119Redoxreaktionen – Elektrochemie A11 Gegeben sind die galvanische Halbzellen: A: Ni/Ni2+ (c = 1 mol/L), B: Ni/Ni2+ (c = 0,00004 mol/L), C: Co/Co2+ (c = 0,1 mol/L). Es sollen folgende Kombinationen der Halbzellen durchgeführt werden: 1. A mit C; 2. A mit B; 3. B mit C. a) Berechnen Sie die zu erwartenden Spannungen der galvanischen Zellen 1, 2 und 3 und geben Sie jeweils das Zellendiagramm an. b) Berechnen Sie die Konzentration der Nickel-Ionen in einer Nickel-Halbzelle so, dass man gegenüber der Halbzelle C keine Spannung mehr messen kann. A12 Nach der Trinkwasserverordnung darf der Gehalt an Blei-Ionen maximal 0,01 mg/L, der an Kupfer-Ionen 2,0 mg/L und der an Silber-Ionen 0,05 mg/L in Trinkwasser betragen. Zur Überprüfung des Gehalts dieser Ionen wird in eine Wasserprobe a) eine Kupfer-Elektrode zur Messung der KupferIonen-Konzentration, b) eine Blei-Elektrode zur Messung der Blei-Ionen-Konzentration, c) eine Silber-Elektrode zur Messung der Silber-IonenKonzentration eingetaucht und jeweils mit einer Vergleichs-Halbzelle aus einer Kupfer-Elektrode und einer KupfersulfatLösung, c = 1 mol/L, zu einer galvanischen Zelle kombiniert. Man misst folgende Spannungen: U(Zelle a) = 0,22 V; U(Zelle b) = 0,68 V; U(Zelle c) = 0,10 V. Bei allen drei Messungen bildet die Vergleichs-Halbzelle jeweils den positiven Pol. a) Fertigen Sie eine beschriftete Skizze der galvanischen Zelle a) an. b) Erläutern Sie die Reaktion, die bei Stromfluss in der Zelle ablaufen würde. c) Erläutern und formulieren Sie die Reaktion, die in Zelle c) abläuft. Vergleichen Sie diese mit der Reaktion in einer Kupfer-Silber-Zelle unter Standardbedingungen und erklären Sie Unterschiede. d) Berechnen Sie die Konzentration der angegebenen Metall-Ionen. Entscheiden Sie, ob das geklärte Wasser in Bezug auf den Gehalt der angegebenen Schwer metall-Ionen Trinkwasserqualität besitzt. A13 Vergleichen Sie die Redoxvorgänge an den Elektroden einer photogalvanischen Zelle (vgl. S. 81, 82) mit den Vorgängen an den Elektroden des Daniell-Elements (vgl. S. 67) und beurteilen Sie die Unterschiede unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit. A14 Die Zink-Luft-Batterie (vgl. S. 97) ist eine Knopfzelle, deren Stromerzeugung die Oxidation von Zink und die Reduktion von Sauerstoff zur Grundlage hat. a) Stellen Sie die Reaktionsgleichungen (Teilund Gesamtgleichungen) der stromliefernden Vorgänge auf. b) Begründen Sie mithilfe der Nernst-Gleichung, weshalb die Spannung im Laufe des Betriebs der Batterie abnimmt. A15 Das Presseund Informationsamt der Stadt Karlsruhe veröffentlichte im Jahr 1997 folgenden Text zur Zink-Luft-Batterie: „Es war schon ein schwerer Weg bis zur leichteren Batterie. Mit ZOXY haben die drei Partnerunternehmen aus der Technologieregion Karlsruhe den Durchbruch für das Elektroauto geschafft (…). Die Hochleistungsbatterie habe ihre Stärken genau dort, wo marktgängige Batteriespeicher Schwächen haben: Bei ihr steckt mehr Energie in leichterem Material, mit ihr werden größere Reichweiten erreicht, stundenlanges Aufladen entfällt und schließlich lassen auch die Investitionsund Betriebskosten bei der Serienproduktion die Konkurrenz mit Benzinfahrzeugen zu. Die Zink-Luft-Zelle ist aufgrund ihrer geringen Selbstentladung lange lager fähig. Die Batterie ist an sich billig und sehr umweltfreundlich, da sie keine Schadstoffe enthält und fast vollständig recycelt werden kann.“ Nehmen Sie Stellung zu den kursiv gedruckten fachlichen Aussagen anhand der Informationen zu der ZinkLuft-Zelle und anderen Zellen (vgl. S. 97 und S. 103). A16 Begründen Sie, warum Lithium-Ionen-Akkus für Laptops und Handys besser geeignet sind als Bleiakkus. A17 Erläutern Sie, ob „leere“ Batterien immer auch leichter werden. KOM PETENZEN TRAINIEREN 3377_01_01_2012_Kap2_058_123 23.09.14 06:27 Seite 119 Nu r z u Pr üf z ec ke n Ei ge nt um d es C .C . B uc hn er V er la gs