Schrauben, Nieten, Dosen und Zahnfüllungen — zehn Übungen dazu, wo Metalle sich gegenseitig zersetzen.
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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
Aussagen zum Lokalelement
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
Ein Lokalelement ist eine galvanische Zelle ohne Verbraucher: zwei Metalle, Kontakt, Elektrolyt.
Ansatz: Was gehört zu jeder galvanischen Zelle?
Weiter: Das unedlere Metall gibt Elektronen ab.
A2
Welches Metall leidet?
AFB I
Ordnen Sie jede Metallpaarung zu: Korrodiert bei Kontakt das links oder das rechts genannte Metall?
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1links genanntes Metall
2rechts genanntes Metall
Es korrodiert immer das Metall mit dem kleineren Standardpotenzial: Mg (−2,37 V) < Al (−1,66 V) < Zn (−0,76 V) < Fe (−0,41 V) < Sn (−0,14 V) < Cu (+0,34 V) < Ag (+0,80 V).
Ansatz: Spannungsreihe (4.2.5) nutzen.
Weiter: Zinn ist edler als Eisen.
A3
Trick im Kipp’schen Apparat
AFB I
Beschreiben Sie, warum man bei der Wasserstoff-Herstellung aus Zink und Salzsäure einige Tropfen Kupfersulfat-Lösung zugibt.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Zink reduziert die zu metallischem , das sich auf der Oberfläche des abscheidet. So entstehen viele . An den Kupferstellen ist die für Wasserstoff klein, deshalb entwickelt sich der Wasserstoff .
Die zugesetzte Kupfermenge ist winzig — sie wirkt nicht als Reaktionspartner, sondern schafft Kathodenflächen.
Ansatz: Zink ist unedler als Kupfer.
Weiter: Was bildet sich auf der Zinkoberfläche?
A4
Eisenblech mit Kupferniete
AFB II
Formulieren Sie die Gesamtgleichung für die Korrosion eines Eisenblechs mit Kupferniete in saurem Regenwasser (Eisen wird zu Fe²⁺).
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.
Kupfer taucht in der Gleichung nicht auf: Es ist nur die Kathodenfläche. Die Elektronen des Eisens reduzieren am Kupfer H₃O⁺ zu H₂.
Ansatz: Kupfer wird weder oxidiert noch reduziert.
In einem Lokalelement aus Eisen und Kupfer wird ein Korrosionsstrom von 12 mA gemessen, der einen Tag lang konstant fließt (\(F = 96\,485\,\text{C/mol}\), \(M(\ce{Fe}) = 55{,}85\,\text{g/mol}\), \(V_m = 24{,}0\,\text{L/mol}\)). Berechnen Sie schrittweise.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
Schätzen Sie ab, wie schnell das Anodenmetall bei gleicher feuchter Umgebung korrodiert.
Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = kaum, 2 = langsam, 3 = mittel, 4 = schnell, 5 = sehr schnell. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = kaum5 = sehr schnell
Stahlschraube in Stahlblech
Kupferniete in großem Stahlblech
Stahlplatte an gleich großer Kupferplatte
Stahlschraube in großem Kupferblech
Ohne zweites Metall entsteht kein Lokalelement. Ist die Anode groß (Stahlblech), verteilt sich der Korrosionsstrom auf viel Fläche. Ist sie klein (Schraube) und die Kathode groß, konzentriert sich der ganze Strom auf die Schraube.
Ansatz: Wo ist die Anode, wie groß ist sie?
Weiter: Die Kathodenfläche bestimmt, wie viel Strom fließen kann.
A7
Mix: Triebkraft mit Nernst
AFB II
Ein Zinkstück mit Kupfereinschlüssen liegt in Salzsäure (pH = 1); in der Lösung ist bereits \(c(\ce{Zn^2+}) = 0{,}001\,\text{mol/L}\). Ermitteln Sie mit der Nernst-Gleichung (4.2.6) die maximale Spannung zwischen Anoden- und Kathodenteil (\(p(\ce{H2}) = 1\,\text{bar}\), 25 °C, ohne Überspannung).
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
\(E(\ce{Zn}) = -0{,}76\,\text{V} + \tfrac{0{,}059\,\text{V}}{2} \cdot \lg 0{,}001 = -0{,}85\,\text{V}\). Kathodenteil ist die Wasserstoffelektrode am Kupfer: \(E = 0{,}059\,\text{V} \cdot \lg 0{,}1 = -0{,}059\,\text{V}\). \(\Delta E = 0{,}79\,\text{V}\). Typischer Fehler: E°(Cu²⁺/Cu) = +0,34 V verwenden — es gibt aber keine Cu²⁺-Ionen, reduziert wird H₃O⁺.
Ansatz: Welches Redoxpaar reagiert am Kupfer?
Weiter: z = 2 für Zink, z = 1 für H₃O⁺/H₂ bezogen auf je ein H₃O⁺.
A8
Loch im Weißblech
AFB III
Eine Konservendose aus Weißblech (Stahl mit Zinnschicht) hat einen Kratzer bis auf den Stahl. Erläutern Sie, indem Sie die Schritte in die richtige Reihenfolge bringen.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Der Kratzer legt Eisen frei.
2Ein Feuchtigkeitsfilm verbindet Eisen und Zinn als Elektrolyt.
3Eisen ist unedler: Es wird zum Anodenteil und oxidiert zu Fe²⁺.
4Die Elektronen wandern ins Zinn, an dessen großer Oberfläche reduziert wird.
5Die kleine Eisenfläche trägt den ganzen Strom — der Stahl wird unter der Zinnschicht durchgefressen.
Eine edlere Schutzschicht schützt nur, solange sie dicht ist. Nach einer Verletzung beschleunigt sie die Korrosion sogar (kleine Anode, große Kathode).
Ansatz: Vergleichen Sie E°(Sn) und E°(Fe).
Weiter: Erst Kontakt und Elektrolyt, dann Redox, dann Folge.
A9
Stromschlag im Mund
AFB III
Überprüfen Sie die Erklärung einer Schülerin, warum das Beißen auf Alufolie bei einer Amalgamfüllung schmerzt, und markieren Sie die falschen Zeilen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Aluminium (E° = −1,66 V) ist viel unedler als die Metalle im Amalgam (Silber, Zinn, Kupfer, Quecksilber).
Ansatz: Aluminium steht weit oben in der Spannungsreihe der unedlen Metalle.
Weiter: Zwei Zeilen sind falsch.
A10
Trickaufgabe: Verkupferter Stahl
AFB III
Ein Stahlteil wird zum Schutz verkupfert. Beurteilen Sie die Aussagen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Eine edlere Schicht ist eine reine Barriere: Wird sie verletzt, bildet sich ein Lokalelement, in dem der Stahl Anode ist. Eine unedlere Schicht (Zink) wird dagegen selbst zur Anode und schützt den Stahl weiter.
Ansatz: Welches Metall ist nach dem Kratzer Anode?
Weiter: Vergleichen Sie mit Zink, das unedler als Eisen ist.
