Das Liebig-Laboratorium Lehramt AC1 neu

Versuch 4.3
Zunächst werden 0,1 M wässrige Lösungen von Bleinitrat, Zinknitrat und Kupfernitrat vorbereitet und in Bechergläser (100 mL) gefüllt.
Anschließend werden jeweils zwei Streifen Kupferblech, Zinkblech und Bleiblech gründlich mit Wasser und Seife gereinigt (Vorsicht vor
scharfen Kanten!), mit einigen Tropfen Salpetersäure (6 M) und Zellstoff von anhaftenden Verunreinigungen befreit, erneut gründlich mit
Wasser gespült (blankes, glänzendes Metall muss sichtbar sein!) und in die zugehörige Salzlösung gestellt. Diese Anordnung wird jeweils
als „Halbelement“ bezeichnet.
Aus den bereitgestellten U-förmig gebogenen Glasrohren werden jetzt Salzbrücken gebaut, indem man diese vollständig mit wässriger 0,5 M
Ammoniumnitrat-Lösung füllt und an beiden Enden mit einem Wattepfropf luftblasenfrei verschließt. Man verwendet zunächst die Glasrohre
mit einem mittleren Innendurchmesser (etwa 7 mm).
Zur Messung der sich zwischen zwei Halbelementen ausbildenden Spannung verbindet man die Metallblechstreifen zweier
nebeneinanderstehender Halbelemente mit einem Voltmeter (Krokodilklemmen verwenden), verbindet die beiden Halbelemente durch
Eintauchen der Salzbrücke und liest sofort die Spannung ab. Nach der Messung wird die Salzbrücke wieder aus den beiden Halbelementen
herausgezogen. Um eine Messung mehrfach zu wiederholen, merkt man sich, welches der Enden mit welcher Salzlösung in Kontakt stand,
da diese beim neuerlichen Eintauchen keinesfalls vertauscht werden dürfen. Folgende Teilexperimente sollen in der angegebenen
Reihenfolge durchgeführt werden:
• Spannungsmessung unter Verwendung unterschiedlicher Elektrodenpaare (Pb/Zn, Pb/Cu und Cu/Zn; s. a. Frage 6.6 und 6.7)
• Spannungsmessung unter Verwendung von Salzbrücken mit unterschiedlichem Innendurchmesser (s. a. Frage 6.8)
• Spannungsmessung bei unterschiedlicher Eintauchtiefe (unterschiedliche Metallaktivität) der Elektroden (s. a. Frage 6.9)
• Spannungsmessung mit Cu/Cu Element in unterschiedlichen 0.1 M Kupferlösungen (s. a. Frage 6.10)
Frage 4.6
Was folgt aus den erhaltenen Werten der Spannungsmessung der Paare Pb/Zn und Pb/Cu über die Einordnung der drei Metalle relativ
zueinander in der elektrochemischen Spannungsreihe? Welche Spannung kann man deshalb für das Paar Cu/Zn erwarten? Wird dieser Wert
auch experimentell erhalten? [2P]
Frage 4.7
Vergleichen Sie Ihre Messergebnisse mit den erwarteten Werten, die sich aus tabellierten Normalpotentialen ergeben hätten. Was könnten die
Ursachen für Abweichungen sein? [2P]
Frage 4.8
Wie ändern sich die Unterschiede zwischen experimentellen und theoretischen Werten, wenn Salzbrücken mit kleinerem und größerem
Innendurchmesser verwendet werden? Wie könnte man folglich die Unterschiede noch weiter minimieren? Was wäre anstelle einer Salzbrücke
idealerweise zu verwenden? [3P]
Frage 4.9
Die Berechnung der Potentiale nach der Nernst'schen Gleichung erfolgt unter der Annahme konstanter Metallaktivität, welche willkürlich auf den
Wert 1 gesetzt wird. Stimmt diese Näherung? Verändern Sie durch mehr oder weniger tiefes Eintauchen der Blechstreifen in die
Metallsalzlösungen die wirksame Metalloberfläche und überprüfen Sie, ob sich die Spannung dabei ändert. [2P]
Frage 4.10
Ersetzen Sie nun im Cu/Zn-Paar den Zinkblechstreifen durch einen Kupferblechstreifen, wodurch der Cu-Elektrode jetzt eine weitere Cu-
Elektroden gegenübersteht. Welche Spannung wird jetzt zwischen den beiden Halbelementen gemessen? Was für eine Anordnung liegt jetzt
vor? Wie könnte man die Spannung dieser Cu/Cu-Zelle noch weiter erhöhen? Überprüfen Sie experimentell Ihre Vermutung, indem Sie die 0,1
M Kupfernitrat-Lösung durch eine andere Lösung mit geeigneter Kupferkonzentration austauschen. [3P]
4.4 Vollanalyse Konduktometrie
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Die in den Eingangsversuchen beobachtete Änderung der elektrischen Leitfähigkeit wässriger Lösungen in Abhängigkeit von den anwesenden
Ionen kann zur maßanalytischen Bestimmung von Säuren und Laugen und sogar von Mischungen unterschiedlich starker Säuren verwendet
werden. Die außergewöhnlich gute Leitfähigkeit von Hydronium-Ionen und Hydroxid-Ionen im Vergleich zu den nach Neutralisation anwesenden
Ionen stellt die Basis der Konduktometrie dar. Im Folgenden soll aus einer Mischung einer starken Mineralsäure (Salzsäure) und einer
schwachen organischen Säure (Essigsäure) mittels dieser Methode der Gehalt der beiden Einzelkomponenten bestimmt werden. Der
Gesamtgehalt an Säure im Gemisch liegt im Intervall von 150-250 mg, wobei sich die Anteile der beiden Säuren deutlich voneinander
unterscheiden können.