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Die Reaktionen beim Daniell-Element
Zn/Zn2+(aq)//Cu2+(aq)/Cu
lassen sich in eine Reihe von Einzelvorgängen zerlegen, deren
Energiebeträge in Bezug zum Formelumsatz in der unteren Tabelle
dargestellt sind. Der Formelumsatz ergibt sich aus der Reaktion: Zn(s)
+ Cu2+(aq) –> Cu(s) + Zn2+(aq).
In der folgenden
Tabelle sind die
einzelnen Vorgänge der Reihe nach beschrieben:
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Oxidation des Zinks
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Reduktion der
Cu2+-Ionen |
| 1.
Sublimation der Zn-Atome aus dem Metallgitterverband |
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4. Dehydratation der
Cu2+-Ionen |
| 2.
Ionisation der Zn-Atome (Oxidation) |
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5. De-Ionisation der
Cu2+-Ionen (Reduktion) |
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3. Hydratation der
Zn2+-Ionen |
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6.
Resublimation der Cu-Atome zu einem Metallgitterverband |
| Summe der
Oxidation des Zn |
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Summe der
Reduktion des Kupfers |
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Die
beteiligten Energien der Elemente: |
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Arbeitsaufträge:
1. Trage die entsprechenden Werte in die obere
Tabelle ein. Bedenke dabei das Vorzeichen: Welche Energien sind
aufzuwenden (+) und welche werden frei (-)?
2. Berechne die Summe der Energien für den Oxidations- und den
Reduktionsvorgang :
3. Berechne die
Gesamtenergie für den Formelumsatz! ΔHo =
_______ kj/mol
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| Energie |
Zn/Zn2+ |
Cu/Cu2+ |
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ΔH°sub [kJ/mol] |
+131 |
+340 |
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ΔH°ion[kJ/mol] |
+2625 |
+2716 |
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ΔH°hyd[kJ/mol] |
-2057 |
-2216 |
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4. Berechne über die angegebenen
Formelbeziehungen die Spannung zwischen den beiden Halbzellen. |
Formelbeziehungen: |
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Die freie Standard-Enthalpie einer Redoxreaktion entspricht der
elektrischen Arbeit einer galvanischen Zelle:
ΔG° =
-Wel
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Die elektrische Arbeit ist das Produkt aus
Spannung U [V],
Stromstärke I [A] und
Zeit t [s]
Wel = U * I * t = U * Q [V*A*s]
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Wird in einer galvanischen Zelle unter
Standardbedingungen [25 °C = 298 K, 1013 hPa] die Ladung Q = z * F
(bei einem Formelumsatz) transportiert, erhält man
ΔG° =
-
ΔE° * z
* F mit z = Anzahl der transportierten Elektronen
und F=96487 C/mol ][Coulomb].
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| Die freie Enthalpie
ΔG°
einer Redoxreaktion kann also experimentell bestimmt werden, in dem man
die Zellspannung der entsprechenden galvanischen Zelle unter
Standardbedingungen misst. |
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Ergebnis der Berechnung:
ΔE° =
_________________________ [
___ ]
Beziehungen zwischen den
Energiearten:
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| 1 J = 1 W * s = 1 V * A *
s |
1 C = 1 A * s |
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