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08 Indirekte Elektronenübertragung von Zink auf Kupfer-Ionen 2

Eine Galvanische Zelle - benannt nach Luigi Galvani - besteht aus zwei verschiedenen von Ionenlösungen (Elektrolyten) umgebenden Metallen. Diese sind durch einen metallischen Leiter verbunden.
Wie im vorigen Versuch steht Zink in einer Kammer mit 1-molarer Zinksulfat-Lösung (= Halbzelle 1) und Kupfer in einer benachbarten Kammer mit 1-molarer Kupfersulfat-Lösung (= Halbzelle 2).
Zwischen den beiden Halbzellen gibt es neben der metallischen Verbindung eine Ionenbrücke (IBr): Ein Docht aus Toilettenpapier getränkt mit 1M KCl (Photo 2).

Material
Experimentiertablett, Reaktionsplatte WP6 Spiralen aus verzinkter Blumendraht und aus Kupferdraht, Zange, Nagel (10 cm), Toilettenpapier, Zinkdraht (verzinkter Blumendraht, abisolierter Kupferdraht (D 0,8 mm), 3 Tropfflaschen, Digitalmultimeter Voltcraft VC333, rote und blaue Kabel mit Krokodilklemmen, 1M Lösungen von Kupfer(II)sulfat, Zinksulfat, Kaliumchlorid.
Aufgabe
Baue eine Zink- und eine Kupfer-Halbzelle, verbinde sie zu einer Galvanischen Zellen (Photo 2), miss die Spannungen.
Experiment 1
1. Schneide einen 15 cm isolierten Kupferdraht und 30 cm verzinkten Blumendraht ab. Enferne die Isolierung, knicke den Blumendraht.
2. Umwickle den Nagel mit dem geknickten Blumendraht und mit dem Kupferdraht, um Gebilde wie in Photo 1 zu erhalten.
3. Verbinde sie über schwarzes Kabel (Zn) und rotes Kabel (Cu) mit dem auf 20 V (DC) eingeschalteten Messgerät.
4. Fülle 2 benachbarte Kammern von WP6 mit 1M Zinksufat-Lösung (links) und mit 1M Kupfersulfat-Lösung.
5. Drehe aus einem halben Stück Toilettenpapier einen Docht, tränke ihn vollständig mit 1M Kaliumchlorid-Lösung.
6. Tauche ihn als Ionenbrücke (Photo 2: IBr.) mit einem Ende in die linke Kammer und mit dem anderen in die rechte.
7. Tauche den aufgedrehten verzinkten Draht in die Zink-Salzlösung und den Kupferdraht in Kupfer-Salzlösung.
8. Lies die Spannung ab (Photo 2).

Beobachtungen
In dieser Galvanischen Zelle wird eine Potentialdifferenz von etwas weniger als 1,1 V zwischen der Zink-Halbzelle (negative Elektrode)
und der Kupfer-Halbzelle (positive Elektrode) gemessen.
Erklärung
a) In der linken Halbzelle gehen an der Grenzschicht Zn/Zn²⁺ Zink-Atome unter Zurücklassung ihrer Elektronen in Lösung.
         Oxidation:                         Zn(s) --> Zn²⁺(aq) + 2e^-
Anode (negative Elektrode der Galvanischen Zelle) ist immer die Grenzschicht zwischen der Oxidationselektrode und dem umgebenden Elektrolyten (= Ionen-Lösung.
b) In der rechten Halbzelle scheiden sich an der Grenzschicht Cu/Cu²⁺Kupfer-Atome (unter Aufnahme von Elektronen aus dem metallischen Leiter) ab.
         Reduktion:           Cu²⁺(aq)+ 2e^- --> Cu(s).
Kathode (positive Elektrode der Galvanischen Zelle) ist immer die Grenzschicht zwischen der Reduktionselektrode und dem umgebenden Elektrolyten.
Ein Fluss von Ionen erfolgt hier zwischen den beiden Halbzellen über den mit 1M KCl getränkten Docht.
Die Elektronen fließen im metallischen Leiter von der Zink- zu der Kupfer-Halbzelle.
Insgesamt läuft also eine indirekte Redoxreaktion ab:           Cu²⁺(aq) + Zn (s) --> Cu(s) + Zn²⁺(aq)
Die Standard-Reduktionspotentiale der beiden Halbreaktionen Zn --> Zn²⁺ + 2e-        Cu²⁺ + 2e- --> Cu sind - 0,76 V und + 0,34 V.
Theoretisch ist unter den vorliegenden Standardbedingungen eine Potentialdifferenz von 1,1 V zu erwarten.

Veränderungen der Elektroden: Clicke hier

zurück....... weiter...........erste Veröffentlichung: 24.01.2005................letzte Veränderung: 08.06.2008