Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name _______________________________Datum _ _ ._ _._ _

Der Blei-Akku

Batterien wie das Leclanché-Element haben den großen Nachteil, dass die darin ablaufenden Vorgänge zur Umwandlung chemischer in elektrische Energie nicht reversibel sind. Akkumulatoren wie der Blei-Akku arbeiten mit reversiblen chemischen Reaktionen.

Versuch 1: Zwei blank geschmirgelte Bleiplatten werden in einen mit Schwefelsäure (30%) gefüllten Glastrog eingesetzt. Zwischen den Platten befindet sich ein Separator zur Vermeidung eines Kurzschlusses. Die Bleiplatten sind mit einer Gleichspannungsquelle, einem Strom-Spannungsmessgerät und einem Verbraucher entsprechend der Skizze zusammen geschaltet. Für ca. 5-10 min wird bei einer Gleichspannung von ca. 2,3 V elektrolysiert.

Beobachtungen an den Platten: ____________________________
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Gemessene Spannung nach der Elektrolyse: ________ V

Im Bleiakku finden folgende Reaktionen statt:
Elektrolyt im Bleiakku ist die Schwefelsäure. Beim ersten Kontakt der Bleioberfläche mit der Schwefelsäure - die Spannungsquelle ist noch ausgeschaltet - bildet sich auf beiden Platten eine dünne Schicht von schwerlöslichem Bleisulfat PbSO₄(s). Bei der Elektrolyse finden nun an den Polen unterschiedliche Reaktionen statt:

1. Aufladungsvorgang = Formation:
+-Pol ( _________= _________ ): _____________________________________________________________________________________

−-Pol ( _________ = __________ ): ___________________________________________________________________________________

In beiden Zellen wird also Blei vom Oxidationszustand +II in den Oxidationszustand ±0 (am______ Pol und +IV (am ______ Pol) gebracht.

Gesamtvorgang der Elektrolyse: _____________________________________________________________________________________

Durch die Elektrolyse ist also eine ________________ Zelle mit einer __________-Elektrode und einer Elektrode aus _________________ entstanden.

Beim Entladen laufen dagegen folgende Vorgänge ab:
2. Entladevorgang:

+-Pol (_________= __________): _______________________________________________ E °= 1,69 V

−-Pol (_________= __________): _______________________________________________ E° = - 0,36 V

Gesamtvorgang der Entladung: _____________________________________________________________________________________

Auf beiden Bleiplatten bildet sich beim Entladen wieder schwerlösliches weißes ___________________ , das sich als dünne Schicht auf den Platten abscheidet. Beim nächsten Aufladen werden die Vorgänge wieder umgekehrt:
3. Aufladevorgang: ____________________________________________________________________________________

Das als Reaktionsprodukt gebildete schwerlösliche Bleisulfat bleibt größtenteils an den Elektroden haften. Dies ist die Voraussetzung für das Wiederaufladen. Bei der technischen Umsetzung des Bleiakkus sorgen bestimmte Vorrichtungen dafür, dass diese sensible Schicht nicht beschädigt wird.

Lösungen:

Beobachtungen an den Platinen:

An beiden Elektroden entwickelt sich beim ersten Kontakt zwischen Blei und Schwefels�ure ein Gas. Blei hat ein kleineres Elektrodenpotential als Wasserstoff, d.h. Blei-Atome geben Elektronen an Wasserstoffionen (aus der Schwefels�ure) ab.

Pb(s) + 2 H⁺(aq) ----> Pb²⁺(aq) + H₂(g)

Die Blei-Ionen Pb²⁺(aq) bilden mit den Sulfationen SO₄^2-(aq) aus der S�ure schwerl�sliches Bleisulfat, das sich auf der Elektrode als �berzug absetzt und diese vor weiterer Reaktion sch�tzt.

Auf der positiven Elektrode lagert sich eine braune Schicht ab.

Gemessene Spannung nach der Elektrolyse: U=2,0 V

1. Aufladungsvorgang = Formation:
+-Pol ( Anode = Oxidationselektrode ):

An der Elektrode entsteht Bleidioxid PbO₂(s), an der braunen Farbe erkennbar. Die Blei(II)-Ionen des Bleisulfats und die Bleiatome aus der Platte werden oxidiert.

PbSO₄(s) + 2 H₂O(l) ----> PbO₂(s) + 2 e- + 4 H⁺ +SO₄^2-(aq)

−-Pol ( Kathode = Reduktionselektrode ):

Blei-Ionen aus dem vorhandenen Bleisulfat werden reduziert, elementares Blei ver�ndert sich nicht.

PbSO₄(s) + 2 e- + 2 H+ ---> Pb(s) + 2 H₂SO₄(aq)

In beiden Zellen wird also Blei vom Oxidationszustand +II in den Oxidationszustand �0 (am -Pol und +IV (am + Pol) gebracht.

Gesamtgleichung: PbSO₄(s) + 2 H₂O(l) ----> Pb(s) + PbO₂(s) + 2 H₂SO₄(aq)

Gesamtvorgang der Elektrolyse:
Durch die Elektrolyse ist also eine galvanische Zelle mit einer Blei-Elektrode und einer Elektrode aus Bleidioxid entstanden.

Beim Entladen laufen dagegen folgende Vorg�nge ab:
2. Entladevorgang:
+-Pol (Kathode = Reduktion): PbO₂(s) + 4 H⁺ + SO₄^2-(aq) + 2 e- ---> PbSO₄(s) + 2 H₂O(l) E �= 1,69 V
−-Pol (Anode = Oxidation): Pb(s) + 2 H⁺ + SO₄^2-(aq) ----> PbSO₄(s) + 2 e- + 2 H⁺ E� = - 0,36 V

Gesamtvorgang der Entladung: Pb(s) + PbO₂(s) + 2 H₂SO_₄ --> 2 PbSO₄(s) + 2 H₂O(l) + elektr. Energie

Beim Entladen bildet sich wieder wei�liches Bleisulfat, ...

update: 14.02.2021 zurück zur Hauptseite