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Klausur Elektrochemie
Aufgabe 1: Die Batterie von Bagdad
Im Irak-Museum von Bagdad steht eine etwa 14 cm hohe Tonvase, in der sich ein 9 cm
Klausur Elektrochemie
Aufgabe 1: Die Batterie von Bagdad
Im Irak-Museum von Bagdad steht eine etwa 14 cm hohe Tonvase, in der sich ein 9 cm
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Aufgabe 1: Die Batterie von Bagdad
Im Irak-Museum von Bagdad steht eine etwa 14 cm hohe Tonvase, in der sich ein 9 cm
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Im Irak-Museum von Bagdad steht eine etwa 14 cm hohe Tonvase, in der sich ein 9 cm
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Klausur Elektrochemie Aufgabe 1: Die Batterie von Bagdad Im Irak-Museum von Bagdad steht eine etwa 14 cm hohe Tonvase, in der sich ein 9 cm langer Kupferzylinder befindet, der unten mit einer wasserundurchlässigen Asphaltschicht verschlossen ist. In diesem Zylinder ragte ein Eisenstab, wiederum durch den Asphalt vom Kupferblech isoliert. Der Eisenstab war nach unten hin zunehmend zerfressen und ragte, wie auch ein Teil des Kupferzylinders etwa einen Zentimeter über den Pfropf aus Asphalt hinaus. Diese 1936 bei Ausgrabungsarbeiten am Hügel Khujut Rabbou'a südöstlich von Bagdad gefundene eigentümliche Vase wurde auf die Zeit zwischen 248 v. Chr. Und 226 n. Chr. datiert. Sie diente vermutlich als Batterie, denn sobald man auch nur Traubens. Essig oder Salzwasser einfüllt, lässt sich eine Spannung von etwa 0,4 V messen. 011 Kupferzylinder Eisenstab Tonvase Bestandteile der vielleicht ältesten Batterie Asphaltstopfen Eisenstab Essig Zylinder aus Kupfer Tonvase Asphaltisolierung 1.1. Erklären Sie die Funktionsweise sowie die Bedeutung der in der Abbildung gezeigten Bauteile. Geben Sie auch die Reaktionsschemata für die möglichen elektrochemischen Vorgänge an. (8 P.) Unterschiede & Gemeinsam 1.2. Vergleichen Sie die Batterie von Bagdad mit einer entsprechenden galvanischen Zelle. Fertigen Sie eine beschriftete Schnittzeichnung an und geben Sie die zu erwartende Spannung unter Standardbedingungen für Fe/Fe2+//Cu²+/Cu an. (8 P.) 1.3. Erläutern Sie mögliche Ursachen für die im Vergleich zu einer herkömmlichen galvanischen Zelle geringere Spannung der Batterie von Bagdad. (4 P.) 1.4. Die...

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in 1.2. beschriebene galvanische Zelle wird aus folgenden Halbzellen kombiniert: Fe2+ (c= 0,1 mol/l)/Fe und Cu²+ (c= 3.10-5 mol/l)/Cu. Bestimmen Sie Donator- und Akzeptorhalbzelle und geben Sie die Richtung des Elektronenflusses an. Berechnen Sie auch die sich ergebende Zellspannung. (5 P.) Aufgabe 2: Eine mit Wasser betriebene Uhr Seit einiger Zeit gibt es Uhren, die laut Herstellerangaben gänzlich ohne Batterie auskommen. In der Gebrauchsanweisung steht: Füllen Sie den Wasserbehälter der Uhr mit Wasser. Achten Sie darauf, dass die beiden Metallplatten aus Zink und Kupfer komplett mit Wasser bedeckt sind. Geben Sie einen Spritzer Zitronensaft in das Wasser und verschließen Sie die Behälter wieder. Um die Uhr am Laufen zu halten, muss lediglich hin und wieder Wasser nachgefüllt werden. 2.1. Erläutern Sie die Funktionsweise einer solchen Uhr. Gehen Sie dabei auch auf die Funktionen von Wasser und dem Zitronensaft ein und formulieren Sie die an den Blechen ablaufenden Reaktionen. (10 P.) I Ist ja ar 2.2. Beurteilen Sie die Aussage des Herstellers, dass die Uhr gänzlich ohne Batterie auskäme. (2 P.) SICL eine Batterie Material Nernstgleichung: E(Red/Ox) = Eº(Red/Ox) + Zunehmende reduzierende Wirkung Standardpotenziale ausgewählter Redoxpaare: Donator Li Mg Al Zn Fe Ni Pb H₂(g) Cu 21 Ag 0,059 V Z 2 Br Pt lg Akzeptor + ze Li* + e Mg2+ + 2 e¯ Al³+ + 3 e Zn²+ + 2 e Fe²+ + 2 e Ni²+ + 2 e¯ Pb²+2 e 2H+ + 2 e Cu²+ + 2 e¯ 1₂(s) +2 e¯ Ag++e Br₂(l) +2 e Pt²+ + 2 e¯ 2 H₂O(l) 0₂(g) + 4H+ + 4e¯ 2 CL Cl₂(g) + 2 e Au Au³++3 e- 2 F F₂(g) + 2 e¯ c(Ox) c(Red) Standardpotenzial Eº in V -3,04 -2,36 -1,66 -0,76 -0,41 -0,23 -0,13 0 0,35 0,54 0,80 1,07 1,20 1,23 1,36 1,50 2,87 Zunehmende oxidierende Wirkung ^^ MT Chemie Klausur befinden sich Kupferzylinder Zuerst einmal unal Eisenstab im Inneren der Tonvase. Der Kupferzylinder wirel von esen Seiten unten von eines wasserdurchlässigen unal Aspal Asphaltschich verschlossen. Die Aufgabe eles Asphaltstopfen und Asphalt- clie Batterie von ist es isolierung also Bagdad abzuchelzen. V Dos Eisenstab in over Mitte des Kupferzylinders 1st clie eine Halbzelle. Der Kupferzylindes theoretisen die andere. Als Extolyt client Essic Da Eisen (Fe) uneclles ist als Kopfer (Cu), wird diese Halbzelle okidljest. Der Eisenstab Anacle (OMA). 1st eine eveer thder Losing fat Nun würden die Elektionen turn Kupferzylindos fließen, jealoch sind keine lonen in der Lösung, die Kupfer reduzieren können. Somit wereen die wasserstoff-Teilchen reduziert / als (OMA) Oxication: Fe → Fe²+ +Ze-V (RPK) Reduktion: 2H+ + Ze → H₂ ↑ Fe + 2H > Fert da cliese immos noch eder die Eisenballgte sine Eisen Tellenes des Eisen halbzelle singl Redox: zu wasserstoff-loven +Hz q *Joven den Anode → 1.2 OMA Fe Fe soy c=1m³1.1-1 ∙zle- Fe2+ oxidiert SO² 0₁7680 CUSC Cu ²+.Cu reduziert cusoy Seperator. Diaphragna (semipernende ward U = EO (Red) - €° (OX) V = E° (Cu²+ /cu) - EO (Fel Fe²+) U= 035V - (-01411) cu RPK C=1ma-1-1 ← Kathocle T Eine zelle, auch galvanisches Element Ocles Daniell Element, bestent aus zwei Salvanische 1818 Bet ater Bageast Basterie Halbzellen, die in ein passendes Elektrolyt eingetauch werden. I Die Halbzellen werden beide, durch einen sepertor, clas kann ein Diaphragna (semipareable wave! 1 OOLOS eine Salzbrücke sein, räumlich voneinander getrennt. Dagegen besitzt die Bagolad Batterie reine Ken Halbzellen, clie in ein passerales Elektrolyt getauchs werden! Das Elestrolyt, Essig, sorgt bei der Bagobol Batterie for eine fehlendo Radusion das kopfors. Bei der galvaniseen Zelle (siele Bsp. ohen) werden die elevaroccioni scien Eletroden (Fe-Plattelen und Cu-Plattelan) in eine Lösung getavat die auch passende lonen besitzt So ist eine Reduktion 223 Meralls bei einer galvanisdian Zelle möglich. keinen in unseren Außerdem besitzt elie Bagclad Batterie. seperator, wie die galvanisere Zelle Beispiel Die Gemeinsameiten sind, eine messbare Spannung uhal zwei Hallozellen. Außerelem verläuft die Oxidation bei beiden gleich. Bei der Reduktion jedocs wird bei der Bargolad Batele de Wasserstoff aus dem Elesordybe reduziest er unel bei cler galvanischen Zelle d clas Kupfes - Plattelan. 14/14 1.4 13 Die Batterie von Bagdad besitzt eine Spannung von etwa 014 Vund alle galvanische Zelle eine Spannung von 0,76V. = Es ist davon auszugeron, class durch die Podluktion des 2 wasserstoffs vom Elektrolyten und die okidaotan des Eisenstals eine kraïlese Spannung resultlest. Denn der Eisenstab wird so lange oxidier aufgelöst hat, bis er sich Babei findet actes atte Zeeezue witnet Statt des Kopferelen roold I wird das wasses stoff aus dem Elesardyten reduziert. Wasserstoff besitzt jebloch ein pocloktpotential von Ob und Kupfer dagegen ein Standard potentiel von ORSU. Deraus resultiest womöglia die Kleilore Spannung. 0,4V (Bagdad) OV-10141 V) 0,35-(-01410) = 0₁76V (galvaniscle Zelle) ((3.) ER ↑ (1.) E Y(2.) € Fe2+ c= Amol 11) | Fe G0595 z = €° (Red (Ox] + = -0,41 v +. = E = EO (Cu²+ 1 (u) + = gasgr Log (C11-1) Z EoFe²+ / Fe) + 010591 2 log Cu ²+ rc = 3·105 moll111 Cu Amol.17 0,35V = 0,21V · Log(0₁1) == 0₁6591 2 4010590 2 =10,441 3.105 mol. 1-1 1 MO1.1-1 log (3.10-5 moli 1-1 Amol.1-1 hot (y) е генераданад da diese im Es ist anzunennen, class clie Eisen-Halbzeile alle Donatorhalbzelle ist Vergleich zur Kupferhalbzeile eine niedwiggie Halbzelenspannung besitzt (-01440), no here Dagegen besitzt clie kopferhalbzele eine "Hallozelen- spannung von ORAV and fot somit clie Akzeptorzelle. Nach dem Theorie Stimmen, Die Zellspannung bemisst sich wie folgt U = EO (Red) EO (OX) ZORAV - (-0,44V) Prinzip OMA und RPK müsste arese U = 0,65 VU Es ist eine freiwillige Recuation und die es ist eine zellspannung von 065 V messbar. Eisen = GMA-P -0,44V Kupfer = RPK ~ 0₁ Zu V Die Reaktion verläuft von das Donator hallozeke (Eisen) zur Akzeptorzelle, die die Elektrovan aufnimmt (kopfer) abgpghtneren 2.1 в она Zn →→ Zn²+ 2H+ RPK THER CU 2H 15 15 Schön! - Lösung: Eltronensaule mit wasser Bei einer solchen Uhr wird clas Battere prinzip" genutzt. Jedoch gibt es rein Diaphragna (semipermeable wand) und nur ein Elextrolyt, elie wasser-Zitronensäure Losung. Das Zinkplattenon ist in diesen unealos als clas Kupfer-Plattelen unes gibt Elektronen ab.y kuptg aus. Bas Es bildet sich ein Minuspol bei Zhx und ein Pluspoelber Die Zabgegebenen Flektionen von & Zink gelangen zum Kupfer-Plätteren. Auch wie bei der Bagchel Bettere, gibt es keine loven in cla losung, die elas kupfer- Pättelen. realuzieren können. Dementsprecleval werelen die Wassersto wire der wassestoff des Eltrolyts wasser-Zitronensäure realuziert. Die Zitronensäure, sorgt für ein saures Milliew und nur Dabei reagiert aber wasserstoff nicht nur an com Kopfor-Plattelen, sondern auch an dem Zink-Peticion. Bei cliese Recition entstent clas Gas H₂ T, und deswegen ein Spruciain. in cles Batterie gioven, Holo 212 Die Zitronensature resses 2+ das Zinkplattenon Und sorgt für die Reaktionen. Okidation: Zn →→→ Zn²+ + 2e- Reduktion: 2H+ +2e² → H₂TY Zn+ 2H+→→→→→→ Zn²+ + H₂↑ RRDIOK: wichtig ist, glass wasser immer wieder zu sagen aufgeföllt werden muss, da cliases in der Rouktion immer wieder 26 H₂P reagiest. und zudem um clie saure wirkung cos Zitrovancave zu verdowen, damit des Plattelan nicht so Selmall aufgelöst wird. 2.2 Die Aussage ist insofern falsch, da autose des Awf diese Zee Zink - Zitronensture - Batterie schon eine Battere 1st Nodorlich ist es nicht Clas, Klassissio! Auchau eines Bottene i ales Function Shol classe Ablauf und die automedos entstent Spannung. annuce Der einzige Unterschieel 3 70 einer Parete ist, ist das hier alas Elokt solut und das كمله Onealore Plattelen reagieren Der Rest ist abos gleich. Also funktioniert die uns nich "gänzlick" Ohne Bestele colden nur mit Batterie und ollese Batterie ist in diesem Fall die Zink-Zitronenscule-Bottele 37/37 P