Beispiel 4 für eine Chemieklausur
(Elektrochemie)

Geräte und Chemikalien:
Spannungsquelle, U-Rohr, Platinelektroden, Spannungsmessgerät
Kalilauge (c = 1 mol/l)

Hinweise zum Versuch für den Lehrer:
Durch Elektrolyse werden an den Platinelektroden eine Wasserstoff- und eine Sauerstoffelektrode erzeugt, zwischen denen danach die Spannung gemessen wird.

1. Skizzieren Sie den Versuchsaufbau und beschreiben Sie die Versuchsdurchführung und Versuchsbeobachtungen.

2. Erklären Sie ausführlich die Versuchsbeobachtungen und alle damit verbundenen chemischen Reaktionen.

3. Begründen Sie, welche Mindestspannung im ersten Versuchsteil von der Spannungsquelle angelegt werden müsste.

4. Der Versuch dient als Modellversuch zur Brennstoffzelle. Bei einer Brennstoffzelle werden jedoch von außen kontinuierlich die bei diesem Versuch anfangs entstandenen Gase zugeführt und nicht mit Hilfe einer angelegten Spannung erzeugt.
Wie müsste die Versuchsapparatur abgeändert werden, um eine solche Brennstoffzelle zu realisieren?
Welche Anforderungen wären an die gesamte Zelle und die Elektroden zu stellen, um einen technischen Einsatz zu gewährleisten?

Aufgabe II:

Von unterschiedlichen Typen von Lithiumbatterien arbeitet ein Typ mit dem System Li/MnO₂. Im entladenen Zustand liegt die Verbindung LiMnO₂  in einem Kristallgitter vor. Das Kristallgitter hat die Eigenschaft, dass Lithiumionen unter bestimmten Bedingungen in diesem wandern können (Tunneleffekt). Diese Batterie wird z.B. als Knopfzelle benutzt.
Diese Batterie wurde zum Lithium-Ionen-Akkumulator weiterentwickelt, der heute in vielen Geräten (z.B. Notebook) den Nickel-Metallhydrid-Akkumulator ersetzt.

1. Skizzieren und erklären Sie den Aufbau der Lithium-Knopfzelle.

2. Beschreiben und erklären Sie alle in dieser Knopfzelle ablaufenden kathodischen und anodischen Reaktionen.

3. Wie unterscheidet sich nun der Lithium-Ionen-Akkumulator bezüglich der beim Laden ablaufenden Reaktionen von der Lithiumbatterie?

4. Wie unterscheidet sich der Nickel-Metallhydrid-Akkumulator bezüglich Aufbau und Reaktionen vom Lithium-Ionen-Akkumulator?

Tabelle der Redoxpotentiale in Anlage

(Klausuren)