenphosphationen (HPO42-).   Hierzu gibt man 5 ml  0,003 mol/l NaOH - Lösung.

50 ml einer zweiten Lösung haben den gleichen pH-Wert wie die Pufferlösung, sind jedoch ungepuffert. Hierzu gibt man ebenfalls  5 ml  0,003  mol/l NaOH - Lösung.

a)     Berechnen Sie den pH-Wert des Puffers.

b)      Beschreiben Sie  die Vorgänge, die ablaufen, wenn man zu diesem Puffer OH- - Ionen (NaOH) gibt und  stellen Sie  so Aufbau und Funktionsweise eines Puffers im Gegensatz zu einer ungepufferten Lösung  dar.

c)     Berechnen Sie den pH-Wert des Puffers nach der Säurezugabe und den der ungepufferten Lösung ebenfalls nach der Säurezugabe.

d)     Wie kann man mit dem oben angebenen System einen Puffer mit pH= 7 herstellen?