Experimente der Kategorie "Elektrochemie"
| Name | Kurzbeschreibung | Beschreibung | Typ | Gefahrstoffe | |
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CfL: Zerlegen und Untersuchen einer frischen und unbenutzten Knopfzelle auf Zink-Silberoxid-Basis | Bestandteile einer Zink-Silberoxid-Batterie | Mit Hilfe einer kleinen Kneifzange wird der Mantel der Batterie an mehreren Stellen am Rand aufgekniffen. Nun lässt sich die Batterie mit Hilfe der Spitzzange problemlos aufbiegen. Die beiden ineinander gestülpten Becher werden getrennt und die Membran wird entfernt. Die beim Öffnen der Batterie austretende Flüssigkeit wird mit Unitest-Papier auf ihren pH-Wert getestet. | Lehrer-/ Schülerversuch | Silber(I)-oxid |
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CfL: Malen auf Zink | Halbzellenreaktion eines Zinkblechs mit aufgetragener Kupfersulfatlösung | Mit Hilfe eines mit Kupfer(II)-sulfatlösung getränkten Pinsels wird auf einem gereinigten Zinkblech gemalt und geschrieben. | Lehrer-/ Schülerversuch | Kupfer(II)-sulfat-Lösung (verd., (w: <25%)) |
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Zink-Iod-Batterie | Zinkiodid-Lösung wird zur galvanischen Zelle. | Mittels Propellergenerator wird eine Zinkiodid-Lösung kurzzeitig elektrolysiert. Das an den Kohleelektroden entstehende Zink und das Iod machen den Aufbau zu einer galvanischen Zelle. Alternativ kann man Zinkchlorid oder Zinkbromid zur Reaktion bringen. | Lehrer-/ Schülerversuch | Zinkiodid, Zinkchlorid, Zinkbromid |
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CfL: Stoffumwandlungen in der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle | Modellversuch zur Funktionsweise einer Brennstoffzelle | Nachdem die Apparatur aufgebaut wurde, füllt man die Kolbenprober mit den entsprechenden Gasen. Bei geöffnetem Schalter und geöffneten Gasauslässen spült man nun zunächst die Gaskammern mit dem jeweiligen Gas. Nun werden die Auslässe mit passenden Stopfen verschlossen. Nachdem die Kolbenprober etwa 30 s beobachtet wurden, schließt man den Schalter bzw. stellt mit Hilfe des Kabelmaterials einen Kurzschluss her. | Lehrer-/ Schülerversuch | Sauerstoff (Druckgas), Wasserstoff (Druckgas) |
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CfL: Stoffumwandlung in der Brennstoffzelle | Modell zur Funktionsweise einer Brennstoffzelle | Nachdem die Apparatur wie abgebildet (s. Skript) aufgebaut wurde, füllt man die Kolbenprober mit den entsprechenden Gasen. Bei geöffnetem Schalter und geöffneten Gasauslässen spült man nun zunächst die Gaskammern mit dem jeweiligen Gas. Nun werden die Auslässe mit passenden Stopfen verschlossen. Nachdem die Kolbenprober etwa 30 s beobachtet wurden, schließt man den Schalter bzw. stellt mit Hilfe des Kabelmaterials einen Kurzschluss her. | Lehrer-/ Schülerversuch | Wasserstoff (Druckgas), Sauerstoff (Druckgas) |
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Reduktion von Kupfer(II)-Ionen | Abscheidung von Kupfer aus einer Kupferchlorid-Lösung | Reagenzglasversuch: Aus einer Kupferchlorid-Lösung wird mittels Eisen(wolle) (alternativ: Alufolie) metallisches Kupfer abgeschieden. | Lehrer-/ Schülerversuch | Kupfer(II)-chlorid-Dihydrat |
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Galvanische Zellen | Spannungsmessung an div. Metall-/Metallionen-Zellen | Reihenuntersuchung: Blechstücke von Eisen, Kupfer, Silber, Zinn und Zink werden jeweils in die Lösung eines entsprechenden Salzes gehalten. Die Spannung zwischen diesen Halbzellen wird nacheinander gemessen. | Lehrer-/ Schülerversuch | Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat, Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat, Silbernitrat-Lösung (verdünnt, w=____% (<5%)), Zinkchlorid, Zinn(II)-chlorid-Dihydrat |
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CfL: Elektrolyse einer Zinksulfat-Lösung mit variablen Kathoden (Demo) | Elektrolyse mit unterschiedlichen Kathodenmaterial | Teil 1: Der Versuch wird aufgebaut und die Lösung angesetzt. Als erstes wird die Kupferelektrode eingesetzt und die Spannung langsam bis kurz unter den im Vorversuch ermittelten Spannungswert für die Gasabscheidung geregelt. Teil 2: Die Lehrkraft tauscht nun die Kupferelektrode gegen die Eisenelektrode aus und regelt den ermittelten Wert aus dem Vorversuch ein, bei dem eine Gasentwicklung ohne Zinkabscheidung eintritt. | Lehrer-/ Schülerversuch | Zinksulfat-Lösung (verdünnt, (1%<w<2,5%)), Kalilauge (Maßlösung c: 1 mol/L), Salzsäure (Maßlösung c= 1 mol/L), Sauerstoff (freies Gas), Wasserstoff (freies Gas), Zink (Pulver, phlegmatisiert) |
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CfL: Überspannungs-Elektrolyse in der Petrischale | OHP-Demo zur Überspannung in Abhängigkeit des Elektrodenmaterials | Teil 1: Die Elektroden werden mit Salzsäure umspült. Nachdem die Petrischale mit Wasser ausgespült wurde, wird sie halb hoch mit Kaliumhydroxid-Lösung gefüllt. Eine Kohleelektrode wird so in die Petrischale gestellt, dass sie zu allen Metalldrähten den gleichen Abstand hat. Die Petrischale wird auf den Overhead-Projektor gestellt, die Drähte mit dem Minuspol und die Kohleelektrode mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden und ein Voltmeter parallel zu den Elektroden geschaltet. Dann regelt man die Spannung langsam hoch. Teil 2: Die Spannungsquelle wird umgepolt und dann die Spannung langsam wieder hoch geregelt. | Lehrer-/ Schülerversuch | Wasserstoff (freies Gas), Sauerstoff (freies Gas), Salzsäure (rauchend (w= 37%)), Kalilauge (Maßlösung c: 1 mol/L) |
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Zink und Iod freisetzen | Elektrolyse einer Zinkiodid-Lösung | U-Rohr-Versuch: In die Krümmung bringt man als Seitentrenner einen Bausch Glaswolle oder Watte ein. In beide Schenkel wird eine konz. Zinkiodid-Lösung (alternativ: Zinkbromid-Lösung) gefüllt. Zwei Kohleelektroden werden - ca. 3 cm eintauchend - in die Lösung eingebracht und mit einer Gleichstromquelle verbunden. Man elektrolysiert bei ca. 10 V wenige Minuten lang. | Lehrer-/ Schülerversuch | Zinkiodid, Zinkbromid, Iod |
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Kupfer(II)-chlorid-Elektrolyse mit Kohleelektroden | Nachweis der Elektrolyseprodukte | U-Rohr-Versuch: In eine ca. halbmolare Kupfer(II)-chlorid-Lösung tauchen in jeden Schenkel des U-Rohres jeweils eine Kohleelektrode. Sie sind mit einer 10V-Gleichspannungsquelle verbunden. Man elektrolysiert 5min lang mit 100..200mA Stromstärke. Danach überprüft man die Gasphase auf der Anodenseite mit angefeuchtetem Kaliumiodid-Stärke-Papier. Auf der Kathodenseite lässt sich von der herausgezogenen Elektrode ein Kupferbelag mit konz. Salpetersäure abwaschen. Die so gewonnene Lösung wird mit Ammoniak versetzt. | Lehrer-/ Schülerversuch | Kupfer(II)-chlorid-Lösung (verdünnt, w=_____ % (<25%)), Chlor (freies Gas), Salpetersäure (konz. w=____% (20-70%)), Ammoniak-Lösung (konz. w=_____ % (10-25%)) |
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CfL: Stoffumwandlung am Silberoxidblech bei Stromfluss | Elektrochemische Betrachtungen an einer galvanischen Zelle | Um ein Silberblech gleichmäßig mit Silberoxid zu belegen, wird es in einem Becherglas mit Kalilauge wie beschrieben elektrolytisch oxidiert. Das mit Silberoxid überzogene Blech wird um 1 cm angehoben, so dass sich ein Teil des Silberoxids nicht mehr in der Lauge befindet. Die Spannungsquelle wird durch einen Mikro- oder Solarmotor ersetzt. Dann beobachtet man das Silberoxidblech bei offenem Stromkreis ca. 20 s und schließt anschließend den Kreis. | Lehrer-/ Schülerversuch | Kalilauge (konz. w=____% (5-25%)) |
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Silberfraktale | Elektrolytische Abscheidung von elementarem Silber | Variante Petrischale: Man füllt stark verd. Silbernitrat-Lösung in eine Petrischale. Zwei Silberdrähte werden mit Abstand in die Lösung eingebracht und mit einer 9-V-Spannungsquelle verbunden. Variante Objektträger: Zur mikroskopischen Beobachtung der Fraktalbildung wird ein Objektträger mit Vertiefung mit wenigen Tropfen Silbernitrat-Lsg. befüllt. Zwei Silberdrähte, verbunden mit einer 9-V-Spannungsquelle, tauchen in die Lösung, die Drahtspitzen haben etwas Abstand. | Lehrer-/ Schülerversuch | Silbernitrat-Lösung (verdünnt, w=____% (<5%)) |
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Brennstoffzelle mit Glucose und Wasserstoffperoxid | U-Rohr-Versuch zu einer elektrochemischen Energiequelle | Vorbereitend mischt man Wasserstoffperoxid-Lösung unter Kühlung mit der vierfachen Menge 25%iger Kalilauge und hält diese Lösung kalt. In ein U-Rohr mit Fritte füllt man in jeweils einen Schenkel gleichzeitig die vorbereitete Wasserstoff-Lösung und eine frisch bereitete Lösung von 10g Glucose in 90ml Kalilauge (anstelle von Glucose kann auch Methanol oder Ethanol verwendet werden). Man taucht zwei Pt-Elektroden ein und misst die Spannung. Mit einem niederohmigen Motor kann man diese nutzbar machen. | Lehrer-/ Schülerversuch | Kalilauge (konz. w=____% (5-25%)), Wasserstoffperoxid-Lösung (wässrig, (w: 8-35%)), Methanol, Ethanol (ca. 96 %ig) |
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Bau eines Natrium-Ionen-Akkumulators | Energiespeicher in der TIC-TAC-Dose | Vorbereitend reiniget man ein FTO-Glas mit Aceton und versieht es gemäß Anleitung mit einer Titandioxidschicht die man trocknen lässt. Auf einer Heizplatte (350°C) wird die Titandioxidschicht eingebacken. Die Elektrolytlösung wird gemäß Rezeptur aus Natriumperchlorat, Dimethylcarbonat und Propylencarbonat zubereitet. In eine TIC-TAC-Dose oder entsprechendes Gefäß gibt man nun die Elektrolytlösung und stellt die vorbereitete Titandioxidelektrode (-Pol) sowie die Graphitfolie (+Pol) hinein. Man lädt 3min lang mit ca. 4,6V Spannung und nutzt dann den Energiespeicher. | Lehrer-/ Schülerversuch | Natriumperchlorat-Monohydrat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, Aceton |
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Biochemische Brennstoffzelle mit Trockenhefe | Stromproduktion aus elektrochemischer Reaktion von Glucose mit Wasserstoffperoxid | Vorbereitend setzt man nach Anleitung eine gepufferte Lösung von 2-Hydroxy-1,4-naphthochinon an. Man zeigt in einem Vorversuch die Reaktion einer alkalische Glucose-Lösung mit gepufferter HNQ-Lösung. Im Hauptversuch befüllt man die vorgesehene Brennstoffzelle entsprechend der ausführlichen Anleitung kathodenseitig mit salzsaurer Wasserstoffperoxid-Lösung und anodenseitig mit der zubereiteten Suspension von Trockenhefe in gepufferter HNQ-Lösung, die mit einer Glucose-HNQ-Lösung vermischt wurde. Als Elektroden kommen ein Graphitstab und ein versilberte Kohlestab, alternativ ein Titan-Strecknetz zum Einsatz. | Lehrer-/ Schülerversuch SII | Natriumhydroxid (Plätzchen), Wasserstoffperoxid-Lösung (wässrig, (w: 8-35%)), Salzsäure (verd. w=____% (<10%)), Silbernitrat-Lösung (verdünnt, w=____% (<5%)), 2-Hydroxy-1,4-naphthochinon |
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Standardpotentiale galvanischer Elemente | Kupfer-, Zink- und Eisen-Halbzellen kombiniert mit einer Standard-Wasserstoff-Halbzelle | Vorbereitend stellt man 1-molare Lösungen von Kupfer(II)-, Zink(II)- und Eisen(II)-sulfat her. In Bechergläsern werden die drei Ionenlösungen nach Anleitung mit den entsprechenden Plattenelektroden aus Kupfer, Zink bzw. Eisen bestückt. Für die Standard-Wasserstoff-Halbzelle wird ein Stück Magnesiumband in eine 1-molare-Salzsäure-Lösung gegeben, die mit einer Platinelektrode bestückt ist. Ein mit Kaliumnitrat-Lösung getränkter Filterpapierstreifen verbindet jeweils eine Halbzelle mit der Standard-Wasserstoff-Halbzelle. | Lehrer-/ Schülerversuch | Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat, Zinksulfat-Heptahydrat, Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat, Kaliumnitrat, Salzsäure (Maßlösung c= 1 mol/L) |
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Konzentrationszelle | Elektrochemische Prozesse mit Silbernitrat-Lösung | Vorbereitend stellt man eine 1-molare Silbernitrat-Lösung und durch entsprechende Verdünnung eine 0,1-molare, eine 0,01-molare und eine 0,001-molare Silbernitrat-Lösung her. Gemäß angegebenem Schema befüllt man vier Mulden einer Zellkulturplatte und stellt jeweils einen Streifen Silberblech hinein. Über Filterpapierstreifen bzw. Kerzendochtstücke, die mit Kaliumnitrat-Lösung getränkt sind bildet man wie beschrieben die Salzbrücken. Nun misst man die auftretenden Spannungen zwischen den jeweiligen Donator- und Akzeptor-Halbzellen. | Lehrer-/ Schülerversuch | Silbernitrat |
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Galvanisieren | Ein Eisenblech elektrolytisch verkupfern | Vorbereitend werden die Elektrodenflächen abgeschmirgelt, mit einem benzingetränkten Wattebausch entfettet. Die Eisenplatte wird in einer Petrischale mit Salzsäure wie angegeben oberflächlich angeätzt. Das Galvanisierbad wird gemäß Anleitung aus entionisiertem Wasser, Kupfer(II)-sulfat und Schwefelsäure vorbereitet und in den Glastrog gegeben. Nach dem Einsetzen der beiden Elektroden und Einbindung in den Stromkreis galvanisiert man 5-8min lang bei einer Gleichspannung von 3V und 0,3A Stromstärke. Nach Ende der Einwirkung nimmt man die verkupferte Platte heraus, spült sie wie angegeben ab und poliert sie. | Lehrer-/ Schülerversuch | Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat, Benzin (Sdb.: 80-100 °C, Benzolgehalt < 0,1%), Schwefelsäure (verd. w=____% (5-15%)), Salzsäure (verd. w=____% (<10%)) |
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Das Galvanisieren | Verkupfern eines Eisenblechs (Modellversuch) | Vorbereitend werden die Elektrodenplatten abgeschmirgelt, gewaschen und mit Brennspiritus gereinigt. Man stellt die Kupfer- und die Eisenelektrode in einen Rillentrog, der zu zwei Dritteln gemäß Anleitung mit Kupfer(II)-sulfat-Lösung befüllt wurde. Man baut den Rillentrog wie beschrieben in einen Stromkreis ein und gibt noch wenig verd. Schwefelsäure in die Lösung. Die Spannung im Netzteil wird so eingestellt, dass ein Strom von 150mA fließt. | Lehrer-/ Schülerversuch | Ethanol (Brennspiritus) (mit 2-Butanon u.a. vergällt), Schwefelsäure (verd. w=____% (5-15%)), Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat |
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