Elektrolysezelle

OberschuleChemieElektrolysezellen mit konstantem Widerstand, Reaktionsschwellenspannungen, Faraday-Stöchiometrie und begrenztem Kupfervorrat

Klicken Sie auf den orangefarbenen Stromkreiskontakt und schalten Sie dann die Stromversorgung ein. Ziehen Sie den Abstandshalter, kehren Sie die Polarität um oder vergleichen Sie Kupfer- und iner­te Anoden.

3D

Ziehe den Apparat, um ihn anzupassen. Ziehe den Hintergrund, um ihn zu drehen. Scrolle zum Zoomen.

Messprotokoll

Ändere die Einstellungen, teste eine Vorhersage und speichere das Ergebnis. Es werden bis zu 12 Momentaufnahmen gespeichert.

Über dieses Experiment

Schalten Sie eine virtuelle Elektrolysezelle zusammen und vergleichen Sie Kupfersulfat mit inerten oder löslichen Kupferanoden. Wechseln Sie anschließend zur Wasserspaltung in Natriumsulfat. Messen Sie die Ladung, die abgeschiedene Kupfermenge und die Gasvolumina, während Sie Elektrodenabstand, Fläche und Spannung verändern.

Lernziele

  • Ordnen Sie die Oxidation der positiven Anode und die Reduktion der negativen Kathode zu.
  • Setzen Sie die Produktmengen in Beziehung zur Ladung und nicht allein zur Spannung.
  • Erläutern Sie die Funktion einer löslichen Kupferanode.

Anleitung

  1. 1Schließen Sie den Stromkreis und schalten Sie die Spannungsquelle ein. Erfassen Sie nach einer festgelegten Einwirkungsdauer die Stromstärke und die Produkte.
  2. 2Vergrößern Sie den Elektrodenabstand, während alle anderen Einstellungen unverändert bleiben, und vergleichen Sie die Stromstärke.
  3. 3Wechseln Sie von einer inerten Anode zu einer Kupferanode und vergleichen Sie die Ionenkonzentration.
  4. 4Kehren Sie die Polarität um und bestimmen Sie, an welchen Stellen Reduktion und Oxidation stattfinden.

Das Modell

Die Einschaltzeit und die angenommene konstante Stromstärke bestimmen die Ladungsmenge.
Bei der Kupferabscheidung und beim Auflösen der löslichen Anode werden pro Kupferatom jeweils zwei Elektronen ausgetauscht.
Bei der Wasserspaltung in einer Sulfatlösung entsteht doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff.

Annahmen

  • Der Widerstand ist eine veranschaulichende, feste Funktion der Anfangskonzentration, der Fläche und des Abstands; er bildet weder die Elektrodenkinetik noch die sich ändernde Leitfähigkeit ab.
  • Der Reaktionsbeginn liegt bei der Kupferabscheidung mit einer inerten Anode bei 1,5 V, beim Transfer mit löslicher Kupferanode bei 0,2 V und im Fall der Wasserspaltung bei 1,8 V. Dies sind Modelleinstellungen und keine universellen Schwellenwerte.
  • Der gesamte Strom erzeugt die aufgeführten Reaktionsprodukte. Die Kupferabscheidung an einer inerten Anode endet, wenn die Cu²⁺-Ionen aufgebraucht sind, anstatt zu einer anderen Kathodenreaktion überzugehen.
  • Die lösliche Kupferanode enthält zu Beginn 2 g Kupfer. Für die Gasvolumina gelten 298,15 K und 1 bar. Die Darstellung der Elektroden ist schematisch.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum bleibt bei einer löslichen Kupferanode die ideale Kupferionenkonzentration im Bad erhalten?
  2. Q2Was ändert sich, wenn die Stromquelle umgepolt wird?

Häufig gestellte Fragen

Werden bereits gesammelte Produkte beim Öffnen des Stromkreises gelöscht?

Nein. Die Belichtungszeit wird angehalten und der Strom wird null, während das bereits erzeugte Kupfer und Gas erhalten bleiben.

Wird eine echte Zelle immer stoppen, wenn die Kupferionen aufgebraucht sind?

In einer echten Zelle können andere Reaktionen übernehmen. Dieses Modell stoppt bewusst, anstatt einen nicht modellierten Produktpfad hinzuzufügen.