Skript zum AC-Teil - Anorganische Chemie, AK Röhr, Freiburg
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8 KAPITEL 1. ELEKTROCHEMIE 1 Theorie Die Wanderung von Ionen im elektrischen Feld wird hier anhand eines sehr einfachen Versuchsaufbaus gezeigt. Die Hydroxonium- Ionen wandern zum Minuspol, die Hydroxid- Ionen zum Pluspol. Dabei ist das Verhältnis der Ionenleitfähigkeiten erkennbar, die der Hydroxonium-Ionen beträgt λ = 349,8 cm2 Ωmol , die der Hydroxid-Ionen λ = 198 cm2 Ωmol . Die Hydroxonium-Ionen wandern somit in der gleichen Zeit erheblich weiter. Als Nebenerscheinung tritt an den Elektroden Wasserelektrolyse auf. Im Bereich des Kupferblechs, das mit dem Minuspol verbunden ist, erhält man daher eine Blaufärbung des Universalindikatorpapiers. Minuspol: 2 H2O + 2 e − → H2 + 2 OH − Pluspol: 6 H2O → O2 + 4 H3O + + 4 e − Literatur Handbuch der Experimentellen Chemie Sekundarbereich II, Band 6, S.143, s. [2] .
1.2. HOFMANN-APPARATUR: FARADAYSCHE GESETZE UND ELEMENTARLADUNG9 1.2 Hofmann-Apparatur: Faradaysche Gesetze und Elementarladung Geräte • Gleichspannungsquelle (0...15 V) • Stoppuhr • Amperemeter (0...0,3 A) • Hofmannscher Zersetzungsapparat mit Platinelektroden • Verbindungskabel • Holzspan • Reagenzglas • Bunsenbrenner Chemikalien • Schwefelsäure, c(H2SO4) = 0,5 mol l Platinelektroden Schwefelsäure 8 V + − 125 mA + − 0V 10V + − Abb. 1.2: Hofmannscher Zersetzungsapparat Durchführung Der Hofmannsche Zersetzungsapparat wird so mit Schwefelsäure gefüllt, dass der Flüssig- 20V keitsspiegel die Hähne nicht ganz erreicht, und die Elektroden werden über das Amperemeter mit der Gleichspannungsquelle verbunden. Es wird zunächst bei etwa 125 mA 5 min lang bei geöffneten Hähnen elektrolysiert, da Sauerstoff merklich in Wasser löslich ist und die Lösung im Anodenraum vor der Messung mit Sauerstoff gesättigt sein muss. Nach Beendigung der Vorelektrolyse werden die Hähne geschlossen. Bei der folgenden eigentlichen Elektrolyse wird die genaue Stromstärke notiert und mit Beginn der Elektrolyse die Zeit gestoppt. Nach einer min liest man die im Kathodenraum entstandene Gasmenge ab, nach einer weiteren min die im Anodenraum entstandene Gasmenge usw.; jede min wird abwechselnd über 10- 15 min lang abgelesen. Man notiert die Werte in Form einer Wertetabelle. Nach Beendigung der Elektrolyse werden in beiden Räumen die Endvolumina abgelesen. Durch die Probe mit dem glimmenden Holzspan wird das im Anodenraum entstandene Gas als Sauerstoff, durch die Knallgasprobe das im Kathodenraum entstandene Gas als Wasserstoff identifiziert. Auswertung 1. In welchem Verhältnis sind die beiden Gase entstanden? 2. Tragen Sie in einem Diagramm die Volumina der beiden Gase gegen die durchflossene Ladungsmenge auf und bestätigen Sie damit das erste Faradaysche Gesetz. 3. Bestätigen Sie aus dem Versuchsergebnis ebenfalls die Faradaysche Konstante. (F = 96490 C mol ) 4. Bestimmen Sie bei bekannter Loschmidt- Konstante, auch Avogadro-Konstante genannt, die Elementarladung nach e = F NL . (NL = 6,022 · 1023 1 mol )
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1.2. HOFMANN-APPARATUR: FARADAYSCHE GESETZE UND ELEMENTARLADUNG9<br />
1.2 Hofmann-Apparatur:<br />
Faradaysche Gesetze und<br />
Elementarladung<br />
Geräte<br />
• Gleichspannungsquelle (0...15 V)<br />
• Stoppuhr<br />
• Amperemeter (0...0,3 A)<br />
• Hofmannscher Zersetzungsapparat mit Platinelektroden<br />
• Verbindungskabel<br />
• Holzspan<br />
• Reagenzglas<br />
• Bunsenbrenner<br />
Chemikalien<br />
• Schwefelsäure, c(H2SO4) = 0,5 mol<br />
l<br />
Platinelektroden<br />
Schwefelsäure<br />
8 V<br />
+ −<br />
125 mA<br />
+ −<br />
0V<br />
10V<br />
+ −<br />
Abb. 1.2: Hofmannscher Zersetzungsapparat<br />
Durchführung<br />
Der Hofmannsche Zersetzungsapparat wird so<br />
mit Schwefelsäure gefüllt, dass der Flüssig-<br />
20V<br />
keitsspiegel die Hähne nicht ganz erreicht, und<br />
die Elektroden werden über das Amperemeter<br />
mit der Gleichspannungsquelle verbunden. Es<br />
wird zunächst bei etwa 125 mA 5 min lang bei<br />
geöffneten Hähnen elektrolysiert, da Sauerstoff<br />
merklich in Wasser löslich ist und die Lösung<br />
im Anodenraum vor der Messung mit Sauerstoff<br />
gesättigt sein muss. Nach Beendigung der<br />
Vorelektrolyse werden die Hähne geschlossen.<br />
Bei der folgenden eigentlichen Elektrolyse wird<br />
die genaue Stromstärke notiert und mit Beginn<br />
der Elektrolyse die Zeit gestoppt. Nach<br />
einer min liest man die im Kathodenraum entstandene<br />
Gasmenge ab, nach einer weiteren<br />
min die im Anodenraum entstandene Gasmenge<br />
usw.; jede min wird abwechselnd über 10-<br />
15 min lang abgelesen. Man notiert die Werte<br />
in Form einer Wertetabelle. Nach Beendigung<br />
der Elektrolyse werden in beiden Räumen die<br />
Endvolumina abgelesen.<br />
Durch die Probe mit dem glimmenden Holzspan<br />
wird das im Anodenraum entstandene<br />
Gas als Sauerstoff, durch die Knallgasprobe<br />
das im Kathodenraum entstandene Gas als<br />
Wasserstoff identifiziert.<br />
Auswertung<br />
1. In welchem Verhältnis sind die beiden Gase<br />
entstanden?<br />
2. Tragen Sie in einem Diagramm die Volumina<br />
der beiden Gase gegen die durchflossene<br />
Ladungsmenge auf und bestätigen<br />
Sie damit das erste Faradaysche Gesetz.<br />
3. Bestätigen Sie aus dem Versuchsergebnis<br />
ebenfalls die Faradaysche Konstante. (F<br />
= 96490 C<br />
mol )<br />
4. Bestimmen Sie bei bekannter Loschmidt-<br />
Konstante, auch Avogadro-Konstante genannt,<br />
die Elementarladung nach e = F<br />
NL .<br />
(NL = 6,022 · 1023 1<br />
mol )
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