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5.Elektrochemie
Redoxreaktionen, elektrochem. Spannungsreihe, galvanische Zellen, Batterien, Akkumulatoren, Brennstoffzellen, Elektrolyse, Schmelzflusselektrolyse,Chloralkali-Elektrolyse.
Elektrochemische Spannungsreihe
oxidierte Form / reduzierte Form
Eo(V) Halbgleichung
F2 / F- 2,87 F2 + 2 e- = 2 F-
H2O2 / H2O 1,77 H2O2 + 2 H+ + 2 e- = 2H2O
Au3+ / Au 1,42 Au3+ + 3 e- = Au
Cl2 / Cl- 1,36 Cl2 + 2 e- = 2 Cl-
O2 / H2O 1,23 O2 + 4 H+ + 4 e- = 2 H2O
Br2 / Br- 1,07 Br2 + 2 e- = 2 Br-
Hg2+ / Hg 0,85 Hg2+ + 2 e- = Hg
Ag+ / Ag 0,80 Ag+ + e- = Ag
Fe3+ / Fe2+ 0,77 Fe3+ + e- = Fe2+
O2 / H2O2 0,68 O2 + 2 H+ +2 e- = H2O2
I2 / I- 0,54 I2 + 2 e- = 2 I-
Cu2+ / Cu 0,34 Cu2+ + 2 e- = Cu
H+ / H2 0 2 H+ + 2e- = H2
Sn2+ / Sn -0,14 Sn2+ + 2 e- = Sn
Fe2+ / Fe -0,44 Fe2+ + 2 e- = Fe
Zn2+ / Zn -0,76 Zn2+ + 2 e- = Zn
Al3+ / Al -1,66 Al3+ + 3 e- = Al
Na+ / Na -2,71 Na+ + e- = Na
Das Vorzeichen des ausgewählten Standardpotentiale entspricht der heute vorrangig verwendeten Reduktionsschreibweise, d.h. alle Elektronen-übertragungen werden als Reduktion formuliert (letzte Spalte der Tabelle). Anders als in obiger Tabelle findet man in der Literatur häufig eine Reihung, die mit den negativen Standardpotentialen beginnt.
Standardpotentiale, Normalpotentiale,Reduktionspotentiale
Die Normal-Wasserstoffelektrode
T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)
Zellschema:Anode: Kathode
Zn(s) | Zn2+ (1mol/l) || H+ (1mol/l) | H2 (g , 1 atm)Temperatur: 298.15 K
T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)
Chemische Reaktionen an den Elektroden
Anodenreaktion (Oxidation):
Zn = Zn2+ + 2e-
Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2
Zn +2OH- = Zn(OH)2 + 2e-
Zn2+ + 4NH3 = [Zn(NH3)4]2+
Cd analog
Pb (s) + SO42- = PbSO4 (s) + 2e-
MeH + OH- = Me + H2O + e-
C6Li = Li+ + 6C + e-
Kathodenreaktion (Reduktion):
MnO2 + 8NH4+ + 2e- =2Mn3+ + 4H2O +8NH3
MnO2 + H2O + e- =2MnO(OH) + OH-
HgO + H2O + 2e- = Hg(l) + 2OH-
Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH-
PbO2 (s) + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 (s) + 2H2O
NiOOH + H2O + e- = Ni(OH)2 + OH-
CoO2 + Li+ + e- = LiCoO2
Galvanische Elemente(Batterien, Akkumulatoren)
a) Daniell-Element(Kupfer-Zink Zelle)
T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)
b) Die Alkali-Mangan-Zelle(Zink-Manganoxid- Zelle)
P. W. Atkins, L. Jones: „Chemie - einfach alles“ (Wiley-VCH)
Die Alkali-Mangan-Zelleals Knopfzelle
T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)
c) Die Quecksilber-Knopfzelle(Quecksilberoxid-Zink-Zelle)
d) Der Blei-Akkumulator
R.E. Dickerson, I. Geis: „Chemie - eine lebendige und anschauliche Einführung“ (Verlag Chemie)
e) Lithiumionen-Batterien
Brennstoffzellen
Beispiel Knallgaszelle(Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle)
T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)
Elektrolyse
a) Die Schmelz(fluss)elektrolyse von Natriumchlorid
L. Pauling: „Chemie - Eine Einführung“ (Verlag Chemie)
b) Herstellung von Aluminium (Schmelzflusselektrolyse
von Aluminiumoxid )
L. Pauling: „Chemie - Eine Einführung“ (Verlag Chemie)
c) Elektrolyse wässriger Lösungen Beispiel: Chlor-Alkali-Elektrolyse
Ch. E. Mortimer, U. Müller: „Chemie - Das Basiswissen der Chemie“ (Thieme)
d) Elektrolytische Reinigung von Rohkupfer
(Raffination von Kupfer)