Akkumulatoren: Übungen – Chemie Grundkurs

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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.

Mix: Zellspannungen nach Stufen

AFB IIMix

Vergleichen Sie für jede Zelle bzw. Batterie die Stufe (1 bis 5), in die ihre Spannung fällt.

Stufe 1: bis 1,3 V · Stufe 2: über 1,3 V bis 1,8 V · Stufe 3: über 1,8 V bis 3,0 V · Stufe 4: über 3,0 V bis 3,8 V · Stufe 5: über 3,8 V. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.

Stufe 1Stufe 5

Nickel-Metallhydrid-Zelle, 1,2 V

Alkali-Mangan-Zelle, 1,5 V

Bleiakku-Zelle, 2,05 V

Lithium-Ionen-Zelle, 3,6 V

Autobatterie aus sechs Bleiakku-Zellen, 12 V

Ni-MH 1,2 V ≤ 1,3 V: Stufe 1. Alkali-Mangan 1,5 V: Stufe 2. Bleiakku-Zelle 2,05 V: Stufe 3. Lithium-Ionen 3,6 V: Stufe 4. Die Autobatterie mit 12 V liegt über 3,8 V: Stufe 5. Typischer Fehler: die Autobatterie (6 Zellen) mit der Zellspannung 2 V zu vergleichen.

Vergleichen Sie jede Spannung mit den Stufengrenzen; bei der Autobatterie zählt die Gesamtspannung.

1,2 V → 1; 1,5 V → 2; 2,05 V → 3; 3,6 V → 4; 12 V → 5.

Trickaufgabe: Die Zellspannung des Bleiakkus

TrickAFB III

Ermitteln Sie mit den passenden Werten die Zellspannung \(\Delta E\) einer Bleiakku-Zelle. Standardpotenziale: \(\ce{Pb^2+}/\ce{Pb}\) −0,13 V; \(\ce{PbSO4}/\ce{Pb}\) −0,36 V; \(\ce{PbO2}/\ce{PbSO4}\) (sauer) +1,69 V; \(\ce{O2}/\ce{H2O}\) +1,23 V.

Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.

Am Minuspol reagiert Blei zu Bleisulfat, nicht zu gelösten \(\ce{Pb^2+}\)-Ionen: \(\Delta E = 1{,}69 - (-0{,}36) = 2{,}05\,\mathrm{V}\). Die Falle: Mit \(\ce{Pb^2+}/\ce{Pb}\) erhält man 1,82 V — das Redoxpaar muss zur tatsächlichen Elektrodenreaktion passen.

Welches Produkt entsteht am Minuspol wirklich?

ΔE = E°(Akzeptor) − E°(Donator).

Bleiakku und Lithium-Ionen-Akku

AFB II

Ordnen Sie jede Aussage dem passenden Bereich ein.

Ordnen Sie jede Karte einem der drei Bereiche zu. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, dann 1–3 für den Bereich, 0 zurück.

1 nur Bleiakku

2 beide Akkus

3 nur Lithium-Ionen-Akku

Beide Akkus sind Sekundärelemente: Entladen als galvanische Zelle, Laden erzwungen durch eine äußere Spannungsquelle. Der Bleiakku hat etwa 2 V je Zelle, Schwefelsäure als Elektrolyt und Blei bzw. PbO₂ als Elektroden; der Lithium-Ionen-Akku liefert etwa 3,6 V und steckt in Handy und E-Auto. Typischer Fehler: „Wiederaufladbar“ nur dem Bleiakku zuzuordnen.

Fragen Sie sich bei jeder Aussage: Gilt sie für jeden Akku oder nur für einen Typ?

Nur Blei: 2 V, Schwefelsäure, Pb/PbO₂. Nur Li-Ion: 3,6 V, Handy/E-Auto. Beide: wiederaufladbar, galvanisch, Laden erzwungen.