Verhältnisse, Zehnerpotenzen, Pole — zehn Übungen zu Zellen, die allein vom Konzentrationsunterschied leben.
Dein Fortschritt:
0 / 0 Aufgaben
1
Übungsaufgaben
Zehn Übungen von AFB I bis AFB III — jede gibt dir sofort Rückmeldung, bei Schwierigkeiten helfen zwei gestufte Tipps.
A1
Aussagen zur Konzentrationszelle
AFB I
Entscheiden Sie, ob die Aussage zutrifft.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Die Zelle „arbeitet“ am Ausgleich der Konzentrationen.
Ansatz: Welche Seite hat das höhere Potenzial?
Weiter: Was passiert an der Kathode mit den Ionen?
A2
Zink gegen Zink
AFB I
Zwei Zinkhalbzellen enthalten Zinksulfat-Lösungen mit \(c_1 = 1{,}0\,\text{mol/L}\) und \(c_2 = 0{,}0010\,\text{mol/L}\). Berechnen Sie die Spannung der Zelle.
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
\(U = \frac{0{,}059\,\text{V}}{2} \cdot \lg\frac{1{,}0}{0{,}0010} = 0{,}0295\,\text{V} \cdot 3 = 0{,}089\,\text{V}\). Ohne z = 2 käme man auf 0,177 V.
Ansatz: Drei Zehnerpotenzen Unterschied.
Weiter: Zink-Ionen sind zweifach geladen.
A3
Anode oder Kathode?
AFB I
Gegeben ist die Zelle Ni | Ni²⁺ (0,010 mol/L) ‖ Ni²⁺ (1,0 mol/L) | Ni. Ordnen Sie die Beobachtungen und Vorgänge der richtigen Halbzelle 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).
1Anode (−), 0,010 mol/L
2Kathode (+), 1,0 mol/L
In der Anodenhalbzelle entstehen Kationen — zum Ladungsausgleich wandern Anionen aus der Salzbrücke dorthin.
Ansatz: Die verdünnte Seite ist die Anode.
Weiter: Wohin müssen Anionen wandern, wenn neue Kationen entstehen?
A4
Spannungen zuordnen
AFB II
Ermitteln Sie für jede Konzentrationszelle die Spannung.
Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
U = (0,059 V/z) · Anzahl der Zehnerpotenzen. Bei der Wasserstoff-Konzentrationszelle ist z = 1 und der Unterschied 3 pH-Einheiten; bei Al³⁺ ist z = 3.
Ansatz: Zehnerpotenzen abzählen.
Weiter: z für jedes Ion bestimmen.
A5
Unbekannte Zinkkonzentration
AFB II
Eine Zinkhalbzelle mit 250 mL Probelösung wird gegen eine Zinkhalbzelle mit \(c = 0{,}10\,\text{mol/L}\) geschaltet. Die Vergleichshalbzelle ist Pluspol, \(U = 50\,\text{mV}\) (\(M(\ce{Zn}) = 65{,}38\,\text{g/mol}\)). Bestimmen Sie schrittweise den Zinkgehalt der Probe.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
\(\lg\frac{0{,}10}{c} = \frac{0{,}050\,\text{V}}{0{,}0295\,\text{V}} = 1{,}69\) → \(c = 0{,}10 / 10^{1{,}69} = 2{,}0 \cdot 10^{-3}\,\text{mol/L}\); \(m = 2{,}0\,\tfrac{\text{mmol}}{\text{L}} \cdot 0{,}25\,\text{L} \cdot 65{,}38\,\tfrac{\text{g}}{\text{mol}} \approx 33\,\text{mg}\). Die Probe ist der Minuspol, also die verdünntere Lösung.
Ansatz: Durch 0,0295 V teilen.
Weiter: Probe ist verdünnter als 0,10 mol/L.
A6
Messung in der richtigen Reihenfolge
AFB II
Beschreiben Sie den Ablauf einer Messreihe mit Nickel-Konzentrationszellen, indem Sie die Schritte ordnen.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Verdünnungsreihe von NiSO₄-Lösung herstellen (1; 0,1; 0,01; 0,001 mol/L)
2Nickelbleche schmirgeln und in zwei Bechergläser stellen
3Bechergläser mit einer KNO₃-getränkten Salzbrücke verbinden
4Spannung mit hochohmigem Voltmeter messen und Pole notieren
5U gegen lg(c₁/c₂) auftragen und die Steigung mit 0,0295 V vergleichen
Die Auswertung als Gerade U(lg(c₁/c₂)) prüft die Nernst-Gleichung: Steigung 0,059 V/z. Hochohmig messen, damit kein nennenswerter Strom fließt.
Ansatz: Erst Lösungen, dann Aufbau, dann Messung.
Weiter: Die Auswertung steht am Ende.
A7
Mix: Energie ohne Reaktionsenthalpie
AFB II
Erklären Sie mithilfe der Energetik (Kapitel 1), warum eine Konzentrationszelle elektrische Arbeit verrichten kann.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Bei der Konzentrationszelle findet keine im eigentlichen Sinn statt: Ionen werden nur von der konzentrierten zur verdünnten Seite „verlagert“. Die Reaktionsenthalpie ist daher nahezu . Die Triebkraft ist die Zunahme der beim Konzentrationsausgleich (1.4.1). Strom fließt, bis beide Konzentrationen sind.
Die Zelle ist weder exotherm noch „geladen“ im Sinne einer Reaktionsenergie — sie nutzt den Drang zur gleichmäßigen Verteilung, wie beim Vermischen zweier Lösungen.
Ansatz: Welche Stoffe entstehen insgesamt neu?
Weiter: Denke an S = k · ln W.
A8
Protokollcheck: pH-Zelle
AFB III
Zwei Wasserstoffelektroden tauchen in Salzsäure (pH 1) und in eine Pufferlösung (pH 5). Überprüfen Sie das Protokoll und markieren Sie die falschen Zeilen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
z = 2 und der Exponent 2 heben sich auf — daher 0,059 V pro pH-Einheit.
Ansatz: Wo ist c(H₃O⁺) größer?
Weiter: Koeffizient 2 vor H₃O⁺ beachten.
A9
Trickaufgabe: Beide Seiten verdünnt
AFB III
In einer Zelle Fe | Fe²⁺ (0,20 mol/L) ‖ Fe²⁺ (0,0020 mol/L) | Fe werden beide Lösungen auf das Zehnfache verdünnt. Begründen Sie, welche Aussagen zutreffen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
U hängt nur vom Verhältnis ab (100 : 1 bleibt 100 : 1). Mit weniger Ionen reicht aber schon ein kleinerer Umsatz, um die Konzentrationen anzugleichen — die Kapazität sinkt, die Spannung nicht.
Ansatz: Das Verhältnis vorher und nachher vergleichen.
Weiter: Spannung ≠ gespeicherte Ladung.
A10
Was passiert mit der Spannung?
AFB III
Ausgangspunkt ist die Zelle Sn | Sn²⁺ (0,0010 mol/L) ‖ Sn²⁺ (1,0 mol/L) | Sn mit \(U = 89\,\text{mV}\). Beurteilen Sie jeweils die Wirkung auf die Spannung.
Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = kehrt Pole um, 2 = wird null, 3 = sinkt, 4 = bleibt gleich, 5 = steigt. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = kehrt Pole um5 = steigt
Die verdünnte Lösung wird nochmals 1:100 verdünnt.
Die konzentrierte Lösung wird 1:10 verdünnt.
Beide Lösungen werden 1:10 verdünnt.
In die verdünnte Lösung wird SnCl₂ bis 1,0 mol/L gelöst.
In die verdünnte Lösung wird SnCl₂ bis 3,0 mol/L gelöst.
Entscheidend ist lg(c_links/c_rechts): größerer Abstand → höhere Spannung, gleiche Werte → null, Vertauschen der Größenverhältnisse → Umkehr der Pole.
Ansatz: Wie verändert sich das Verhältnis?
Weiter: Welche Seite ist danach die konzentriertere?
