Verdünnen, ansäuern, zurückrechnen — zehn Übungen, in denen die Nernst-Gleichung Potenziale jenseits der Tabelle liefert.
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 Nernst-Gleichung
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
E° ist der Sonderfall der Nernst-Gleichung für Standardkonzentrationen.
Ansatz: Was steht im Logarithmus — und was nicht?
Weiter: Woher stammen die 0,059 V?
A2
Nickel in verdünnter Lösung
AFB I
Eine Nickelelektrode taucht in eine Nickelsulfat-Lösung mit \(c(\ce{Ni^2+}) = 0{,}001\,\text{mol/L}\); \(E^\circ(\ce{Ni^2+}/\ce{Ni}) = -0{,}23\,\text{V}\). Berechnen Sie das Elektrodenpotenzial.
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Ordnen Sie jede Veränderung ihrer Wirkung auf das Potenzial der jeweiligen 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).
1E steigt
2E sinkt
3E bleibt gleich
Entscheidend ist das Verhältnis c(Ox)/c(Red). Werden Ox und Red gleich stark verdünnt, bleibt es gleich — ebenso, wenn sich nur ein Feststoff ändert.
Ansatz: Welche Form steht im Zähler, welche im Nenner?
Weiter: Bei Fe³⁺/Fe²⁺ zählt nur das Verhältnis.
A4
Potenzialänderungen
AFB II
Ermitteln Sie, um wie viel sich das Potenzial durch die Konzentrationsänderung ändert.
Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
ΔE = (0,059 V/z) · lg(Faktor). Bei Cl₂/Cl⁻ steht c²(Cl⁻) im Nenner: (0,059 V/2) · lg(1/100) = −59 mV. Fe²⁺ ist die reduzierte Form — weniger davon lässt E steigen.
Ansatz: Zuerst z bestimmen.
Weiter: Steht das Ion im Zähler oder im Nenner?
A5
Zelle ohne Standardbedingungen
AFB II
Gegeben ist die Zelle \(\ce{Zn}\,|\,\ce{Zn^2+}(0{,}010\,\text{mol/L})\) \(\|\,\ce{Ni^2+}(0{,}50\,\text{mol/L})\,|\,\ce{Ni}\) mit \(E^\circ(\ce{Zn}) = -0{,}76\,\text{V}\), \(E^\circ(\ce{Ni}) = -0{,}23\,\text{V}\). Bestimmen Sie schrittweise die Zellspannung.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
\(E(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn})\) =V
\(E(\ce{Ni^2+}/\ce{Ni})\) =V
\(U\) =V
\(E(\ce{Zn}) = -0{,}76 + 0{,}0295 \cdot (-2) = -0{,}819\,\text{V}\); \(E(\ce{Ni}) = -0{,}23 + 0{,}0295 \cdot \lg 0{,}5 = -0{,}239\,\text{V}\); \(U = -0{,}239 - (-0{,}819) = 0{,}580\,\text{V}\) — größer als \(U^\circ = 0{,}53\,\text{V}\), weil die Anodenlösung verdünnt ist.
Ansatz: Beide Halbzellen haben z = 2.
Weiter: U = E(Kathode) − E(Anode).
A6
Wer hängt vom pH-Wert ab?
AFB II
Geben Sie an, ob das Potenzial des Redoxpaares vom pH-Wert abhängt.
Setze in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Redoxpaar
pH-abhängig
pH-unabhängig
MnO₄⁻ + 8 H₃O⁺ + 5 e⁻ ⇌ Mn²⁺ + 12 H₂O
Zn²⁺ + 2 e⁻ ⇌ Zn
O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e⁻ ⇌ 6 H₂O
Fe³⁺ + e⁻ ⇌ Fe²⁺
Cr₂O₇²⁻ + 14 H₃O⁺ + 6 e⁻ ⇌ 2 Cr³⁺ + 21 H₂O
Br₂ + 2 e⁻ ⇌ 2 Br⁻
pH-abhängig ist jedes Paar, in dessen Teilgleichung H₃O⁺ (oder OH⁻) auftaucht — typisch für Oxoanionen und Sauerstoff.
Ansatz: Suche H₃O⁺ in der Teilgleichung.
Weiter: Wasser selbst steht nicht im Nernst-Term, H₃O⁺ schon.
A7
Mix: Permanganat und der pH-Wert
AFB II
Kaliumpermanganat soll Bromid zu Brom oxidieren (\(E^\circ(\ce{Br2}/\ce{Br-}) = +1{,}07\,\text{V}\), \(E^\circ(\ce{MnO4-}/\ce{Mn^2+}) = +1{,}51\,\text{V}\), \(c(\ce{MnO4-}) = c(\ce{Mn^2+})\)). Untersuchen Sie den Einfluss des pH-Werts (Kapitel 3).
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
pH-Wert von Salzsäure mit \(c = 0{,}10\,\text{mol/L}\):
\(E(\ce{MnO4-}/\ce{Mn^2+})\) bei pH 1 =V
\(E(\ce{MnO4-}/\ce{Mn^2+})\) bei pH 5 =V
\(E = 1{,}51\,\text{V} + \frac{0{,}059\,\text{V}}{5} \cdot \lg c^8(\ce{H3O+}) = 1{,}51\,\text{V} - 0{,}0944\,\text{V} \cdot \text{pH}\). Bei pH 1 (1,42 V) wird Bromid oxidiert, bei pH 5 (1,04 V < 1,07 V) nicht mehr. Häufiger Fehler: den Exponenten 8 vergessen.
Ansatz: Starke Säure: c(H₃O⁺) = c₀(HCl).
Weiter: lg c⁸ = 8 · lg c = −8 · pH.
A8
Fehlersuche: Chlorelektrode
AFB III
Gesucht: das Potenzial einer Chlorelektrode mit \(c(\ce{Cl-}) = 0{,}01\,\text{mol/L}\), \(p(\ce{Cl2}) = 1013\,\text{hPa}\). Überprüfen Sie die Lösung und markieren Sie die falschen Zeilen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Die Rechnung ab Zeile 4 ist richtig — nur der Ansatz in Zeile 2 und die Deutung in Zeile 6 sind falsch.
Ansatz: Welche Form steht im Zähler?
Weiter: Zwei Zeilen sind falsch.
A9
Trickaufgabe: Verdünnen ohne Wirkung
AFB III
Eine Platinelektrode taucht in eine Lösung mit \(c(\ce{Fe^3+}) = 0{,}020\,\text{mol/L}\) und \(c(\ce{Fe^2+}) = 0{,}020\,\text{mol/L}\). Die Lösung wird auf das Zehnfache verdünnt. Beurteilen Sie die Aussagen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Bei einem Ionenpaar zählt nur das Verhältnis. Auch 0,02 mol/L zu 0,02 mol/L liefert lg 1 = 0 — Standardbedingung heißt Verhältnis 1, nicht zwingend 1 mol/L.
Ansatz: Rechne lg(c(Ox)/c(Red)) vor und nach dem Verdünnen.
Weiter: Wer kürzt sich weg?
A10
Bleisensor im Trinkwasser
AFB III
Ein Bleisensor (\(E^\circ(\ce{Pb^2+}/\ce{Pb}) = -0{,}13\,\text{V}\)) misst in einer Wasserprobe \(E = -0{,}35\,\text{V}\). Der Grenzwert der Trinkwasserverordnung liegt bei 10 µg/L (\(M(\ce{Pb}) = 207{,}2\,\text{g/mol}\)). Werten Sie die Messung aus.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Aus der Nernst-Gleichung folgt lg c(Pb²⁺) = (−0,35 V + 0,13 V) / 0,0295 V ≈ . Damit ist c(Pb²⁺) ≈ mol/L, das entspricht einer Massenkonzentration von etwa . Der Grenzwert ist .
Wer mit 0,059 V statt 0,0295 V teilt, erhält lg c = −3,7 und damit eine viel zu hohe Bleikonzentration — z = 2 entscheidet über den Befund.
Ansatz: Nach lg c umstellen, z = 2.
Weiter: Mol pro Liter mal 207,2 g/mol ergibt Gramm pro Liter.
