Die Standard-Wasserstoff-Elektrode

(Standard – Elektrodenpotenziale und ihre Anwendungen)

Dr. Gerd GräberStudienseminar Heppenheim

Ergebnisse aus der Zitronenbatterie(Fotos- Sammlung am Smartboard)

Beobachtungen: Fragen/ Deutungen:

Beispiel: Zink/Kupfer U= - 0,76V

- Pol: Zn -> Zn2+(aq) + 2e- (Ox.)

+ Pol: 2H+(aq) + 2e- -> H2(g) (Red.) (aus der Säure!)

Probleme: Cu2+ - Ionen sind in der Zitrone an der Kupferelektrode nur in ganz geringer Konzentration vorhanden! Welche Teilchen werden dann reduziert?

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

Halbzellenreaktion (H2/ 2H+):

2H+(aq) + 2e- - > H2(g)

Wässrige Säurelösung:

C(H+) = 1mol/L (25°C)

Die Standard-Wasserstoff- Halbzelle kombiniert man nun mit der entsprechenden Halbzelle aus einem Metall und seiner Metallsalzlösung (C = 1mol/L)

V

Halbzellenreaktion (z.B. Me/Me2+):

Me -> Me 2+(aq) + 2e- Halbzellenreaktion (H2/ 2H+):

2H+(aq) + 2e- - > H2(g)

Filterpapier mit Salzlösung Stromschlüssel (wie Diaphragma)

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+:

U0H = +0,35V (Standard- Elektrodenpotenzial Cu/Cu 2+)

Solche Halbzellen wirken auf das System H2/2H+ oxidierend

- Pol: H2(g) -> 2H+(aq) + 2e-

+ Pol: Cu 2+ (aq) + 2e- -> Cu(s)

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: U0

H (Akzeptor) = + 0,35V)Zellspannung

1,1V = + 0,35V – (-0,76V)Zellspannung einer galvanischen Zelle:

U= U0H (Akzeptor) – U0

H (Donator)

Aus den Standard-Elektrodenpotenzialen der Wasserstoffelektrode lassen sich die Zellspannungen galvanischer Zellen berechnen:

Zellspannung einer galvanischen Zelle:

U= U0H (Akzeptor) – U0

H (Donator)

Aufgaben: Berechne die Zellspannungen von folgenden galvanischen Zellen:

a) Cu/Cu 2+ // Ag +/Ag

b) Cu/Cu 2+ // Fe 2+/Fe

c) 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!