Entladen ist galvanisch, Laden ist Elektrolyse — und die Pole bleiben trotzdem, wo sie sind.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Entladen oder Laden?
AFB I
Ordnen Sie die Merkmale eines Akkus ein.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Entladen
2Laden
3beides
Entladen = galvanische Zelle, Laden = Elektrolyse. Die Pole bleiben, Anode und Kathode tauschen.
Beim Laden treibt eine äußere Quelle die Reaktion.
Eine Karte passt zu beiden Vorgängen.
A2
Akkus und ihre Spannungen
AFB I
Ordnen Sie jedem Akku bzw. Akkupack die Nennspannung zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Die Zellspannung hängt vom Redoxsystem ab; Akkupacks entstehen durch Reihenschaltung: 6 · 2 V = 12 V, 4 · 1,2 V = 4,8 V.
Die Autobatterie besteht aus sechs Zellen.
Ni-MH-Zellen haben etwas weniger Spannung als 1,5-V-Batterien.
A3
Was macht eine Zelle wiederaufladbar?
AFB I
Nennen Sie alle Voraussetzungen, damit eine galvanische Zelle als Akku funktioniert.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Nur was an der Elektrode bleibt, kann beim Laden zurückverwandelt werden. Nebenreaktionen (z. B. Wasserzersetzung) verringern die Lebensdauer.
Was muss beim Laden noch vorhanden sein?
Drei Aussagen sind richtig.
A4
Oxidationszahlen im Akku
AFB II
Bestimmen Sie die Oxidationszahlen (ganze Zahl mit Vorzeichen).
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Teilchen
Atom
OZ
\(\ce{PbO2}\)
Pb
\(\ce{PbSO4}\)
Pb
\(\ce{PbSO4}\)
S
\(\ce{LiCoO2}\)
Co
\(\ce{NiO(OH)}\)
Ni
Im Bleiakku endet beides — Pb (0) und \(\ce{PbO2}\) (+IV) — bei Pb(+II) im Bleisulfat; Schwefel bleibt +VI. Im Li-Ionen-Akku wechselt Co zwischen +IV und +III, im Ni-MH-Akku Ni zwischen +III und +II.
Sulfat: SO₄²⁻, Hydroxid: OH⁻.
In LiCoO₂ hat Li +I.
A5
Laden am Minuspol
AFB II
Formulieren Sie die Teilgleichung, die beim Laden eines Bleiakkus am Minuspol abläuft.
Klicken Sie die Bausteine in der richtigen Reihenfolge an — sie wandern nacheinander in die Plätze. Ein Klick auf einen belegten Platz gibt den Baustein zurück.
Beim Laden wird das Bleisulfat am Minuspol wieder zu Blei reduziert (Kathode!): \(\ce{PbSO4 + 2 e- -> Pb + SO4^2-}\) — die Umkehrung der Entlade-Reaktion.
Laden = Umkehrung des Entladens.
Am Minuspol wird beim Laden reduziert.
A6
Wie oft springt der Motor an?
AFB II
Eine Autobatterie hat 12 V und 60 Ah. Beim Starten fließen etwa 2,0 s lang 150 A. Berechnen Sie.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt, negative Werte mit Minuszeichen.
gespeicherte EnergieWh
Ladung je StartvorgangAh
Zahl der Starts mit voller Batterie
\(W = U\cdot Q = 12\,\mathrm{V}\cdot 60\,\mathrm{Ah} = 720\,\mathrm{Wh}\). \(Q_\text{Start} = 150\,\mathrm{A}\cdot 2{,}0\,\mathrm{s} = 300\,\mathrm{As} = 0{,}0833\,\mathrm{Ah}\); \(60/0{,}0833 = 720\). In der Praxis deutlich weniger, weil die Spannung bei hohem Strom einbricht — und die Lichtmaschine lädt nach jedem Start nach.
1 Ah = 3600 As.
Energie = Spannung · Ladung.
A7
Die Säure im Bleiakku
MixAFB II
Beim Entladen eines Bleiakkus werden Oxonium- und Sulfat-Ionen verbraucht. Erläutern Sie die Folgen mit Ihrem Wissen aus Kapitel 3. Vervollständigen Sie den Text — drei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Beim Entladen die Konzentration der Oxonium-Ionen, der pH-Wert ; gleichzeitig entsteht , das die Säure zusätzlich verdünnt. Beim laufen alle Vorgänge umgekehrt ab. Die Schwefelsäure wirkt dabei als : Ihre Protonen werden am Pluspol an den Sauerstoff des Bleidioxids gebunden.
Übrig bleiben „Base“, „konstant“ und „Indikator“. Pluspol beim Entladen: \(\ce{PbO2 + SO4^2- + 4 H3O+ + 2 e- -> PbSO4 + 6 H2O}\) — die vier Oxonium-Ionen geben ihre Protonen ab (Kapitel 3: Säure = Protonendonator).
\(\mathrm{pH} = -\lg c(\ce{H3O+})\).
Welche Stoffe stehen rechts in der Pluspol-Gleichung?
A8
Der Lithium-Ionen-Akku
AFB III
Im Lithium-Ionen-Akku gilt beim Entladen: Minuspol \(\ce{LiC6 -> C6 + Li+ + e-}\), Pluspol \(\ce{CoO2 + Li+ + e- -> LiCoO2}\). Überprüfen Sie die Aussagen eines Referats.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Li⁺-Ionen pendeln zwischen den Elektroden hin und her („Schaukelstuhl“); die Elektronen nehmen immer den äußeren Weg.
Elektronen fließen nie durch den Elektrolyten.
Drei Aussagen sind falsch.
A9
Bleiakku: wann passiert was?
AFB III
Entscheiden Sie für jeden Vorgang am Bleiakku, ob er beim Entladen, beim Laden oder gar nicht auftritt.
Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Vorgang
beim Entladen
beim Laden
Am Minuspol entsteht Bleisulfat.
Am Pluspol entsteht \(\ce{PbO2}\).
Wasser wird verbraucht.
Im Draht fließen Elektronen vom Blei zum Bleidioxid.
Die Elektrode am Minuspol ist die Kathode.
Die Polung der Platten kehrt sich um.
Gesamt: \(\ce{Pb + PbO2 + 4 H3O+ + 2 SO4^2- <=> 2 PbSO4 + 6 H2O}\) (hin: Entladen, rück: Laden). Die Polung bleibt immer gleich; nur Stromrichtung und Rollen Anode/Kathode wechseln.
Lesen Sie die Gesamtgleichung einmal vorwärts und einmal rückwärts.
Eine Zeile bleibt ohne Kreuz.
A10
Trickaufgabe: Die Zellspannung des Bleiakkus
TrickAFB III
Ermitteln Sie mit den passenden Werten die Zellspannung \(\Delta E\) einer Bleiakku-Zelle. Standardpotenziale: \(\ce{Pb^2+}/\ce{Pb}\) −0,13 V; \(\ce{PbSO4}/\ce{Pb}\) −0,36 V; \(\ce{PbO2}/\ce{PbSO4}\) (sauer) +1,69 V; \(\ce{O2}/\ce{H2O}\) +1,23 V.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
V
Am Minuspol reagiert Blei zu Bleisulfat, nicht zu gelösten \(\ce{Pb^2+}\)-Ionen: \(\Delta E = 1{,}69 - (-0{,}36) = 2{,}05\,\mathrm{V}\). Die Falle: Mit \(\ce{Pb^2+}/\ce{Pb}\) erhält man 1,82 V — das Redoxpaar muss zur tatsächlichen Elektrodenreaktion passen.
