Vorbereitung
Versuch 6
Kupfersulfat
(CuSO4 •5 H2O):
R
22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken.
R
36 Reizt die Augen.
R
38 Reizt die Haut.
S
22 Staub nicht einatmen.
Silbernitrat
AgNO3 :
R
34 Verursacht Verätzungen.
S
26 Bei Berührung mit den Augen sof ort gründlich mit Wasser
abspulen und Arzt konsultieren.
S
45 Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt zuziehen (wenn möglich
dieses Etikett vorzeigen).
Zinknitrat
(Zn(NO3)2 • 6 H2O):
R
8 Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen.
R
22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken.
R
36 Reizt die Augen.
R
37 Reizt die Atmungsorgane
R
38 Reizt die Haut.
Eisensulfat
(FeSO4• 7 H2O)
R
22 Gesundheitsschädlich beim Verschlucken.
R
36 Reizt die Augen.
R
38 Reizt die Haut.
S
24 Berührung mit der Haut vermeiden.
S
25 Berührung mit den Augen vermeiden.
1.)
Die Elektrochemische Spannungsreihe ist eine Auflistung von
Redox-Paaren nach ihrem Standardelektrodenpotential (Redoxpotential
unter Standardbedingungen). Vor allem bei Metallen wird sie auch
Redoxreihe genannt. Aus der Elektrochemischen Spannungsreihe lässt
sich das Redoxverhalten eines Stoffes ableiten. Jede Redox-Reaktion
kann man so durch zwei Paare beschreiben und aus der
elektrochemischen Spannungsreihe die Richtung von Reaktionen
voraussagen. Redox-Paaren Als Redox-Paar oder auch Redoxsystem werden
in der Chemie zwei Stoffe in unterschiedlichen Zusammenhängen
benannt. Einmal werden damit zwei Stoffe bezeichnet, die miteinander
reagieren, aber auch zwei Stoffe, die wechselseitig ineinander
übergehen.
2.)
Das Elektrodenpotential wird durch eine einfache Spannungsmessung
bestimmt. In der Lösung vor der Referenzelektrode tritt ein ohmscher
Spannungsabfall auf, wenn ein Strom fließt. Daher muss für genaue
Potentialmessungen entweder komplett stromlos oder zumindest
möglichst hochohmig gemessen werden
3.)
Die Akzeptorhalbzelle ist diejenige Halbzelle in einem Galvanischen
Element, in der die Reduktion (Elektronen-Aufnahme) der oxidierten
Form eines Redoxpaares (die mit weniger Elektronen - meist positiv
geladenes Metallion) zur reduzierten Form (die mit mehr Elektronen -
meist ungeladenes Metallatom) des Redoxpaares stattfindet. Die Folge
ist, dass sich die Metallatome an der Elektrode der Halbzelle
anlagern und die Elektrode „wächst“. Die Halbzelle in einem
Galvanischen Element mit dem positiveren Normalpotential ist immer
die Akzeptorhalbzelle. Der Name kommt daher, dass bei der Reduktion
Elektronen von der anderen Halbzelle (Donatorhalbzelle) aufgenommen
werden (akzeptiert werden). In einem Daniell-Element ist die
Kupferhalbzelle die Akzeptorhalbzelle, an der Elektrode der
Kupferhalbzelle scheidet sich metallisches Kupfer ab.
4.)
5.)
Für die Elektrolyse wird an die beiden Metallelektroden eine
Gleichspannungangelegt. Der negative Pol liegt an der Zinkelektrode.
Dieses ist die Kathode. Elektronen fließen von der Stromquelle zur
Zink-Elektrode. Zink-Kationen aus der Lösung werden an der
Zinkelektrode entladen und scheiden sich als metallisches Zink ab. An
der Kupfer-Elektrode gehen Kupfer-Ionen in Lösung. Die frei
werdenden Elektronen fließen zum positiven Pol der Stromquelle. Die
Kupfer- Elektrode ist die Anode. Die Richtung des Elektronenflusses
und damit die Reaktionsrichtung wird durch die Richtung des
angelegten elektrischen Feldes bestimmt.
6.)
Das Filterpapier dient als Verbindungsbrücke(Salzbrücke) zwischen
den beiden Lösungen. Es ist mit einem Elektrolyt z.B.
Kaliumchlorid(KCl) getränkt, damit der der Elektronenfluss
gewährleistet bleibt. Es dient somit der Ladungsübertragung.
7.)
Man darf keine Salzsäure verwenden, da es in Wasser gelöst
Chlorionen und Protonen bildet. Dadurch kann es passieren, dass man
bei dem Versuch die Chlorionen von der Salzsäure (was man dann nicht
weiß) nachweist obwohl es sich bei dem Salz möglicherweise
überhaupt nicht um ein Chlorid handelt. Man nimmt aus diesem Grund
Salpetersäure, welches überhaupt nicht an der Reaktion beteiligt
ist und daher nur als Katalysator dient. Chloridionen und Silberionen
reagieren und bilden einen weißen Niederschlag, welcher dann
Silberchlorid heißt. Aus der Reaktionsgleichung geht hervor, dass
auch noch ungelöstes Kaliumnitrat vorliegen muss.
AgNO3
+ KCl AgCl + KNO3
8.)
Kupfer: +0,35V (Cu2+ + 2e− → Cu)
Silber:
+0,80V (Ag+ + e− → Ag)
Zink:
-0,76V (Zn2+ 2e− → Zn)
Eisen:
-0,41V (Fe2+ + 2e− → Fe)
9.)
∆E° = E° (Kathode) + (-E° (Anode)) 7 Möglichkeiten
U°
= E°(Reduktion) – E°(Oxidation)
Zn
/ Zn2+ // Cu2+ / Cu
(+)
Kupfer und (-) Zink E = E° (+0,35V) + (-E° (-0,76V)) = +1,1V
Cu2+
/ Cu // Ag+ / Ag
(-)
Kupfer und (+) Silber E = E° (-0,35V) + (-E° (+0,80V)) = +0,45V
Fe
/ Fe2+ // Cu2+ / Cu
(+)
Kupfer und (-) Eisen E = E° (+0,35V) + (-E° (-0,41V)) = +0,76V
Zn
/ Zn2+ // Ag+ / Ag
(-)
Zink und (+) Silber E = E° -(-0,76V) + (-E° (+0,80V)) = +1,56V
Zn
/ Zn2+ // Fe / Fe2+
(-)
Zink und (+) Eisen E = E° -(-0,76V) + (-E° (-0,41V)) = +1,17V
Fe
/ Fe2+ // Ag+ / Ag
(+)
Silber und (-) Eisen E = E° (+0,80V) + (-E° (-0,41V)) = +1,21V
Fe
/ Fe2+ // Cu2+ / Cu
(+)
Eisen und (-) Kupfer E = E° (+0,41V) + (-E° (-0,35V)) = +0,76V
10.)
Ja, es besteht eine Abhängigkeit des Elektrodenpotentials von der
Konzentration der Salzlösung. Die Nernstsche Gleichung beschreibt
die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials eines
Redox-Paares.
11.)
Gleichung gültig bei 25°C ∆E= 0,05916/n log[c1(Ox)/c2(Red)]
E°
in mol/l R= molare Gaskonstante T= Temperatur in Kelvin
z=
Anzahl der übertragenen Elekt. F= Faraday-Konstante
c=
Stoffmengenkonzentration der gelöst. Teilchen
E=
E° + RT/zF + ln [c(Ox)/c(Red)]
(∆E)
Potentialdifferenz ; (n) Wertigkeit des Ions
(c1)
Wert der höheren Elektrolytkonzentration
(c2)
Wert der geringeren Elektrolytkonzentration
12.)
Kupfersulfat-Pentahydrat (CuSO4 * 5H2O)
M
(Cu) ≈ 63,55g/mol enthält
Kristallwasser
M
(S) ≈ 32,10g/mol
M
(O) ≈ 16,00g/mol
M
(H) ≈ 1,00g/mol
M
(CuSO4 * 5H2O) CuH10O9S ∑ 249,65g/mol
63,55g/mol
+ (10*1,00g/mol) + (9*16,00g/mol) + 32,10g/mol
249,65g/mol/100=
2,4965g/100ml
Silbernitrat
(AgNO3)
M
(Ag) ≈ 107,87g/mol
M
(N) ≈ 14,00g/mol
M
(O) ≈ 16,00g/mol
M
(AgNO3) ∑ 169,87g/mol
107,87g/mol
+ 14,00g/mol + (3*16,00g/mol)
169,87g/mol/100=
1,6987g/100ml
Zinknitrat-Hexahydrat
((Zn(NO3))2 * 6H2O)
M
(Zn) = 65,38g/mol enthält
Kristallwasser
M
(N) ≈ 14,00g/mol
M
(O) ≈ 16,00g/mol
M
(H) ≈ 1,00g/mol
M
(Zn(NO3))2 * 6H2O H12N2O12Zn ∑ 297,38g/mol
(12*1,00g/mol)
+ (2*14,00g/mol) + (12*16,00g/mol) + 65,38g/mol
297,38g/mol/100ml
= 2,9738g/100ml
Eisensulfat-Heptahydrat
(FeSO4 * 7H2O)
M
(Fe) = 55,85g/mol enthält
Kristallwasser
M
(S) ≈ 32,10g/mol
M
(O) ≈ 16,00g/mol
M
(H) ≈ 1,00g/mol
M
(FeSO4 * 7H2O) FeH14O11S ∑ 277,95g/mol
55,85g/mol+
(14*1,00g/mol) + (11*16,00g/mol) + 32,10g/mol
277,95g/mol/100
= 2,7795g/100ml