Lösungstension, Gleichgewicht und Ladung — zehn Übungen, bis jede Halbzelle richtig geladen ist.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen von AFB I bis AFB III — jede gibt dir sofort Rückmeldung, bei Schwierigkeiten helfen zwei gestufte Tipps.
A1
Was passiert am Nickelblech?
AFB I
Ein Nickelblech taucht in Nickelsulfat-Lösung. Geben Sie alle Vorgänge an, die an der Grenzfläche ablaufen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Lösen und Abscheiden laufen im Gleichgewicht weiter — nur gleich schnell. Freie Elektronen gibt es in der Lösung nicht.
Ansatz: Denke an beide Richtungen des Gleichgewichts.
Weiter: Wo bleiben die Elektronen?
A2
Richtig oder falsch?
AFB I
Entscheiden Sie, ob die Aussage zur elektrochemischen Doppelschicht stimmt.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Die Doppelschicht ist ein Gleichgewichtszustand mit Ladungstrennung — ohne sichtbaren Stoffumsatz.
Ansatz: Was bedeutet „dynamisches Gleichgewicht“ für die Masse?
Weiter: Womit müsste man das Potenzial in der Lösung abgreifen?
A3
Plus oder minus?
AFB I
Ordnen Sie zu, wie sich das Metall in der Lösung seiner eigenen Ionen (c = 1 mol/L) auflädt.
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1lädt sich negativ auf
2lädt sich positiv auf
Unedle Metalle haben eine große Lösungstension und werden negativ; bei edlen Metallen überwiegt die Abscheidung.
Ansatz: Welche Metalle reagieren mit verdünnten Säuren?
Weiter: Edelmetalle werden positiv.
A4
Die Doppelschicht entsteht
AFB II
Stellen Sie die Vorgänge an einem Eisenblech in Eisen(II)-sulfat-Lösung in der richtigen zeitlichen Reihenfolge dar.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Fe-Atome an der Oberfläche geben je zwei Elektronen ab.
2Fe²⁺-Ionen werden hydratisiert und treten in die Lösung über.
3Der Elektronenüberschuss lädt das Metall negativ auf.
4Fe²⁺-Ionen werden an der Oberfläche festgehalten — die Doppelschicht entsteht.
5Lösen und Abscheiden laufen gleich schnell ab: dynamisches Gleichgewicht.
Die Ladung entsteht erst durch das Lösen und wirkt dann als Bremse — deshalb endet die Kette im Gleichgewicht, nicht im vollständigen Auflösen.
Ansatz: Am Anfang steht die Elektronenabgabe.
Weiter: Das Gleichgewicht ist der Endzustand.
A5
Ladung verschieben
AFB II
Stellen Sie eine begründete Vermutung auf, wie sich die Ladung des Metalls gegenüber der Ausgangssituation (Nickelblech in NiSO₄-Lösung, c = 0,1 mol/L) ändert.
Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = viel positiver, 2 = positiver, 3 = unverändert, 4 = negativer, 5 = viel negativer. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = viel positiver5 = viel negativer
c(Ni²⁺) wird auf 0,001 mol/L verringert
c(Ni²⁺) wird auf 1 mol/L erhöht
Aluminiumblech in Al³⁺-Lösung (0,1 mol/L) statt Nickel
Goldblech in Au³⁺-Lösung (0,1 mol/L) statt Nickel
Nickelblech doppelt so tief eintauchen (Ladung pro Fläche)
Weniger Ionen in Lösung verschieben das Gleichgewicht zum Lösen hin; die Eintauchtiefe ändert nur die Fläche, nicht die Ladung pro Fläche.
Ansatz: Weniger Ni²⁺ → weniger Abscheidung.
Weiter: Unedler als Nickel oder edler?
A6
Mix: Le Chatelier an der Elektrode
AFB II
Erklären Sie mit dem Prinzip vom kleinsten Zwang (Kapitel 2), wie die Konzentration die Doppelschicht beeinflusst.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Ni ⇌ Ni²⁺ + 2 e⁻ ist ein Gleichgewicht: Hin- und Rückreaktion laufen mit gleicher ab. Nach dem Prinzip von verschiebt eine kleinere Konzentration c(Ni²⁺) die Lage nach ; das Metall wird dadurch geladen.
Das Gleichgewicht ist nicht statisch: es gleicht den „Zwang“ geringerer Ionenkonzentration durch verstärktes Lösen aus.
Ansatz: Wo stehen die Ionen in der Gleichung?
Weiter: Mehr Lösen heißt mehr Elektronen im Metall.
A7
Wie viel Eisen geht in Lösung?
AFB II
Die Doppelschicht wirkt wie ein Kondensator mit etwa \(20\,\mu\text{F}\) pro cm². Ein Eisenblech mit 10 cm² Fläche wird durch die Ladungstrennung um 0,50 V aufgeladen (\(Q = C \cdot U\), \(F = 96\,485\,\text{C/mol}\)). Berechnen Sie Schritt für Schritt.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
Weiter: Pro Fe²⁺ werden 2 Elektronen zurückgelassen.
A8
Fehlersuche: Blei in Bleinitrat
AFB III
Überprüfen Sie die Erklärung eines Mitschülers und markieren Sie die falschen Zeilen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Typisch ist die Verwechslung „Ionen gehen weg → Metall positiv“: Weg gehen positive Ionen, zurück bleiben Elektronen.
Ansatz: Was bleibt zurück, wenn ein Pb²⁺-Ion das Gitter verlässt?
Weiter: Drei Zeilen sind falsch.
A9
Trickaufgabe: Die falsche Lösung
AFB III
Ein Nickelblech taucht einmal in Nickelsulfat-Lösung, einmal in Kupfersulfat-Lösung. Analysieren Sie, welche Aussagen auf welchen Versuch zutreffen.
Setze alle zutreffenden Kreuze — in manchen Zeilen passen mehrere. Enter setzt und löscht.
Aussage
Ni in NiSO₄
Ni in CuSO₄
Nach winzigem Umsatz stellt sich ein Gleichgewicht ein.
Das Blech überzieht sich mit einem rotbraunen Belag.
Nickel geht fortlaufend in Lösung, bis ein Partner verbraucht ist.
Nickelatome geben Elektronen ab.
Es liegt eine Halbzelle Ni²⁺/Ni vor.
In fremder Lösung ist Cu²⁺ ein stärkerer Elektronenakzeptor als Ni²⁺: Die Elektronen gehen direkt auf Cu²⁺ über — keine Doppelschicht, sondern eine vollständige Redoxreaktion.
Ansatz: Eine Halbzelle braucht die Ionen des eigenen Metalls.
Weiter: Nickel ist unedler als Kupfer.
A10
Modell Kondensator
AFB III
Interpretieren Sie das Kondensatormodell der Doppelschicht: Welches Bauteil entspricht welchem Teil der Halbzelle?
Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Das Modell trägt bei der Ladungsverteilung; es versagt aber beim Nachladen: Ein Kondensator bekommt Ladung von außen, die Halbzelle erzeugt sie selbst durch eine Redoxreaktion.
Ansatz: Die Hydrathülle hält die Ionen auf Abstand.
Weiter: Was geschieht, wenn Elektronen abgeleitet werden?
