[Chemie] Zellspannung und galvanische Zelle

[Ronsen]

Tja, noch ein Thread, tut mir ja Leid, aber ich hoffe mal, das ist jetzt der Letzte. Ich will die Prüfung halt nicht total versauen...

Hier die Aufgabenstellung:


Berechnen sie die Zellspannung einer galvanischen Zelle mit folgenden Halbzellen:

(I) Fe3+ (0,1mol/L) / Fe2+ (0,001mol/L)
(II) Ag+ (0,005mol/L) / Ag

Formulieren sie das vollständige Zellsymbol in Standardschreibweise so, dass eine freiwillige Zellreaktion abläuft; denken sie auch an das Material, das den Elektronenaustausch in Halbzelle (I) realisierbar macht.
Wo läuft die Reduktion ab?
Wo befindet sich die Anode?

F = 96485C/mol bzw. As/mol
R = 8,314 J/(mol*K)
1J = 1V*A*s

So, also ich hab mir schon so manche Gedanken gemacht...

Erstmal habe ich die Standardpotentiale für Fe3+/Fe2+ (E° = 0,77V) und Ag+/Ag (E° = 0,8V)

Daraus sollte man doch erkennen, wo Oxidation und wo Reduktion abläuft, richtig?
Ich habe
Oxidation: Fe2+ => Fe3+ + e-
Reduktion: Ag+ + e- => Ag
Redox: Ag+ + Fe2+ => Ag + Fe3+

Jetzt habe ich die Lösung für die letzten beiden Fragen, nicht wahr? Ich hätte jetzt gesagt, die Anode ist dort, wo die Oxidation stattfindetm demnach läuft die Reduktion an der Kathode ab.

Gut, jetzt bin ich mir unschlüssig, ich hätte hier die NERNST - Gleichung:

E = E° + RT/(zF) * ln([ox]/[red])

z müsste ja 1 sein, ist ja nur ein Elektron, das da auf Wanderung geht.

Wie komme ich hier auf das E°? Ist das einfach die Differenz der beiden E°-Werte von oben?
Welche Konzentration nehme ich jetzt? Oder muss ich da auch bei beiden Reduktionsmitteln und Oxidationsmitteln irgendwie die Differenz bilden?

Und zu guter Letzt das Zellensymbol... Ich glaube nicht, dass ich das richtig gemalt habe. Naja, freiwillige Reaktion, also müsste es ja nach der Redoxreaktion oben irgendwie funktionieren, ich hab davon keine Ahnung...
Hier Pt / Ag+, Fe2+ // Ag, Fe3+ / Pt
Das ist garantiert falsch, ich weiß auch nicht, was das für ein Stoff sein soll, damit das Ganze realisierbar ist.

Bitte helft mir noch das eine Mal...

[Demetrios]

Für die Zellspannung berechnest du die Potentiale der einzelnen Halbzellen getrennt und ziehst sie dann voneinander ab. Du kannst natürlich auch erst die Gleichungen beider Halbzellen voneinander abziehen, bevor du die Werte einsetzt, sollte aufs selbe Ergebnis kommen.
Die Fragen zu Reduktion und Anode hast du denk ich richtig beantwortet.
Von der Schreibweise hab ich keine Ahnung mehr, müsste ich wohl auch nachlesen. Das steht aber in jedem AC- oder PC-Lehrbuch

[Gunslinger]

Hab jetzt nochmal wegen der Schreibweise nachgeschaut (ja, ich wusstes auch nicht auswendig :p), und es geht folgendermaßen:
Phasengrenzen sind senkrechte Striche, die Grenze zwischen 2 Elektroden sind 2 senkrechte Striche.
Beispiel Daniell-Element:
Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu
Wichtig ist noch, dass ganz links das unedlere Metall steht, also das was oxidiert wird. Ganz rechts steht das edlere Metall, also das was durch Reduktion entsteht.
An der Anode wird immer oxidiert, an der Kathode reduziert.

Die reversible Zellspannung E bekommst du immer aus E(Kathode) - E(Anode). Wenn was Negatives rauskommt, hast du Kathode und Anode vertaucht.

E(Kathode) und E(Anode) bekommst du aus den Nernstgleichungen für die jeweiligen Zellen. Du kannst zwar auch für die ganze Zelle die Nernstgleichung aufstellen, ich machs aber immer so, dass ich die Gleichungen für die beiden Halbzellen getrennt aufstell und dann voneinander abzieh.
Dann weisst du nämlich immer sicher was [ox] und was [red] ist.

Also hier nochmal wie du vorgehen musst:
Du weisst zuerst mal nicht, wo die Reduktion und wo die Oxidation stattfindet. Deswegen rechnest du für beide Halbzellen getrennt E aus (mit Nernst). E° für die einzelnen Zellen muss gegeben sein.
Jetzt ziehst du die beiden Potentiale so voneinander ab, dass ein positiver Wert herauskommt. Aus E = E(Kathode) - E(Anode) weisst du nun, wo die Oxidation und wo die Reduktion stattfindet. Jetzt kannst du auch die oben beschriebene Schreibweise anwenden.


Wenn du noch Fragen hast, frag ruhig.

[Ronsen]

Wenn du noch Fragen hast, frag ruhig.

Ja, kannst du meine Rechnung überprüfen?^^

E1 = 0,8V + RT/F * ln((1mol/L)/0,005mol/L)) = 0,95V
E2 = 0,77V + RT/F * ln((0,001mol/L)/0,1mol/L) = 0,637V

Damit wäre meine Kathode ja wünschenswerterweise bei der Reduktion von Ag+ zu Ag.

Ich hätte E = E1-E2 = 0,313V

So, bei der Schreibweise dürfen wir die Platingrenzen/ränder, was weiß ich, nicht vergessen^^

Jedenfalls, wie du es sagst wäre das ja dann...

Pt / Fe2+ / FeSO4 // Ag2SO4 / Ag / Pt

Ach, wenn das so einigermaßen stimmen sollte, danke ich euch erstmal riesig^^ Wenn ich sowas wenigstens ansatzweise lösen kann, siehts gar nicht mehr so zappenduster aus :)

[Gunslinger]

Ich glaube, bei E2 hast du oxidierte und reduzierte Form vertauscht. Fe(III) ist ja die oxidierte Form, deren Konzentration muss deswegen im Zähler des Bruchs im ln stehen.
Rechne das am besten nochmal nach, kann gut sein dass die umgekehrte Reaktion dabei herauskommt.


Pt / Fe2+ / FeSO4 // Ag2SO4 / Ag / Pt
Weisst du, dass es sich dabei um Sulfatlösungen handelt?
ansonsten würde ich das einfach so schreiben
Pt | Fe2+ | Fe3+ || Ag+ | Ag

Auch achtzugeben: du hast 2x Fe2+ genommen.
Bei der zweiten Halbzelle brauchst du keine Platinelektrode.
Achja und falls jetzt die umgedrehte Reaktion rauskommt musst du die Schreibweise natürlich auch nochmal umdrehen.

[Ronsen]

Ich glaube, bei E2 hast du oxidierte und reduzierte Form vertauscht. Fe(III) ist ja die oxidierte Form, deren Konzentration muss deswegen im Zähler des Bruchs im ln stehen.
Rechne das am besten nochmal nach, kann gut sein dass die umgekehrte Reaktion dabei herauskommt.

Dann habe ich das aber auch bei E1 vertauscht, denn Ag+ müsste ja schließlich auch die oxidierte Form sein.


Weisst du, dass es sich dabei um Sulfatlösungen handelt?
ansonsten würde ich das einfach so schreiben
Pt | Fe2+ | Fe3+ || Ag+ | Ag


Nein, ich weiß nicht, ob das H2SO4 ist, wir hatten das nur mal im Hefter mit einer anderen Rkt so gemacht. Ich glaube, das Material, dass man an der Seite mit Eisen braucht (wie es in der Aufgabenstellung steht), ist wohl dann das Platin.
Aber warum brauchen wir das Platin an der Seite mit Silber nicht?

Ich habe jetzt:

E = 0,23V
Anode ist dann bei der Oxidation von Silber; Kathode bei der Reduktion von Eisen, denn die E2 > E1.

Und das Zellsymbol wäre jetzt

Ag / Ag+ // Fe3+ / Fe2+ / Pt

Oder?^^

[Gunslinger]

Dann habe ich das aber auch bei E1 vertauscht, denn Ag+ müsste ja schließlich auch die oxidierte Form sein.



Nein, ich weiß nicht, ob das H2SO4 ist, wir hatten das nur mal im Hefter mit einer anderen Rkt so gemacht. Ich glaube, das Material, dass man an der Seite mit Eisen braucht (wie es in der Aufgabenstellung steht), ist wohl dann das Platin.
Aber warum brauchen wir das Platin an der Seite mit Silber nicht?

Ich habe jetzt:

E = 0,23V
Anode ist dann bei der Oxidation von Silber; Kathode bei der Reduktion von Eisen, denn die E2 > E1.

Und das Zellsymbol wäre jetzt

Ag / Ag+ // Fe3+ / Fe2+ / Pt

Oder?^^
Jetzt müsste es stimmen!

Du brauchst auf der Silberseite keine Platinelektrode, weil es Silberelektroden gibt.
Aber es gibt keine Elektrode aus Fe2+ Elektroden, darum brauchst da da eine Intertelektrode.
Bei der Wasserstoffelektrode nimmst du ja auch einen Platindraht als "feste Phase", weil sich eine Elektrode aus gasförmigem Wasserstoff schlecht realisieren lässt. ;)

[Ronsen]

Hehe, okay, cool danke §ice

[Ronsen]

Ich möchte noch einmal allen danken, die mir in den letzten Tagen, Wochen, Monaten, so tatkräftig und geduldig geholfen haben, meine ersten Studiumsklausuren zu meistern. Ich denke, ich bin zumindest durch jedes Fach durchgekommen und muss nix wiederholen, dafür nochmal ein riesiges Dankeschön! :gratz

[Gunslinger]

Gern geschehen - na dann mal herzlichen Glückwunsch! Wer das erste Semester schafft schafft das Studium.