Aufgaben zur Wiederholung der Elektrochemie

1. Aufgabe
Aufgaben zur Wiederholung der Elektrochemie
Für eine Jugend-Forscht-Arbeit werden mehrere Wasserproben aus der Niers
entnommen. Der pH-Wert der Proben soll im Schullabor bestimmt werden. Da weder
ein digitales pH-Messgerät noch pH-Indikatoren zur Verfügung stehen, muss der pH-
Wert auf elektrochemischem Wege bestimmt werden.
a) Beschreiben Sie eine geeignete pH-Messzelle.
b) Fertigen Sie eine Korrekt gekennzeichnete Skizze an für den Fall, dass eine
Zn/Zn 2+ (c = 0,05mol/l)// H + / H2 (Pt) zu pH-Wert-Messung verwendet wird.
c) Um das Messgerät zu eichen wird eine Vergleichsmessung mit 0,1molarer
Salzsäure durchgeführt. Berechnen Sie die Zellspannung für die
Vergleichsmessung.
d) Wie wird sich die Zellspannung verändern für den Fall, dass die Salzsäure
verdünnt wird.
e) Bei der Messung der Nierswasser-Probe wurde eine Spannung von U = 0,48V
gemessen. Berechnen Sie mit Hilfe der Nernstgleichung den pH-Wert.
f) Welche Zinkionenkonzentration erhält man für den Fall, dass die Zellspannung
genau 0,5V beträgt.
2. Aufgabe
Für eine andere wissenschaftliche Untersuchung ist es erforderlich eine
Graphitelektrode zu verzinken. Dabei soll die Zinkschicht etwa 1mm dick sein.
Demnach müssen 1,500g Zink auf der Oberfläche der Elektrode abgeschieden
werden.
a) Beschreiben Sie eine geeignete Versuchsanordnung, sowie die eingesetzten
Materialien.
b) Welche Mindestspannung muss für die Abscheidung von Zink an der
Elektrode aufgewendet werden.
c) Wie lange muss die Elektrolyse betrieben werden (bei einer Stromstärke von
1,2A) um die geforderte Menge an Zink abzuscheiden.
d) Mit welcher Stromstärke muss die Elektrolyse betrieben werden um die
geforderte Menge an Zink in einer Stunde abzuscheiden.

Daten-Anhang
Halbreaktion
E 0 /Volt
[V]
Halbreaktion
E 0 /Volt
[V]
Li + + e - Li -3,045 I2 + 2e -
2 I - +0,5355
K + + e -
K -2,925 MnO4 - + e -
MnO4 2- +0,564
Rb + + e -
Rb -2,925 O2 + 2H + + 2e -
H2O2 +0,6824
Cs + + e -
Cs -2,923 Fe 3+ + e -
Fe 2+ +0,771
Ra 2+ + 2e -
Ra -2,916 Hg2 2+ + 2e -
2 Hg +0,788
Na + + e -
Na -2,714 Hg 2+ + 2e -
Hg +0,854
Ce 3+ + 3e -
Ce -2,483 2Hg 2+ + 2e -
Hg2 2+ +0,920
Mg 2+ + 2e -
Mg -2,363 NO3 - + 4 H + + 3e -
NO + 2
H2O +0,96
Be 2+ + 2e -
Be -1,847 Br2 + 2e -
2 Br - +1,0652
Al 3+ + 3e -
Al -1,662 O2 + 4H + + 4e -
2H2O +1,229
Mn 2+ + 2e -
Mn -1,180 MnO2 + 4H + + 2e -
Mn 2+ +
2H2O +1,23
Zn 2+ + 2e -
Zn -0,7628 Tl 3+ + 2e -
Tl + +1,25
Cr 3+ + 3e -
Cr -0,744
Cr2O7 2- + 14H + + 6e -
2
Cr 3+ + 7H2O +1,33
Ga 3+ + 3e -
Ga -0,529 Cl2 + 2e -
2 Cl - +1,3595
Fe 2+ + 2e -
Fe -0,4402 Au 3+ + 2e -
Au + +1,402
Cr 3+ + e -
Cr 2+ -0,408 Mn 3+ + e -
Mn 2+ +1,455
Cd 2+ + 2e -
Cd -0,4029 MnO4 - + 8H + + 5e -
Mn 2+ +
4H2O +1,498
PbSO4 + 2e -
Pb +
SO4 2- -0,3588 Ce 4+ + e -
Ce 3+ +1,51
Tl + + e -
Co 2+ + 2e -
H3PO4 + 2H + + 2e -
Ni 2+ + 2e -
Sn 2+ + 2e -
Pb 2+ + 2e -
2H + + 2e -
Tl -0,3363
2 HOCl + 2H+ + 2e -
Co -0,277 PbO2 + SO4 2- + 4H + + 2e -
H3PO4 + 2H2O -0,276 Au + + e -
Cl2 +
2H2O +1,51
PbSO4 + 2 H2O +1,61
Au +1,63
Ni -0,250 MnO4 - + 4H + + 3e- MnO2
+ 2H2O +1,682
Sn -0,136 H2O2 + 2 H + + 2e -
2 H2O +1,691
Pb -0,126 Co 3+ + e -
Co 2+ +1,808
H2 0,000 S2O8 2- + 2e -
2 SO4 2- +2,01