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

 
Spannungsmessungen an einfachen galvanischen Elementen
 
Geräte und Chemikalien:
1 Spannungsmessgerät, 1 Elektrochemie-Arbeitsplatz, Elektroden verschiedener Metalle, Lösungen der Salze dieser Metalle mit der Konzentration c=0,1 mol/l, Verbindungskabel; Pipetten;

Versuchsdurchführung:
1. Reinige die Oberflächen der Metalle durch Schmirgeln mit einem Schmirgelpapier oder dem Schmirgelstein.
2. Fülle die Kammern des Zellenblocks entsprechend den Angaben auf der Folie bzw. der unteren Tabelle mit den verschiedenen Salzlösungen. Die Füllhöhe soll 3/4 der Kammerhöhe nicht überschreiten.
3. Kombiniere die Halbzellen-Elemente Zn/Zn2+, Fe/Fe2+, Cu/Cu2+, Ag/Ag+ miteinander zu galvanischen Elementen, wie auf der Folie „Schema der Versuchsanordnungen" dargestellt. Trage die Messwerte in die Tabelle ein.
4. Reinige abschließend die Oberflächen der Metalle durch Schmirgeln mit einem Schmirgelpapier und trockne sie anschließend. Die Kammern der Zellblöcke werden mit normalem Wasser, danach mit aqua dest. ausgewaschen. Die Salzlösungen werden getrennt entsorgt.

Tabelle der Messwerte:
(Schema: Metall-1 /Lösung seines Salzes-1 //Metall-2 /Lösung seines Salzes-2)
1. Zn(s) / ZnSO4(aq) Fe(s) / FeSO4(aq) +Pol:_______ -Pol:_______ DE = ___________ [V]
2. Zn(s) / ZnSO4(aq) Cu(s) /CuSO4(aq) +Pol:_______ -Pol:_______ DE = ___________ [V]
3. Zn(s) / ZnSO4(aq) Ag(s) / AgNO3(aq) +Pol:_______ -Pol:_______ DE = ___________ [V]
4. Fe(s) / FeSO4(aq) Cu(s) /CuSO4(aq) +Pol:_______ -Pol:_______ DE = ___________ [V]
5. Fe(s) / FeSO4(aq) Ag(s) / AgNO3(aq) +Pol:_______ -Pol:_______ DE = ___________ [V]
6. Cu(s) /CuSO4(aq) Ag(s) / AgNO3(aq) Pol:_______ -Pol:_______ DE = ___________ [V]

Arbeitsaufträge:
1. Notiere in der Tabelle, welches Halbelement +Pol und welches -Pol ist und ermittle die Spannung zwischen diesen galvanischen Elementen.
2. Formuliere die entsprechenden Zellenreaktionen: -Pol ist immer der Elektronendonator!
3. Welches Metall ist immer der negative Pol und welches immer der positive Pol?

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4. Stelle die Messwerte systematisch und übersichtlich in einem Balkendiagramm graphisch dar. (Extrablatt, Millimeter-Papier!)
5. Welche Beziehungen lassen sich zwischen den verschiedenen Halbelement-Kombinationen aufstellen?

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6. Vergleiche die Spannungswerte der einzelnen Kombinationen mit der Stellung der Redoxpaare in der Redoxreihe (Buch Chemie 2000+, Band 2 Oberstufe, S. 23)
7. Das Redoxpaar Pb//Pb2+ hat das Standardelektrodenpotenzial von -0,13 V. Welche Spannungen ließen sich in Kombinationen mit
Zn(s)/Zn2+, Fe(s)/Fe2+, Cu(s)/Cu2+ und Ag(s)/Ag+ erwarten?
 

Lösungen:

 
Arbeitsaufträge:
1.Notiere in der Tabelle, welches Halbelement +Pol und welches -Pol ist und ermittle die Spannung zwischen diesen galvanischen Elementen.

Tabelle der Messwerte: (Schema: Metall-1 /Lösung seines Salzes-1 //Metall-2 /Lösung seines Salzes-2)

1. Zn(s) / ZnSO4(aq) Fe(s) / FeSO4(aq) +Pol: Fe          -Pol: Zn           DE = 0,526  [V]
2. Zn(s) / ZnSO4(aq) Cu(s) /CuSO4(aq) +Pol: Cu          -Pol: Zn           DE = 1,080  [V]
3. Zn(s) / ZnSO4(aq) Ag(s) / AgNO3(aq) +Pol: Ag          -Pol: Zn           DE = 1,527  [V]
4. Fe(s) / FeSO4(aq) Cu(s) /CuSO4(aq) +Pol: Cu          -Pol: Fe           DE = 0,594  [V]
5. Fe(s) / FeSO4(aq) Ag(s) / AgNO3(aq) +Pol: Ag          -Pol: Fe           DE = 1,054  [V]
6. Cu(s) /CuSO4(aq) Ag(s) / AgNO3(aq) +Pol: Ag          -Pol: Cu          DE = 0,435  [V]
 
2.Formuliere die entsprechenden Zellenreaktionen: -Pol ist immer der Elektronendonator!
Entsprechend dem Schema: Metall 1  + Metallion 2
                                         Zn(s) + Fe2+(aq)
                                         Zn(s) + Cu2+(aq)
                                         Zn(s) + 2 Ag+(aq)
  Metallion 1  + Metall 2   reagieren                                                       
  Zn2+(aq)  + Fe(s)
  Zn2+(aq)  + Cu(s)
  Zn2+(aq)  + 2 Ag(s)   usw.
                                     
3.Welches Metall ist immer der negative Pol und welches immer der positive Pol?

Negativer Pol oder Elektronendonator ist immer das Metall, das in der Spannungsreihe der Metalle links vom Reaktionspartner steht oder in der metallischen Form über dem Reaktionspartner in ionischer Form.
 

4.Stelle die Messwerte systematisch und übersichtlich in einem Balkendiagramm graphisch dar. (Extrablatt, Millimeter-Papier!)
5.Welche Beziehungen lassen sich zwischen den verschiedenen Halbelement-Kombinationen aufstellen?

Verschiedene Halbelement-Kombinationen lassen sich addieren: Die Addition der Kombinationen Zn/Fe (0,32 V) + Fe/Pb (0,31 V) + P/Cu (0,47 V) ergibt mit 1,1 V den gleichen Wert wie die Kombination Zn/Cu. Das gilt auch für andere Kombinationen.
 

6.Vergleiche die Spannungswerte der einzelnen Kombinationen mit der Stellung der Redoxpaare in der Redoxreihe (Buch Chemie 2000+, Band 2 Oberstufe, S. 23)

Abgesehen von experimentellen Ungenauigkeiten und Messfehlern ergeben sich die Spannungswerte der einzelnen Kombination durch Addition der Standardpotentiale nach folgender Formel:

ΔE0 = E0Kathode - E0Anode = E0Pluspol - E0Minuspol = + 0,34 V - (-0,76 V) = 1,10 V für die Kombination Zn/Zn2+ // Cu/Cu2+  

ΔE0 = E0Kathode - E0Anode = E0Pluspol - E0Minuspol = + 0,80 V - (+0,34 V) = 0,46 V für die Kombination Cu/Cu2+ // Ag/Ag+

 

7. Das Redoxpaar Pb//Pb2+ hat das Standardelektrodenpotenzial von -0,13 V. Welche Spannungen ließen sich in Kombinationen mit Zn(s)/Zn2+, Fe(s)/Fe2+, Cu(s)/Cu2+ und Ag(s)/Ag+ erwarten?

Zn(s)/Zn2+ // Pb//Pb2+ = - 0,13 V - ( - 0,76 V) = 0,63 V

Fe(s)/Fe2+  //  Pb//Pb2+ = -0,13 V - (- 0,41 V) = 0,28 V

Pb//Pb2+  //  Cu(s)/Cu2+  = +0,35 V - (-0,13 V)  = 0,48 V

Pb//Pb2+  //  Ag(s)/Ag = 0,80 V - (- 0,13 V) = 0,93 V

 

update am: 15.03.17                                                                                                                                                                              zurück        zur Hauptseite