Chemie-LK · CL7 · Elektrochemie

Elektrolyse-Labor

Spannung hochdrehen, Strom-Spannungs-Kurve aufnehmen, Zersetzungsspannung und Überspannung ablesen; abgeschiedene Stoffmenge nach Faraday.

So gehst du vor

1Wähle den Elektrolyten und das Material der beiden Elektroden.
2Drehe die Spannung in kleinen Schritten von 0 V bis 5 V hoch. Jeder eingestellte Wert landet als Messpunkt im Diagramm.
3Schalte die Ausgleichsgerade durch den steilen Teil ein und lies am Schnittpunkt mit der Spannungsachse die Zersetzungsspannung ab.
4Wechsle das Elektrodenmaterial, miss erneut und vergleiche. Erst danach die Abscheidungspotenziale einblenden.
5Stelle eine Spannung über der Zersetzungsspannung ein und berechne mit Faraday, wie viel Stoff in der gewählten Zeit entsteht.

Spannung der Quelle

0,00 V

Spannung

0,00 V

Stromstärke

0,000 A

Strom-Spannungs-Kurve

Aufbau

Elektrolyt

c = 1 mol pro L, wie im Skript mit Standardpotenzialen gerechnet, neutral

Kathode (Minuspol)

Anode (Pluspol)

Wie viel entsteht? (Faraday)

Elektrolysedauer

10 min

Stelle zuerst eine Spannung deutlich über der Zersetzungsspannung ein; darunter fließt nur der Reststrom.

n = I · tz · F mit F = 96 485 C pro mol; Gase bei 25 °C und 101,3 kPa mit V_m = 24,5 L pro mol. Stromausbeute 100 % angenommen.

Modell: Überspannungen sind Richtwerte aus der Tabelle im Skript CL7 (sie hängen stark von Stromdichte, Oberfläche und Temperatur ab); Metalle und Iod mit kleinen Überspannungen (0,05 V bzw. 0,1 V an Graphit angenommen). Die Messwerte streuen etwas. Echte Elektrolysen nur unter Aufsicht der Lehrkraft: Bei Chloridlösungen entsteht giftiges Chlor (Abzug), Zinkiodid und Kupferchlorid sind gesundheits- und umweltschädlich.

Aufträge

Zinkiodidlösung an Graphit: Nimm die Strom-Spannungs-Kurve auf und lies die Zersetzungsspannung ab. Vergleiche mit der Zellspannung der galvanischen Zelle aus Zink und Iod und erkläre, warum unterhalb von U_Z fast kein Strom fließt.
Verdünnte Schwefelsäure: Miss die Zersetzungsspannung mit zwei Elektroden aus platiniertem Platin, aus blankem Platin und aus Graphit. Erkläre die Unterschiede, obwohl in allen drei Fällen Wasserstoff und Sauerstoff entstehen.
Natriumchloridlösung mit Eisenkathode und Graphitanode: Bestimme die Produkte und U_Z. Begründe mit den Abscheidungspotenzialen, warum Chlor statt Sauerstoff und Wasserstoff statt Natrium entsteht. Was sagt das Modell mit einer Anode aus platiniertem Platin voraus?
Zinkiodidlösung mit einer Kathode aus platiniertem Platin: Gib an, was an der Kathode entsteht, und erkläre, warum man Zink technisch nur dank der Überspannung elektrolytisch gewinnen kann. Berechne dann für Kupfer(II)-chlorid-Lösung an Graphit die Masse Kupfer und das Volumen Chlor nach 30 min bei 0,50 A.

Theorie: Kapitel „Elektrolyse“ (Elektrolysezelle, Zersetzungsspannung, Überspannung, Abscheidung, Faraday-Gesetze) im Skript CL7 Elektrochemie. Die freiwillig ablaufende Umkehrung zeigt die Station Galvanische Zelle.