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Elektrische Arbeit

Das Daniell-Element

Bei diesem Versuch taucht eine Zink-Elektrode in eine wässrige Zinksulfatlösung ein und eine Kupfer-Elektrode in eine wässrige Kupfersulfatlösung. Werden die Lösungen durch einen Elektrolytschlüssel (Salzbrücke) miteinander verbunden, so kann die Reaktion durch den Elektronenfluss von der Zink-Elektrode zur Kupfer-Elektrode gesteuert werden.

Abb.1
Versuchsaufbau des Daniell-Elements

Bei der Oxidation von 1 Mol Zink geht Zn2+ in Lösung, es werden 2 Mol Elektronen frei. Die Elektronen reduzieren die Cu2+ -Ionen, metallisches Kupfer scheidet sich ab.

Zn 2e+ Zn2+
Cu2++ 2e Cu
Cu2++ Zn Cu+ Zn2+

Der Heber ermöglicht dabei den Ladungstransport zwischen den Lösungen, ohne dass sich diese durchmischen können. Eine Anordnung dieser Art heißt galvanische Kette. Die hier verwendete Kette nennt man Daniell-Element.

Versuchsdurchführung

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Abb.2
Daniell-Element mit zusätzlicher Animation und pH-mV-Meter.

Die Kupfer- und Zink-Elektrode werden in die Bechergläser mit jeweils 25 mL 1 M-Lösung ihrer Kationen gesetzt. Das dritte Glas wird mit der gleichen Menge 1 M KNO3-Lösung gefüllt. Mit den beiden Hebern werden die Lösungen leitend verbunden. Die Heber enthalten 1 M KNO3-Lösung, die mit 5% Agar-Agar versetzt wurde. Die Spannung zwischen den Elektroden kann mit dem pH-mV-Meter direkt gemessen werden. (Messbereich: 1400 mV Vollausschlag).

Auswertung

Aus n Molen transportierter Elektronen, der Faradaykonstante F und der gemessenen Spannung E von 1095 mV ergibt sich für die elektrische Arbeit Wel:

Wel = - n F E = - 2 mol 96484,6  C mol-1 1,095  V = 211,3 kJ
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