Versuchsanleitungen und ... - Chik.die-sinis.de

Unterrichtsreihe 

Wenn der Strom nicht aus der Steckdose kommt... 

mobile Energiespeicher 

Lernstraße 

Grundlagen der Elektrochemie 

Versuchsanleitungen und 

Gefährdungsbeurteilungen 

Materialien der Arbeitskreises „Chemie im Kontext“ im Kölner Modell 

Version April 2009 

www.chik.die-sinis.de 

www.chik.de 

www.koelnermodell.de

Inhaltsverzeichnis 

Vorbemerkungen .............................................................................................................. 3 

V 1.1 Die Redoxreihe ........................................................................................................ 4 

V 1.2 Spannungsreihe der Metalle ..................................................................................... 6 

V 2.1 Redoxreaktionen zwischen Nichtmetallen und ihren Ionen........................................... 8 

V 3.1 Bestimmung des Standard-Elektroden-Potentials einer Zn/Zn 2+ - Halbzelle mithilfe der 

Standard-Wasserstoff-Elektrode ............................................................................ 10 

V 4.1 Galvanisches Element aus einer Wasserstoff- und einer Chlor-Halbzelle ...................... 12 

V 4.2 Spannungsermittlung zwischen Halogenhalbzellen .................................................... 14 

V 5.1 Zinkblech in Zinksulfatlösung mit Konzentrationsgefälle............................................. 16 

V 5.2 Konzentrationszelle ................................................................................................ 17 

V 5.3 Verdünnungsreihe ................................................................................................. 18 

V 5.4 Konzentrationskette ............................................................................................... 19 

V 6.1 Modellversuch zum Volta-Element ........................................................................... 21 

V 6.2 Herstellung von Zitronenbatterien mit unterschiedlicher Energie ................................ 22

3 

Vorbemerkungen 

Liebe Kolleginnen und Kollegen, 

die hier vorliegenden Gefährdungsbeurteilungen nach dem Schutzstufenmodell entsprechen den 

Bestimmungen der RISU-NRW von März 2007. 

Die Experimente der Lernstraße sind hier alle nach dem Schutzstufenmodell klassifiziert und es 

sind, wo nötig, Erläuterungen zur Verwendung der entsprechenden Gefahrstoffe gegeben. 

Als Quelle für die R- und S-Sätze dienten 

http://www.merck-chemicals.de, 

http://www.gestis.de. 

Wenn möglich, wurden die R- und S-Sätze für die in den Vorschriften angegebenen Konzentrationen 

angegeben. In Fällen, in denen dies nicht möglich war, wurden die R- und S-Sätze für höhere 

Konzentrationen bzw. für den Reinstoff verwendet. 

Dennoch sind Sie selber gefordert, die entsprechenden Einstufungen, die wir nach bestem Wissen 

getätigt haben, kritisch zu hinterfragen. Dies können Sie auf dem entsprechenden Feld jeweils 

durch Ihre Unterschrift dokumentieren und damit der Dokumentationspflicht der RISU-NRW Genüge 

tun. 

Bitte melden Sie uns Fehler und Fehleinschätzungen! 

Schutzstufe Gefahrensymbole 

1 keine Gefahrensymbole 

oder: 

2 

und geringe Exposition 

3 

4 

keine KMR-Stoffe 

KMR-Stoffe

4 

V 1.1 Die Redoxreihe 

Versuchsanleitung 

Geräte 

3 Bechergläser (BG) 

Schmirgelpapier bzw. Stahlwolle 

weiches Tuch 

Pasteur-Pipette 

Chemikalien 

Eisenblech 

Kupferblech 

Silberblech 

Eisen(II)sulfat-Lösung 

c = 0,1 mol·L -1 

w≥ 25%: Xn 

20%

5 

Entsorgung 

Die Lösungen können für mehrere Versuche benutzt werden, vorausgesetzt, sie 

werden nicht untereinander gemischt. 

Zur endgültigen Entsorgung müssen die Lösungen später zu den anorganischen 

Abfällen gegeben werden. (Hierzu Absprache mit der Lehrperson treffen!) 

Silbersalzlösungen dürfen keinesfalls ins Abwasser gelangen und sind 

ätzend! 

Substitutions-Prüfung durchgeführt 

Ergebnis: Silbernitrat kann nicht substituiert werden. Die Konzentration und Stoffmenge ist minimiert. 

Gefahren durch Einatmen oder Hautkontakt mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft: 

Hautkontakt mit Silbernitratlösung vermeiden! 

Brand- oder Explosionsgefahr mit Schema II (Heft 3, Seite27) geprüft: keine 

Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: Abwassergefährdung, Entsorgung 

beachten! 

Maßnahmen: (Symbole bedeuten: Mindeststandards, Schutzbrille, Handschuhe, Abzug, geschl.System, Lüften, Brandschutz) 

TRGS 

500 

Schülerversuch, Schutzstufe 1 

Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

6 

V 1.2 Spannungsreihe der Metalle 


Geräte 

4 100 mL Bechergläser 

Elektroden aus Eisen, Kupfer, Silber und Zink 

Kabel 

Spannungsmessgerät 

Filterpapier 

Chemikalien 

Eisen(II)sulfat-Lösung 

c = 0,1 mol·L -1 

w≥ 25%: Xn 

20%

7 



beachten! 


TRGS 

500 


Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

8 

V 2.1 

Redoxreaktionen zwischen Nichtmetallen und ihren Ionen 

Geräte 

5 RG mit passenden Stopfen 

RG-Ständer 

5 Pipetten 

Chemikalien 

Kaliumchlorid-Lösung 

(c = 0,1 mol·L -1 ) 

Kaliumbromid-Lösung 

(c = 0,1 mol·L -1 ) 

Kaliumiodid-Lösung 

(c = 0,1 mol·L -1 ) 

Tropfflasche mit Chlorwasser (verd.) 

Tropfflasche mit Bromwasser (verd.) 

- R: - S: - 

- R:- S:- 

- R:- S:- 

Xn 

N 

Xn 

N 

3%

9 

b. In jedes der RG wird mittels Pipette ca. 1 mL Heptan gegeben, mit einem 

Stopfen verschlossen und gut geschüttelt. 

Notieren Sie Ihre Beobachtungen in die Tabelle! 

Entsorgung 

Entsorgen Sie den Inhalt der RG in die bereitgestellte Flasche und spülen Sie die 

RG mit Wasser aus. 

Die Herstellung von Chlorwasser ist unangenehm. Eine pragmatische Lösung ist, eine Hypochloritlösung 

und eine Salzsäurelösung gleicher Konzentration unmittelbar vor dem Experiment zu mischen. 

So erhält man bei hinreichend geringer Konzentration Chlorwasser ohne eine Chlorbelastung 

der Luft. Eine Alternative ist die Elektrolyse von Salzsäure durch die Lehrkraft. 

Bei Verwendung von Tropfflaschen für Chlor- und Bromwasser muss bei V 2.1 nicht unter dem 

Abzug gearbeitet werden, da hierbei Chlor und Brom sofort reduziert werden und somit die Kontamination 

der Raumluft weitgehend vermieden wird. Das ist auch ein Grund, weshalb bei den 

Einzelversuchen auf die Kombination KCl(aq) und Bromwasser verzichtet wurde. 

Entsorgung: Oxidation der Halogene mit Natriumthiosulfat. Alle Reagenzgläser mit Natriumthiosulfat-Lösung 

spülen. 

Substitutions-Prüfung durchgeführt: 

Ergebnis: Chlorwasser und Bromwasser können nicht substituiert werden. Die Konzentrationen und 

Stoffmengen sind minimiert. 


Hautkontakt mit Bromwasser, Iodwasser und Heptan vermeiden. 

Brand- oder Explosionsgefahr mit Schema II (Heft 3, Seite27) geprüft: von Zündquellen fernhalten. 

Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: Entsorgung und sorgfältige Vernichtung 

der Halogene beachten! 


TRGS 

500 

Lehrerversuch/Schülerversuch Schutzstufe 2 

Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

10 

V 3.1 Bestimmung des Standard-Elektroden-Potentials einer Zn/Zn 2+ - Halbzelle 

mithilfe der Standard-Wasserstoff-Elektrode 

Geräte 

U-Rohr (dreischenklig) 

2 Platin-Elektroden 

Zink-Elektrode 

Spannungsquelle 

Spannungsmessgerät 

Chemikalien Salzsäure-Lösung (c = 1 mol·L -1 ) w>25%: C 

10%

11 

Die Verwendung von Salzsäure birgt das Problem des bei der Elektrolyse entstehenden Chlors. Das 

Arbeiten unter dem Abzug kann dadurch umgangen werden, dass nur kurz (weniger als 1 min) 

elektrolysiert wird, so wird das entstehende Chlor nahezu vollständig im Wasser gelöst. Die Spannung 

muss dabei gering gehalten werden, so dass an der Anode kaum oder keine Gasentwicklung 

zu beobachten ist. 

Entsorgung: Oxidation des Chlors mit Natriumthiosulfat. Alle Elektroden und Geräte mit Natriumthiosulfat-Lösung 

spülen. 

Chlor: T, N, R23-36/37/38-50, S9-45-61 

Wasserstoff: F+, R12, S9-16-33, 

Substitutions-Prüfung durchgeführt: 

Ergebnis: Salzsäure könnte durch Schwefelsäure substituiert werden, die Messergebnis sind dann 

jedoch schlecht. Konzentration des entstehenden Chlors wird durch kurze Elektrolysezeiten minimiert. 

Vorsichtshalber sollte unter dem Abzug gearbeitet werden. 

Gefahren durch Einatmen oder Hautkontakt 

mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft: Unter dem Abzug arbeiten und Hautkontakt vermeiden. 

Brand- oder Explosionsgefahr mit Schema II (Heft 3, Seite27) geprüft: durch Wasserstoff, 

Konzentration ist jedoch minimiert. 

Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: Entsorgung beachten und auf 

sorgfältige Vernichtung des Chlors achten. 


TRGS 

500 

Schülerversuch Schutzstufe 2 

Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

12 

V 4.1 Galvanisches Element aus einer Wasserstoff- und einer Chlor-Halbzelle 


Geräte 

U-Rohr 

Graphit-Elektroden 

Stativmaterial 

Spannungsquelle mit Kabel 

Messgerät 

Chemikalien Salzsäure (c = 1 mol·L -1 ) w>25%: C 

10%

13 

TRGS 

500 


Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

14 

V 4.2 Spannungsermittlung zwischen Halogenhalbzellen 


Geräte 

3 U-Rohre mit Fritte 

3 Bechergläser 

6 Graphit-Elektroden mit Stopfen 

3 Stative mit Klammer 

2 Kabel und Messgerät 

Chemikalien Kaliumchlorid-Lösung (c = 2 mol·L -1 ) - R: - S: - 

Kaliumbromid-Lösung (c = 2 mol·L -1 ) - R: - S: - 

Kaliumiodid-Lösung (c = 2 mol·L -1 ) - R: - S: - 

Durchführung 

Chlorwasser (verd.) 

Bromwasser (verd) 

Xn 

N 

Xn 

N 

3%

15 


mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft: Hautkontakt vermeiden 


Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: Auf die sorgfältige Vernichtung der 

Halogene achten. 


TRGS 

500 


Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

16 

V 5.1 Zinkblech in Zinksulfatlösung mit Konzentrationsgefälle 

Versuchsanleitung (Lehrerversuch) 

Geräte 

Reagenzglas 

Chemikalien Zinkblech R: - S: - 

Zinksulfat (ZnSO 4 ) 

Xn 

N 

R: 22-41-50/53 S: 2-22-26-39-46- 

60-61 

Durchführung In dem Reagenzglas wir festes Zinksulfat ca. 2 cm hoch eingefüllt und mit 

einem Glasstab festgedrückt. Dann wird ein Zinkblechstreifen hineingestellt 

und vorsichtig Wasser hineingeschichtet. Das RG wird mit einem Stopfen 

verschlossen, der Aufbau bleibt mindestens eine Woche stehen. 

Entsorgung 

Schwermetallabfälle, dürfen keinesfalls in die Kanalisation gelangen! 

(wird vom Lehrer gemacht, bitte den Versuch für die nächsten Gruppen stehen 

lassen) 

Substitutions-Prüfung nicht erforderlich: 


mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft: Hautkontakt vermeiden. 



beachten! 


TRGS 

500 


Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

17 

V 5.2 Konzentrationszelle 

Geräte 

z.B. U-Rohr mit Fritte 

Chemikalien Zinkblech R: - S: - 

Zinksulfat (ZnSO 4 ) 

Xn 

N 

R: 22-41-50/53 S: 2-22-26-39-46- 

60-61 

Durchführung In dem U-Rohr werden die beiden Schenkel mit einer konzentrierten und 

einer stark verdünnten Zinksulfat-Lösung befüllt, jeweils ein Zinkblech eingetaucht 

und die Spannung gemessen. 

Entsorgung 

Die Lösung ist Schwermetallabfall, sie darf keinesfalls in die Kanalisation gelangen! 

(wird vom Lehrer entsorgt, bitte den Versuch für die nächsten Gruppen 

stehen lassen) 



mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft: keine 



beachten! 


TRGS 

500 


Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

18 

V 5.3 Verdünnungsreihe 

Geräte 

Becherglas 

Vollpipette 2 mL 

Messzylinder 20 mL 

Chemikalien Silbernitratlösung, c = 1 mol·L -1 C 

N 

w> 10%: C 

5%≤w

19 

Substitutions-Prüfung durchgeführt 

Ergebnis: Silbernitrat kann nicht substituiert werden. Die Konzentration und Stoffmenge ist minimiert. 


Hautkontakt mit Silbernitratlösung vermeiden! 



beachten! 


TRGS 

500 


Datum:......................... 

Unterschrift:......................................... 

V 5.4 Konzentrationskette 

Geräte 

Chemikalien 

Elektrochemiekasten oder 

geteilte Petrischalen, Silberelektroden 

Silbernitratlösungen 

c = 0,1 mol·L -1 

c = 0,01 mol·L -1 

c = 0,001 mol·L -1 

c = 0,0001 mol·L -1 

C 

N 

w< 10%: C 

5%≤w

20 



beachten! 


TRGS 

500 


Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

21 

V 6.1 Modellversuch zum Volta-Element 

Geräte 

U-Rohr, Trichter, Zink-Elektrode, Kupfer-Elektrode, Verbindungskabel, Spannungsmessgerät, 

Stativ mit Klammer, Schutzbrille 

Chemikalien verd. Schwefelsäure C w>15%:C 

5%

22 

V 6.2 

Herstellung von Zitronenbatterien mit unterschiedlicher Energie 

Geräte 

metallische Gegenstände: Nägel, Schrauben (keine Legierungen; gleiche Oberfläche, 

die in die Frucht eintaucht) aus Zink (5x), Kupfer (5x),… 

Messer 

6 Elektrokabel 

12 Krokodil-Klemmen 

Spannungsmessgerät (Voltmeter) 

niedrigohmiger Elektromotor 

Kopfhörer 

alter Wecker 

Chemikalien, 

Materialien 

mindestens 5 Zitronen 

Versuch a (obligatorisch) 

Der Versuch wird entsprechend der Abb. -1.1 aufgebaut! 

Zwei metallische Gegenstände werden in einem Abstand 

von 1 cm in die Zitrone gesteckt, sie dürfen sich dabei 

nicht berühren! Dazu wird die Schale der Frucht an zwei 

Stellen eingeritzt und jeweils zwei Gegenstände hineingesteckt. 

Die Gegenstände werden durch Krokodil-Klemmen mit 

den Kabeln und dem Voltmeter verbunden. Spannung 

und Stromstärke werden sofort abgelesen. Für eine 

neue Kombination von Gegenständen verwendet man 

nach Möglichkeit eine neue Zitrone oder steckt nach 

Entfernen der alten Gegenstände in möglichst großem 

Abstand zu den bisherigen Einstichstellen die neuen 

Gegenstände in dieselbe Zitrone. 

Abb. -1.1 Aufbau Zitronenbatterie 

Versuch b (Klärungsversuch) (obligatorisch) 

Ein Becherglas wird mit konzentrierter Zitronensäure-Lösung gefüllt. 

Zwei Gegenstände werden aus der Zitrone gezogen und über ein Kabel mit zwei Krokodil- 

Klemmen direkt miteinander verbunden und in die Lösung getaucht, ohne dass sie sich 

berühren. 

Versuch c (Ergänzungsversuch) (fakultativ) 

Die bestehende Spannung kann zusätzlich nachgewiesen werden, indem der Stecker des 

Kopfhörers an die beiden Bleche gehalten wird. (Auf Anschlussbereiche achten!) 

Versuch d (Zusatzversuch) (fakultativ) 

„Cracks“ haben die Möglichkeit, wenn Sie den Versuch a und b durchgeführt sowie die Arbeitsaufträge 

1-4 gelöst haben, „mehr Energie“ mithilfe von Zitronenbatterien zu liefern. Mit dieser 

kann ein alter batteriebetriebener Wecker funktionstüchtig gemacht werden. 

Es wird ein Versuch wie Versuch 1 aufgebaut, nur werden mehrere Zitronen so hintereinandergeschaltet, 

dass im Stromkreis Gegenstände aus Zink und Kupfer in der Reihenfolge 

immer abwechseln.

23 

Entsorgung 

Die Metalle werden wiederverwendet und die Zitronen im Hausmüll entsorgt. 

Sicherheitshinweis: 

Das Obst darf nach dem Versuch auf keinen Fall mehr 

gegessen werden! 



keine Gefährdung 


Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: Das Obst darf auf keinen Fall nach 

dem Versuch gegessen werden! 


TRGS 

500 


Datum:......................... 

Unterschrift:.........................................

Versuchsanleitungen und ... - Chik.die-sinis.de

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