Die Nernst-Gleichung: Übungen – Chemie Leistungskurs

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Übungsaufgaben

Dreißig Aufgaben, bunt gemischt — zum Klicken, Ziehen, Zuordnen, Rechnen und Knobeln. Jede Übung gibt Ihnen sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen Ihnen die gestuften Tipps. Die Chips zeigen das Anforderungsniveau: AFB I heißt wiedergeben und direkt anwenden, AFB II heißt selbst entscheiden und verknüpfen, AFB III heißt begründen, beurteilen oder eine Falle durchschauen. Mix verbindet Wissen aus mehreren Unterkapiteln, Trick warnt: Hier steckt eine Falle drin. Der Balken oben zeigt Ihnen, wie viele der 30 Aufgaben Sie schon gelöst haben.

Zellspannung mit pH-Abhängigkeit

AFB III

Entwickeln Sie den Rechenweg für die Spannung der Zelle Cu | Cu²⁺ (0,010 mol/L) ‖ NO₃⁻ (1,0 mol/L), pH 1 | Pt (\(p(\ce{NO}) = 1013\,\text{hPa}\), \(E^\circ(\ce{NO3-}/\ce{NO}) = +0{,}96\,\text{V}\), \(E^\circ(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}) = +0{,}34\,\text{V}\)). Wählen Sie in jedem Schritt die richtige Karte.

Spielen Sie den Rechenweg Schritt für Schritt durch: Was passiert als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.

Beide Potenziale werden mit Nernst berechnet, dann gilt U = E(Kathode) − E(Anode): E(NO₃⁻/NO) = 0,96 V − 0,079 V = 0,88 V, E(Cu²⁺/Cu) = 0,28 V, U ≈ 0,60 V. Typischer Fehler: mit den Standardpotenzialen 0,62 V zu rechnen oder die Hochzahl 4 des H₃O⁺ zu vergessen.

Berechnen Sie beide Potenziale mit Nernst und bilden Sie erst dann die Differenz.

E(Nitrat) = 0,88 V; E(Kupfer) = 0,28 V; U = 0,60 V.

Mix: Wasserstoffelektrode in Lösungen

AFB IIMix

Werten Sie die Wasserstoffelektrode (\(E = -0{,}059\,\text{V} \cdot \text{pH}\), 25 °C) in drei Lösungen aus. Tragen Sie pH-Wert und Potenzial ein.

Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.

Lösung	pH	E in V
Salzsäure, c = 0,0010 mol/L
Natronlauge, c = 0,010 mol/L (\(K_\text{W} = 10^{-14}\,\text{mol}^2/\text{L}^2\))
reines Wasser

Salzsäure: pH = 3, E = −0,059 V · 3 = −0,177 V. Natronlauge: pOH = 2, pH = 12, E = −0,708 V. Reines Wasser: pH = 7, E = −0,413 V. Typischer Fehler: bei Natronlauge pH = 2 zu setzen.

Bestimmen Sie zuerst den pH-Wert; bei der Lauge hilft pH + pOH = 14.

pH 3 / −0,177 V; pH 12 / −0,708 V; pH 7 / −0,413 V.

Bleisensor im Trinkwasser

AFB III

Ein Bleisensor (\(E^\circ(\ce{Pb^2+}/\ce{Pb}) = -0{,}13\,\text{V}\)) misst in einer Wasserprobe \(E = -0{,}35\,\text{V}\). Der Grenzwert der Trinkwasserverordnung liegt bei 10 µg/L (\(M(\ce{Pb}) = 207{,}2\,\text{g/mol}\)). Werten Sie die Messung aus.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Aus der Nernst-Gleichung folgt lg c(Pb²⁺) = (−0,35 V + 0,13 V) / 0,0295 V ≈ . Damit ist c(Pb²⁺) ≈ mol/L, das entspricht einer Massenkonzentration von etwa . Der Grenzwert ist .

Wer mit 0,059 V statt 0,0295 V teilt, erhält lg c = −3,7 und damit eine viel zu hohe Bleikonzentration — z = 2 entscheidet über den Befund.

Ansatz: Nach lg c umstellen, z = 2.

Weiter: Mol pro Liter mal 207,2 g/mol ergibt Gramm pro Liter.