Lernziele

Materialien und Übungen finden Sie auf der Themenseite zu Stromquellen und zu Galvanischen Elementen

  • die chemischen Reaktionen im Bleiakkumulator erläutern
  • die Potentialdifferenz einer galvanischen Zelle bei Standardbedingungen berechnen
  • den Aufbau galvanischer Zellen und die Bedeutung/Funktion der einzelnen Bestandteile am Beispiel des geladenen Bleiakkumulators erläutern
  • die Umweltrelevanz wiederaufladbarer elektrochemischer Elemente diskutieren
  • am Beispiel des Bleiakkumulators Probleme des Recyclings diskutieren

Aufgabe

Baue aus wenigen Materialien ein Modell eines Bleiakkumulators, der in angepasster Bauweise in Fahrzeugen als Starterbatterie verwendet wird.

  1. Führe das Experiment durch. Protokolliere deine Beobachtungen. (3 BE)

  2. Formuliere die Redoxgleichungen der ablaufenden Reaktionen beim Laden und beim Entladen. Bestimme die Oxidationszahlen und kennzeichne Oxidation und Reduktion. (6 BE)

  3. Fertige eine vollständig beschriftete Skizze des Versuchsaufbaus zum Bleiakkumulator an. Unterscheide bei der Beschriftung den Vorgang des Ladens und Entladens durch z.B. unterschiedliche Farbgebung oder fertige für den Lade- und Entladevorgang jeweils separate Skizzen an. Begriffe: Elektrolyt, Elektrode, Stromschlüssel, Anode, Kathode, Pluspol, Minuspol (7 BE)
    Kennzeichne in der Skizze die Vorgänge an den Elektroden beim Laden und Entladen. (4 BE)

  4. Berechne die Spannung des Bleiakkumulators mit Hilfe der Standardpotentiale. Vergleiche mit der tatsächlich gemessenen Spannung und bewerte das Ergebnis. (4 BE)

  5. Der Ladezustand des Bleiakkumulators kann durch eine Messung der Dichte der Elektrolytlösung ermittelt werden. Erkläre. (4 BE)

  6. Beurteile den Einsatz von Lithium-Ionen-Akkumulatoren statt Bleiakkumulatoren als Hauptenergiespeicher in Elektrofahrzeugen. (4 BE)

Gesamtpunktzahl: 32 BE

Fachbegriffe und Konzepte

  • Sekundärelemente
  • Umweltrelevanz
  • Pluspol, Minuspol, Anode, Kathode, Elektrolyt

Geräte und Chemikalien

  • Schwefelsäure (5 %, ca. 20 ml, 1 ml konz. Schwefelsäure auf 19 ml Wasser)
    ätzend
  • 2 Bleielektroden
    giftig
  • kleines Becherglas (ca. 50 ml)
  • Krokodilklemmen
  • Kabel
  • Multimeter
  • Lampe oder Motor

Durchführung

Hinweis: Blei ist giftig. Arbeite sauber und verwende Einmalhandschuhe.

  1. Fülle die Schwefelsäure ca. 3 cm hoch in das Becherglas und stelle beide Bleiplatten hinein. Die Bleiplatten dürfen sich nicht berühren. Schließe Krokodilklemmen und Kabel an.
  2. Miss die Spannung, sie sollte 0 Volt betragen.
  3. Lade den Bleiakku, indem du für einige Minuten mit einer Gleichspannung von etwa 6 Volt elektrolysierst. Die Spannung muss so gewählt werden, dass gerade eine Gasentwicklung erkennbar ist. Bei Bedarf muss die Spannung angepasst werden.
  4. Miss nun erneut die Spannung und schließe (falls vorhanden) einen elektrischen Verbraucher an.
  5. Wiederhole den Prozess des Ladens und Entladens.

Entsorgung

Blei ist giftig und darf nicht in das Abwasser gelangen!

  • Entsorge alle Flüssigkeiten in den Kanister für Schwermetalle.
  • Reinige die Bleiplatten mit wenig Wasser und anschließend mit Papier. Entsorge das Papier im Restmüll.

Literatur und Materialien