Galvanische Zellen

Galvanische Elemente mit Standardhalbzellen
Material:
2 Kabel, 2 Krokodilklemmen
Multimeter
5 50 ml-Bechergläser, hohe Form
6 Papierstreifen
Schleifpapier
Chemikalien: je 40 ml 1 M CuSO 4 -Lösung
1 M ZnSO 4 -Lösung
1 M FeSO 4 -Lösung
1 M MgSO 4 -Lösung
50 ml 1 M KNO 3 -Lösung
Zinkblech, Kupferblech, Eisennagel, Magnesiumband
Arbeitsanleitung:
-
Man füllt ein Becherglas mit Kaliumnitratlösung und taucht die sechs Papierstreifen
vollständig hinein.
-
Man füllt ein Becherglas mit 40 ml Kupfersulfatlösung und ein zweites mit ebensoviel
Zinksulfatlösung. Ein Papierstreifen wird je mit einem Ende in eine der Lösungen
eingetaucht.
- Das Kupferblech und der Zinkstab werden je an einer Krokodilklemme befestigt, mit
dem Multimeter (2V) verbunden (Zn (−Pol) blaues Kabel, Cu (+Pol) rotes Kabel) und
in die entsprechende Salzlösung eingetaucht.
-
Man misst die Spannung U und vergleicht mit dem berechneten Wert. Wenn die
Anzeige nicht still steht, müssen die Elektroden etwas bewegt werden.
-
Ebenso misst man jede Halbzelle mit jeder anderen. Für jede Messung muss ein
neuer Papierstreifen verwendet werden. Prüfen Sie welches Metall den −Pol,
welches den +Pol bildet.
Auswertung
Zelle
U gemessen [V]
U berechnet [V]
Cu/Cu2+ // Zn2+/Zn
+
−
Cu/Cu2+ // Fe2+/Fe
Cu/Cu2+ // Mg2+/Mg
Zn/Zn2+ // Fe2+/Fe
Zn/Zn2+ // Mg2+/Mg
Fe/Fe2+ // Mg2+/Mg
Für Standardhalbzellen gilt: U = ∆ϕ° =
–
Donatorhalbzelle (-Pol)
Konzentrationszellen
Material:
2 Kabel, Multimeter
3 x 100 ml-Bechergläser, tiefe Form
1 x 250 ml-Becherglas
5 ml Vollpipette
50 ml-Messzylinder
6 Papierstreifen
Gestell mit Silberelektroden
Chemikalien: 100 ml
300 ml
0.1 M AgNO 3 -Lösung
0.1 M KNO 3 -Lösung
A: Akzeptorhalbzelle (+Pol), D:
Arbeitsanleitung:
-
Man füllt ein Becherglas mit 0.1 M Kaliumnitratlösung und taucht die sechs
Papierstreifen vollständig hinein.
-
Man füllt zwei 100 ml-Bechergläser mit je 50 ml 0.1 M Silbernitratlösung, verbindet
die Lösungen durch einen in Kaliumnitrat getränkten Papierstreifen und taucht je
einen Silberdraht als Elektrode ein. Darauf wird das Spannungsmessgerät
angeschlossen und die Zellspannung gemessen. Ist die Spannung nicht 0.000 V
müssen andere Kabel verwendet werden.
-
Nun verdünnt man eine der Halbzellen, indem man mit der Pipette 5 ml der 0.1 M
AgNO 3 -Lösung in den 50 ml-Messzylinder gibt und mit 0.1 M Kaliumnitratlösung auf
50 ml auffüllt. Die beiden Halbzellen werden mit einem neuen Papierstreifen
verbunden und die Zellspannung wird erneut gemessen.
-
Die verdünnte Halbzelle wird noch vier Mal auf die gleiche Art 1 : 10 verdünnt und
jeweils die Zellspannung gemessen. Verwenden Sie jedes Mal einen neuen
Papierstreifen.
Auswertung:
c A (Ag+) bezeichnet die Silberionenkonzentration der Akzeptorhalbzelle (A), c D (Ag+) die
Konzentration der Donatorhalbzelle (D).
c A (Ag+)
c D (Ag+)
c A( Ag+ )
+
cD( Ag )
0.1 M
log
c A( Ag+ )
+
cD( Ag )
U gemessen
U berechnet
[mV]
[mV]
0.1 M
0.1 M
0.1 M
0.1 M
0.1 M
0.1 M
ϕ =
ϕo
+
0.059
⋅ log c( Me z + )
z
Mez+ + z e− lautet die Nernstgleichung.
Für Me
U = ∆ϕ = ϕ A – ϕ D = ϕoA +
0.059
0.059
o
⋅ log c A( Me z + ) −( ϕD
+
⋅ log cD( Me z + ) )
z
z
Für zwei Silberhalbzellen gilt:
=
U
c ( Ag+ )
0.059
⋅ log A
1
cD( Ag+ )
Galvanische Elemente mit biologischem Elektrolyt
Material:
2 Kabel, 2 Krokodilklemmen
Multimeter
Chemikalien: Kartoffel, Zitrone
Zinkblech, Kupferblech, Eisennagel
Arbeitsanleitung:
-
Stecken Sie das Zinkblech und das Kupferblech in eine Kartoffel oder eine Zitrone
und messen Sie die Zellspannung. Testen Sie auch den Eisennagel.
-
Machen Sie mit den Kartoffeln und den Zitronen aller Teilnehmer eine Batterie,
indem Sie alle Zellen in Serie schalteen (Zink der ersten Zelle mit Kupfer der zweiten
verbinden) und messen Sie die Batteriespannung.
Stieger, Gymnasium Solothurn

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