Kommentierter Themenschwerpunkt 2: Elektrolyse

Ähnliche Dokumente
Seminar zum Quantitativen Anorganischen Praktikum WS 2011/12

10.Teil Redoxreaktionen

Das Potenzial einer Halbzelle lässt sich mittels der Nernstschen Gleichung berechnen. oder

Vorschlag zur Planung der Unterrichtsvorhaben unter Einbezug der Kompetenzen - Qualifikationsphase 1 Ch-GK Q1/IHF 3: Unterrichtsvorhaben I:

GALVANISCHE ELEMENTE, BATTERIEN UND BRENNSTOFFZELLEN

Kernlehrpläne ab Schuljahr 2014/15 Schuleigener Lehrplan / FMG / Sekundarstufe II CHEMIE

Unterrichtsvorhaben Q1 Grundkurs Chemie

Redoxreaktionen. Elektrochemische Spannungsreihe

Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen (EF)

6.1 Elektrodenpotenzial und elektromotorische Kraft

Universität des Saarlandes - Fachrichtung Anorganische Chemie Chemisches Einführungspraktikum. Elektrochemie

Unterrichtsvorhaben II Elektrochemie Q1

Lerninhalte CHEMIE 12 - MuG erstellt von der Fachschaft Chemie

8.+9. Tag: Säuren und Basen (II) / Redoxreaktionen (II)

Christian-Ernst-Gymnasium

Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen (EF)

Stefan Reißmann ANORGANISCH-CHEMISCHES TUTORIUM WS 2000/2001

EinFaCh 1. Studienvorbereitung Chemie. Einstieg in Freibergs anschauliches Chemiewissen Teil 1: Redoxreaktionen und Elektrochemie.

Chlor-Alkali-Elektrolyse

Modul: Allgemeine Chemie

4. Redox- und Elektrochemie

Universität des Saarlandes - Fachrichtung Anorganische Chemie C h e m i s c h e s E i n f ü h r u n g s p r a k t i k u m.

Praktikumsrelevante Themen

SS Thomas Schrader. der Universität Duisburg-Essen. (Teil 8: Redoxprozesse, Elektrochemie)

MgO. Mg Mg e ½ O e O 2. 3 Mg 3 Mg e N e 2 N 3

Elektrochemisches Gleichgewicht

-1 (außer in Verbindung mit Sauerstoff: variabel) Sauerstoff -2 (außer in Peroxiden: -1)

Unterrichtsvorhaben Q1 Leistungskurs Chemie

Schulinternes Curriculum im Fach Chemie Sekundarstufe II

KULTUSMINISTERIUM DES LANDES SACHSEN-ANHALT. Abitur April/Mai Chemie (Grundkurs) Thema 1 Wasserstoff

Reduktion und Oxidation. Oxidationszahlen (OZ)

Kernlehrpläne ab Schuljahr 2014/15 Schuleigener Lehrplan / FMG / Sekundarstufe II CHEMIE

Übung 10 (Redox-Gleichgewichte und Elektrochemie)

Anorganische-Chemie. Dr. Stefan Wuttke Butenandstr. 11, Haus E, E

Chemie für Biologen. Vorlesung im. WS 2004/05 V2, Mi 10-12, S04 T01 A02. Paul Rademacher Institut für Organische Chemie der Universität Duisburg-Essen

Das Galvanische Element

Fragen zum Thema chemische Reaktionen Klasse 4 1. Was gehört zu einer chemische Reaktionsgleichung? 2. Wie nennt man die Stoffe, die vor der Reaktion

Was ist Elektrochemie?

Mobile Energiequellen. Brennstoffzellen. Korrosion und Korrosionsschutz. Technische Verfahren: Chloralkalielektrolyse

Grundlagen der Chemie Elektrochemie

ELEKTROCHEMIE. Elektrischer Strom: Fluß von elektrischer Ladung. elektrolytische (Ionen) Zwei Haupthemen der Elektrochemie.

Vorkurs Chemie (NF) Redoxreaktionen, Spannungsreihe Ulrich Keßler

+ O. Die Valenzelektronen der Natriumatome werden an das Sauerstoffatom abgegeben.

Was ist Elektrochemie? Elektrochemie. Elektrochemie ist die Lehre von der Beziehung

1. Elektrolysen 1.1. Chemikalien: Zn-Pulver Bromwasser (T) dest. Wasser

Versuch 1. 1/48 Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotenzials

Chemie Zusammenfassung JII.2 #1

Bist Du nicht "FIT", dann musst Du nacharbeiten.

7. Chemische Reaktionen

E5: Faraday-Konstante

Aufgabe 5 1 (L) Die folgende Redox-Reaktion läuft in der angegebenen Richtung spontan ab: Cr 2

Grundlagen: Galvanische Zellen:

Lernzettel für die 1. Chemiearbeit Galvanische Zellen-

VORANSICHT. Elektrochemie einfach verständlich Teil II: Galvanische Zellen. Hinweise zur Didaktik und Methodik. Kerstin Langer, Kiel

Redoxtitrationen. Redox-Reaktionen Oxidation und Reduktion

Elektrochemische Thermodynamik. Wiederholung : Potentiale, Potentialbegriff

Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Strom aus Obst? Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.

Clara-Schumann-Gymnasium Gymnasium der Stadt Bonn für Jungen und Mädchen

Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Elektrochemie - Merksätze und -regeln. Das komplette Material finden Sie hier:

Abiturstoff Q12. Gleichgewichtsreaktionen

FREIE UNIVERSITÄT BERLIN STUDIENKOLLEG

VORANSICHT II/E. Elektrochemie einfach verständlich. Teil II: Galvanische Zellen. Hinweise zur Didaktik und Methodik. Kerstin Langer, Kiel

Die ph-abhängigkeit des Redoxpotentials

Reihenfolge der Unterrichtsvorhaben im Inhaltsfeld Elektrochemie

Elektrolyse. Zelle.. Bei der Elektrolyse handelt es sich im Prinzip um eine Umkehrung der in einer galvanischen Zelle Z ablaufenden Redox-Reaktion

Elektrochemie HS Zusatzübung. Übung Assistent: Olga Nibel. Tel.:

Stunde IV. Redoxreaktionen Elektrochemie. Anfängertutorium. ao. Prof. Dr. Hans Flandorfer

Protokoll zu. Versuch 17: Elektrochemische Zellen

Examensfragen zur Elektrochemie

Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II:

Film der Einheit Metalle

Zn E 0 = - 0,76 V E 0 = + 0,34 V

Basiswissen Chemie. Vorkurs des MINTroduce-Projekts

Die Wirkungsweise einer Brennstoffzelle. Ein Vortrag von Bernard Brickwedde

Aufgaben zur Elektrolyse

Allgemeine Chemie für r Studierende der Zahnmedizin

Gliederung Thema Buch Heft

Reduktion und Oxidation Redoxreaktionen

2. Vergleiche die Werte, die bei Methode A bzw. B herauskommen, miteinander!

Versuch EM: Elektromotorische

Deutsche Evangelisch-Lutherische Schule Talitha Kumi. und Schmidt Schule. Kerncurriculum und Schulcurriculum im Fach. Chemie

Elektrochemische Kinetik. FU Berlin Constanze Donner / Ludwig Pohlmann

Redoxreaktionen 2. Elektronenübertragungsreaktionen

KORROSION UND KORROSIONSSCHUTZ VON METALLEN

VL Limnochemie

KULTUSMINISTERIUM DES LANDES SACHSEN-ANHALT. Abitur April/Mai Chemie (Leistungskurs)

4. Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht

Benennen Sie folgende Salze: 1. K 4 [Fe(CN) 6 ] 2. K 3 [AlF 6 ] 3. [Al(OH) 2 (H 2 O) 4 ]NO 3

Chemie im Realgymnasium mit LS, 6-stündig Themenbereiche für die Reifeprüfung

Beispiele zur Anwendung der Nernst-Gleichung (II)

Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben in der Q1 GK

Elektrochemie. Grundbegriffe. Oxidation: Ist die Teilreaktion bei der Elektronen abgegeben werden.

Normalpotenziale - Spannungsreihe

Komplexe zur Abiturvorbereitung Profilfach Chemie. Mündliche und schriftliche Prüfung

11/2 Alles im Gleichgewicht Zuordnung der Kompetenzen aus dem KC Sek II

Demonstrationsversuch: Wasserelektrolyse

Ausgewählte Anwendungen der Elektrochemie

Tab. 2: Redoxpotentiale E = - 2,71 V E = +1,36 V. Tab. 3: Überpotentiale an Graphitelektroden bei einer Stromdichte von 10-1 A/cm 2

Elektrochemie. C 11 EuG Inhalt

Redoxreaktionen. Aufgabenstellung. Grundlagen. Versuchsdurchführung. Chemisches Grundpraktikum Beispiel 5 / 2012

Transkript:

Kommentierter Themenschwerpunkt 2: Elektrolyse Grundlagenwissen: Ich sollte... o grundlegende Begriffe der Elektrochemie definieren und sicher anwenden können (Oxidation, Reduktion, Oxidationszahl, Oxidationsmittel, Reduktionsmittel, Redoxpaar, Redoxreaktion, galvanisches Element, Elektrolyse, Elektrolysezelle, Elektrolyt, Elektrode, Ionenbrücke, Halbzelle, Donator, Akzeptor, Diaphragma, Spannung, Potential, Potentialdifferenz, Standardelektrodenpotential, Lösungstension, Abscheidungsdruck, elektrochemisches Gleichgewicht, Ableitelektrode, inerte Elektrode, homogenes Redoxgleichgewicht, heterogenes Redoxgleichgewicht, Brennstoffzelle, Lokalelement, Lokalanode, Lokalkathode). o Oxidationzahlen von Atomen in organischen und anorganischen Verbindungen ermitteln o Redoxreaktionen sicher identifizieren und von anderen Reaktionstypen (Säure- Base-Reaktion, Fällungsreaktion usw.) unterscheiden o Redoxgleichungen einfacher und komplizierter Redoxreaktionen schrittweise aufstellen o eine experimentelle Vorgehensweise beschreiben können, mit der man die Redoxreihe und Spannungsreihe der Metalle und Nichtmetalle ermitteln kann. o die Bedeutung der Spannungsreihe erläutern können und diese sicher für die Vorhersage von Reaktionen (galvanisches Element (freiwillig) oder Elektrolysezelle (erzwungen)?) nutzen o das Prinzip eines galvanischen Elementes sowie die Alltagsrelevanz erläutern können (u.a. räumliche Trennung der Reaktionspartner). o die Vorgänge im Daniell-Element detailliert erläutern können sowie die Funktion der einzelnen Bestandteile (Elektroden, Elektrolyt, Ionenbrücke,...) erklären o das Zelldiagramm beliebiger galvanischer Elemente formulieren o genau erklären können, wie es zur Ausbildung eines Potentials und einer Potentialdifferenz kommt (Modell der Helmholtz schen Doppelschicht). o das Modell der Helmholtz schen Doppelschicht nutzen können, um zu erklären, warum das Elektrodenpotential konzentrations- und temperaturabhängig ist. o die Normalwasserstoffelektrode skizzieren und erläutern können (in Funktion und Bedeutung!) o erläutern können, wie man das Standardelektrodenpotential (Normalpotential) eines jeden Redoxpaares bestimmen kann. o aus Normalpotentialen Spannungen galvanischer Elemente bzw. Mindestspannungen für Elektrolysen berechnen o begründen können, warum das Elektrodenpotential konzentrationsabhängig sein muss. o die Nernst`sche Gleichung anwenden können, um das Elektrodenpotential von Halbzellen zu errechnen, in denen keine Standardbedingungen herrschen.

Vorgabe Aufbau und Funktion der Elektrolysezelle Elektrolysezelle als Umkehrung der galvanischen Zelle Standardelektrodenpotenziale und Zersetzungsspannung Kommentar: Was sollte ich können? Ich sollte... den prinzipiellen Aufbau einer Elektrolysezelle zeichnen können (Elektrolyt, Elektroden, Gleichspannungsquelle, ggf. Diaphragma/Membran) die prinzipielle Funktionsweise einer Elektrolysezelle erläutern können die elektrochemischen Vorgänge an der Anode und der Kathode für jede beliebige Elektrolysezelle formulieren Ionenwanderungen während der Elektrolyse begründen den Weg der Elektronen beschreiben erläutern können, dass eine Elektrolyse immer ein erzwungener Prozess und somit die Umkehrung des entsprechenden galvanischen Elements ist. Elektrolysezelle und galvanisches Element anhand sinnvoller Aspekte vergleichen dabei Bezug auf die Gibbs-Energie und Reversibilität von Reaktionen nehmen. unter Zuhilfenahme der Spannungsreihe und im Zweifelfall auch der Nernst schen Gleichung vorhersagen können, ob eine Redoxreaktion freiwillig oder erzwungen abläuft. Plus- und Minuspol, Anode und Kathode, Reduktion und Oxidation sicher zuordnen können (sowohl für das galvanische Element als auch für die Elektrolysezelle) sicher zwischen Potential und Spannung (Potentialdifferenz) unterscheiden den Begriff Standardelektrodenpotential und Abscheidungspotential definieren... die Normalwasserstoffelektrode skizzieren und erläutern können (in Funktion und Bedeutung!)... erläutern können, wie man das Standardelektrodenpotential (Normalpotential) eines jeden Redoxpaares bestimmen kann.... die Bedeutung der Spannungsreihe erläutern können und diese sicher für die Vorhersage von Reaktionen (galvanisches Element oder Elektrolysezelle?) sowie für die Spannungsberechnung nutzen den Begriff Zersetzungsspannung definieren begründen können, ob es sich bei einer berechneten Potentialdifferenz um eine Zersetzungsspannung oder um die Spannung eines galvanischen Elementes handelt. die theoretisch zu erwartende Zersetzungsspannung berechnen ein Verfahren zur experimentellen Bestimmung der Zersetzungsspannung beschreiben ein Spannungs-Stromstärke-Diagramm auswerten und interpretieren erläutern können, warum die Zersetzungsspannung überschritten werden muss, um nennenswerte Stoffumsätze zu erhalten. erläutern können, dass zwischen der theoretisch zu erwartenden und der tatsächlich beobachtbaren Zersetzungsspannung eine Differenz besteht. den Begriff Überspannung und Überpotential (leider wird oft auch letzteres als Überspannung bezeichnet) definieren und unterschieden das Abscheidungspotential als Summe des Standardelektroden-

Elektrodengleichgewichte: heterogene und homogene Redoxgleichgewichte Elektrodengleichgewichte: Lösungs- und Abscheidungsvorgänge Chloralkalielektrolyse potentials und des Überpotentials definieren die Zersetzungsspannung als die Differenz zweier Abscheidungspotentiale definieren mit Hilfe gegebener Überpotentiale und Standardelektrodenpotentiale die Zersetzungsspannung berechnen... definieren können, was ein heterogenes Redoxgleichgewicht ist.... Beispiele für Fest-flüssig-Gleichgewichte kennen und entsprechende Halbzellen zeichnen... dabei galvanische Elemente skizzieren können, bei denen die Elektrode in die Reaktion involviert / nicht involviert ist.... Beispiele für Gas-flüssig-Gleichgewichte kennen und entsprechende Halbzellen zeichnen... definieren können, was ein homogenes Redoxgleichgewicht ist.... Halbzellen mit homogenen Redoxgleichgewichten skizzieren... in diesem Zusammenhang erläutern können, was eine inerte Elektrode / Ableitelektrode ist. zu einer vorliegenden Elektrolysezelle alle denkbaren elektrochemischen Vorgänge für die Anode und Kathode formulieren können und dann unter Einbeziehung der Überpotentiale entscheiden können, welcher elektrochemische Vorgang tatsächlich abläuft. inerte Elektrodenmaterialien kennen.... das Modell der Helmholtz-Doppelschicht anwenden... erläutern können, wovon es abhängt, ob sich in einer Halbzelle die Ionen als Metall an der Elektrode abscheiden oder ob das Elektrodenmaterial als Ion in Lösung geht.... die entsprechenden Redoxreaktionen formulieren den Begriff Chloralkalielektrolyse erklären eine beschriftete Modellskizze des Verfahrens zeichnen nennen können, welche drei Produkte bei der Chloralkalielektrolyse anfallen und wozu man sie benötigt Kupferraffination Zu den drei Verfahrensweisen Membran-Verfahren, Diaphragma-Verfahren, Amalgam-Verfahren eine beschriftete Skizze der Elektrolysezelle zeichnen die Vorgänge am Pluspol und am Minuspol begründet formulieren die Bedeutung von Überpotentialen erläutern die Zusammensetzung von Anolyth und Katholyth nennen und begründen erläutern können, wie und warum Anolyt und Katholyth getrennt werden. ggf. die Reinigung der Produkte beschreiben Vorteile und Nachteile benennen und die drei Verfahren gegeneinander abwägen den Begriff Raffination erklären eine beschriftete Modellskizze des Verfahrens zeichnen die Herstellung von Rohkupfer aus Kupferglanz (Cu 2 S) in Worten und Verwendung von Reaktionsgleichungen beschreiben erläutern können, warum man überhaupt hochreines Kupfer benötigt. die elektrochemische Funktionsweise unter Zuhilfenahme von Teilgleichungen erläutern erläutern können, welche Teilreaktionen an Plus- und Minuspol ablaufen. erläutern können, warum Rohkupfer als Anode und Reinkupfer

Wasserstoffgewinnung Anwendung der Faraday schen Gesetze. Anwendung der Nernst schen Gleichung als Kathode geschaltet wird und nicht andersherum. erklären können, was mit elementaren Verunreinigungen geschieht, die edler bzw. unedler als Kupfer sind. erklären können, warum sich an der Kathode kein Eisen, Zink usw. abscheiden. die elektrochemischen Vorgänge bei der Elektrolyse einer Kaliumhydroxid-Lösung detailliert erläutern die ph-abhängigkeit des Potentials einer Wasserstoffhalbezelle und einer Sauerstoffhalbzelle beschreiben und mithilfe der Nernst- Gleichung mathematisieren ebenso die Wasserstoffgewinnung aus sauren Lösungen erläutern erklären können, warum noch heute ein Großteil des Wasserstoffs nicht elektrolytisch aus Wasser, sondern aus Erdgas (Methan) oder Erdöl gewonnen wird. das erste und zweite Faraday sche Gesetz nennen eine experimentelle Vorgehensweise zur Herleitung der Faraday- Gesetze, zur Proportionalität zwischen abgeschiedener Stoffmenge und der Zeit bzw. der Stromstärke erläutern die Ladungsmenge Q bei gegebener Zeit und Stromstärke berechnen die Ladungsmenge Q berechnen können, die nötig ist, um 1 mol einer gegebenen Teilchensorte abzuscheiden. die Ladungsmenge Q berechnen können, die nötig ist, um eine gewünschte Masse eines gegebenen Stoffes abzuscheiden. die Faraday-Konstante F nennen, aus gegebenen Daten berechnen und in ihrer Bedeutung erläutern die Gleichung n = (I*t) / (z*f) für die Berechnung verschiedener Größen anwenden können: Berechnung von Massen, Volumina, Stoffmenge, Stromstärken, Zeiten, die elektrische Energie (elektrische Arbeit W) berechnen Stromkosten berechnen Gründe angeben können, weshalb eine Elektrolysezelle nie eine Ausbeute (Stromausbeute) von 100 % aufweist. die Ausbeute einer Elektrolyse aus gegebenen Daten berechnen können bzw. eine gegebene Ausbeute in die Kalkulation benötigter Elektrolysezeiten, -ströme etc. einbeziehen.... den Sinn der Nernst schen Gleichung erläutern... modellhaft erklären könne, warum das Redoxpotential konzentrations- und temperaturabhängig ist.... die Nernst sche Gleichung in verschiedenen Formen (ln, lg, auf 25 C bezogen, mit einsetzbarer Temperatur usw.) notieren... für alle denkbaren Redoxpaare/Halbzellen die Nernst sche Gleichung sicher aufstellen können (z.b. Kupferhalbzelle, Zinkhalbzelle, Fe 2+ /Fe 3+ -Halbzelle, Sauerstoffhalbzelle, Wasserstoffhalbzelle, NHE usw.)... mit der Nernst schen Gleichung sicher das Standardelektrodenpotential von Redoxpaaren und anschließend U berechnen... die ph-abhängigkeit des Redoxpotentials anhand Nernst erläutern und berechnen Überspannung als Phänomen siehe oben! Des Weiteren wissen, dass die Überspannung bei der Entladung von Metallionen eher gering ist, sie bei der Beteiligung von Gasen hingegen recht hoch sein kann. Faktoren nennen können, von denen die Überspannung abhängig ist (Elektrodenmaterial, Stromdichte).

die Begriffe Überpotential und Überspannung unterschieden Überpotentiale in die Vorhersage einbeziehen können, welche Reaktionen bei einer Elektrolyse ablaufen, und dabei auch ein Spannungsdiagramm verwenden erläutern können, dass einige großtechnische Elektrolysen nur aufgrund des Überspannungsphänomens so ablaufen, wie sie ablaufen. einfache Erklärungsansätze zur Klärung des Überspannungsphänomens nennen Elektrodenmaterial so einsetzen können, dass die gewünschten Produkte entstehen.