Elektrochemie Flashcards
Was ist ein Reduktionsmittel?
Stoffe die einen anderen stoff reduzieren
Sie werden dabei oxidiert
Was ist ein Oxidationsmittel?
Stoffe die einen anderen Stoff oxidieren,
Sie selber werden reduziert
Welcher Zusammenhang zwischen Oxidation und Reduktion ist zu machen?
Es gibt keine Oxidation ohne Reduktion
Es werden immer zwei Red/Ox-Paare miteinander verknüpft
Korrespondierende Red/Ox-Paare
Ca+ 2 H2O
Ca2+ + 2OH-+ H2
2 Li+ 2 H2O
2 Li1+ + 2 OH- +H2
2 Na + 2 H2O
2 NA1+ + 2 OH- + H2
Mg+ 2H3O
Mg 2+ + 2 H2O+ H2
Fe + 2 H3O
Fe 2+ + 2H2O + H2
ZN + 2 H3O
Zn 2+ + 2 H2O + H2
Cu + 2 H3O
Cu 2+ + 2 H2O+H2
Redox aus Mg + 2 H3O -> Mg2+ + 2 H2O + H2O
Red: 2 H3O + 2 e- -> H2 + 2 H2O
Ox: Mg -> Mg2+ + 2e-
Warum reagieren nicht alle Metalle indem sie Kationen in ihr Element reduzieren? (Beim Nagel versuch)
Das Bestreben der Metalle als Kationen in Lösung zu gehen und dabei Elektronen abzugeben ist sehr unterschiedlich
Wie ist die Elektronegativität definiert?
Fähigkeit eines Elements, die Elektronen einer verbindung an sich zu ziehen -> Elektronendruck
Spannungsreihe nach Elektronendruch
Mg>Al>Zn>Fe>Cu>Ag
Spannungsreihe wichtiger Metalle Merke
Metalle unterhalb der Wasserstoffelektrode nennt man edelmetalle ; sie geben mit Säuren nicht mehr unter Wasserstoffbildung Elektronen ab
Metalle oberhalb sind unedel
Freiwillige Elektronenübertragung
Nur wenn der Elektronendruck eines Metall-Atoms größer ist als der einenes anderen Metall-Atoms, kann das Metallkation des anderen Elements reduzieren
Freiwillige Elektronenübertragung Beispiel
Zinkatome können ihre Elektronen auf Kupferkationen übertragen
Kupferatome nicht auf die Zinkkationen
„Die Elektronen kann man nach unten werfen aber nicht so einfach hoch“
Was versteht man unter einem Standart Potenzial?
Das Potenzial, das unter Standart-Bedingungen gemessen wird und im Vergleich zu einer Wasserstoffelektrode abgenommen wurde
Standartpotenzial Berechnung Bedingungen
Eine Wasserstoffhalbzelle
Eine Metallhalbzelle mit dem messendem Metall/ Kation
Wie sieht eine Wasserstoffhalbzelle aus?
H2/ H3O+ + 2 e-
-Platin Elektrode
-c(H3O+) =1 Mol, pH = 0
Welche Aussenbedingungen sind bei der Messung des Standartpotenzials gegeben?
25 Grad Celsius
1013 hPa
Wie sieht die Halbzelle des zu messendem Metalles aus?
-Elektrode aus dem Material
-c (Salzlösung des Metalls) = 1 mol
Standartpotenzialmessung Aufbau
Wasserstoffhalbzelle
Welche Spannung zeigt das messgerät an bei der Standartpotenzialmessung?
Wann hat die Spannung eines Materials ein negatives Vorzeichen?
Die Halbzellen, die der Standart-Wasserstoff-Halbzelle Elektronen abgeben
Wann hat die Spannung eines Materials ein positives Vorzeichen?
Wenn die Halbzelle von der Standart-Wasserstoff-Halbzelle Elektronen aufnehmen
Was kennzeichnet starkes Reduktionsvermögen?
-großer Elektronendruck
-leichte Elektronenabgabe
Je negativer das Standartpotenzial ist, desto?
Stärker ist das Reduktionsvermögen
Je stärker das Reduktionsmittel ist, desto?
Schwächer ist sein korrespondierendes Oxidationsmittel und umgekehrt
Wofür ist das Standartpotenzial E0 ein Maß?
Das Reduktions bzw. Oxidationsvermögen eines Redoxpaares
Was ist der Pluspol eines Redox Systemes?
Der Pol, zu dem die Elektronen wandern
Wie ist ein galvanisches Element aufgebaut?
-zwei Halbzellen werden durch einen gemeinsamen Elektrolyten verbunden
-zwei Metalle tauchen in den gleichen Elektrolyten ein
-sie sind durch einen elektrischen Leiter und ein Diaphragma verbunden
-es kann eine Spannung festgestellt werden
-das unedlere Metall (Minuspol) löst sich dabei auf
-am edleren Metall (Pluspol) lagern sich entsprechende Metallatome ab
Wie sieht das Daniell Element aus?
Was ist die leerlaufspannung?
Differenz zwischen den Redoxpotentialen zweier Halbzellen (bei stromloser Messung)
Bei Standardbedingungen ist sie gleich der Differenz der Standardpotentiale.
Welcher Pol wird in einer Galvanischen Zelle verbraucht?
Der Minuspol
An welchem Pol wird in einer Galvanischen Zelle Eisenatome abgeschieden?
Am Pluspol
Wie berechne ich das Standartpotenzial?
An welchem Pol wird in einer Galvanischen Zelle eine Oxidation dürchgeführt?
Minuspol
An welchem Pol wird in einer Galvanischen Zelle eine Reduktion dürchgeführt?
Pluspol
Wann laufen Redoxreaktion in Galvanischen Elementen freiwillig ab?
Merkhilfe Leerlaufspannungberechnung
Welche Metalle können mit einer verdünnten Salzsäure oder Schwefelsäure unter Wasserstoff-Freisetzung „zersetzt“ werden? Begründe deine Antwort.
Alle unedlen Metalle, die in der Elektrochemischen Spannungsreihe oberhalb des Wasserstoffpotenzials stehen.
Denn nur Metalle, die ein negativeres Potenzial besitzen, haben eine ausreichenden „Elektronendruck“ um Wasserstoff zu reduzieren.
Was sind Batterien?
Primärzellen
elektrische Energiespeicher mit Einmalnutzung
Chemische Definition batterie
Galvanische Elemente, bei denen die Stromfluss auslösenden Reaktionen nicht mehr rückgängig gemacht werden können.
Nach Erreichen des chemischen Gleichgewichts, ist die elektr. Leistung erschöpft.
Was sind Akkumulatoren?
Sekundärzellen
wieder aufladbare elektrische Energiespeicher
Akkumulatoren chemische Definition
Die stromliefernden Reaktionen können mit Hilfe einer elektrischen Stromquelle nach Erreichen des chemischen Gleichgewichts bis zu 1000 mal wieder rückgängig gemacht werden.
Trockenbatterie Aufbau
Vorteile Trockenbatterie
-Die elektrochemischen Halbzellen sind handlich transportabel kombiniert
- Der Elektrolyt liegt nicht in wässriger Lösung vor!
Nachteile Trockenbatterie
-maximale Spannung: 1,5V
-Müllentsorgungsproblematik
Elektrochemische Vorgänge Trockenbatterie
Bleiakkumulator Aufbau
Akkumulator:
Erklären Sie, wie jeweils ein positiver und eine negativer Plattensatz zusammengebaut sind.
Begründen Sie das Zusammenschließen mehrerer Platten zu einem Plattensatz.
Die einzelnen Platten bestehen aus einem Gitter / mehreren Platten:
4 x negativen Platten aus Blei (Pb),
5x positiven Platten ausBleidioxid (PbO2).
Dadurch wird eine große Oberfläche erreicht.
Beschreiben Sie den Aufbau eines Plattenblocks und erklären Sie die Aufgabe des Separators
Der negative Plattensatz wird in die Zwischenräume des positiven Plattensatzes geschoben.
Separatoren (Scheider) zwischen den - und + Platten verhindern Berührung / Kurzschluss
Im geladenen Zustand unterscheiden sich die Platten des Blei-Akkus chemisch voneinander, während sie im entladenen Zustand gleich sind. Außerdem verändert sich die Konzentration der Schwefelsäure
Fertigen Sie entsprechende Zeichnungen an, die die Vorgänge beim Laden darstellen und formulieren Sie die Gesamtreaktionsgleichung des Ladevorganges.
Formulieren Sie die Vorgänge beim Entladen.
Synproportionierung
eine chemische Reaktion, bei der zwei Reaktanten, die dasselbe Element in verschiedenen Oxidationsstufen enthalten, zu einem Produkt reagieren, das das Element in einer mittleren Oxidationsstufe enthält.
Diese Reaktion ist das Gegenteil der Disproportionierung, bei der ein Element von einer mittleren Oxidationsstufe gleichzeitig zu höheren und niedrigeren Oxidationsstufen reagiert.
Bei welchem Vorgang handelt es sich um eine Synproportionierung bzw. Disproportionierung?
Beispiel: Abscheidung von Zink aus Zinkiodid unter Stromverbrauch:
Aluminiumoxid aus der Schmelze zu Aluminium und Sauerstoff.
Die Elektroden bestehen aus Kohlenstoff (Grafit), daher reagiert der neu entstandene Sauerstoff sofort weiter zu CO und CO2. Die Elektroden am Anode werden mit der Zeit aufgebraucht und müssen daher ausgetauscht werden.
Elektrolyse von Kalium aus einer Kaliumhydroxidschmelze
Es muss verhindert werden, dass das am +Pol gebildete Wasser mit dem
Kalium in Kontakt kommt!
Warum kann Aluminium und Kalium nicht aus einer wässrigen Salzlösung hergestellt werden?
Zum einen ist das Standard-Potenzial der Alkalimetalle deutlich negativer (= Elektronendruck ist höher) als das von Wasserstoff, so dass immer das Wasserstoff- Kation (H+) und nicht das Metall-Kation an der Elektrode reduziert wird.
Zum anderen würde das Alkalimetall mit dem Wasser zurück in sein Kation oxidiert werden
Beschreibe das Experiment und formuliere seine Beobachtung und Deutung?
Galvanische Zelle molekulare Vorgänge
Konzentrationsabhängigkeit des Redoxpotenzials
- Bei gleicher Konzentration beider Halbzellen fließt kein elektrischer Strom.
- Bei unterschiedlichen Konzentrationen ist eine Spannung messbar.
- Die gemessene Spannung ist nur vom Konzentrationsverhältnis abhängig, nicht von der
Absolutkonzentration. - Der Stromfluss endet, sobald sich die Konzentrationen der Halbzellen ausgeglichen haben
- Eine Änderung der Elektrolytkonzentration um den Faktor 10 ändert das Potential um 0,059 V
Prinzip des Kleinsten Zwanges (LeChatelier): Abhängigkeit von der Stoffkonzentration Galvanische Zelle
- Die Halbzelle mit der geringern Stoffkonzentration liefert Elektronen (= Donorhalbzelle, Minuspol)
Sie besitzt den stärkeren Elektronendruck und das negativere Potential: Cu -> Cu2+ + 2e - Die Halbzelle mit der höheren Stoffkonzentration verbraucht Elektronen (= Akzeptorzelle, Pluspol)
Sie besitzt den geringeren Elektronendruck und das positivere Potential: Cu2+ + 2e -> Cu
MERKE Konzentrationsabhängigkeit des Redoxpotentials
Die oxidierende bzw. reduzierende Wirkung eines Stoffes hängt von den Konzentrationen der
Reaktionspartner ab.
Das Redoxpotential ist also Konzentrationsabhängig.
Je größer der Konzentrationsunterschied, desto höher die gemessene Spannung.
Eine Änderung der Elektrolytkonzentration um den Faktor 10 ändert das Elektrodenpotential um 0,059V
Was gilt sowohl für galvanische Zelle und Elektrolyse Zelle?
anodische Oxidation und kathodische Reduktion
Galvanische Zelle vs Elektrolysezelle freiwillige galvanische!
Zinkatome geben freiwillig Elektronen ab und gehen als Zn2+-Kationen in Lösung, gelöste Cu2+-Ionen nehmen diese Elektronen auf und scheiden sich als elementares Kupfer ab.
Der Minuspol ist bei einer galvanischen Zelle die Halbzelle mit dem negativeren Redoxpotential [(Zn/Zn2+) = -0,76 V]. Hier geht das unedlere Metall unter Abgabe von Elektronen in Lösung (Donatorhalbzelle).
Am Pluspol werden die Elektronen von den Ionen des edleren Metalls mit dem positiveren Redoxpotential [(Cu/Cu2+)= +0,34 V] aufgenommen (Akzeptorhalbzelle).
Galvanische Zelle vs Elektrolysezelle erzwungene Elektrolyse!
Kupferatome geben erzwungen Elektronen ab und gehen als Cu2+-Ionen in Lösung, Zn2+- Ionen nehmen diese Elektronen auf und scheiden sich als elementares Zink ab.
Minus- und Pluspol sind bei einer Elektrolysezelle durch die Spannungsquelle vorgegeben. Die Teilreaktionen an den Elektroden richten sich nach der elektrischen Ladung der Elektroden.
Bei ionischen Verbindungen wandern positiv geladene Kationen zu negativ geladenen Kathode und negativ geladene Anionen zur positiv geladenen Anode. Die Ionen werden an den Elektroden entladen und es entstehen die jeweiligen Elemente.
Was ist die Elektrolyse?
Die Elektrolyse ist die erzwungene Umkehrreaktion der entsprechenden galvanischen Zelle
Unterschied galvanische Zelle und Elektrolysezelle?
Im Gegensatz zur freiwillig verlaufenden Reaktion einer galvanischen Zelle, bei der elektrische Energie erzeugt wird, wird bei einer Elektrolysezelle die chemische Reaktion durch Aufwendung von elektrischer Energie erzwungen.
Galvanische Zelle vs Elektrolysezelle erzwungene Elektrolyse!
Positiv geladene Zn2+-Kationen wandern zur negativ geladenen Kathode, nehmen Elektronen auf und scheiden sich als metallisches Zink ab.
Negativ geladene Iodid-Anionen wandern zur positiv geladenen Anode, geben Elektronen ab und bilden elementares Iod.
àDurch die erzwungene Entladung der Ionen entstehen die Elemente (Analyse). Minus- und Pluspol sind bei einer Elektrolysezelle durch die Spannungsquelle vorgegeben. Die Teilreaktionen an den Elektroden richten sich nach der elektrischen Ladung der Elektroden.
Galvanische Zelle vs Elektrolysezelle freiwillige galvanische!
Zinkatome geben Elektronen ab und geht als Zn2+-Kationen in Lösung, Iodatome nehmen Elektronen auf und bilden Iodid-Anionen. -> Es entsteht Zink(II)-iodid aus den Elementen (Synthese).
Der Minuspol ist bei einer galvanischen Zelle die Halbzelle mit dem negativeren Redoxpotential [(Zn/Zn2+) = -0,76 V]. Hier geht das unedlere Metall unter Abgabe von Elektronen in Lösung (Donatorhalbzelle). Am Pluspol werden die Elektronen von den Ionen des Elements mit dem positiveren Redoxpotential [(I-/I2) = +0,54 V] aufgenommen (Akzeptorhalbzelle).
Beispiel Synproportionierung
die Reaktion von Eisen(III)-ionen (Fe³⁺) mit Eisenmetall (Fe) zu Eisen(II)-ionen (Fe²⁺)
In dieser Reaktion wird elementares Eisen (Oxidationsstufe 0) und Eisen(III) (Oxidationsstufe +3) zu Eisen(II) (Oxidationsstufe +2) umgesetzt.
