Elektrischer Strom in den Elektrolyten
1.Beschreiben Sie den elektrischen Strom in Elektrolyten!
Lösung:
Elektrolyte sind Stoffe, deren Lösungen oder Schmelzen elektrischen Strom mittels Ionen leiten. Elektrischer Strom in Elektrolyten ist eine geordnete Bewegung von Kationen (+) und Anionen (−). Kationen bewegen sich zur Kathode (−), Anionen zur Anode (+). Elektrolytische Dissoziation ist der Prozess, bei dem neutrale Moleküle eines Elektrolyten in Ionen zerfallen. Elektrolyse ist der Prozess, bei dem chemische Veränderungen an den Elektroden und im Elektrolyten auftreten, wenn elektrischer Strom hindurchfließt.
1. Faradaysches Gesetz:
= elektrochemisches Äquivalent
2. Faradaysches Gesetz:
,F= Faraday-Konstante
Mm = molare Masse
Oxidationszahl (aus Tabellen)
3. Kombiniertes Faradaysches Gesetz:
Ohmsches Gesetz im Elektrolyten:
Zersetzungsspannung
2.Berechnen Sie:
- a.) die Menge an Aluminium, die sich während der Elektrolyse in 24 Stunden bei einem Strom von 10 kA an der Elektrode abscheidet. A(Al3+) = 0.093·10-6 kg·C-1
- b.) welcher Strom in 1 Stunde Chrom mit einer Masse von 3,24 g aus dem Elektrolyten abscheidet. A(Cr3+) = 0.18·10-6 kg·C-1
Lösung:
- a.) An der Elektrode werden 80 kg Aluminium abgeschieden.
- b.) Chrom wird an der Elektrode von einem Strom von 5 A abgeschieden.
3.Bestimmen Sie das elektrochemische Äquivalent von Aluminium und Kupfer
Lösung:
Die elektrochemischen Äquivalente sind A(Al)= 0.0932·10-6 kg·C-1 und A(Cu)=0.329·10-6 kg·C-1
4.Durch einen Elektrolyten aus CuSO4 fließt ein elektrischer Strom von 1 A. Wie viele Kupferatome werden in 10 Sekunden an der Kathode abgeschieden? A(Cu) = 0.329·10-6 kg·C-1, NA = 6.022·1023 mol-1, Mm = 63.548·10-6 kg·mol-1
Lösung:
Analyse:
I = 1 A, t = 10 s, A(Cu) = 0.329·10-6 kg·C-1, NA = 6.022·1023 mol-1, Mm = 63.548·10-6 kg·mol-1
Die Anzahl der an der Kathode abgeschiedenen Kupferatome beträgt N = 3.12·1019 Kupferatome.
5.Eine Kugel mit Radius r = 5 cm soll mit einer Schichtdicke h = 0.15 mm vernickelt werden. Wie lange soll die Kugel bei einem Strom I = 1 A im Elektrolyten bleiben?
Lösung:
Analyse:
r = 5 cm = 5·10-2 m, h = 0.15·10-3 m, I = 1 A, A(Ni) = 0.304·10-6 kg·C-1, ρ(Ni) = 8.8·103 kg·m-3
Das Vernickeln der Kugel dauert etwa 38 Stunden.
6.Das Vernickeln einer Metallplatte mit der Oberfläche 100 cm2 dauerte vier Stunden bei einem Strom von 0.4 A. Berechnen Sie die Dicke der auf der Platte entstandenen Nickelschicht!
Lösung:
Analyse:
S = 100 cm2 = 10-2 m2, I = 0.4 A, t = 4 h = 14 400 s, v = 2, F = 96.5·103 C·mol-1,
Mm(Ni) = 58.7·10-3 kg·mol-1, ρ(Ni) = 8.9·103 kg·m-3
Die Dicke der Nickelschicht beträgt h = 19.68 μm.
7.Wie viel Energie benötigen wir, um 1 g Kupfer durch Elektrolyse von Kupfersulfat CuSO4 zu gewinnen, wenn die Elektrolyse bei einer Spannung von 4 V abläuft?
Lösung:
Analyse:
m = 1 g = 10-3 kg, U = 4 V, A(Cu) = 0.329·10-6 kg·C-1
Bei der Elektrolyse werden 12.2 kJ Energie verbraucht.
8.Zwei Elektrolysezellen mit Lösungen von AgNO3 und CuSO4 sind in Reihe geschaltet. Wie viel Kupfer wird in der Zeit abgeschieden, in der 850 mg Silber abgeschieden werden?
Lösung:
Analyse:
A(Ag) = 1.118·10-6 kg·C-1, A(Cu) = 0.329·10-6 kg·C-1, mAg = 850 mg. mCu = ?
Es werden 250 mg Kupfer abgeschieden.
9.Welcher elektrische Strom floss durch den Elektrolyten, wenn die Kupferkathode vor der Messung 35 g und nach der Messung, die 40 Minuten dauerte, 39 g wog?
Lösung:
Analyse:
Δm = 4 g = 4·10-3 kg, t = 40 min = 2400 s, A(Cu) = 0.329·10-6 kg·C-1
Der Strom durch den Elektrolyten betrug I = 5.065 A.
10.Die Zersetzungsspannung bei der Elektrolyse von Schwefelsäure betrug 2.2 V. Bei einer Spannung von 3.5 V floss ein Strom von 2.8 A durch den Elektrolyten. Die Elektroden waren 4 cm voneinander entfernt und der Querschnitt des elektrolytischen Leiters betrug 30 cm2. Bestimmen Sie den spezifischen Widerstand des Elektrolyten!
Lösung:
Analyse:
Ur = 2.2 V, U = 3.5 V, I = 2.8 A, S = 30·10-4 m2, l = 4 cm = 4·10-2 m, ρ = ?
Der spezifische Widerstand des Elektrolyten beträgt ρ = 0.0348 m·Ω.