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

 
Energetische Vorgänge beim Daniell-Element
 
Die Reaktionen beim Daniell-Element Zn/Zn2+(aq)//Cu2+(aq)/Cu lassen sich in eine Reihe von Einzelvorgängen zerlegen, deren Energiebeträge in Bezug zum Formelumsatz in der unteren Tabelle dargestellt sind. Der Formelumsatz ergibt sich aus der Reaktion: Zn(s) + Cu2+(aq) –> Cu(s) + Zn2+(aq).

In der folgenden Tabelle sind die einzelnen Vorgänge der Reihe nach beschrieben:

Oxidation des Zinks

Reduktion der Cu2+-Ionen
1. Sublimation der Zn-Atome aus dem Metallgitterverband     4. Dehydratation der Cu2+-Ionen
2. Ionisation der Zn-Atome (Oxidation)     5. De-Ionisation der Cu2+-Ionen (Reduktion)
3. Hydratation der Zn2+-Ionen     6. Resublimation der Cu-Atome zu einem Metallgitterverband
Summe der Oxidation des Zn     Summe der Reduktion des Kupfers

 
Die beteiligten Energien der Elemente:
Arbeitsaufträge:

1. Trage die entsprechenden Werte in die obere Tabelle ein. Bedenke dabei das Vorzeichen: Welche Energien sind aufzuwenden (+) und welche werden frei (-)?

2.
Berechne die Summe der Energien für den Oxidations- und den Reduktionsvorgang :

3. Berechne die Gesamtenergie für den Formelumsatz! ΔHo = ________________ kj/mol

Energie Zn/Zn2+ Cu/Cu2+
Δsub [kJ/mol] +131 +340
Δion[kJ/mol] +2625 +2716
Δhyd[kJ/mol] -2057 -2216

 


4. Berechne über die angegebenen Formelbeziehungen die Spannung zwischen den beiden Halbzellen.

Formelbeziehungen:
Die freie Standard-Enthalpie einer Redoxreaktion entspricht der elektrischen Arbeit einer galvanischen Zelle:

ΔG° = -Wel

Die elektrische Arbeit ist das Produkt aus Spannung U [V], Stromstärke I [A] und Zeit t [s]

Wel = U * I * t = U * Q [V*A*s]

Wird in einer galvanischen Zelle unter Standardbedingungen [25 °C = 298 K, 1013 hPa] die Ladung Q = z * F (bei einem Formelumsatz) transportiert, erhält man   ΔG° = - Δ * z * F  mit z = Anzahl der transportierten Elektronen und F=96487 C/mol ][Coulomb].
 
Die freie Enthalpie ΔG° einer Redoxreaktion kann also experimentell bestimmt werden, in dem man die Zellspannung der entsprechenden galvanischen Zelle unter Standardbedingungen misst.
 

Ergebnis der Berechnung: Δ = _________________________ [ ___ ]

Beziehungen zwischen den Energiearten:

1 J = 1 W * s = 1 V * A * s 1 C = 1 A * s


 

Lösungen:

 
Tabelle mit den beteiligten Energie der Elemente:

Oxidation des Zinks

Reduktion der Cu2+-Ionen
1. Sublimation der Zn-Atome aus dem Metallgitterverband +131 kJ/mol -2116 kJ/mol 4. Dehydratation der Cu2+-Ionen
2. Ionisation der Zn-Atome (Oxidation) +2652 kJ/mol +2716 kJ/mol 5. De-Ionisation der Cu2+-Ionen (Reduktion)
3. Hydratation der Zn2+-Ionen -2057 kJ/mol +340 kJ/mol 6. Resublimation der Cu-Atome zu einem Metallgitterverband
Summe Energien der Oxidation des Zn +726 kJ/mol +940 kJ/mol Summe der Energien der Reduktion des Kupfers

Die Beziehung ΔG° = ΔHo - T*ΔSo vereinfacht sich, wenn man den Entropiefaktor ΔSo vernachlässigt. Dann entspricht ΔG° = ΔHo .

3. Berechne die Gesamtenergie für den Formelumsatz: ΔHo = 940 - 726 = 214 kj/mol

Ergebnis der Berechnung: Δ = - ΔG° / z * F = 214*103 / 2 * 96487 = 1,108 V

 

Quelle: Tausch/v. Wachtendonk: Chemie SII, Stoff-Formel-Umwelt, C.C.Buchner 1993

 

update am: 11.11.15                                                                                                                                                                              zurück        zur Hauptseite