Dr. Gerd Gräber Studienseminar Heppenheim Die Standard-Wasserstoff-Elektrode (Standard – Elektrodenpotenziale und ihre Anwendungen) Dr. Gerd Gräber Studienseminar Heppenheim

Ergebnisse aus der Zitronenbatterie (Fotos- Sammlung am Smartboard) Beobachtungen: Fragen/ Deutungen:

Beispiel: Zink/Kupfer U= - 0,76V - Pol: Zn -> Zn2+(aq) + 2e- (Ox.) Probleme: Cu2+ - Ionen sind in der Zitrone an der Kupferelektrode nur in ganz geringer Konzentration vorhanden! Welche Teilchen werden dann reduziert? + Pol: 2H+(aq) + 2e- -> H2(g) (Red.) (aus der Säure!)

Beispiel: Magnesium/Kupfer U= - 2,36V - Pol: Mg -> Mg2+(aq) + 2e- (Ox.) + Pol: 2H+(aq) + 2e- -> H2(g) (Red.) aus der Säure! Diese Reaktion setzt sogar schon dann ein, wenn das Mg-Band in die Zitronensäure getaucht wird (vgl. Beobachtungen!) Diese Reaktion nimmt man nun zur Grundlage, die Stoffe in der Redoxreihe zahlenmäßig nach steigender Spannung anzuordnen!

Die Standard-Wasserstoff- Elektrode (Halbzelle) - DIN A4 quer!- Wasserstoffgas p= 1013 hPa Platinelektrode von H2(g) umspült Wässrige Säurelösung: C(H+) = 1mol/L (25°C) Halbzellenreaktion (H2/ 2H+): 2H+(aq) + 2e- - > H2(g)

Die Standard-Wasserstoff- Halbzelle kombiniert man nun mit der entsprechenden Halbzelle aus einem Metall und seiner Metallsalzlösung (C = 1mol/L) V Filterpapier mit Salzlösung Stromschlüssel (wie Diaphragma) Halbzellenreaktion (z.B. Me/Me2+): Me -> Me 2+(aq) + 2e- Halbzellenreaktion (H2/ 2H+): 2H+(aq) + 2e- - > H2(g)

Potenziale von Halbzellen, bei welchen Elektronen frei werden, wenn sie mit der Standard – Wasserstoff-Elektrode kombiniert werden, erhalten ein negatives Vorzeichen: z.B.: Mg/Mg 2+: Pol: Mg(s) -> Mg 2+ (aq) + 2e- + Pol: 2H+(aq) + 2e- -> H2(g) U0H = - 2,34V (Standard- Elektrodenpotenzial Mg/Mg 2+) Solche Halbzellen wirken auf das System H2/2H+ reduzierend

Potentiale von Halbzellen, bei welchen Elektronen aufgenommen werden, wenn sie mit der Standard – Wasserstoff- Elektrode kombiniert werden, erhalten ein positives Vorzeichen: z.B.: Cu/Cu 2+: Pol: H2(g) -> 2H+(aq) + 2e- + Pol: Cu 2+ (aq) + 2e- -> Cu(s) U0H = +0,35V (Standard- Elektrodenpotenzial Cu/Cu 2+) Solche Halbzellen wirken auf das System H2/2H+ oxidierend

Diese sog. Standard- Elektrodenpotenziale sind in tabellierter Form vorhanden (vgl. Kopien!) - Die Doppelpfeile deuten die Möglichkeiten für Hin- und Rückreaktion an (chemisches Gleichgewicht) -

Anwendungen der Standard-Wasserstoff-Elektrode: Daniell-Element: 1. – Pol: Zn0(s) -> Zn2+ (aq) +2e- Standard-Elektrodenpotenzial: U0H (Donator) = - 0,76V 2. +Pol: Cu 2+ (aq) + 2e- -> Cu0 (s) Standard-Elektrodenpotenzial: U0H (Akzeptor) = + 0,35V) Zellspannung 1,1V = + 0,35V – (-0,76V) Zellspannung einer galvanischen Zelle: U= U0H (Akzeptor) – U0H (Donator)

Aus den Standard-Elektrodenpotenzialen der Wasserstoffelektrode lassen sich die Zellspannungen galvanischer Zellen berechnen: Zellspannung einer galvanischen Zelle: U= U0H (Akzeptor) – U0H (Donator) Aufgaben: Berechne die Zellspannungen von folgenden galvanischen Zellen: Cu/Cu 2+ // Ag +/Ag Cu/Cu 2+ // Fe 2+/Fe Zn/Zn 2+ // Fe 2+/Fe U= 0,8V- 0,35V=0,45V U= 0,35V- (-0,44V=0,79V U= -0,44V- (-0,76V)= 0,32V

Jetzt geht‘s zu den neuen technischen Anwendungen MM 14.11.2010: BASF baut Batterieteile Artikel durchlesen! Mit dem Nachbarn die wichtigsten Fragestellungen kurz diskutieren! Kurz schriftlich festhalten!