Chemie 2. Semester

Abiturwiederholung
Chemie
Thematischer Schwerpunkt 2: Elektrolyse
Themenbereiche (RRL):
1b) Chemisches Gleichgewicht
1c) Energetik chemischer Reaktionen
2b) Donator-Akzeptor-Reaktionen
3a) Stoffe und Verfahren in der Technik
Unterrichtsaspekte und Unterrichtsinhalte:
Aufbau und Funktion der Elektrolysezelle; Elektrolyse als Umkehrung der galvanischen Zelle
Standardelektrodenpotenziale und Zersetzungsspannung
Elektrodengleichgewichte (heterogene und homogene Redoxgleichgewichte; Lösungs- und
Abscheidungsvorgänge)
Technische Elektrolysen (Chloralkalielektrolyse, Kupferraffination, Wasserstoffgewinnung)
Elektrolysezelle
a. Fakten zur Elektrolyse:
- Chemische Zerlegung von Stoffen durch das Anlegen einer Spannung
- Es ist eine erzwungene chemische Reaktion
- Endothermer Verlauf
- Elektrische Leitfähigkeit durch den Ladungstransport der freibeweglichen hydratisierten
Elektronen
- Damit eine Reaktion stattfinden kann, muss eine gewisse Spannung (Energie) aufgebracht
werden, sog. Zersetzungsspannung
b. Man erzwingt bei der Elektrolyse quasi eine Reaktion die so nicht stattfinden würde, indem man
dem System Energie zufügt, in diesem Falle elektrische.
c. Beispiel: Zink-Bromid-Lösung
Man taucht zwei Elektroden in eine Zink-Bromid-Lösung, wenn man eine Spannung anlegt, dann
kann man verschiedene Sachen beobachten:
1 An der Elektrode, die mit dem Minuspol verbunden ist, lagert sich Zink an, an der
Elektrode die mit dem Pluspol verbunden ist, entsteht Brom-Gas.
2 Wenn man Strom und Spannung misst, dann kann man feststellen, dass wenn man die
Spannung zunächst erhöht, der Strom kaum ansteigt, ab einem gewissen Wert, steigt
der Strom jedoch proportional zur Spannung.
3 Wenn man die Spannungsquelle entfernt und ein Diaphragma einsetzt, fließt Strom,
allerdings in die andere Richtung.
d. Aus diesen Beobachtungen kann man folgende Sachen folgern:
1. Die Elektrode am Minuspol ist die Kathode, da dort die Reduktion stattfindet.
Die Elektrode am Pluspol ist die Anode, da dort die Reduktion stattfindet.
2. Diese Beobachtung wird teilweise durch die dritte Beobachtung erklärt, denn dadurch,
dass sich quasi eine galvanische Zelle bildet, bildet sich auch eine Gegenspannung oder
Polarisationsspannung. Die Reaktion will also auch in die andere Richtung ablaufen.
Man muss diese Spannung Überwinden, damit ein Strom fließt. Diese Spannung ist
genauso groß wie die Spannung eines galvanischen Elementes mit den gleichen Stoffen.
3. Es ist ein galvanisches Element. (siehe Galvanisches Element)
e. Allein durch die Polarisationsspannung, kann aber die absolute Zersetzungsspannung nicht
ermittelt werden, da noch andere Faktoren eine Rolle spielen.
Mark Kremer
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Wenn man andere Elektroden verwendet, stellt man fest, dass sich die
Zersetzungsspannung ändert. Bei Platin beispielsweise ist die Zersetzungsspannung
gleich der Polarisationsspannung. Wenn dies nicht der Fall ist, spricht man von einer
Überspannung.
Hat man eine Elektrolyse mit einem Gas, dann setzen sich Gasblasen an der Elektrode
ab, es entsteht eine gewisse Schicht welche durchdrungen werden muss, was wiederum
heißt, dass man einen recht hohen Widerstand hat, weshalb man mehr Energie braucht,
die als Wärmeenergie frei wird. Diese Spannung nennt man Durchtrittsspannung. Bei
Metallen kann man diese Spannung fast unbeachtet lassen, da sich keine Sperrschicht
bildet.
Das tatsächliche Abscheidungspotential EA
EA = E(Red/Ox) + EÜ
Zersetzungsspannung:
UZ = EA (Anode/Pluspol) – EA (Kathode/Minuspol)
Merke: Es läuft der Gesamtvorgang ab, welcher die kleinste Zersetzungsspannung
erfordert.
von http://www.chemieseite.de/anorganisch/elektrolyse.png
Mark Kremer
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