Feedback Leitprogramm

Transkript

1 Feedback Leitprogramm Zeit/ Länge/ Dauer Verständlichkeit Abwechslung Art des Unterrichts Lerneffekt Zeiteinteilung/ Freiheit Übungsaufgaben/ Lösungen Kapiteltests Versuche/ Betreuung Gesamteindruck

2 Einstieg: Redoxreaktionen in Alltag und Technik 1. Thermit-Reaktion (Schweissen von Eisenbahnschienen): Fe2O3 + Al 2. Gewinnung von Kupfer aus seinem Erz (Kupfersulfid): Cu2S + H2 3. Gewinnung von Blei aus seinem Oxid mit Kohle: PbO + C Schreibe korrekte RedoxGleichungen auf beide Weisen.

3 Basics, Grundbegriffe Es fehlt: Redoxpaar Zu jeder Zeile in der Redoxreihe gibt es ein Redoxpaar, das aus reduzierter und oxidierter Form besteht. z.b. Na/Na +, aber 2Cl - /Cl 2

4 Überprüfungsfragen 1. Wo steht das stärkste Reduktionsmittel? 2. In welche Richtung wird die Fähigkeit einen anderen Stoff zu oxidieren geringer? 3. Welches Metall hat den stärksten Drang Elektronen abzugeben? 4. Wo steht der Stoff mit dem höchsten Reduktionsvermögen? 5. Wo findet man das schwächste Oxidationsmittel? 6. Kann man das stärkste Oxidationsmittel gut oxidieren?

5 Freiwillig, Zwang, Säuren Freiwillig: S-Stellung Zwang (kann in einer Elektrolyse ablaufen): Z- Stellung Z S Säuren: Kennt man die Stellung von Wasserstoff bzw. dem Proton (H + ) in der Redoxreihe kann entschieden werden, welche Metalle mit Säuren reagieren.

6 Metalle reagieren mit Säuren

7 Einstieg: Redoxreihe Mit Hilfe der Redoxreihe kann nicht nur entschieden werden, welcher Stoff am liebsten seine Elektronen abgibt (gutes Reduktionsmittel) bzw. aufnimmt (gutes Oxidationsmittel), sondern auch welche Stoffe mit welchen anderen Stoffen reagieren. Was passiert, wenn......ein Kupferblech in Silbernitratlösung getaucht wird?...ein verzinkter Nagel mit saurem Regen in Berührung kommt?...dein Silberring ins Nudelwasser fällt?...du nach dem Geräteturnen mit staubig weissen Fingern dein Fahrrad (Stahl) anfasst?...du beim Behandeln einer Wunde Iodsalbe an deinen Goldring schmierst?

8 Elektrolyse

9 Kathode: Welche Materialien sind als Elektroden geeignet? - hier findet Reduktion statt. - Elektronen werden von Stromquelle dorthin gepumpt. - Elektrodenmaterial darf nicht selbst reduziert werden. --> Metalle sind geeignet (da schon in reduzierter Form), die nicht mit Elektrolyt reagieren (also z.b. bei Wasser nicht Na...). Anode: - hier findet Oxidation statt. - Elektronen werden von hier abgezogen. - Elektrodenmaterial darf nicht selbst oxidiert werden und die Elektronen zur Verfügung stellen, sondern Anionen aus der Lösung sollen oxidiert werden. --> Edelmetalle/ Graphit sind geeignet.

10 Technische Anwendungen - Gewinnung von Natrium (Natronlauge) und Chlor aus Steinsalz (NaCl) - Gewinnung von sehr reinen Metallen aus Rohmetall (welches aus Metallerzen erhalten wird) - Galvanisieren: Elektrolytisches Überziehen eines Werkstoffes mit einem Metall zur Veredelung und zum Schutz: Versilbern, Vergolden, Überzug aus Zinn (Weissblech), Überzug aus Zink (Schrauben), Verchromen (Kühlergrills, Stossstangen beim Auto), Vernickeln (Brillengestelle, Schlüssel) --> Lies die Texte zu den Anwendungen der Elektrolyse durch, unterstreiche wichtige Begriffe und frage bei Unklarheiten nach. Tausche dich nach der Lektüre der einzelnen Texte mit deinem Nachbarn aus.

11 Einstieg: Technische Anwendungen der Elektrolyse - Warum würde sich bei der Elektrolyse einer wässrigen NaCl-Lösung an der Kathode H 2 bilden? - Welche Aufgabe hat das Drahtnetz um den Eisenring (siehe Bild)? - Warum enthält der Anodenschlamm bei der Kupferreinigung nur Edelmetalle? - Was bedeutet Eloxal und wieso ist Aluminium passiviert? - Was passiert mit dem Alu Werkstück an der Anode? - Welche Metalle verwendet man als Überzugsmetalle beim Galvanisieren und wozu dient das Verfahren allgemein? - Was ist eine Galvanoplastik?

12 Daniell-Element SO 4 2- (aq)

13 Volta-Element In einem galvanischen Element, laufen die Reaktionen (Reduktion und Oxidation) ab, die sich auf der Redoxtabelle am nächsten sind.

14 Was ist Spannung? Wie kommt die Spannung in einem galvanischen Element zustande?

15 Lösungsdruck/ Abscheidungsdruck Die entstehende Spannung kann für 1M Lösungen aus der Redoxtabelle abgelesen werden. Dabei gilt: V = V red - V ox (also unten - oben).

16 Denkaufgabe: Wie könnte man eine galvanische Zelle mit dem Symbol Zn/Zn 2+ //Zn 2+ /Zn herstellen, welche eine Spannung besitzt?

17 Batterien Wie lange besteht in einer galvanischen Zelle (z.b. Daniell- oder Volta-Element) eine Spannung? Ewig? Kann der Ausgangszustand einer galvanischen Zelle durch eine Umkehrung der Reaktionen (Elektrolyse) wieder hergestellt werden, so bezeichnet man sie als Sekundärzelle oder Akkumulator (kurz: Akku). Ist dies nicht der Fall, so spricht man von einer Primärzelle oder einfach von einer Batterie. Eigentlich meint der Begriff Batterie eine Reihe von Galvanischen Zellen, die in Reihe geschaltet sind (vgl. Legebatterie). --> Die einfachste Batterie, die Volta-Säule (1796)

18 Volta-Säule Spannung eines Elements <1V; Spannung der Säule bis zu 100V

19 Moderne Batterien In der zeitlichen Reihenfolge der Herstellung: - Zink-Kohle-Batterie (Leclanché-Element) - Alkali-Mangan-Batterie (Alkaline; ähnlich wie oben, aber auslaufsicherer und Verwendung eines alkalischen Elektrolyten (Kalilauge; KOH-Lsg.)) - Lithium-Mangan-Batterie (Foto-Batterie; hohe Spannung bis zu 3V; Elektrolyt muss nichtwässrig sein, da sonst Reaktion mit Li) - Zink-Luft-Knopfzelle - Zink-Quecksilberoxid-Knopfzelle (nicht mehr verwendet, da giftig!) - Zink-Silberoxid-Knopfzelle

20 Zink-Kohle-Batterie Oxidation: Zn --> Zn e - Reduktion: MnO 2 + H + + e - --> MnO(OH) (vereinfacht: Mn 4+ + e - --> Mn 3+ ) MnO 2 ist ein Salz (Braunstein) aus Mn 4+ und 2O 2- Problem: Zn verbraucht --> Batterie läuft aus; Zn bildet mit Ammoniak Niederschlag --> Batterie schnell unbrauchbar

21 Alkali-Mangan-Batterie (Alkaline) Vorteile: - Stahlmantel --> auslaufsicherer - Elektrolyt (KOH) bildet keinen Niederschlag mit Zinkionen Reduktion: Reduktion: MnO 2 + H 2 O + e - --> MnO(OH) + OH - (vereinfacht: Mn 4+ + e - --> Mn 3+ )

22 Zink-Luft-Knopfzelle Für die Oxidation von Zink kann anstatt Braunstein auch der Luftsauerstoff genutzt werden. Oxidation: Zn --> Zn e - Reduktion: O 2 + 4e - --> 2O 2-2O H 2 O --> 4OH - Nutzung für Langzeitanwendungen: Hörgeräte; Baustellenbeleuchtung