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

22 KAPITEL 2. ELEKTROCHEMIE 2
2.4 Ionenprodukt des
Wassers
Geräte
• 2 100-ml-Bechergläser
• Filterpapier
• 2 platinierte Platin-Elektroden mit Gaszuleitungsrohr
• Kabel
• Spannungsmessgerät
(Innenwiderstand >1 MΩ)
Chemikalien
• Salzsäure, c(HCl) = 1 mol
l
• Kaliumhydroxid-Lösung,
c(KOH) = 0,001/0,01/0,1/1 mol
l
• ges. Kaliumnitrat-Lösung
Wasserstoff
H3O +
1 mol/l
Wasserstoff−
Elektrode
1,05 V
+ −
Salzbrücke
(mit KNO3
getränktes
Filterpapier)
wechselnde
Konzentration
an Natronlauge
Abb. 2.4: Ionenprodukt des Wassers
Durchführung
Ein Becherglas wird zur Hälfte mit
Salzsäure gefüllt und eine platinierte
Platin-Elektrode mit Gaszuleitungsrohr
eingetaucht. Diese Halbzelle dient als Normal-
Wasserstoffelektrode. In das andere Becherglas
taucht ebenfalls eine platinierte
Platin-Elektrode mit Gaszuleitungsrohr. Den
Wasserstoff bezieht man aus einer Gasflasche,
an die ein Verteilerstück (Dreiwegehahn)
angeschlossen ist, um beide Elektroden
gleichzeitig mit Wasserstoff zu versorgen.
Es werden vier Spannungswerte gemessen.
Dazu füllt man das Becherglas für die einzelnen
Spannungsmessungen mit Natronlauge
verschiedener Konzentration. Die zur Messung
verwendeten Bechergläser werden mit
einem in Kaliumnitrat-Lösung getränkten
Filterpapierstreifen verbunden.
Auswertung
Berechnen Sie aus den erhaltenen Spannungswerten
das Ionenprodukt des Wassers.
Theorie
In den Versuchen 2.2 und 2.3 werden die
Spannungen stets zwischen zwei Halbzellen
unterschiedlicher Elemente gemessen. Jedoch
liefern auch Halbzellen des gleichen Elements
Spannungen, sofern sich die Lösungen
in den Halbzellen in ihren Konzentration
unterscheiden, z.B. eine Kupfer-Halbzelle
mit 0,5 molarer Kupfersulfat-Lösung, die andere
mit 0,1 molarer Kupfersulfat-Lösung.
Diese Form der Halbzellenanordnung bezeichnet
man als Konzentrationselement. Mit
solch einem Konzentrationselement lässt sich
das Ionenprodukt des Wassers bestimmen.
Dabei verwendet man zwei Wasserstoff-
Halbzellen. Die eine Halbzelle enthält stets
eine einmolare Hydroxonium-Ionen-Lösung.
In die andere Halbzelle gibt man eine
Hydroxid-Ionen-Lösung bekannter Konzentration.
Die darin vorliegende Hydroxonium-
Ionen-Konzentration bestimmt man durch
Spannungsmessung zwischen den beiden Halbzellen.
Das Ionenprodukt errechnet sich dann
aus bekannter Hydroxid-Ionen-Konzentration
und aus der Spannungsmessung errechneter
Hydroxonium-Ionen-Konzentration. Berechnet
wird diese mit Hilfe einer abgeleiteten
Form der Nernst-Gleichung.
∆E = 0,059V log cH3O +
cH3O + = 0,059V log cH3O +
1
∆E
cH3O + = 10 0,059V