Skript zum AC-Teil - Anorganische Chemie, AK Röhr, Freiburg

1.4. BLEIAKKU 13
1.4 Bleiakku
Geräte
• Gleichspannungsquelle (0...15 V)
• Voltmeter (0...3 V)
• 2 Bleibleche
• Verbindungskabel
• 250-ml-Becherglas
• Krokodilklemmen
• Glühlampe
Chemikalien
• Schwefelsäure, w(H2SO4) = ca. 20%,
(ätzend, C)
Durchführung
Man füllt zunächst das Becherglas mit der
Schwefelsäure und stellt die beiden Bleiplatten
so hinein, dass sie sich nicht berühren.
Man verbindet die Bleiplatten mittels Krokodilklemmen
mit den Polen der Gleichspannungsquelle.
Nun elektrolysiert man bei 4,5...6
V etwa 2...3 min lang und beobachtet die
Veränderungen an den Elektroden. Anschließend
entfernt man das Netzgerät und schaltet
das Voltmeter zwischen die Elektroden. Anstelle
des Voltmeters setzt man dann noch die
Glühlampe in den Stromkreis.
Auswertung
1. Beobachten Sie bei der Elektrolyse (erster
Ladevorgang) genau die Vorgänge an den
Elektroden, auch eventuelle Farbänderungen.
2. Welche Reaktionen laufen beim ersten Laden
und Entladen ab, wenn von blanken
Bleiblechen ausgegangen wird, welche
bei weiteren Entladungs- und Ladungsvorgängen?
Theorie
Der Bleiakku findet sich heute noch in jedem
Auto. Es handelt sich um ein Sekundärelement,
d.h. es ist wiederaufladbar. Die Redox-
Vorgänge basieren auf unterschiedlichen Oxidationsstufen
des Bleis. Beim Entladevorgang
spielen sich folgende Reaktionen ab.
Pb + SO 2−
4 → PbSO4 + 2 e −
PbO2+4 H + +SO 2−
4 +2 e− → PbSO4+2 H2O
Als Gesamtreaktion für Lade- (von rechts nach
links) und Entladevorgang (von links nach
rechts) erhält man:
Pb + PbO2 + 4 H3O + + 2 SO 2−
4
⇋ 2 PbSO4 + 6 H2O
Diese Gesamtreaktion wirft noch die Frage
auf, welche Reaktionen bei der ersten Elektrolyse
ablaufen, ausgehend von den blanken
Bleiblechen. Auch stellt sich die Frage,
weshalb sich die Bleibleche bei einem Standardpotential
von E o = -0,13 V nicht in der
20%igen Schwefelsäure unter Wasserstoffentwicklumg
auflösen. Dass dies nicht der Fall ist,
liegt einmal mehr an der Überspannung von
Wasserstoff, hier an Bleielektroden. Die Reaktionen
des ersten Ladevorgangs erschließen
sich aus den Beobachtungen. So ist am Minuspol
Wasserstoffentwicklung zu beobachten.
Bereits oxidiertes Blei in Form von Blei(II und
IV)oxid oder Bleisulfat, das die Oberfläche bedeckt,
wird zu elementarem Blei reduziert. Am
Pluspol ist nur geringe Sauerstoffentwicklung
zu beobachten. Hier wird das Blei überwiegend
zu braunem Bleidioxid oxidiert.
Literatur
Handbuch der Experimentellen Chemie Sekundarbereich
II, Band 6, S.178, s. [2]
Handbuch der Experimentellen Chemie Sekundarbereich
II, Band 5, S.382, s. [4]