Stationenlernen Batterien und Akkumulatoren ... - Chik.die-sinis.de

7.2 Lösungen zu den Stationen
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A 1.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch! Protokollieren Sie Ihre Beobachtungen und deuten
Sie diese.
Bei der Voltaschen Säule handelt es sich um eine Reihe von hintereinander geschalteten
galvanischen Zellen. Am negativen Pol, der hier Anode ist, da hier die Oxidation stattfindet,
geht das unedlere Metall in Lösung: Das Zinkplättchen löst sich auf: Jedes Zinkatom, das
als Zinkion in Lösung geht, gibt zwei Elektronen ab; in der Zinkelektrode entsteht so ein
Elektronenüberschuss, weshalb sie den negativen Pol bildet. An der positiven Elektrode, der
Kathode, da hier die Reduktion stattfindet, sind mehrere Reaktionen möglich. Handelt es
sich um Kupferplatten, die nicht poliert wurden, sind sie mit einer Oxidschicht bedeckt.
Dann läuft zunächst die Reduktion ab. Diese kann auch erfolgen, wenn das Kupfer aufgrund
der Anwesenheit von Luftsauerstoff in Lösung gegangen ist. Die Voltasche Säule
funktioniert aber auch, wenn poliertes Kupfer oder Silber als Elek-troden verwendet werden,
wenn also gar keine Kupfer- oder Silberionen vorhanden sind. Dann wird Sauerstoff
aus der Luft am Kupfer oder Silber reduziert: Verwendet man an Stelle eines neutralen
Elektrolyten (z. B. Salzwasser) einen sauren (z. B. Essig oder verdünnte Schwefelsäure oder
Salzsäure), so werden am Kupfer bzw. Silber Wasserstoffionen reduziert. Die Wasserstoffentwicklung
erfolgt nicht nur an der Zinkelektrode, weil Wasserstoff an Zink eine deutlich
größere Überspannung hat als an Kupfer oder Silber.
A 1.2 Stellen Sie alle ablaufenden Reaktionen mit den entsprechenden Potentialen zusammen,
berechnen Sie die theoretische Spannung und vergleichen Sie mit der gemessenen!
A 1.3 Vergleichen Sie den durchgeführten Versuch mit dem historischen!
A 1.4 Berechnen Sie die historisch verwendeten Redoxpaare. Entwickeln Sie eine Versuchsanordnung,
wie z.B. Natrium mit Hilfe der Voltaschen Säule dargestellt werden konnte!
Davy hat 1807 erstmals Natrium mit der Schmelzflusselektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid
dargestellt. 5
A 2.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch!
A 2.2 Deuten Sie ausführlich die Beobachtungen (Reaktionsschemata, gemessene Spannungen,
Verhalten während des Entladeprozesses)
A 2.3 Erläutern Sie, aus welchem Grund eine „Trockenbatterie― „auslaufen― kann!
A 3.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch!
A 3.2 Vergleichen Sie diese Zelle mit dem Leclanché-Element: in wie weit werden die Unterschiede
der technischen Zellen in den Versuchen umgesetzt?
A 3.3 Zeigen Sie mathematisch, dass die Potentialdifferenzen der Alkali-Mangan-Zelle und des
Leclanché-Elements trotz der pH-Abhängigkeit der Elektrodenpotentiale identisch sind!
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Dieser Versuch kann auch in der Schule durchgeführt werden (Lehrerversuch!), dazu wird Natriumhydroxid
in einem Edelstahlgefäß zum Schmelzen erhitzt (318°C, die Schmelze wird knapp über dem Schmelzpunkt
gehalten, da sich ab ca. 330°C Natrium in der Schmelze löst!). Der Edelstahltiegel wird als Anode,
ein Kupferdraht als Kathode genutzt, die Spannung wird so gewählt, dass nur eine geringe Gasentwicklung
zu beobachten ist.
Es darf keinesfalls mit Glasgeräten gearbeitet werden (Thermometer!), da flüsiges NaOH Glas stark angreift.