Lernziele

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

  • die Entstehung der elektrochemischen Doppelschicht und die Bildung eines Elektrodenpotentials erklären
  • den Aufbau galvanischer Zellen und die Bedeutung/Funktion der einzelnen Bestandteile am Beispiel erläutern
  • die Potentialdifferenz in einer galvanischen Zelle bei Standardbedingungen berechnen
  • den Zusammenhang zwischen Elektrodenpotential, elektrochemischer Spannungsreihe, korrespondierenden Redoxpaaren und dem Verlauf von Redoxreaktionen erklären

Aufgabe

Zeitaufwand: ca. 30 Minuten

  1. Stellen Sie jeweils 10 ml einer Kupfer(II)-sulfatlösung und einer Zinksulfatlösung (Achtung: liegt als Heptahydrat vor) mit einer Konzentration von jeweils c = 0,1 mol/l her. Berechnen Sie vorab die benötigten Massen. (4 BE)

  2. Fertigen Sie eine vollständig beschriftete Skizze des Daniell-Elements an. (7 BE)
    Begriffe: Halbzelle, Elektrolyt, Elektrode, Stromschlüssel bzw. Salzbrücke, Anode, Kathode, Pluspol, Minuspol

  3. Führen Sie das Experiment durch. Protokollieren Sie die Beobachtungen. (1 BE)

  4. Erläutern Sie Vorgänge an der Zinkelektrode in der Zink-Halbzelle an einer Skizze (Stichwort: elektrochemische Doppelschicht). (4 BE)

  5. Formulieren Sie die Redoxgleichungen der ablaufenden Reaktionen (Halbzellen und Gesamtgleichung). (3 BE)

  6. Berechnen Sie die Spannung des Daniell-Elements mit Hilfe der Standardpotentiale. Vergleichen Sie mit der tatsächlich gemessenen Spannung und bewerten Sie das Ergebnis. (4 BE)

  7. Begründen Sie die Richtung des Stromflusses mit Hilfe der Standardpotentiale. (2 BE)

Gesamtpunktzahl: 25 BE

Geräte und Chemikalien

Lanzi at the German language Wikipedia (GFDL or CC-BY-SA-3.0), https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Daniellelement.png
Lanzi at the German language Wikipedia (GFDL or CC-BY-SA-3.0), https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Daniellelement.png
  • Metallbleche: Kupfer, Zink
  • Kupfer(II)-sulfatlösung, 0,1 mol/l (M = 249,7 g/mol als Pentahydrat)
    umweltgefährdend
  • Zinksulfatlösung, 0,1 mol/l (M = 287,5 g/mol als Heptahydrat)
    umweltgefährdend
  • Petrischale, zweigeteilt
  • Filterpapier
  • Multimeter
  • ggf. Krokodilklemmen, Kabel und ein Motor

Durchführung

  • Stellen Sie Lösungen der Metallsalze mit der Konzentration c = 0,1 mol/l her (jeweils 10 ml, Berechnung siehe Aufgabe 1).
  • In eine Hälfte der Petrischale wird Kupfer(II)-sulfatlösung gegeben, in die andere Zinksulfatlösung.
  • Die Metallbleche werden in die entsprechende Lösung getaucht: Zink zu Zn2+ und Cu zu Cu2+.
  • Beide Hälften der Petrischale werden mit einem Streifen angefeuchtetem Filterpapier als Strombrücke verbunden.

  • Nun wird mit dem Multimeter zwischen beiden Elektroden die Spannung gemessen (Messbereich 2 Volt).

  • Es kann statt des Multimeters auch mittels Krokodilklemmen und Kabeln versucht werden, einen Motor mit dem Daniell-Element zu betreiben.

Entsorgung

  • Entsorge die Reste der Lösungen in den Kanister für anorganische Abfälle.

Literatur und Materialien