Übungsaufgaben zu den Kapiteln 1

Übungsaufgaben zu den Kapiteln 1 - 3
1. Erklären Sie folgende Begriffe:
Standardpotential, Normalpotential, EMK
Galvanisches Element / Elektrolyse Zelle
Zersetungsspannung (-potential)
Überspannung
2. Beschreiben Sie die Transportprozesse in einer Elektrolysezelle
3. Skizzieren Sie den Aufbau einer Elektrolysehalbzelle (Schichtenmodell) und
beschreiben Sie die einzelnen Bereiche im Hinblick auf die jeweils charakteristischen
Vorgänge
4. Beschriebne Sie den Elektronentransferschritt für die Oxidation (Reduktion) mit Hilfe
des Grenzorbital-MO-Modells
5. Geben Sie den Zusammenhang zwischen Gibb’scher freier Energie der
Elektronenübertragungsreaktion und dem elektrischen Potential wieder
6. Erklären Sie mit Hilfe einer kombinierten Skizze die Begriffe
Grenz-(Fuß)potential
Halbwellenpotential
Peakpotential
Grenzstrom
7. Welche Elektronen eignen sich (nicht) für elektrokatalytische Reduktionen an C=C
Bindungen
8. Erläutern sie den Einfluss des Leitsalzes auf die Selektivität der Acrilnitril Reduktion
(auf den Verlauf der Kolbe-Elektrolyse)
9. Welche Parameter müssen geklärt sein bevor eine Elektrolysesynthese durchgeführt
werden kann?
10. Welche Anforderungen sind an einen Elektrolyten zu stellen?
11. Welche Kriterien sollte eine Elektrode erfüllen?
12. Beschreiben sie die Auswirkungen der Passivierung durch eine isolierende
Deckschicht
13. Erläutern Sie die Vor- und Nachteile
Monoplarer / bipolarer Zellen
Geteilte / ungeteilte Zellen
Galvanostatische / potentiometrische Zellen
14. Worauf ist bei der Auslegung (Konstruktion) einer Elektrolysezelle für
Laboranwendungen (technische Anwendung) zu achten?
15. Welche analytischen Methoden sind geeignet um Erkenntnisse zum Mechanismus
elektrochemischer Reaktionen zu gewinnen?
Übungsaufgaben zu den Kapiteln 4 – 6
16. Welche reaktiven Zwischenstufen lassen sich sehr gut elektrochemisch erzeugen
(Oxidation/Reduktion). Erläutern Sie an einem allgemeinen Beispiel
17. Die Kolbe-Elktrolyse ist eine elegante Methode zur Darstellung langkettiger
Verbindungen. Beschreiben Sie die Herstellung von Sebazinsäuredimethylester (C10Diester) mit Hilfe dieser Methode. (Mechanismus, Reaktionsbedingungen,
Elektroden…) begründen sie Ihre Auswahl
18. Die folgende Verbindung wurde durch anodische Dimerisierung erhalten, welches
Ausgangsmaterial wurde eingesetzt, über welche reaktive Zwischenstufe entstand das
Produkt?
CH3 H3C
O
O
O
O
CH3 H3C
19. Wie reagiert die folgende Zwischenstufe ab? Geben Sie die möglichen Hauptprodukte
an.
H3C
CH3
H3C
CH3
H3C
CH3
- 2e-H
+
CH3
H3C
20. Die folgende geschützte Aminosäure soll elektrochemisch umgesetzt werden, die
Reaktionsbedingungen sind: Lösungsmittel MeOH, stöchiometrische Menge an
NaOMe, 3% LiClO4 als Leitsalz.
Welches Hauptprodukt erwaten Sie, welches Elektrodenmaterial würden sie
verwenden. Begründen Sie Ihre Antwort. (Um welchen Reaktionstyp handelt es sich?)
O
H3C
H3C
NH
COOH
21. Welche Produkte erwarten sie Für folgende Reaktionen, erklären Sie die Selektivität.
Br
Br
Br
- e- 1, 8V
Br
- e- 1, 4V
22. Erläutern sie an einem Beispiel die Funktion eines elektrochemischen Mediators.
23. Formulieren Sie den Mechanismus der anodischen Methoxylierung von pMethoxytoluol
24. Nukleophile lassen Sich oxidativ an elektrochemische Doppelbindung addieren,
formulieren Sie einen allgemeinen Mechanismus für diese Reaktion. (Hinweis: es gibt
2 prinzipiell verschiedene Reaktionsabläufe)
25. Alkylbromide werden kathodisch gespalten und es entsteht als reaktive Zwischenstufe
ein Alkylradikal. Geben Sie an auf welchem Weg dieser Abreagieren kann.
26. An Graphitelektroden lässt sich Maleinsäurediethylester dimerisieren. Geben Sie den
Mechanismus der Reaktion wieder.
27. Aus vicinalen Dihalogeniden können durch elektrochemische Reduktion hochreaktive
ungeladene Zwischenprodukte erzeugt werden, die mit Olefinen leicht zu
Cyclopropanderivaten reagieren. Um welche Zwischenstufe handelt es sich? Geben
sie ein Beispiel.
28. Geben Sie die Produkte an, die durch Reduktion der C=O Bindung zugängig sind,
welche zentrale Zwischenstufe wird dabei durchlaufen?
29. Zur Herstellung von Hydrobenzoin wird eine Anlage geplant. Die Kapazität soll 1 t/a
erreichen. Die Stromdichte des Prozesses beträgt 30mA/cm². Die Stromausbeute liegt
bei 65%. Die Anlage läuft kontinuierlich an 30Tagen/Monat, 11Monate im Jahr.
Berechnen Sie die benötigte Elektrodenfläche der Anlage in [cm²].
Hinweis berechnen sie zunächst die benötigte theoretische und reale Strommenge in
[Ah].
30. Methanol als Lösungsmittel in Elektrolysen führt häufig zur Bildung von Spuren von
H2O. Wie kann man die Wasserbildung erklären? Welche weiteren Nebenprodukte
werden aus Methanol gebildet?
31. Beschreiben Sie die mögliche Kathodenreaktion für die Kolbe-Elektrolyse.
32. Bei einer reduktiven Hydrodimerisierung in H2O entsteht an der Anode 1L Sauerstoff,
an der Kathode 250mL Wasserstoff (Im Labor herrschen Standardbedingungen). Wie
viel usgangsmaterial können Sie max. zum Produkt umgesetzt haben, wenn das
Molekülgewicht des Produkts M=202g/mol beträgt?
33. Sie haben folgende Geräte und Reagenzien zur Verfügung, welche Produkte
(mindestens 6) können Sie damit auf elektrochemischen Weg herstellen:
Bleistift, Verlobungsring (patiniert), funktionelle Taschenlampe (9V), Büroklammern
(Cu, Ni), Kaffeetasse, Tontopf
Ethanol, NaOH, Wasser