Elektro- Chemie Übungsaufgaben

[Nenn_mich_R]

Hallo zusammen,
wir schreiben am Montag eine Klausur.
Es wird sich wahrscheinlich um Elektrochemie handeln.
Unser Lehrer hat uns Übungsblätte gegeben und wollte uns später auch die Lösungsblätter geben deshalb wollte ich meine Lösung hier rein schreiben und es von den Experten überprüfen lassen.
Ich bedanke mich schonmal im vorraus.

1. Berechnen sie die Elektrodenpotentiale von Cu/Cu^2+ und Au/Au^3+ - Halbzellen bei Konzentrationen von …
   a) c(Me^z+)=0,1 mol/L Lösung differenz)E = 1,07 V
   b)""""""""=0,001 mol/L „“""""""""""""""""""""=1,09 V

2. Berechnen Sie mit der Nernst-Gleichung die Gesamtspannung des folgenden Galvanischen Elements: Mg/Mg^2+(c=0,05 mol/L)//Cr^3+(c=3,7mol/L)/Cr und geben Sie Donator und Akzeptor an.

Lösung : Mg = Donator und Cr Akzeptor
(Differenz)E= 1,67 V

3. In einer galvanischen Zelle Zn/Zn^2+// Cu/Cu^2+ beträgt die Konzentration der Kupferionen c (Cu^2+)=0,1 mol/L . Die gemessene Zellspannung ist U = 1,4 V. Berechnen Sie die Konzentration der Zink Ionen in der Zn/Zn^2+ - Halbzelle.

Lösung : 10^-10,83

Die Standard- Elektrodenpotentiale von Eisen und Cadium liegen nahe beieinander. Unter Standardbedingungen wäre in einem galvanischen Element aus Eisen und Cadium die Eisen-Halbzelle Donatorhalbzelle und die Cadmium- Halbzelle die Akzeptorhalbzelle.
a) Wie müssen die Konzentrationen der Metallionen in den Halbzellen verändert werden, damit sich die Verhältnisse „umpolen“.
Lösung : Konzentration von Fe^2+ sollte etwas größer sein als Konzentration von Cd^2+

b)Geben Sie zwei konkrete Konzentrationen beispielhaft an und beweisen Sie durch Rechnung
Lösung : c(Fe^2+)= 1 mol/L und c(Cd^2+)= 0,1 mol/L
(Differenz)E= 39/2000 V

5. Entwerfen Sie einen Versuchsaufbau (Zeichnung) zur pH-Wert-Messung auf der Basis einer Standardwasserstoffhalbzelle und erläutern Sie das Prinzip unter Verwendung der unten angegebenen Gleichungen ( Nernst Gleichung für Me/Me^z± Halbzellen, Nernst- Gleichung für die Wasserstoffhalbzelle und Nernst Gleichung und pH-Wert)

Lösung : keine vorhanden

PS: Ich weiß zwar wie man eine Wasserstoffhalbzelle zeichnet, aber ich habe noch nie mit Halbzellen und pH-Wert zu tuhen gehabt, deshalb wusste ich nicht wie ich vorgehen soll.

6. Berechnen Sie die Gesamtspannung der Konzentrationskette Cu/Cu^2+(c=0,01mol/L)//Cu^2+(c=0,1mol/L)/ Cu nach der unten angegebenen Formel (Nernst Gleichung für Me/Me^z± Halbzellen, Nernst- Gleichung für die Wasserstoffhalbzelle und Nernst Gleichung und pH-Wert) und erläutern Sie das Prinzip einer „Konzentrationskette“ allgemein.

Lösung : keine Vorhanden

PS: Ich habe keine Ahnung wie ich die Zellspannung berechnen soll, da die Elektroden und die Lösungsmittel gleich sind. Sowas habe ich auch noch nie kennen gelernt.

7. lassen wir lieber weg…

Also das waren die Aufgaben + Lösungen ab der Aufgabe 5 konnte ich keine Lösungen mehr angeben da ich nicht wusste wie ich vorgehen soll.

Falls Sie ein Fehler finden könnten Sie es ( wenn möglich) bitte korrigieren (wenn möglich + Rechenweg) und mir sagen wie Sie vorgegangen sind und warum sie so vorgegangen sind.
Ausserdem wollte ich noch etwas zu den Halbzellen fragen
Wenn ich ein Platin-Elektrode in ein Lösungsmittel habe, „schnappt“ sich das Platin die Elektronen der Ionen im Lösungsmittel oder … ?

Ich hoffe, dass jemand mir helfen kann

Gruß
Ramazan

[Viecelli]

Bin leider im Ausland und habe meine Literaturwerte nicht
Trotzdem viel Erfolg

[Timo_db1b00]

Moin !

Tut mir leid - KEINE Ahnung ! Elektrochemie ist zu lange her, und ich hatte seitdem nie wieder was damit zu tun.

Grüßle
timo

[Nenn_mich_R]

viele Dank, sry wegen der Störung

[Nenn_mich_R]

kein Problem ich schätze mal, dass andere mir helfen
Trotzdem Danke

[Gerhard_Dohnt_114376]

Es tut mir leid, aber um Übungsaufgaben zu Klausuren zu lösen, ist mir meine Zeit zu schade. Hier musst Du schon selbst Gehirnschmalz einbringen.
Gruß
Gerhard

[Wissler]

Hallo,

auch in der Chemie muß man oft sehr viel rechnen. Es genügt aber, die erlernten mathematischen Gleichungen anzuwenden, sie wenn nötig umzustellen und die durch die Aufgabenstellung gegebenen Zahlenwerte einzusetzen.

Alle Angaben ohne Gewähr.

zu 1.)
Die Standardpotentiale gelten für den Standardzustand (Standardbedingungen): 25 °C, 101,3 kPa Druck, Ionenaktivität (näherungsweise Ionenkonzentration) des Elektrolyten 1 mol/l.
Anwenden der Nernstschen Gleichung
aus einer Tabelle der Standardelektrodenpotentiale: Cu/Cu(2+): +0,34 V; Au/Au(3+): +1,42 V
absolute Temperatur T = (273,15 + theta/°C) K
Fehler in der Aufgabenstellung: Bei welcher Temperatur soll das Ganze berechnet werden? Im genormten Standardzustand beträgt die Temperatur 25 °C.
Ergebnis: Elektrodenpotential der Cu-Halbzelle für a), Elektrodenpotential der Au-Halbzelle für a), Elektrodenpotential der Cu-Halbzelle für b), Elektrodenpotential der Au-Halbzelle für b)
Die Differenz von Elektrischen Potentialen heißt Elektrische Spannung. In der Aufgabe ist aber nur nach den Potentialen gefragt, nicht nach der Spannung.

zu 2.)
Ich bekomme dasselbe raus.

zu 3.)
Ich bekomme c[Zn(2+)] = 0,106*10^(-10) mol/l heraus.

zu 4.)
a) Die Konzentration von Fe(2+) muß ein bestimmtes Vielfaches der Konzentration von Cd(2+) überschreiten.
Bezeichne E das Elektrodenpotential, E0 das Standardpotential. Die Aufgabe fordert E[Fe] > E[Cd]. Ich erhalte c[Fe(2+)] > e^(2(E0[Cd]-E0[Fe])*F/(R*T))*c[Cd(2+)] = e^(2*0.04*F/(R*T))*c[Cd(2+)]. Bei T=(273.15 + 25 °C/°C)*K = 298.15 K erhalte ich c[Fe(2+)] > 22.505 c[Cd(2+)].
b) Für Deine Beispielkonzentrationen ist die Gleichung nicht erfüllt.

zu 5.)
Du mußt doch irgendein Lehrmaterial haben, in dem das drinsteht.
Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration, also: pH = -lg(c[H+]).
Kombination der Standardwasserstoffhalbzelle mit einer Me/Me(z+)-Halbzelle. Berechnen der beiden Halbzellenpotentiale über die beiden Nernstschen Gleichungen unter Einsetzen des gerade genannten pH-Wert-Zusammenhanges in die Nernstsche Gleichung für die Wasserstoffhalbzelle.

zu 6.)
Wie in allen vorherigen Aufgaben hast Du wieder zwei Halbzellen: Cu/Cu(2+) (c=0,01mol/l) und Cu/Cu(2+) (c=0,1mol/l).

zu 7.)
„lassen wir lieber weg…“ Dann kann ich darauf auch nicht antworten.

[Nenn_mich_R]

VIelen Dank für deine Hilfe
Du hast mir wirklich geholfen
und zu der Aufgabe 7 … da gings eher um zeichnen, deswegen habe ich das weggelassen

[Martin_Feifel_Beck_96571f]

…

wir schreiben am Montag eine Klausur.
Es wird sich wahrscheinlich um Elektrochemie handeln.
Unser Lehrer hat uns Übungsblätte gegeben und wollte uns
später auch die Lösungsblätter geben deshalb wollte ich meine
Lösung hier rein schreiben und es von den Experten überprüfen
lassen.
Ich bedanke mich schonmal im vorraus.

Hallo Ramazan93,

das ist wohl die umfangreichste „Frage“, die ich bei wer-weiss-was.de je gesehen habe

Ich werde mal sehen, was ich für Dich machen kann. Elektrochemie ist zwar nicht gerade mein Spezialgebiet, ein paar Hinweise kann ich Dir aber schon geben:

Für die Berechnungen nehme ich an, dass die Temperatur 25° C sei und mit Konzentrationen statt Aktivitäten gerechnet werden soll. Damit lässt sich die vereinfachte Form der Nernst-Gleichung anwenden:
E = E(0) + 0,0591/n log c(Ox)/c(Red); n: Anzahl der Ladungen. Die Konzentration von Feststoffen (hier: Elektroden) wird auf 1 gesetzt.

1. Berechnen sie die Elektrodenpotentiale von Cu/Cu^2+ und
   Au/Au^3+ - Halbzellen bei Konzentrationen von …
   a) c(Me^z+)=0,1 mol/L Lösung differenz)E = 1,07 V
   b)""""""""=0,001 mol/L „“""""""""""""""""""""=1,09 V

Meine Lösung: a) E = 1,17 V; b) E = 1,19 V
(Normalpotentiale E(0): Cu/Cu^2+: 0,34 V; Au/Au^3+: 1,5 V)
Möglicher Fehler: E(0)für Au^+/Au^3+ = 1,40 V genommen.

2. Berechnen Sie mit der Nernst-Gleichung die Gesamtspannung
   des folgenden Galvanischen Elements: Mg/Mg^2+(c=0,05
   mol/L)//Cr^3+(c=3,7mol/L)/Cr und geben Sie Donator und
   Akzeptor an.

Lösung : Mg = Donator und Cr Akzeptor
(Differenz)E= 1,67 V

Deine Lösung ist meiner Meinung nach richtig. Ich komme auf 1,68 V. Die Abweichung beruht sicher auf Rundungsfehler bzw. Abweichungen in den Tabellenwerten.

3. In einer galvanischen Zelle Zn/Zn^2+// Cu/Cu^2+ beträgt die
   Konzentration der Kupferionen c (Cu^2+)=0,1 mol/L . Die
   gemessene Zellspannung ist U = 1,4 V. Berechnen Sie die
   Konzentration der Zink Ionen in der Zn/Zn^2+ - Halbzelle.

Lösung : 10^-10,83

Meine Lösung: 10^11,17 = 6,76 * 10^-12 mol/L
Zwischenwerte: E(Donator) = 0,31 V - 1,4 V = -1,09 V
log c = (E-E(0))*n/0,0591 = -11,17 mit E(0) Zn/Zn^2+ = 0,76 V.

Die Standard- Elektrodenpotentiale von Eisen und Cadium liegen
nahe beieinander. Unter Standardbedingungen wäre in einem
galvanischen Element aus Eisen und Cadium die Eisen-Halbzelle
Donatorhalbzelle und die Cadmium- Halbzelle die
Akzeptorhalbzelle.
a) Wie müssen die Konzentrationen der Metallionen in den
Halbzellen verändert werden, damit sich die Verhältnisse
„umpolen“.
Lösung : Konzentration von Fe^2+ sollte etwas größer sein als
Konzentration von Cd^2+

Meine Lösung:
Konzentration der Fe^2±Ionen muss tatsächlich größer sein als die der Cadmiumionen, etwa 100 mal (!) so viel (s. b))

b)Geben Sie zwei konkrete Konzentrationen beispielhaft an und
beweisen Sie durch Rechnung
Lösung : c(Fe^2+)= 1 mol/L und c(Cd^2+)= 0,1 mol/L
(Differenz)E= 39/2000 V

Meine Lösung: c(Fe^2+) = 1 mol/L --> E = - 0,45 V
c(Cd^2+) = 0,01 mol/L --> E = - 0,40 V - 2*0,0591/2 = -0,46 V --> „umgepolt“ (gerade so)

5. Entwerfen Sie einen Versuchsaufbau (Zeichnung) zur
   pH-Wert-Messung auf der Basis einer
   Standardwasserstoffhalbzelle und erläutern Sie das Prinzip
   unter Verwendung der unten angegebenen Gleichungen …

Lösung : keine vorhanden

Das ist zu komplex, um es hier erklären zu können. Es geht um die pH-Abhängigkeit des Potentials der Wasserstoffelektrode, die man dazu nutzen kann, um den pH-Wert zu messen:

Bitte „googeln“: „pH-Abhängigkeit“ und „Redoxpotential“. Garantiert jede Menge Treffer.

Sehr guter Link:

http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/rxp…

Dort wird auch noch die Konzentrationszelle (s. Aufgabe 6 erklärt)

6. Berechnen Sie die Gesamtspannung der Konzentrationskette
   Cu/Cu^2+(c=0,01mol/L)//Cu^2+(c=0,1mol/L)/ Cu … und erläutern Sie das Prinzip einer
   „Konzentrationskette“ allgemein.

Lösung : keine Vorhanden

PS: Ich habe keine Ahnung wie ich die Zellspannung berechnen
soll, da die Elektroden und die Lösungsmittel gleich sind.
Sowas habe ich auch noch nie kennen gelernt.

Die Konzentrationszelle (oder Konzentrationskette) dient z.B. der Demonstration der Abhängigkeit des Potentials von der Konzentration der Lösungen: Einfach einsetzen in die obige Nernst-Gleichung. c(Ox) ist hier die verdünntere Kupferionenlösung, c(Red) die konzentriertere.

Meine Lösung E = 0,31 V

Zur Erklärung s. oberen Link oder Wikipedia „Konzentrationselement“

Ausserdem wollte ich noch etwas zu den Halbzellen fragen
Wenn ich ein Platin-Elektrode in ein Lösungsmittel habe,
„schnappt“ sich das Platin die Elektronen der Ionen im
Lösungsmittel oder … ?

Die Frage verstehe ich nicht ganz. Wie ist der Zusammenhang? Geht es um die Platinelektrode bei der Normalwasserstoffelektrode? Die geht gar nicht in die Reaktion ein, sondern dient nur als Träger für den Wasserstoff, soweit ich weiß. Anders ist es, wenn eine Pt/Pt^2±Halbzelle gemeint ist. Dann kommt es auf den Partner an, ob Elektronen vom Pt^2+ aufgenommen werden (E(0) des Partners negativer, z.B. Ag/Ag^+) oder ob Pt Elektronen abgibt (E(0) des Partners positiver, z.B. Au/Au^3+)

[Wissler]

Hallo,

in Nachhinein ist mit noch folgendes aufgefallen.

Ich habe die Nernstsche Gleichung in ihrer allgemeinen Form, also mit der Absoluten Temperatur T als Variable, verwendet: E = E0 + R*T/(z*F)*ln© (siehe Wikipedia: Nernst-Gleichung). Offenbar habt Ihr in der Aufgabenstellung die Gleichung für eine bestimmte vorgegebene Temperatur bekommen.

Bei 3.) habe ich für 25 °C gerechnet.

Bei 4a) habe ich einfach mal gerechnet. Laut Aufgabenstellung ist das aber nicht gefordert.
Ich habe welche von den Logarithmengesetzen angewendet:
ln(c1)-ln(c2) = ln(c1/c2) und e^ln(x) = x.

Bei 5.) brauchst Du wieder eines von den Logarithmengesetzen: lg©=ln©/ln(10).

Die Logarithmengesetze, speziell die mit ln(x) und lg(x) (= log10) mußt Du Dir einprägen - sehr viele mathematische Zusammenhänge und Gleichungen in der Chemie sind logarithmisch - nicht nur in der Elektrochemie.

[Anonym_72c3a30ed1eb]

Hallo Ramazan, zu Deiner Anfrage:

1. Berechnen sie die Elektrodenpotentiale von Cu/Cu^2+ und Au/Au^3+ - Halbzellen bei Konzentrationen von …

Gefragt ist nach der Halbzellenspannung!
E = E^0 + 0,059/z * log c(ox)/c(red)
a) Cu/Cu^2+ (0,1 M) = 0,35 + 0,0295*(-1) = 0,32 V
Au/Au^3+ (0,1 M) = 1,50 + 0,0197*(-1) = 1,48 V
b) Cu/Cu^2+ (0,001 M) = 0,35 + 0,0295*(-3) = 0,26 V
Au/Au^3+ (0,001 M) = 1,50 + 0,0197*(-3) ) = 1,44 V

2. Berechnen Sie mit der Nernst-Gleichung die Gesamtspannung des folgenden Galvanischen Elements: Mg / Mg^2+(c=0,05 mol/L) // Cr^3+ (c=3,7 mol/L)/Cr und geben Sie Donator und Akzeptor an.

E(Mg/Mg^2+) = -2,372 + 0,059/2 * log 0,05
E(Cr/Cr^3+) = -0,91 + 0,059/3 * log 3,7

Mg = Donator und Cr Akzeptor , Delta E = - 0,90 - ( - 2,41) = 1,51 V

3. In einer galvanischen Zelle Zn/Zn^2+// Cu/Cu^2+ beträgt die Konzentration der Kupferionen c (Cu^2+)=0,1 mol/L . Die gemessene Zellspannung ist U = 1,4 V. Berechnen Sie die Konzentration der Zink Ionen in der Zn/Zn^2+ - Halbzelle.

Delta E = Delta E^0 + 0,059/z * log c(Cu2+)/c(Zn2+)
1,4 = 0,35 – ( - 0,76) + 0,059/2 * log 0,1/c(Zn2+)
0,29 / 0,0295 = log 0,1/(Zn2+)
log c(Zn2+) = 0,1 / 10 ^(0,29 / 0,0295)

c(Zn2+) = 10^-10,83 mol/l

5. Entwerfen Sie einen Versuchsaufbau (Zeichnung) zur pH-Wert-Messung auf der Basis einer Standardwasserstoffhalbzelle und erläutern Sie das Prinzip unter Verwendung der unten angegebenen Gleichungen (Nernst Gleichung für Me/Me^z± Halbzellen, Nernst- Gleichung für die Wasserstoffhalbzelle und Nernst Gleichung und pH-Wert)

Hinweise: pH = - log c(H^+) und E^0(H2/2H^+) = 0!

6. Berechnen Sie die Gesamtspannung der Konzentrationskette Cu/Cu^2+(c=0,01mol/L)//Cu^2+(c=0,1mol/L)/ Cu nach der unten angegebenen Formel (Nernst Gleichung für Me/Me^z± Halbzellen, Nernst- Gleichung für die Wasserstoffhalbzelle und Nernst Gleichung und pH-Wert) und erläutern Sie das Prinzip einer „Konzentrationskette“ allgemein.

E = 0,059/z * log c(gr)/c(kl)
E = 0,059/2 * log 0,1/0,01 = 0,0295 V

Mit der Schlussfrage kann ich nichts anfangen.

mfrG