Elektrochemie 2
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Vorlesungsbegleitende Übung Chemie Fachbereich 1 / DI Rohde Elektrochemie II FARADAY’sche Gesetze 1. Berechnen Sie, welche Masse Aluminium in einer Elektrolysezelle pro Stunde aus geschmolzenem Aluminiumchlorid bei I = 10 A hergestellt werden kann. (3,36 g) 2. Ein Strom gleichmäßiger Stromstärke wurde 5 min durch eine wäßrige Lösung mit Cu2+-Ionen geleitet. Der Massegewinn der Katode betrug nach dieser Zeit 1,24 g. Welche Stromstärke hatte der Strom? (12,6 A) 3. Berechnen Sie die elektrische Energie in kWh, die mindestens erforderlich ist, um 1000 kg Aluminium durch Reduktion von Al3+-Ionen herzustellen! Die zur Elektrolyse benötigte Spannung beträgt 4,5 V. (1,34 104 kWh) 4. Eine 12 V-Autobatterie enthält in ihren Anodenplatten 410 g Blei und eine stöchiometrisch äquivalente Masse PbO2 in den Katodenplatten. a) Welche Ladung kann diese Batterie maximal erzeugen, ohne wieder aufgeladen zu werden? (3,8 105 C) b)Wieviel Stunden lang kann sie einen gleichmäßigen Strom der Stromstärke 1,0 A liefern (I soll während der Entladens nicht absinken)? (106 h) c) Welche maximale Arbeit in kWh kann die Batterie leisten? (1,26 kWh) 5. Ein Strom von 5 A fließt 30 min durch eine Zn2+-Ionen enthaltende Lösung und scheidet an der Katode 3,048 g Zink ab. Berechnen Sie die molare Masse von Zink! (65,35 g/mol) 6. Aus einer Silbernitratlösung soll Silber elektrolytisch abgeschieden werden. Wie hoch sind die Kosten an elektrischer Energie (Kel) für 1,5 kg Silber, wenn die Stromdichte J = 1,5 A/dm2 beträgt. Der Elektrodenabstand im elektrolytischen Trog wird mit 8 cm angegeben, wobei die Oberfläche 17 cm2 umfaßt. Der spezifische Widerstand der Elektrolytlösung beträgt = 15 cm. Der zu kalkulierende Preis für Elektroenergie beträgt 13,2 Cent/kWh. Die Anlage läuft mit einer Stromausbeute von 96%. (9,2 Cent) NERNST’sche Gleichung 7. Für das Redoxpaar Ag Ag+ + e- soll das Realpotential berechnet werden, wenn die Aktivität der Silberionen 5 10-6 mol/l beträgt. (0,487 V) 8. Berechnen Sie das Realpotential einer Zelle, die 0,1 mol Fe3+ und 0,01 mol Fe2+ pro Liter enthält. Das entsprechende Standardpotential oFe 3 / Fe 2 beträgt 0,77 V. Geben Sie den entsprechenden Redoxvorgang an! (0.829 V) 9. Cr-(II)-ionen sollen zu Cr-(III)-ionen oxidiert werden ( oCr 2 / Cr 3 = - 0,41 V). Geben Sie die Gleichung für den ablaufenden Redoxvorgang an! Berechnen Sie das Realpotential für eine Cr-(II)-ionenaktivität von 2 10-5 mol/l, während die Cr-(III)-ionen die Standardaktivität besitzen. (-0,132 V) 10. Wie groß ist die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden folgender galvanischer Kette, die man ein Konzentrationselement nennt: Ni / Ni2+ // Ni2+ / Ni 0,01mol/l 0,1 mol/l . ( -0,0295 V) 11. Zwischen einem Silberstab, der in eine Silbernitratlösung taucht und einer Bezugselektrode ( B = 0,242 V) wird eine Potentialdifferenz von 417 mV (entspricht Ueq) gemessen. Wie groß ist die Konzentration der Silberionen in der Elektrolytlösung? (4,08 mmol/l) 12. Mittels einer Silber/Silberchlorid-Bezugselektrode Ag /AgCl ( o = 0,222 V) und einer Cu2+/Cu-Elektrode ( o = 0,324 V) wird eine galvanische Kette gebaut. Die Konzentrationen an Cl--ionen in der einen und von Cu2+-ionen in der anderen Halbkette betragen je 0,1 mol/l. Geben Sie die Anoden-, Katoden- und Zellgleichung an! Welche Spannung kann maximal gemessen werden? (0,0135 V) 13. Berechnen Sie das Redoxpotential für die Wasserstoffelektrode H 2 / 2H in neutraler Lösung entsprechend folgendem Redoxvorgang: H2 2H+ + 2e- . (-0,413 V) 14. Eine galvanische Zelle mit den Halbelementen Zn/Zn2+ und Pd/Pd2+ zeigt eine Gleichgewichtszellspannung von -1,713V. Das Realpotential der Zinkelektrode wurde mit -0,752V bestimmt. Der Zinkelektrolyt ist 0,1 molar, die zweite Salzlösung hat die Standardaktivität. Berechnen Sie das Standardpotential von Pd/Pd2+, wenn der Pluspol beim Palladium liegt! Geben Sie das komplette Zellsymbol an! (0,99 V) 15. Aus den beiden Halbelementen a) AuCl 4- / Au o = 0,994 V und b) Cu2+ / Cu o = 0,340 V wird eine galvanische Kette gebildet. a) Geben Sie das entsprechende Symbol für die galvanische Kette an! b) Welche maximale Spannung kann bei SB entnommen werden? (0,654 V) c) Geben Sie die chemischen Gleichungen für Anode und Katode sowie die Zellgleichung an! d) Welche maximale Spannung kann entnommen werden, wenn die Konzentration für alle, in den beiden Elektrolytlösungen gelösten Reaktanten 0,1 mol/l beträgt? (0.7425 V) Erklärung: AuCl4-: sind die Tetrachloraurationen Strukturformel: Cl Au Cl Cl Cl Sie entstehen als Säurerestionen bei der Dissoziation der Terachlorgold-(III)-säure, Formel: HAuCl4 (Goldchlorwasserstoffsäure). die Salze nennt man Tetrachloraurate Ergebnisse in (...)
