| Redoxpaar | \(E^\circ\) in V | Redoxpaar | \(E^\circ\) in V |
|---|---|---|---|
| \(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn}\) | −0,76 | \(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}\) | +0,34 |
| \(\ce{Ni^2+}/\ce{Ni}\) | −0,26 | \(\ce{Ag+}/\ce{Ag}\) | +0,80 |
| \(\ce{Sn^2+}/\ce{Sn}\) | −0,14 | \(\ce{Br2}/\ce{Br-}\) | +1,07 |
| \(\ce{Pb^2+}/\ce{Pb}\) | −0,13 | \(\ce{MnO4-}/\ce{Mn^2+}\) | +1,51 |
| \(\ce{2 H3O+}/\ce{H2}\) | 0,00 |
\(M(\ce{Fe})=55{,}85\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\) · Standardbedingungen, 25 °C
Geben Sie Zahlen mit Komma ein; Vorzeichen beachten. Die Lösungen werden nach dem Auswerten freigeschaltet.
Wissen und Reproduzieren
18 PunkteWurstwaren werden mit Nitritpökelsalz haltbar gemacht; es enthält Natriumnitrit (\(\ce{NaNO2}\)). In der Lebensmittelkontrolle wird Nitrit mit Permanganat in saurer Lösung zu Nitrat oxidiert:
\(\ce{2 MnO4- + 5 NO2- + $x$ H3O+}\) \(\ce{-> 2 Mn^2+ + 5 NO3- + $y$ H2O}\)
Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)
Erwartungshorizont: a) \(\ce{NO2-}\): \(x-4=-1\Rightarrow+\mathrm{III}\); \(\ce{NO3-}\): \(+\mathrm{V}\); \(\ce{NH4+}\): \(x+4=+1\Rightarrow-\mathrm{III}\) (3 P). b) Elektronen: Mn \(+\mathrm{VII}\to+\mathrm{II}\), \(2\cdot5=10\); N \(+\mathrm{III}\to+\mathrm{V}\), \(5\cdot2=10\) ✓. Ladung: \(-2-5+x=+4-5\Rightarrow x=6\) (2 P). c) O: \(8+10+6=15+y\Rightarrow y=9\); Probe H: \(18=18\) (2 P). d) Nitrit gibt Elektronen ab (OZ steigt) → Reduktionsmittel; Permanganat ist das Oxidationsmittel (2 P).
Beide Lösungen: \(c=1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\), \(25\,{}^\circ\mathrm{C}\); die Salzbrücke ist mit Kaliumnitrat-Lösung getränkt.
Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)
Erwartungshorizont: a) Blei hat das kleinere Standardpotenzial (\(-0{,}13\,\mathrm{V}\)), gibt Elektronen ab → Minuspol (2 P). b) \(\Delta E=0{,}80\,\mathrm{V}-(-0{,}13\,\mathrm{V})=0{,}93\,\mathrm{V}\) (2 P). c) Blei: Anode, \(\ce{Pb -> Pb^2+ + 2 e-}\); Silber: Kathode, \(\ce{Ag+ + e- -> Ag}\); Salzbrücke: Ionenleitung (\(\ce{NO3-}\) zur Anode, \(\ce{K+}\) zur Kathode) (3 P). d) Silber scheidet sich ab, Blei geht in Lösung; Elektronen fließen nur im Draht (2 P).
Zusammenhänge herstellen
22 PunkteLaut Packung enthält eine Tablette \(100\,\mathrm{mg}\) Eisen als Eisen(II)-Salz. Eine Tablette wird in verdünnter Schwefelsäure gelöst und im Messkolben auf \(100{,}0\,\mathrm{mL}\) aufgefüllt. \(25{,}0\,\mathrm{mL}\) davon werden mit Kaliumpermanganat-Lösung (\(c=0{,}0100\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) bis zur bleibenden Rosafärbung titriert.
\(\ce{MnO4- + 5 Fe^2+ + 8 H3O+}\) \(\ce{-> Mn^2+ + 5 Fe^3+ + 12 H2O}\)
Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)
Erwartungshorizont: a) \(V=9{,}30\,\mathrm{mL}-0{,}35\,\mathrm{mL}=8{,}95\,\mathrm{mL}\) (2 P). b) \(n=0{,}0100\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\cdot8{,}95\,\mathrm{mL}=0{,}0895\,\mathrm{mmol}\) (2 P). c) \(n(\ce{Fe^2+})=5\cdot0{,}0895=0{,}4475\,\mathrm{mmol}\) in \(25{,}0\,\mathrm{mL}\); in der ganzen Tablette \(4\cdot0{,}4475=1{,}79\,\mathrm{mmol}\); \(m=1{,}79\,\mathrm{mmol}\cdot55{,}85\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\approx100\,\mathrm{mg}\) (4 P: Faktor 5, Faktor 4, \(m=n\cdot M\), Ergebnis). d) Selbstindikation: violettes \(\ce{MnO4-}\) wird bis zum Endpunkt zu fast farblosem \(\ce{Mn^2+}\) (2 P). e) \(100\,\mathrm{mg}\) entspricht der Angabe (2 P).
Metallbleche werden in Lösungen gestellt (je \(c=1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)). Außerdem wird eine Halbzelle aus einem unbekannten Metall X (Ionen \(\ce{X^2+}\)) gegen eine Kupfer-Halbzelle geschaltet: \(\Delta E=0{,}48\,\mathrm{V}\), Kupfer ist Pluspol.
Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)
Erwartungshorizont: a) Reaktion, wenn das Metall-Ion (Akzeptor) ein größeres \(E^\circ\) hat als das Metall (Donator): Ni/\(\ce{Ag+}\) ja; Cu/\(\ce{Ni^2+}\) nein; Zn/\(\ce{Sn^2+}\) ja; Ag/\(\ce{H3O+}\) nein (Silber ist edel) (4 P). b) \(0{,}48\,\mathrm{V}=0{,}34\,\mathrm{V}-E^\circ(\ce{X})\Rightarrow E^\circ=-0{,}14\,\mathrm{V}\) (2 P). c) Zinn (2 P). d) größter Abstand: Silber, \(\Delta E=1{,}56\,\mathrm{V}\) (2 P).
Verallgemeinern und Reflektieren
10 PunkteEine Kupfer(II)-bromid-Lösung wird zwischen zwei Graphitelektroden elektrolysiert: Am Minuspol scheidet sich Kupfer ab, am Pluspol entsteht Brom. Nach einigen Minuten wird die Spannungsquelle abgeklemmt und durch ein Lämpchen ersetzt.
Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)
Erwartungshorizont: a) \(U_Z\geq\Delta E=1{,}07\,\mathrm{V}-0{,}34\,\mathrm{V}=0{,}73\,\mathrm{V}\) (2 P). b) Kupfer und Brom reagieren freiwillig zurück (\(\ce{Cu + Br2}\) \(\ce{-> Cu^2+ + 2 Br-}\)): Kupfer wird oxidiert und ist Minuspol, die Elektronen fließen jetzt umgekehrt; das Lämpchen leuchtet, bis die Produkte verbraucht sind (2 P). c) Die Deutung „Laden/Entladen“ trifft zu; für einen brauchbaren Akku müssen die Produkte aber an den Elektroden bleiben — gelöstes Brom diffundiert zum Kupfer (Selbstentladung) (2 P).
Auf Alkali-Mangan-Batterien steht „Nicht aufladen!“. Bleiakkus dagegen werden geladen — Werkstätten warnen aber: „Beim Überladen nur in gut belüfteten Räumen, keine offene Flamme.“
Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)
Erwartungshorizont: a) In der Alkali-Mangan-Zelle ist die Rückreaktion gehemmt; statt \(\ce{ZnO}\) und \(\ce{MnO(OH)}\) zurückzuverwandeln, würden Nebenreaktionen (Gasbildung) ablaufen (2 P). b) Ist das Bleisulfat weitgehend zurückverwandelt, elektrolysiert der Ladestrom das Wasser der Schwefelsäure: \(\ce{2 H2O -> 2 H2 + O2}\); das Gemisch ist explosiv (2 P).
Ergebnis
| Aufgabe | Thema | Punkte |
|---|
Bewertung in Notenpunkten
| Punkte | Notenpunkte | Beurteilung |
|---|---|---|
| 48 – 50 P | 15 | sehr gut |
| 45 – 47 P | 14 | sehr gut |
| 43 – 44 P | 13 | sehr gut |
| 40 – 42 P | 12 | gut |
| 38 – 39 P | 11 | gut |
| 35 – 37 P | 10 | gut |
| 33 – 34 P | 9 | befriedigend |
| 30 – 32 P | 8 | befriedigend |
| 28 – 29 P | 7 | befriedigend |
| 25 – 27 P | 6 | ausreichend |
| 23 – 24 P | 5 | ausreichend |
| 20 – 22 P | 4 | ausreichend |
| 17 – 19 P | 3 | mangelhaft |
| 14 – 16 P | 2 | mangelhaft |
| 10 – 13 P | 1 | mangelhaft |
| 0 – 9 P | 0 | ungenügend |