Aufgabe zur Elektrochemie

Bearbeitung nach fachspezifischen Vorgaben: Versuchsbeschreibung

a) In einem porösem, zylinderförmigen Gefäß taucht eine Zinkelektrode in eine Zinksulfatlösung. Darum herum befindet sich eine Kupfersulfatlösung mit einer ringförmigen metallischen Kupferelektrode darin. Werden die beiden Elektroden über einen Verbraucher elektrisch leitend miteinander verbunden, so fließt ein Strom.

b)

3.1 Bestimmen Sie die Spannung des Daniell-Elementes unter Standardbedingungen. Erläutern Sie die Reaktionen der Halbzellen sowie den Elektronenfluß.

3.2 Berechnen Sie die Standardreaktionsentropie, die Standardbildungsenthalpie und die frei Standardreaktionsenthalpie der Reaktion bzgl. des Daniell-Elementes. Welche Beziehung besteht zwischen den Termen D G° und D U° ?

3.3 Wie groß ist die Spannung des Daniell-Elementes, wenn gilt c(Zn2+) = 0,5 mol/l und c(Cu2+) = 0,2 mol/l ?

3.4 Bestimmen Sie die freie Enthalpie der Reaktion bzgl. Aufgabe 3.3 und ermitteln Sie die Gleichgewichtskonstante des Daniell-Elementes.

 

c) Tabellenwerte:

Cu/Cu2+ Standardpotential U° = +0,34 V

Zn/Zn2+ Standardpotential U° = -0,76 V

 

D H° / (kJ/mol)

D S° / (J/(K·mol))

Cu

0

33,3

Cu2+

+64,3

-111

Zn

0

41,6

Zn2+

-153

-108

Faraday-Konstante F = 96487 C/mol

Gaskonstante R = 8,314 J/(mol·K)

 

 

 

Lösung:

 

3.1 Skizze des Daniell-Elementes

Donatorhalbzelle / Akzeptorhalbzelle:

- Pol / Oxidation / Anode:Zn -> Zn2+ + 2e- U°=-0,76 V

+ Pol / Reduktion / Kathode:Cu2+ + 2e- -> Cu U°= 0,34 V

e- - Fluß von Anode zu Kathode DU° = U°A - U°D = 1,1 V

Standardbedingungen: cCuSO4 = cZnSO4 = 1 mol/l

T = 298K p = 1,013 bar

3.2

3.3 Nerntsche Gleichung

3.4

Im Gleichgewicht ist D G = 0 ; -D G° = R·T·lnK

=> K = 6,46·1037

Zurück zur Übersicht