• Document: GALVANISCHE ELEMENTE, BATTERIEN UND BRENNSTOFFZELLEN
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10. Einheit: GALVANISCHE ELEMENTE, BATTERIEN UND BRENNSTOFFZELLEN Naturwissenschaftliche Grundlagen der Farb- und Beschichtungstechnologie Sebastian Spinnen , Ingrid Reisewitz-Swertz 1 von 17 ZIELE DER HEUTIGEN EINHEIT Am Ende der Einheit Galvanische Elemente, Batterien und Brennstoffzellen..  Sind Sie in der Lage die Begriffe Oxidation, Reduktion und Redoxreaktion zu definieren und korrekt zu verwenden.  sind Sie in der Lage ein Daniell-Element zu skizzieren und zu beschriften.  kennen Sie die Unterschiede zwischen einer Galvanischen Zelle und einer Elektrolysezelle.  sind Sie in der Lage die Prozesse der Knallgasreaktion und der Brennstoffzelle miteinander zu vergleichen.  sind Sie in der Lage mit Hilfe der Spannungsreihe die Potenzialdifferenz (Spannung) der Galvanischen Zellen zu bestimmen Naturwissenschaftliche Grundlagen der Farb- und Beschichtungstechnologie Sebastian Spinnen , Ingrid Reisewitz-Swertz 2 von 17 WIEDERHOLUNG  der Messstab besteht aus zwei Elektroden mit definierter Größe und Abstand  Verwendung von Wechselspannung – kein Veränderung der Lösung (bzw. der Ionen) und Elektroden → konstante Bedingungen  Leitfähigkeitsmessung gibt Gehalt gelöster Ionen in der Lösung an! M. Tausch: Chemie 2000+, S.196 B3 Naturwissenschaftliche Grundlagen der Farb- und Beschichtungstechnologie Sebastian Spinnen , Ingrid Reisewitz-Swertz 3 von 17 WIEDERHOLUNG Gleichspannung vs. Wechselspannung?  Gleichspannung: – Plus- und Minus-Pol bleiben örtlich konstant  Ionen können bis zur Elektrode wandern  Chemische Reaktionen an den Elektroden finden statt  Anode: Oxidation  Kathode: Reduktion  Wechselspannung:  Plus- und Minus-Pol wechseln örtlich 60x in der Sekunde  Ionen können nicht bis zu den Elektroden wandern  Keine chemische Reaktion  Konstante Bedingungen Naturwissenschaftliche Grundlagen der Farb- und Beschichtungstechnologie Sebastian Spinnen , Ingrid Reisewitz-Swertz 4 von 17 WIEDERHOLUNG  Bei einer Protolysereaktion werden ein oder mehrere Protonen (H+-Ionen) von einem Donator auf einen Akzeptor übertragen.  Säuren (Protonen-Donatoren) 𝐻𝐴 𝑎𝑞 𝑆ä𝑢𝑟𝑒 + 𝐻2 𝑂 𝑙 ⇋ 𝐴− 𝑎𝑞 𝑆ä𝑢𝑟𝑒𝑟𝑒𝑠𝑡 + 𝑯𝟑 𝑶+ 𝑎𝑞  Basen (Protonen-Akzeptoren) 𝐵− 𝑎𝑞 [𝐵𝑎𝑠𝑒] + 𝐻2 𝑂 𝑙 ⇋ 𝐻𝐵 𝑎𝑞 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛𝑖𝑒𝑟𝑡𝑒 𝐵𝑎𝑠𝑒 + 𝑶𝑯− (𝑎𝑞)  Beachten Sie die charakteristischen Teilchen in Wasser!  Wasser kann als Akzeptor und Donator reagieren! Naturwissenschaftliche Grundlagen der Farb- und Beschichtungstechnologie Sebastian Spinnen , Ingrid Reisewitz-Swertz 5 von 17 ELEKTROLYSE → GALVANISCHE ZELLE  durch Anlegen einer Gleichspannung werden Redoxreaktionen „erzwungen“ – die möglichen Redoxreaktionen finden nicht spontan statt – Energie in Form von Strom muss aufgebracht werden  Beispiele – Elektrolyse von Kupfersulfat-Lösung (Versuch 10.2), – Chloralkali-Elektrolyse (Herstellung von Chlor, NaOH), – Schmelzflusselektrolyse (Herstellung von Aluminium) Fazit: Stromenergie nutzen um Stoffe herzustellen, die wir so nicht erhalten Naturwissenschaftliche Grundlagen der Farb- und Beschichtungstechnologie Sebastian Spinnen , Ingrid Reisewitz-Swertz 6 von 17 ELEKTROLYSE → GALVANISCHE ZELLE Anderes Beispiel:  Eintauchen eines Zinkblechs in eine Kupfersulfat-Lösung – Kupfer scheidet sich auf dem Zinkblech spontan ab – Energie wird frei  durch Änderung des Versuchsaufbaus könnte diese Energie genutzt werden  Wie? Naturwissenschaftliche Grundlagen der Farb- und Beschichtungstechnologie Sebastian Spinnen , Ingrid Reisewitz-Swertz 7 von 17 GALVANISCHE ZELLE - AUFBAU  Räumliche Auftrennung in zwei Kammern (Halbzellen) – das Zinkmetall taucht in Zinksulfat-Lösung – das Kupfermetall taucht in Kupfersulfat-Lösung – die Bleche werden leitend miteinander verbunden – die Lösungen stehen Halbzelle Halbzelle miteinander in Kontakt  Es lässt sich eine Spannung und ein Strom messen M. Tausch: Chemie 2000+, S.138 B3 Naturwissenschaftliche Grundlagen der Farb- und Beschichtungstechnologie Sebastian Spinnen , Ingrid Reisewitz-Swertz 8 von 17 GALVANISCHE ZELLE –VORGÄ

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