10.2 Elektrolysen

10.2.1 Verbindungen unter Strom (sorgfältig lesen)

10.2.2 Elektrolysezellen werden zu galvanischen Zellen

A Elektrolysezellen


Zinkbromid kann, gleich der Schmelze, im U-Rohr in wässriger Lösung durch Strom zersetzt werden. Am ⊕-Pol verfärbt sich die Lösung braun. Am ⊖-Pol überzieht sich die Graphitelektrode mit einer grauen Schicht, aus der Verästelungen herauswachsen (Zinkbaum).

Wie in der Schmelze, erzwingt der elektrische Gleichstrom die nicht spontane Umsetzung von gelöstem Zinkbromid zu Zink und Brom.

Aufgabe
Elektrolyse einer wässrigen Zinkbromid-Lösung.
Formulieren Sie die Teilgleichungen und die Gesamtreaktion für die Vorgänge an den Elektroden. Benennen Sie die Pole. Geben Sie die Oxidation und die Reduktion an.








B Galvanische Zellen

Nach einigen Minuten wird die Stromzufuhr unterbrochen und statt der Gleichstromquelle ein kleiner Elektromotor angeschlossen. Dieser fängt an zu drehen.

Durch die Elektrolyse ist ein galvanisches Element entstanden, in diesem findet freiwillig die umgekehrte Reaktion der Elektrolyse statt. Das stärkste vorhandene Oxidationsmittel, Br2, reagiert mit dem stärksten vorhandenen Reduktionsmittel, Zn.

Aufgaben
(1) Formulieren Sie die Teilgleichungen und die Gesamtreaktion für die Vorgänge an den Elektroden. Benennen Sie die Pole. Geben Sie die Oxidation und die Reduktion an.










(2) Geben Sie die Kurzschreibweise (Zelldiagramm) dieser galvanischen Zelle an.




10.3 Gegenüberstellung Elektrolysezelle und galvanische Zelle

In einer Elektrolysezelle wird eine nicht spontane Redoxreaktion erzwungen. In einer galvanischen Zelle findet eine spontane Redoxreaktion statt.
Eine Elektrolysezelle verbraucht Strom aus einer Gleichstromquelle. Eine galvanische Zelle produziert Strom wenn ein Verbraucher angeschlossen ist.
In der Elektrolysezelle wird am ⊕-Pol der Gleichstromquelle durch Elektronenmangel eine Oxidation (Anode) erzwungen. Im galvanischen Element lädt die Oxidation (Elektronenabgabe) die Anode negativ auf (⊖-Pol).
In der Elektrolysezelle wird am ⊖-Pol-Pol durch Elektronenüberschuss eine Reduktion (Kathode) erzwungen. Im galvanischen Element lädt die Reduktion (Elektronenannahme) die Kathode positiv auf (⊕-Pol).
Der Strom fliesst durch die Elektrolysezelle vom ⊕-Pol zum ⊖-Pol der Gleichstromquelle. Der Strom fliesst durch einen Verbraucher vom ⊕-Pol zum ⊖-Pol der galvanischen Zelle.
Die Elektrolysezelle ist ein Verbraucher. Das galvanische Element ist eine Gleichstromquelle.
In der Elektrolysezelle wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. In der galvanischen Zelle wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt.

Aufgabe 10.2
Erstellen Sie für folgende Reaktionen, falls vorhanden, die Anoden-cund Kathodenvorgänge bzw. die Teilgleichungen der Oxidation und Reduktion, sowie die Gesamtgleichung der Redoxreaktion.
(a) In eine Kochsalzschmelze tauchen zwei Graphitelektroden welche an einen Gleichstromgenerator angeschlossen sind. 











(b) In einem U-Rohr wird eine wässrige Kochsalzlösung über Platinelektroden an eine Gleichstromquelle angeschlossen. An einer Elektrode wird Chlorgas gebildet und an der anderen Wasserstoff. 











(c) In einem U-Rohr wird verdünnte Schwefelsäure über Platinelektroden an eine Gleichstromquelle angeschlossen. An einer Elektrode entsteht Sauerstoff und an der anderen Wasserstoff. 











(d) Ein Gemisch aus festem Zink und festem Iod wird durch Zugabe von destilliertem Wasser zur Reaktion gebracht. 











(e) Die in der vorangehenden Aufgabe entstandene Lösung wird mit Hilfe von zwei Graphitelektroden elektrolysiert. An einer Elektrode färbt sich die Lösung gelbbraun an der anderen bildet sich ein grauschwarzer Feststoff. 











(f) Die Stromquelle im Stromkreis der vorangehenden Aufgabe wird entfernt und durch einen kleinen Elektromotor ersetzt. Dieser fängt an sich zu drehen. 











(g) Eine Blei(II)-chlorid-Schmelze wird mit zwei Graphitelektroden an eine Gleichstromquelle angeschlossen. 












Aufgabe 10.3
Das Diaphragmaverfahren ist ein elektrolytischer Prozess zur Herstellung von Chlor, Wasserstoff und Natronlauge aus Natriumchlorid. Die Elektrolysezelle besteht aus zwei, durch eine PTFE-Membran getrennten, Abteilen. Die Membran lässt ausschließlich Na+-Kationen passieren. Die linke Hälfte wird mit konzentrierter NaCl-Lösung beschickt und es wird verdünnte NaCl-Lösung abgeführt. In der rechten Hälfte wird Wasser zugeführt und Lauge abgeführt. 
(a) Zeichnen Sie die Bewegungsrichtung der Elektronen und der Na+-Kationen im Stromkreis ein.


(b) Erstellen Sie die Gleichungen für die Prozesse an den Elektroden und geben Sie die Anode und die Kathode an.











(c) Erstellen Sie die Gleichung für den gesamten Prozess indem Sie die Autoprotolyse mit einbeziehen. Die Edukte sind NaCl-Lösung (Sole) und Wasser.




Aufgaben
Stellen Sie jeweils für die ablaufenden Reaktionen das entsprechende Redoxschema auf (d.h. die Teilgleichungen für den Oxidations- und Reduktionsvorgang sowie die Gesamtgleichung).
1. In eine Kochsalzschmelze tauchen zwei Graphitelektroden welche an einen Gleichstromgenerator angeschlossen sind.    














2. a. Zu einem Gemisch aus festem Zink und festem Iod gibt man destilliertes Wasser. Geben Sie die Teilgleichungen für den Oxidations- und Reduktionsvorgang sowie die Gesamtgleichung an.   














b. Die unter a. hergestellte Lösung wird mit Hilfe von zwei Graphitelektroden elektrolysiert. Stellen Sie für die ablaufenden Reaktionen das entsprechende Redoxschema auf (d.h. die Teilgleichungen für den Oxidations- und Reduktionsvorgang sowie die Gesamtgleichung).














c. Die Elektrolyse wird unterbrochen. Welche Elektroden sind nun vorhanden? Stellen Sie für die ablaufenden Reaktionen das entsprechende Redoxschema auf (d.h. die Teilgleichungen für den Oxidations- und Reduktionsvorgang sowie die Gesamtgleichung).
















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