Bereich 4: Elektrochemie

Mit den Themen dieses Bereichs werden Phänomene und Modelle der Redoxreaktionen wieder aufgegriffen und wesentlich vertieft. Zahlreiche technische Anwendungen finden so eine naturwissenschaftliche Erklärung. Die Elektrochemie ist darüber hinaus besonders ge­eignet, quantitative Aspekte der Chemie an lebensnahen Beispielen zu bearbeiten. Dabei werden die experimentell etwas einfacher zu handhabenden Faraday-Gesetze in Grundkursen im Vordergrund stehen, während die Nernst’sche Gleichung und ihre Anwendungen aus Zeitgründen wohl eher den Leistungskursen vorbehalten bleiben.

Der Themenbereich ist verbindlich. Für die Behandlung ist ein halbes Schulhalbjahr vor­gesehen.

Themen:

  • Power für den MP3-Player
  • Chemie beim Start von Auto und Moped
  • Alternative Antriebe: Das Elektroauto
  • Versilbern und Vergolden
  • Die Alufolie: Herstellung und Wiederverwendung
  • Chlor - ein wichtiger Grundstoff der chemischen Industrie

Sachgebiet: Galvanische Zellen

Inhalte und Hinweise

  • Redox-Reaktionen
    • systematische Untersuchung und Einordnung
  • Einfache Galvanische Zellen
    • Ermittlung von Potentialdifferenzen
    • Abhängigkeit von Stromstärke und Spannung bei unterschiedlichen Bedingungen
  • Modell der elektrolytischen Doppelschicht (*)
  • Spannungsreihe
  • Abhängigkeit des Potentials von der Konzentration der Elektrolytlösung
    • im Grundkurs nur qualitativ, im Leistungskurs vgl. Sachgebiet ”Die Nernst’sche Gleichung und ihre Anwendung“
  • Gaselektroden, Normalwasserstoffelektrode
  • Normalpotentiale
    • auch Redoxpotentiale von Ionensystemen
  • Handelsübliche Zellen und Batterien
    • bewegliche Spannungsquellen
  • Akkumulatoren
    • Möglichkeiten zur Speicherung elektrischer Energie
  • Brennstoffzellen
    • elektrische Antriebe in Fahrzeugen

Sachgebiet:Elektrolyse

Inhalte und Hinweise

  • Elektrolysezellen
  • Zersetzungsspannung
  • Überspannung
  • in Grundkursen u.U. nur qualitativ als Reaktionshemmung bei der Abscheidung Gasen
  • Faraday-Gesetze(*)
  • Ein industriell genutztes, elektrochemisches Verfahren z.B. Erzeugung von Alumi­nium oder Chloralkali-Elektrolyse oder Kupferraffination
    • Ökobilanzen, Recycling; Diskussion der Chlorchemie

    Sachgebiet: Die Nernst’sche Gleichung und ihre Anwendung (Leistungskurs)

    Inhalte und Hinweise

    • Nernst’sche Gleichung
      • Zumindest der Zusammenhang zwischen Konzentration und Redoxpotential sollte experimentell erarbeitet werden.
      • – Bestimmung des Ladungszustandes von Akkumulatoren durch Messung der Elektrolytkonzentration
      • – ionensensitive Elektroden in der Umweltanalytik, z.B. bei der Bestimmung von Schadstoffkonzentrationen und bei der Trinkwasseraufbereitung
    • Elektroden 2. Art
      • – z.B. Silberchloridelektrode
    • Potentiometrische Titrationen
    • Bestimmung von Löslichkeitsprodukten
    • Die pH-Abhängigkeit von Redoxpotentialen
    • Berechnung der Gleichgewichtskonstanten von Redoxreaktionen
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