Anode oder Kathode, leichter oder schwerer, Platin oder Metall — zehn Übungen zu den Vorgängen an den Elektroden.
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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
An der Aluminium-Anode
AFB I
Betrachtet wird die Zelle Al | Al³⁺ ‖ Cu²⁺ | Cu. Nennen Sie alle zutreffenden Aussagen über die Vorgänge an der Aluminiumelektrode.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Weil die Elektronen über den Draht abfließen, wird das Gleichgewicht an der Anode ständig nach rechts gezogen — anders als in der isolierten Halbzelle (4.2.1) löst sich das Metall fortlaufend auf.
Ansatz: Aluminium steht in der Redoxreihe weit links.
Weiter: Abfließende Elektronen verschieben das Gleichgewicht M ⇌ Mᶻ⁺ + z e⁻.
A2
Anode, Kathode oder keins von beiden?
AFB I
Ordnen Sie die Vorgänge in einer arbeitenden galvanischen Zelle dem passenden Ort zu.
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1an der Anode
2an der Kathode
3an keiner Elektrode
Ionenwanderung und Elektronenfluss verbinden die Halbzellen, die Redoxvorgänge selbst finden nur an den Phasengrenzen Elektrode/Lösung statt.
Ansatz: Oxidation = Elektronenabgabe.
Weiter: Was geschieht zwischen den Elektroden?
A3
Elektrodenreaktionen formulieren
AFB I
Geben Sie zu jeder Halbzelle in der angegebenen Rolle die Elektrodenreaktion an.
Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
An der Anode wird immer die reduzierte Form des Paares oxidiert, an der Kathode die oxidierte Form reduziert. Platin selbst taucht in keiner Gleichung auf.
Ansatz: Anode: Elektronen stehen rechts.
Weiter: Bei Platin reagieren nur die gelösten Teilchen.
A4
Wer wird leichter?
AFB II
Bestimmen Sie, wie sich die Masse der genannten Elektrode ändert, während die Zelle Strom liefert.
Setze in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Zelle: Elektrode
nimmt ab
nimmt zu
bleibt
Mg | Mg²⁺ ‖ Ni²⁺ | Ni: Magnesium
Mg | Mg²⁺ ‖ Ni²⁺ | Ni: Nickel
Ni | Ni²⁺ ‖ Br₂, Br⁻ | Pt: Platin
Al | Al³⁺ ‖ Sn²⁺ | Sn: Zinn
Pt | Sn²⁺, Sn⁴⁺ ‖ Au³⁺ | Au: Platin
Masse ändert sich nur, wo ein Metall selbst umgesetzt wird. Ist das Redoxpaar gelöst (Br₂/Br⁻, Sn⁴⁺/Sn²⁺), bleibt die Platinelektrode gleich schwer.
Ansatz: Erst die Anode jeder Zelle bestimmen.
Weiter: Platin ist nur Elektronenleiter.
A5
Konzentration in der Anodenhalbzelle
AFB II
In der Zelle Al | Al³⁺ ‖ Cu²⁺ | Cu enthalten beide Halbzellen je 100 mL Lösung mit c = 1,00 mol/L. Nach einiger Zeit ist die Kupferelektrode um 0,635 g schwerer (\(M(\ce{Cu}) = 63{,}55\,\text{g/mol}\)). Berechnen Sie \(c(\ce{Al^3+})\) in der Anodenhalbzelle.
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Eine Halbzelle besteht aus Platin in schwefelsaurer Kaliumdichromat-Lösung. Formulieren Sie die Kathodenreaktion — ausgleichen wie in 4.1.2.
Setze den Bauplan von links nach rechts zusammen. Ein Klick legt den Baustein auf den nächsten freien Platz, ein Klick im Bauplan legt ihn zurück. Enter funktioniert genauso.
Chrom sinkt von +VI auf +III: zwei Cr-Atome nehmen zusammen 6 e⁻ auf. Ladungsausgleich mit 14 H₃O⁺, daraus 7 H₂O aus dem Sauerstoff plus 14 H₂O aus den Oxonium-Ionen = 21 H₂O.
Ansatz: Oxidationszahl von Cr im Dichromat bestimmen.
Stellen Sie das Vorgehen dar, mit dem Sie für eine unbekannte Zelle die Elektrodenvorgänge vorhersagen.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Die beiden Redoxpaare der Halbzellen notieren.
2In der Redoxreihe den stärkeren Elektronendonator bestimmen.
3Dessen Elektrode als Anode (Minuspol) festlegen, die andere als Kathode.
4Elektronenfluss im Draht von der Anode zur Kathode einzeichnen.
5Teilgleichungen aufstellen und daraus Massen- und Konzentrationsänderungen ableiten.
Wer mit den Polen beginnt, rät. Die Pole folgen aus dem Donatorvergleich, und erst die Teilgleichungen liefern Massen- und Konzentrationsänderungen.
Ansatz: Womit entscheidet man über die Anode?
Weiter: Gleichungen stehen am Ende.
A8
Protokollcheck Nickel | Brom
AFB III
Protokoll zur Zelle Ni | Ni²⁺ ‖ Br₂, Br⁻ | Pt. Überprüfen Sie die Zeilen und markieren Sie die falschen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Die Masse von Platin ändert sich nie; seine Polung ergibt sich allein aus dem Redoxpaar in seiner Lösung.
Ansatz: Welches Teilchen ist in der Brom-Halbzelle Akzeptor?
Weiter: Drei Zeilen sind falsch.
A9
Trickaufgabe: Regeln mit Ausnahmen
AFB III
Beurteilen Sie die folgenden „Faustregeln“.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Faustregeln wie „Anode löst sich auf“ gelten nur für Metall/Metall-Ion-Halbzellen.
Ansatz: Denke an Platinelektroden.
Weiter: Kupfer hat gegen edlere Metalle eine andere Rolle.
A10
Bilanz einer Eisen-Brom-Zelle
AFB III
Die Zelle Fe | Fe²⁺ ‖ Br₂, Br⁻ | Pt arbeitet; beide Halbzellen enthalten je 50,0 mL Lösung. Die Eisenelektrode verliert 0,279 g (\(M(\ce{Fe}) = 55{,}85\,\text{g/mol}\)). Ermitteln Sie die Bilanz.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
geflossene Elektronen \(n(\text{e}^-)\) =mmol
Zunahme \(\Delta c(\ce{Fe^2+})\) =mol/L
Zunahme \(\Delta c(\ce{Br-})\) =mol/L
Massenänderung des Platins =g
\(n(\ce{Fe}) = 5{,}00\,\text{mmol}\), also \(10{,}0\,\text{mmol}\) Elektronen. Aus einem Br₂ werden zwei Br⁻ — deshalb steigt c(Br⁻) doppelt so stark wie c(Fe²⁺). Platin bleibt unverändert.
