Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 125 Redoxreaktionen 9 Die gemessene Spannung ist natürlich stark abhängig von den beiden Elektrodenmaterialien und wie stark ihre Nei- gung ist, Elektronen abzugeben bzw. aufzunehmen. Außer- dem wird die Potentialdifferenz von der Konzentration der Elektrolytlösungen, vom pH-Wert und der Temperatur stark beeinflusst. Deshalb ist der Handyakku beim Skifahren in der Kälte auch immer viel schneller leer als zu Hause im warmen Zimmer. Wenn nicht anders angegeben beziehen sich Potentiale immer auf Standardbedingungen. Das bedeutet, dass Lösungen immer eine Konzentration von 1mol/l haben, die Temperatur bei 25 °C liegt und der Druck bei eventuellen Gasen bei 1 atm ( F16 ). Die Potentialdifferenz einer beliebigen Elektrodenkombina- tion kann mit Hilfe der Spannungsreihe leicht als Differenz der beiden Standardelektrodenpotentiale berechnet werden: E° Zelle = E° Kathode – E° Anode Für das Daniell-Element würde sich dadurch folgendes ergeben: E° Zelle = E° Cu – E° Zn = 0,337 – (–0,763) = 1,1V E° Zn E°​ H​ 2 ​ E° Cu –0,763 V 0 V 0,337 V D E° = 1,1 V Tab. 9.1: Spannungsreihe Metall Elektrodenreaktion Spannung [V] zu H 2 * Li Li Li + + e – –3,04 K K K + + e – –2,92 Ca Ca Ca 2+ + 2e – –2,87 Na Na Na + + e – –2,71 Mg Mg Mg 2+ + 2e – –2,36 Al Al Al 3+ + 3e – –1,66 Mn Mn Mn 2+ + 2e – –1,18 Zn Zn Zn 2+ + 2e – –0,76 Fe Fe Fe 2+ + 2e – –0,41 Cd Cd Cd 2+ + 2e – –0,40 Co Co Co 2+ + 2e – –0,28 Ni Ni Ni 2+ + 2e – –0,23 Sn Sn Sn 2+ + 2e – –0,14 Pb Pb Pb 2+ + 2e – –0,13 H H 2 2H + + e – 0,000 Cu Cu Cu 2+ + 2e – +0,35 Ag Ag Ag + + e – +0,80 Hg Hg Hg 2+ + 2e – +0,85 H 2 O H 2 O 0,5O 2 + 2H + + 2e – +1,23 Au Au Au 2+ + 2e – +1,40 Pt Pt Pt 2+ + 2e – +1,20 Für die Konstruktion einer Batterie mit möglichst hoher Spannung ist es also notwendig, Elektrodenmaterialien zu wählen, die in der Spannungsreihe möglichst weit von ein- ander entfernt sind. Um größere Spannungen als etwa 5V zu erreichen, können Batterien in Serie geschaltet werden, dadurch addieren sich ihre Spannungen. Schaltet man also 3 Daniell-Elemente in Serie, erhält man eine Spannung von 3 · 1,1V =3,3V. Zusammenfassung Laufen die Reduktion und Oxidation einer Redoxreaktion örtlich getrennt voneinander ab, müssen die Elektronen vom Ort der Oxidation zum Ort der Reduktion fließen. Dieser elektrische Strom kann genutzt werden, um Arbeit zu ver- richten. Die getrennten Reaktionen zwischen Metallen ( Elektrode ) und ihren Kationen (gelöst im Elektrolyten ) laufen in soge- nannten Halbzellen ab. Die Spannung einer galvanischen Zelle aus zwei solcher Halbzellen ist unter Standardbedin- gungen aus der Spannungsreihe ablesbar. Für die in der Spannungsreihe angegebenen Potentiale wurden alle Halbzellen gegen eine Standard-Wasserstoffel- ektrode gemessen. Abb. 9.16: Serienschaltung von 3 Daniell-Elementen Z Beantworte die folgenden Fragen mit Hilfe des gerade gelernten Wissens und Tabelle 9.1! Bestimme das Potential einer galvanische Zelle unter Standardbedingungen bei der Verwendung folgender Elektrodenmaterialien: a) Silber und Eisen b) Nickel und Zink c) Blei und Cadmium L Berechne das Potential einer Batterie aus vier in Serie geschalteten Zellen aus Zinn und Silber. L 9.4 F17 B1 F18 B1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv