Die Elektrolyse: 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.

Strom oberhalb der Zersetzungsspannung

AFB II

Leiten Sie einen Term für die Stromstärke \(I\) einer Elektrolyse oberhalb der Zersetzungsspannung her: \(I\) steigt linear mit der Spannung \(U\) mit dem Anstieg \(k\); \(Z\) bezeichnet die Zersetzungsspannung \(U_\mathrm{Z}\).

Geben Sie den Term ein. Enter prüft ebenfalls.

Oberhalb von U_Z wächst I proportional zum Überschuss U − U_Z: I = k · (U − Z). Beispiel: k = 100 mA/V, U = 2,8 V, Z = 1,8 V: 100 mA. Typischer Fehler: I = k · U zu schreiben, was die Gerade durch den Ursprung beschreibt.

Wie groß ist die Stromstärke bei U = Z, und wie wächst sie darüber?

I = k · (U − Z).

Was scheidet sich an der Kathode ab?

AFB I

Ordnen Sie jeder Elektrolyse (Graphitelektroden) das Produkt an der Kathode zu.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.

An der Kathode werden Kationen reduziert: Metall-Ionen zu Metall, Oxonium-Ionen zu Wasserstoff. In der Schmelze gibt es kein Wasser — dort entsteht sogar Natrium.

Kationen wandern zur Kathode.

In Salzsäure sind die Kationen Oxonium-Ionen.

Mindestspannungen abschätzen

AFB I

Bestimmen Sie die Mindestspannungen \(\Delta E = E^\circ(\text{Anionen-Paar}) - E^\circ(\text{Kationen-Paar})\) für drei Elektrolysen (Standardbedingungen).

Redoxpaar	\(E^\circ\) in V
\(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn}\)	−0,76
\(\ce{Co^2+}/\ce{Co}\)	−0,28
\(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}\)	+0,34
\(\ce{Br2}/\ce{Br-}\)	+1,07
\(\ce{Cl2}/\ce{Cl-}\)	+1,36

Alle Felder ausfüllen, dann gemeinsam prüfen.

Kupfer(II)-bromid-Lösung: ΔE = V. · Zinkchlorid-Lösung: ΔE = V. · Cobalt(II)-bromid-Lösung: ΔE = V.

An der Anode wird das Halogenid oxidiert, an der Kathode das Metall-Ion reduziert; ΔE = E°(Halogen/Halogenid) − E°(Metall-Ion/Metall): CuBr₂: 1,07 − 0,34 = 0,73 V. ZnCl₂: 1,36 − (−0,76) = 2,12 V. CoBr₂: 1,07 − (−0,28) = 1,35 V. Typischer Fehler: das Vorzeichen der negativen Standardpotenziale zu übersehen.

Das Paar der Anode (Halogen) hat das größere E°; ziehen Sie das E° des Metall-Paars mit Vorzeichen ab.

0,73 V; 2,12 V; 1,35 V.