Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

 

Der Blei-Akku

 
Batterien wie das Leclanché-Element haben den großen Nachteil, dass die darin ablaufenden Vorgänge zur Umwandlung chemischer in elektrische Energie nicht reversibel sind. Akkumulatoren wie der Blei-Akku arbeiten mit reversiblen chemischen Reaktionen.
Versuch 1: Zwei blank geschmirgelte Bleiplatten werden in einen mit Schwefelsäure (30%) gefüllten Glastrog eingesetzt. Zwischen den Platten befindet sich ein Separator zur Vermeidung eines Kurzschlusses. Die Bleiplatten sind mit einer Gleichspannungsquelle, einem Strom-Spannungsmessgerät und einem Verbraucher entsprechend der Skizze zusammen geschaltet. Für ca. 5-10 min wird bei einer Gleichspannung von ca. 2,3 V elektrolysiert.

Beobachtungen an den Platten: ___________________________________________________

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Gemessene Spannung nach der Elektrolyse: ________ V


Im Bleiakku finden folgende Reaktionen statt:
Elektrolyt im Bleiakku ist die Schwefelsäure. Beim ersten Kontakt der Bleioberfläche mit der Schwefelsäure - die Spannungsquelle ist noch ausgeschaltet - bildet sich auf beiden Platten eine dünne Schicht von schwerlöslichem Bleisulfat PbSO4(s). Bei der Elektrolyse finden nun an den Polen unterschiedliche Reaktionen statt:
Blei-Akku: Auflade- und Entladevorgang

1. Aufladungsvorgang = Formation:

+-Pol ( _________= _________ ): _____________________________________________________________________________________

-Pol ( _________ = __________ ): ___________________________________________________________________________________

In beiden Zellen wird also Blei vom Oxidationszustand +II in den Oxidationszustand ±0 (am______ Pol und +IV (am ______ Pol) gebracht.

Gesamtvorgang der Elektrolyse
: _____________________________________________________________________________________

Durch die Elektrolyse ist also eine ________________ Zelle mit einer __________-Elektrode und einer Elektrode aus _________________ entstanden.


Beim Entladen laufen dagegen folgende Vorgänge ab:
2. Entladevorgang:

+
-Pol (_________= __________): _______________________________________________ E °=  1,69 V

-Pol (_________= __________): _______________________________________________ E° = - 0,36 V

Gesamtvorgang der Entladung:
_____________________________________________________________________________________

Auf beiden Bleiplatten bildet sich beim Entladen wieder schwerlösliches weißes ___________________ , das sich als dünne Schicht auf den Platten abscheidet. Beim nächsten Aufladen werden die Vorgänge wieder umgekehrt:
3. Aufladevorgang: ________________________________________________________________________________________________
 
Das als Reaktionsprodukt gebildete schwerlösliche Bleisulfat bleibt größtenteils an den Elektroden haften. Dies ist die Voraussetzung für das Wiederaufladen. Bei der technischen Umsetzung des Bleiakkus sorgen bestimmte Vorrichtungen dafür, dass diese sensible Schicht nicht beschädigt wird.

 

Lösungen:


Beobachtungen
an den Platten: Die Blei-Kathode bleibt unverändert, an der Anode bildet sich ein brauner Belag, an den Elektroden gibt es eine leichte Gasentwicklung.

Gemessene Spannung nach der Elektrolyse: 2,3 V

1. Aufladungsvorgang = Formation:
+-Pol (Anode    = Oxidation):     PbSO4(s)   +  2 H2O   --->  PbO2(s)  +  4 H+(aq)  +  SO4¯(aq)  +  2e¯

-Pol (Kathode  = Reduktion):   PbSO4(s)   +  2e¯   --->  Pb(s)  +   SO4¯(aq)

In beiden Zellen wird also Blei vom Oxidationszustand +II in den Oxidationszustand ±0 (am -Pol) und +IV (am +- Pol) gebracht.

Gesamtvorgang der Elektrolyse:   2 PbSO4(s)   +  2 H2O   --->    Pb(s)  +  PbO2(s)  +  4 H+(aq)  +  2 SO4¯(aq)

Durch die Elektrolyse ist also eine Galvanische Zelle mit einer Blei-Elektrode und einer Elektrode aus Bleidioxid entstanden.

Beim Entladen laufen dagegen folgende Vorgänge ab:
2. Entladevorgang:

+
-Pol
(Kathode  = Reduktion):    PbO2(s)  +   SO4¯(aq)  +  4 H+(aq)  +  2e¯     ---->  PbSO4(s)   +  2 H2O     E° =  1,69 V
-Pol
(Anode    = Oxidation):      Pb(s)      +   SO4¯(aq)                                   ---->  PbSO4(s)   +   2e¯         = - 0,36 V

Gesamtvorgang der Entladung:
  Pb(s)  +  PbO2(s)  + 2 SO4¯(aq) + 4 H+(aq)  ----> 2 PbSO4(s)   +  2 H2O    ΔU = K - A = 2,05 V

Auf beiden Bleiplatten bildet sich beim Entladen wieder schwerlösliches weißes Bleisulfat , das sich als dünne Schicht auf den Platten abscheidet. Beim nächsten Aufladen werden die Vorgänge wieder umgekehrt:

3. Aufladevorgang:
   2 PbSO4(s)   +  2 H2O   --->  Pb(s)  +  PbO2(s)  +   4 H+(aq)  + 2 SO4¯(aq)


 

 update: 17.04.2017                                                                                                                                                                                zurück        zur Hauptseite