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Brennstoffzellen - Funktionsweise und Anwendungen

Übungen zum grundlegenden Aufbau von Brennstoffzellen

Die Animation (Abb. 1) zeigt eine Apparatur, deren Becher- und Reagenzgläser mit wässriger Schwefelsäurelösung gefüllt sind (blaue Flüssigkeit). Die folgenden Fragen beziehen sich auf diese Apparatur. Schauen Sie sich die Vorgänge in der Animation an, bevor Sie die Fragen beantworten. Die Animation starten Sie, indem Sie mit der Maus den schwarzen Schalter betätigen.

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Abb.1
Schematischer Aufbau einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle
Aufgabe : Aufgabe 1.1:

Bei welchen Bestandteilen der Abbildung handelt es sich um eine funktionsfähige Brennstoffzelle?

Bitte eine Auswahl treffen.

Bitte eine Auswahl treffen.

richtig

falsch

teilweise richtig

Dies ist die richtige Antwort

Diesen Teil der Apparatur bezeichnet man als Brennstoffzelle. Dabei handelt es sich um einen Brennstoffzellenstack, also mehrere einzelne Brennstoffzellen, die in Reihe zu einer leistungsstärkeren Brennstoffzelle geschaltet werden.

Auch diesen Teil der Apparatur bezeichnet man als Brennstoffzelle, denn er ist in der Lage, aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom zu erzeugen.

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Aufgabe : Aufgabe 1.2:

Die Brennstoffzelle, die in (Abb. 1) dargestellt ist, wird mit den Gasen Wasserstoff und Sauerstoff betrieben. In welchem der beiden Reagenzgläser in den vier Bechergläsern befindet sich der Sauerstoff?

Bitte eine Auswahl treffen.

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richtig

falsch

teilweise richtig

Dies ist die richtige Antwort

In den Reagenzgläsern auf der linken Seite.

In den Reagenzgläsern auf der rechten Seite.

Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) verbinden sich im Verhältnis 2:1 zu Wasser (H2O). Demnach muss der Wasserstoff doppelt so schnell verbraucht werden und sich in den Reagenzgläsern auf der rechten Seite befinden.

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Hilfe 1 von 2

Schalten Sie die Brennstoffzelle ein (Abb. 1) und beobachten Sie, in welchem Verhältnis die Gase verbraucht werden. Stellen Sie die Gleichungen für die Reaktionen an Anode und Kathode auf. Vergleichen Sie die Ergebnisse.

Hilfe 2 von 2

Die Reaktionsgleichungen lauten: 2H2+ 4OH 4H2O+ 4e (Anodenreaktion) und O2+ 2H2O+ 4e 4OH (Kathodenreaktion)

Aufgabe : Aufgabe 1.3:

Im oberen Teil der Apparatur (Abb. 1) links neben dem Galvanometer befindet sich der ...?

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Aufgabe : Aufgabe 1.4:

Welche Funktion hat ein Elektrolyseur?

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richtig

falsch

teilweise richtig

Dies ist die richtige Antwort

Er erzeugt Strom durch die elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser.

Er erzeugt Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff.

Er erzeugt reine Gase aus chemischen Verbindungen.

Er erzeugt Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser.

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Aufgabe : Aufgabe 1.5:

In welchem der beiden Reagenzgläser des Elektrolyseurs ( (Abb. 1) , oben) sammelt sich Wasserstoff-Gas?

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richtig

falsch

teilweise richtig

Dies ist die richtige Antwort

In dem Reagenzglas auf der rechten Seite.

In dem Reagenzglas auf der linken Seite.

Wasser enthält Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) im Verhältnis 2:1. Demnach wird bei der Elektrolyse doppelt so viel Wasserstoff erzeugt. Es sammelt sich folglich in dem Reagenzglas auf der linken Seite.

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Hilfe 1 von 2

Schalten Sie die Brennstoffzelle ein (Abb. 1) und beobachten Sie, in welchem Mengenverhältnis die Gase gebildet werden. Stellen Sie die Gleichungen für die Reaktionen an Anode und Kathode auf. Vergleichen Sie die Ergebnisse.

Hilfe 2 von 2

Die Reaktionsgleichungen lauten: 4H2O+ 4e 2H2+ 4OH (Kathodenreaktion) und 4OH O2+ 2H2O+ 4e (Anodenreaktion)

Aufgabe : Aufgabe 1.6:

Lassen Sie die Animation (Abb. 1) bis zum Ende laufen! Warum stoppt die Gasentwicklung im Elektrolyseur?

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richtig

falsch

teilweise richtig

Dies ist die richtige Antwort

Die schwefelsaure Lösung im Elektrolyseur ist verbraucht.

Die Brennstoffe in der Brennstoffzelle sind verbraucht.

Der Sauerstoff in der Brennstoffzelle ist verbraucht.

Der Katalysator im Elektrolyseur ist vergiftet.

Der Wasserstoff in der Brennstoffzelle ist verbraucht.

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Hilfe 1 von 1

Ein Brennstoff in der Brennstoffzelle ist verbraucht.

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