Aufgabenblock — AFB I
Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren quer durch das Kapitel: Oxidationszahlen, Redoxgleichungen, Titration, galvanische Zellen, Nernst, Elektrolyse, Akku und Korrosion. Das sind die sicheren Punkte in jeder Klausur.
Bestimmen Sie die Oxidationszahl a) des Chroms im Dichromat-Ion \(\ce{Cr2O7^2-}\), b) des Schwefels (Mittelwert) im Thiosulfat-Ion \(\ce{S2O3^2-}\) und c) des Kohlenstoffs (Mittelwert) in Ethanal \(\ce{CH3CHO}\). Erläutern Sie, warum der Mittelwert in c) nicht die Oxidationszahlen der einzelnen C-Atome wiedergibt.
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Kupfer löst sich in verdünnter Salpetersäure; dabei entsteht farbloses Stickstoffmonooxid NO. Formulieren Sie die Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion und stellen Sie die Gesamtgleichung (saure Lösung, mit \(\ce{H3O+}\)) auf. Geben Sie an, wie viele Elektronen im Formelumsatz übertragen werden und welchen Koeffizienten \(\ce{H3O+}\) erhält.
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20,0 mL einer schwefelsauren Eisen(II)-sulfat-Lösung verbrauchen bis zur ersten bleibenden Rosafärbung 14,2 mL Kaliumpermanganat-Lösung \((c = 0{,}0200\,\text{mol/L})\). Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und berechnen Sie a) die Stoffmengenkonzentration der Eisen(II)-Ionen und b) die Massenkonzentration an Eisen in g/L \((M(\ce{Fe}) = 55{,}85\,\text{g/mol})\).
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Entscheiden Sie mithilfe der Spannungsreihe, ob die Reaktion abläuft: a) Brom-Wasser mit Kaliumiodid-Lösung, b) Iod mit Kaliumbromid-Lösung, c) Kupfer mit Salzsäure, d) Eisen mit Kupfer(II)-sulfat-Lösung. Nennen Sie für jede ablaufende Reaktion Elektronendonator und -akzeptor und berechnen Sie \(U^\circ\) für a). \(E^\circ\): \(\ce{Br2}/\ce{Br-}\) +1,07 V, \(\ce{I2}/\ce{I-}\) +0,54 V, \(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}\) +0,34 V, \(\ce{Fe^2+}/\ce{Fe}\) −0,41 V.
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Ein Aluminiumblech in Aluminiumsulfat-Lösung und ein Kupferblech in Kupfer(II)-sulfat-Lösung (je \(c = 1\,\text{mol/L}\)) werden zu einer galvanischen Zelle verbunden. \(E^\circ(\ce{Al^3+}/\ce{Al}) = -1{,}66\,\text{V}\), \(E^\circ(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}) = +0{,}34\,\text{V}\). Geben Sie das Zelldiagramm und die Elektrodenreaktionen an, formulieren Sie die Zellreaktion und berechnen Sie die Standard-Zellspannung.
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Beschreiben Sie den Aufbau der Standard-Wasserstoffelektrode. Geben Sie an, was das Voltmeter anzeigt, wenn a) eine Zink-Standardhalbzelle am V-Eingang und die SHE am COM-Eingang liegt, und b) eine Silber-Standardhalbzelle am COM-Eingang und die SHE am V-Eingang liegt. \(E^\circ\): Zn −0,76 V, Ag +0,80 V.
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Berechnen Sie a) das Potenzial einer Silberhalbzelle mit \(c(\ce{Ag+}) = 0{,}010\,\text{mol/L}\) (\(E^\circ = +0{,}80\,\text{V}\)) und b) die Spannung einer Konzentrationszelle aus zwei Kupferhalbzellen mit \(c_1(\ce{Cu^2+}) = 1{,}0\,\text{mol/L}\) und \(c_2(\ce{Cu^2+}) = 0{,}0010\,\text{mol/L}\) (25 °C). Geben Sie in b) den Minuspol an.
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Eine Zinkchlorid-Lösung \((c = 1\,\text{mol/L})\) wird zwischen Graphitelektroden 30 min lang mit \(I = 0{,}50\,\text{A}\) elektrolysiert. Formulieren Sie die Elektrodenreaktionen mit Polen und berechnen Sie a) die theoretische Zersetzungsspannung aus den Standardpotenzialen (\(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn}\) −0,76 V, \(\ce{Cl2}/\ce{Cl-}\) +1,36 V) und b) die Masse des abgeschiedenen Zinks \((M = 65{,}38\,\text{g/mol},\ F = 96\,485\,\text{C/mol})\).
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Formulieren Sie für den Bleiakkumulator die Reaktionen am Minus- und am Pluspol sowie die Gesamtgleichung mit Beschriftung „Entladen/Laden“. Geben Sie für beide Vorgänge an, welche Platte Anode ist, und erklären Sie, warum man den Ladezustand mit einem Dichtemesser (Aräometer) prüfen kann.
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Formulieren Sie die Gesamtgleichungen der Säure- und der Sauerstoffkorrosion von Eisen. Berechnen Sie mit der Nernst-Gleichung die Potenziale a) \(E(\ce{H3O+}/\ce{H2})\) und b) \(E(\ce{O2}/\ce{OH-})\) bei pH 7 (\(E^\circ(\ce{O2}) = 1{,}23\,\text{V}\)) und begründen Sie damit, welche Korrosionsart in neutralem Wasser abläuft.
