die standard-wasserstoff- elektrode (standard – elektrodenpotenziale und ihre anwendungen) dr....
Post on 05-Apr-2015
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Die Standard-Wasserstoff-Elektrode
(Standard – Elektrodenpotenziale und ihre Anwendungen)
Dr. Gerd Gräber
Studienseminar Heppenheim
Ergebnisse aus der Zitronenbatterie(Fotos- Sammlung am Smartboard)
Beobachtungen: Fragen/ Deutungen:
Beispiel: Zink/Kupfer U= - 0,76V
- Pol: Zn -> Zn2+(aq) + 2e- (Ox.)
+ Pol: 2H+(aq) + 2e- -> H2(g) (Red.)
(aus der Säure!)
Probleme: Cu2+ - Ionen sind in der Zitrone an der Kupferelektrode nur in ganz geringer Konzentration vorhanden! Welche Teilchen werden dann reduziert?
Beispiel:Magnesium/Kupfer
U= - 2,36V
- Pol: Mg -> Mg2+(aq) + 2e- (Ox.)
+ Pol: 2H+(aq) + 2e- -> H2(g) (Red.)
aus der Säure! Diese Reaktion setzt sogar schon dann ein, wenn das Mg-Band in die Zitronensäure getaucht wird (vgl. Beobachtungen!) Diese Reaktion nimmt man nun zur Grundlage, die Stoffe in der Redoxreihe zahlenmäßig nach steigender Spannung anzuordnen!
Die Standard-Wasserstoff- Elektrode (Halbzelle)
- DIN A4 quer!-
Wasserstoffgas p= 1013 hPa
Platinelektrode von H2(g) umspült
Halbzellenreaktion (H2/ 2H+):
2H+(aq) + 2e- - > H2(g)
Wässrige Säurelösung:
C(H+) = 1mol/L (25°C)
Die Standard-Wasserstoff- Halbzelle kombiniert man nun mit der entsprechenden Halbzelle aus einem Metall und seiner Metallsalzlösung (C = 1mol/L)
V
Halbzellenreaktion (z.B. Me/Me2+):
Me -> Me 2+(aq) + 2e-
Halbzellenreaktion (H2/ 2H+):
2H+(aq) + 2e- - > H2(g)
Filterpapier mit Salzlösung Stromschlüssel (wie Diaphragma)
Potenziale von Halbzellen, bei welchen Elektronen frei werden, wenn sie mit der Standard – Wasserstoff-Elektrode kombiniert werden, erhalten ein negatives Vorzeichen:
z.B.: Mg/Mg 2+:
- Pol: Mg(s) -> Mg 2+ (aq) + 2e-
+ Pol: 2H+(aq) + 2e- -> H2(g)
U0H = - 2,34V (Standard- Elektrodenpotenzial Mg/Mg 2+)
Solche Halbzellen wirken auf das System H2/2H+ reduzierend
Potentiale von Halbzellen, bei welchen Elektronen aufgenommen werden, wenn sie mit der Standard – Wasserstoff- Elektrode kombiniert werden, erhalten ein positives Vorzeichen:
z.B.: Cu/Cu 2+:
U0H = +0,35V (Standard- Elektrodenpotenzial Cu/Cu 2+)
Solche Halbzellen wirken auf das System H2/2H+ oxidierend
- Pol: H2(g) -> 2H+(aq) + 2e-
+ Pol: Cu 2+ (aq) + 2e- -> Cu(s)
Diese sog. Standard- Elektrodenpotenziale sind in tabellierter Form vorhanden (vgl. Kopien!)- Die Doppelpfeile deuten die Möglichkeiten für Hin- und Rückreaktion an (chemisches Gleichgewicht) -
Anwendungen der Standard-Wasserstoff-Elektrode:
Daniell-Element:
1. – Pol: Zn0(s) -> Zn2+ (aq) +2e-
Standard-Elektrodenpotenzial: U0H (Donator) = - 0,76V
2. +Pol: Cu 2+ (aq) + 2e- -> Cu0 (s)
Standard-Elektrodenpotenzial: U0H (Akzeptor) = + 0,35V)
Zellspannung
1,1V = + 0,35V – (-0,76V)
Zellspannung einer galvanischen Zelle:
U= U0H (Akzeptor) – U0
H (Donator)
Aus den Standard-Elektrodenpotenzialen der Wasserstoffelektrode lassen sich die Zellspannungen galvanischer Zellen berechnen:
Zellspannung einer galvanischen Zelle:
U= U0H (Akzeptor) – U0
H (Donator)
Aufgaben: Berechne die Zellspannungen von folgenden galvanischen Zellen:
a) Cu/Cu 2+ // Ag +/Ag
b) Cu/Cu 2+ // Fe 2+/Fe
c) Zn/Zn 2+ // Fe 2+/Fe
U= 0,8V- 0,35V=0,45V
U= 0,35V- (-0,44V=0,79V
U= -0,44V- (-0,76V)= 0,32V
Jetzt geht‘s zu den neuen technischen Anwendungen
MM 14.11.2010: BASF baut Batterieteile
• Artikel durchlesen!
• Mit dem Nachbarn die wichtigsten Fragestellungen kurz diskutieren!
• Kurz schriftlich festhalten!
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