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Ein Fahrradlenker wird vernickelt
AFB I–IIIn einer Galvanikwerkstatt wird ein Stahllenker (Oberfläche 600 cm²) als Kathode in ein Nickelbad getaucht (Nickelsulfat-Lösung, c(Ni²⁺) ≈ 1 mol/L, pH ≈ 4). Anode ist eine Platte aus Reinnickel. Es soll eine 10 µm dicke Schicht entstehen; die Stromstärke beträgt 2,0 A.
\(E^\circ(\ce{Ni^2+}/\ce{Ni}) = -0{,}23\,\text{V}\); Überspannung von H₂ an Nickel: 0,28 V; \(\rho(\ce{Ni}) = 8{,}9\,\text{g/cm}^3\), \(M(\ce{Ni}) = 58{,}69\,\text{g/mol}\), \(F = 96\,485\,\text{C/mol}\)
- Formulieren Sie die Reaktionen an Kathode und Anode.
- Erklären Sie, warum schon eine kleine Badspannung ausreicht.
- Begründen Sie rechnerisch, dass an der Kathode Nickel und nicht Wasserstoff abgeschieden wird.
- Berechnen Sie die Dauer der Vernickelung bei einer Stromausbeute von 95 %.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Die Nickelplatte löst sich auf.
Hinweis zu Aufgabe b)
Welche Redoxpaare liegen an beiden Elektroden vor?
Hinweis zu Aufgabe c)
Nernst für H₃O⁺ bei pH 4, dann Überspannung abziehen.
Hinweis zu Aufgabe d)
V = A · d, dann m, n, Q = n · z · F.