Die Berechnung der Spannung von galvanischen Elementen

Galvanische Elemente

Berechnungen zur elektrischen Spannung

Erklärung der Symbole in der Interaktiven Lernumgebung

Aufgabe, die auf einem Extrablatt bearbeitet und hochgeladen werden muss.

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Übungsaufgabe mit Selbstkontrolle

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Die elektrochemische Spannungsreihe und das Standardpotential E° in Volt

Spannungsreihe [electrochemical series] Die Spannungsreihe ist eine nach steigenden Standardpotentialen geordnete Reihe von Elektrodenreaktionen. Substanzen mit höherem (positiverem) Standardpotential sind in der Lage, Substanzen mit niedrigerem (negativerem) Standardpotential zu oxidieren. Für das Daniell-Element gilt: das Standardpotential von Cu/Cu2+ beträgt +0,34 V und von Zn/Zn2+ -0,76 V. Folglich werden (unter Standardbedingungen) Kupfer-Ionen reduziert und Zink oxidiert.

Zellspannung, elektromotorische Kraft [cell voltage, electromotive force EMF] Als Zellspannung bezeichnet man die zwischen Anode und Katohode anliegende Spannung. Fließt kein Strom durch die Zelle, so bezeichnet man die Zellspannung auch als elektromotorische Kraft (EMK) der Zelle. Aus den Daten der Spannungsreihe lässt sich beispielsweise für das Daniell-Element die EMK unter Standardbedingungen berechnen: EMK/Delta E° = E° (C2+/Cu) – E° (Zn/Zn2+) = + 0,34 V – (- 0,76 V) = + 1,1 V. --> Das Daniell-Element liefert unter Standardbedingungen also 1,1V Verallgemeinert: Delta E° = E° (Kathode) – E° (Anode)

Übungsaufgabe

Berechne die elektrischen Spannungen unter Standardbedingungen für folgende galvanische Elemente bzw, Halbzellen-Reaktionen: a)Pb/Pb2+// Cu2+/Cu b) Cd/Cd2+//Br- /Br2 c) Ag/Ag+ //Au3+/Au

Tipp 1

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TIPP 2

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Einführung: Ionenkonzentrationen und Spannung - Die Konzentrationszelle

Bisher habt Ihr die Abhängigkeit der Spannung einer galvanischen Zelle vom Elektrodenmaterial und der Elektrolytlösung kennengelernt. Die Konzentrationen der Elektrolytlösungen betrugen dabei jeweils c= 1 mol/L. Die Spannug ist jedoch auch abhängig von den Konzentrationen der Elektrolytlösungen. Auf den nachfolgenden Seiten werden folgende Fragen beantwortet: - Wie kommt die Spannung in einer Konzentrationshalbzelle zustande? - Was hat das chemische Gleichgewicht damit zu tun? - Wie berechnet man die Spannung von Konzentrationselementen?

Wie kommt die Spannung in einer Konzentrationshalbzelle zustande?

Arbeitsauftrag Erläutern Sie mit eigenen Worten und mithilfe des Modells sowie des Informationstextes wie in einem Konzentrationselement eine Spannung zustande kommt. Nehmen Sie ggf. die Hilfe in Anspruch.

Hilfe

Modell

Informationstext

Was hat das chemische Gleichgewicht damit zu tun?

1) Stellen Sie die Reaktionsgleichungen für die ablaufenden Reaktionen in einem Cu/Cu2+ // Cu2+/Cu Konzentrationselement auf . 2) Erläutern Sie mithilfe des Modells und Ihren Reaktionsgleichungen den Einfluss des chemischen Gleichgewichts auf das Zustandekommen einer elektrischen Spannung im Konzentrationselement. Nehmen Sie ggf. die Hilfen in Anspruch.

Hilfe 1

Hilfe 2

Modell

Wie berechnet man die Spannung von Konzentrationselementen?

Da wir in Konzentrationselementen keine Standardbedingungen vorliegen haben, können wir nicht direkt mit den Standardportentialen berechnen.... Hier kommt die Nernst-Gleichung ins Spiel ....(nächste Folie)

Die Nernst-Gleichung

Lies Dir den Informationstext durch und schau Dir nochmals den Youtube-Film an:

Film

Informationstext Nernst-Gleichung

Aufgaben zur Nernst-Gleichung

1. Berechnen Sie die zu erwartenden Zellspannung der Silberkonzentrationszellen: c1(Ag+) = 0,01 mol/L c2(Ag+) = 0,1 mol/L. 2. Aus den beiden folgenden Halbzellen wird eine galvanische Zelle zusammengestellt: Sn/Sn2+ mit c(Sn2+) = 0,1 mol/L und pb(Pb2+ mit c(Pb2+) 0,001 mol/L a) Überlegen Sie, in welche Richtung die Elektronen fließen und benennen Sie die Anode und Kathode. b) Berechnen Sie die Potentialdifferenz (Spannung) und vergleichen Sie diese mit der Standardpotentialdifferenz.

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