5.Elektrochemie

Redoxreaktionen, elektrochem. Spannungsreihe, galvanische Zellen, Batterien, Akkumulatoren, Brennstoffzellen, Elektrolyse, Schmelzflusselektrolyse,Chloralkali-Elektrolyse.

Elektrochemische Spannungsreihe

oxidierte Form / reduzierte Form

Eo(V) Halbgleichung

F2 / F- 2,87 F2 + 2 e- = 2 F-

H2O2 / H2O 1,77 H2O2 + 2 H+ + 2 e- = 2H2O

Au3+ / Au 1,42 Au3+ + 3 e- = Au

Cl2 / Cl- 1,36 Cl2 + 2 e- = 2 Cl-

O2 / H2O 1,23 O2 + 4 H+ + 4 e- = 2 H2O

Br2 / Br- 1,07 Br2 + 2 e- = 2 Br-

Hg2+ / Hg 0,85 Hg2+ + 2 e- = Hg

Ag+ / Ag 0,80 Ag+ + e- = Ag

Fe3+ / Fe2+ 0,77 Fe3+ + e- = Fe2+

O2 / H2O2 0,68 O2 + 2 H+ +2 e- = H2O2

I2 / I- 0,54 I2 + 2 e- = 2 I-

Cu2+ / Cu 0,34 Cu2+ + 2 e- = Cu

H+ / H2 0 2 H+ + 2e- = H2

Sn2+ / Sn -0,14 Sn2+ + 2 e- = Sn

Fe2+ / Fe -0,44 Fe2+ + 2 e- = Fe

Zn2+ / Zn -0,76 Zn2+ + 2 e- = Zn

Al3+ / Al -1,66 Al3+ + 3 e- = Al

Na+ / Na -2,71 Na+ + e- = Na

Das Vorzeichen des ausgewählten Standardpotentiale entspricht der heute vorrangig verwendeten Reduktionsschreibweise, d.h. alle Elektronen-übertragungen werden als Reduktion formuliert (letzte Spalte der Tabelle). Anders als in obiger Tabelle findet man in der Literatur häufig eine Reihung, die mit den negativen Standardpotentialen beginnt.

Standardpotentiale, Normalpotentiale,Reduktionspotentiale

Die Normal-Wasserstoffelektrode

T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)

Zellschema:Anode: Kathode

Zn(s) | Zn2+ (1mol/l) || H+ (1mol/l) | H2 (g , 1 atm)Temperatur: 298.15 K

T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)

Chemische Reaktionen an den Elektroden

Anodenreaktion (Oxidation):

Zn = Zn2+ + 2e-

Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2

Zn +2OH- = Zn(OH)2 + 2e-

Zn2+ + 4NH3 = [Zn(NH3)4]2+

Cd analog

Pb (s) + SO42- = PbSO4 (s) + 2e-

MeH + OH- = Me + H2O + e-

C6Li = Li+ + 6C + e-

Kathodenreaktion (Reduktion):

MnO2 + 8NH4+ + 2e- =2Mn3+ + 4H2O +8NH3

MnO2 + H2O + e- =2MnO(OH) + OH-

HgO + H2O + 2e- = Hg(l) + 2OH-

Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH-

PbO2 (s) + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 (s) + 2H2O

NiOOH + H2O + e- = Ni(OH)2 + OH-

CoO2 + Li+ + e- = LiCoO2

Galvanische Elemente(Batterien, Akkumulatoren)

a) Daniell-Element(Kupfer-Zink Zelle)

T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)

b) Die Alkali-Mangan-Zelle(Zink-Manganoxid- Zelle)

P. W. Atkins, L. Jones: „Chemie - einfach alles“ (Wiley-VCH)

Die Alkali-Mangan-Zelleals Knopfzelle

T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)

c) Die Quecksilber-Knopfzelle(Quecksilberoxid-Zink-Zelle)

d) Der Blei-Akkumulator

R.E. Dickerson, I. Geis: „Chemie - eine lebendige und anschauliche Einführung“ (Verlag Chemie)

e) Lithiumionen-Batterien

Brennstoffzellen

Beispiel Knallgaszelle(Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle)

T.L. Brown, H.E. LeMay, B.E. Bursten: „Chemie – Studieren kompakt” (Pearson)

Elektrolyse

a) Die Schmelz(fluss)elektrolyse von Natriumchlorid

L. Pauling: „Chemie - Eine Einführung“ (Verlag Chemie)

b) Herstellung von Aluminium (Schmelzflusselektrolyse

von Aluminiumoxid )

L. Pauling: „Chemie - Eine Einführung“ (Verlag Chemie)

c) Elektrolyse wässriger Lösungen Beispiel: Chlor-Alkali-Elektrolyse

Ch. E. Mortimer, U. Müller: „Chemie - Das Basiswissen der Chemie“ (Thieme)

d) Elektrolytische Reinigung von Rohkupfer

(Raffination von Kupfer)