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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 Verhalten von Zink in der Lösung seines Salzes

Abstufung des Redoxpotentials der Halogene

Elektrolyse einer Kupfersulfatlösung an Platin - und an Kupferelektroden

Bei den demonstrierten Experimenten werden folgende Chemikalien verwendet:

0,1 mol/l CuSO4-Lösung (pH=7), Pt - Elektroden, Cu - Elektroden

Aufgaben

a)Beschreiben Sie die Versuche und Ihre Beobachtungen.

b)Analysieren Sie Ihre Beobachtungen von Versuch 1 und analysieren und begründen Sie, welche Reaktionen jeweils an den Elektroden abgelaufen sind.

c)Zeichnen Sie ein Strom/Spannungsdiagramm, in dem Sie die in den beiden Versuchen gewonnenen Daten graphisch darstellen.

d)Interpretieren Sie dieses Diagramm in Hinblick auf die abgelaufenen Elektrodenreaktionen bei Versuch 1 und begründen Sie seinen Verlauf.

e) Analysieren Sie dieses Diagramm sowie Ihre Beobachtungen für Versuch 2 und interpretieren Sie die Ergebnisse auch in Hinblick auf die Unterschiede zu Versuch 1.

reduzierte Form	oxidierte Form	Eo (V)
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
2 SO42-	S2O82- + 2e-	+2,05
2 F-	F2 + 2e-	+2,85

Lösung

a)Beschreibung der Versuche und der Beobachtungen, Skizze des Versuchsaufbaus (I)

Folgende Versuche werden demonstriert:

Die Schüler sehen die Elektrolyse der Kupfersulfatlösung an Pt - Elektroden bei gleichzeitiger Aufnahme der Werte für die später zu erstellende Strom/Spannungskurve. Die Elektroden werden vor und nach der Elektrolyse betrachtet, die abgeschiedenen Stoffe identifiziert (Kupfer am - Pol, Sauerstoff am + Pol).

Beim zweiten Versuch wird ebenfalls die Strom/Spannungskurve aufgenommen, dabei werden die Elektroden genau beobachtet: Schlieren sinken am positiven Pol in die Lösung, am negativen Pol scheidet sich Kupfer ab.

b) Darstellung und Begründung der ablaufenden Elektrodenreaktionen (Bildung von Sauerstoff aus Wasser und Abscheidung des Kupfers ) aus der Stellung der entsprechenden Redoxpaare in der Spannungsreihe, Berechnung der Potentiale:

Kathode: E (Cu/Cu²⁺ = 0,3205 V, E (H₂ + 2H₂O/2H₃O+ = -0, 413V,

Anode: E (4OH^-/O₂ +2H₂O = 0,813 V, E (2SO₄^2-/S₂O₈^2-) = 2,05 V.

In Versuch 1 wird Kupfer am – Pol und Sauerstoff am + Pol abgeschieden, da hierfür die geringste Zersetzungsspannung erforderlich ist

c) Zeichnung der Strom/Spannungskurve

d) Interpretation der Strom/Spannungskurve aus der Theorie der Elektrolyse bzw. der galvanischen Elemente: Erläuterung und Darstellung folgender Begriffe bzw. Gesetzmäßigkeiten: Strom entsprechend den Gesetzmäßigkeiten des Ohmschen Gesetzes fließt erst, wenn die Zersetzungsspannung überschritten ist, Begründung mit der Bildung des galvanischen Elementes durch die äußere angelegte Spannung, das dieser entgegenwirkt Erkennen der Überspannung an den blanken Platinelektroden,

e) Begründung der zu Versuch 1 unterschiedlichen Elektrodenreaktionen durch Diskussion der bei dieser Elektrolyse möglichen Elektrodenreaktionen: die Oxidation von Cu zu Cu2+ und die Reduktion von Cu2+ zu Cu erfolgt deshalb, weil dafür die geringste Zersetzungsspannung erforderlich ist (theoretisch O V), die Reaktion am + Pol ist die Umkehrung der Reaktion am - Pol, entsprechende Interpretation der Strom/Spannungskurve