Tour d´ Innovation
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
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Abschlusspräsentation
B. Hanssmann
A. Hall
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Kunde: Hr. Rinnus Chemielehrer
Thema: Lernprogramm Elektrochemie
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Ziele: • Bedienerfreundlich
• Erklärung Begriffe
• verständlich
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Auszug aus einer Abituraufgabe zum Thema Elektrochemie
Punkte:
1
Gewinnung und Verwendung von Aluminium
Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Aluminium durch Reaktion von
Aluminiumchlorid mit Natrium hergestellt.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und begründen Sie, weshalb Natrium
als Reaktionspartner geeignet ist.
2
2
Heute wird Aluminium aus Aluminiumoxid durch Schmelzelektrolyse an Graphitelektroden hergestellt.
2.1
Formulieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen und begründen
Sie, welche Elektrode in bestimmten Zeitabständen ersetzt werden muss.
3
2.2
Bei einer Spannung von U = 5 V und einer Stromstärke von I = 100 000 A soll
m = 1 t Aluminium hergestellt werden.
Berechnen Sie:
a) die hierfür notwendige Ladung Q,
b) sowie die elektrische Arbeit W.
3
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Auszug aus einer Abituraufgabe zum Thema Elektrochemie
Punkte:
1
Gewinnung und Verwendung von Aluminium
Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Aluminium durch Reaktion von
Aluminiumchlorid mit Natrium hergestellt.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und begründen Sie, weshalb Natrium
als Reaktionspartner geeignet ist.
2
2
Heute wird Aluminium aus Aluminiumoxid durch Schmelzelektrolyse an
Graphitelektroden hergestellt.
2.1
Formulieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen und
begründen Sie, welche Elektrode in bestimmten Zeitabständen ersetzt
werden muss.
3
2.2
Bei einer Spannung von U = 5 V und einer Stromstärke von I = 100 000 A
soll m = 1 t Aluminium hergestellt werden.
Berechnen Sie:
a) die hierfür notwendige Ladung Q,
b) sowie die elektrische Arbeit W.
3
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Auszug aus einer Abituraufgabe zum Thema Elektrochemie
Punkte:
1
Gewinnung und Verwendung von Aluminium
Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Aluminium durch Reaktion von
Aluminiumchlorid mit Natrium hergestellt.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und begründen Sie, weshalb Natrium
als Reaktionspartner geeignet ist.
2
2
Heute wird Aluminium aus Aluminiumoxid durch Schmelzelektrolyse an
Graphitelektroden hergestellt.
2.1
Formulieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen und
begründen Sie, welche Elektrode in bestimmten Zeitabständen ersetzt
werden muss.
3
2.2
Bei einer Spannung von U = 5 V und einer Stromstärke von I = 100 000 A
soll m = 1 t Aluminium hergestellt werden.
Berechnen Sie:
a) die hierfür notwendige Ladung Q,
b) sowie die elektrische Arbeit W.
3
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Elektro-Chemie
Bedienungsanleitung
Grundbegriffe
Redoxgleichungen
Galvanische Elemente
Elektrolyse
Korrosionsschutz
Oxidationszahl
Teilgleichungen
Oxidationszahlen
Aufbau und
Funktionsweise
Korrosionsarten
Redoxreaktion
Aufbau und
Funktionsweise
Standardpotential
Reaktionen
Oxidations-,
Reduktionsmittel
Nernst´sche Gleichung Reaktions-Beispiel
Beispiele
Berechnungen
Beispiele
Korrosionsschutz
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
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Grundbegriffe
Redoxgleichungen
Galvanische Elemente
Elektrolyse
Aufbau und Funktionsweise
Reaktionen
Reaktions-Beispiel
Berechnungen
Beispiele
4) Schmelzflusselektrolyse
Herstellung unedler Metalle, z.B. Aluminium,Natrium.
Reaktionen (vereinfacht) bei Aluminiumherstellung
Anode aus Graphitblöcken:
C + 2O2CO2 + 4e- x 3
x4
Kathode aus Graphit (Wanne):
Al3+ + 3eAl
Gesamtreaktion:
3C + 6O2- + 4Al3+
3CO2 + 4Al
Elektrolyt:
geschmolzenes Kryolith (Na3AlF6) mit
Aluminiumoxid (Al2O3)
Beachte:
Kryolith (80%) dient zur Erhöhung der Leitfähigkeit und zur Senkung der
Schmelztemperatur (Arbeitstemperatur : 960°C)
Die Anode (Graphit) wird verbraucht und muss nachgeführt werden.
Korrosionsschutz
Formulieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen
und
begründen Sie, welche Elektrode in bestimmten Zeitabständen ersetzt werden muss.
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Auszug aus einer Abituraufgabe zum Thema Elektrochemie
Punkte:
1
Gewinnung und Verwendung von Aluminium
Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Aluminium durch Reaktion von
Aluminiumchlorid mit Natrium hergestellt.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und begründen Sie, weshalb Natrium
als Reaktionspartner geeignet ist.
2
2
Heute wird Aluminium aus Aluminiumoxid durch Schmelzelektrolyse an
Graphitelektroden hergestellt.
2.1
Formulieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen und
begründen Sie, welche Elektrode in bestimmten Zeitabständen ersetzt
werden muss.
3
2.2
Bei einer Spannung von U = 5 V und einer Stromstärke von I = 100 000 A
soll m = 1 t Aluminium hergestellt werden.
Berechnen Sie:
a) die hierfür notwendige Ladung Q,
b) sowie die elektrische Arbeit W.
3
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Auszug aus einer Abituraufgabe zum Thema Elektrochemie
Punkte:
1
Gewinnung und Verwendung von Aluminium
Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Aluminium durch Reaktion von
Aluminiumchlorid mit Natrium hergestellt.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und begründen Sie, weshalb Natrium
als Reaktionspartner geeignet ist.
2
2
Heute wird Aluminium aus Aluminiumoxid durch Schmelzelektrolyse an
Graphitelektroden hergestellt.
2.1
Formulieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen und
begründen Sie, welche Elektrode in bestimmten Zeitabständen ersetzt
werden muss.
3
2.2
Bei einer Spannung von U = 5 V und einer Stromstärke von I = 100 000 A
soll m = 1 t Aluminium hergestellt werden.
Berechnen Sie:
a) die hierfür notwendige Ladung Q,
b) sowie die elektrische Arbeit W.
3
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Elektro-Chemie
Bedienungsanleitung
Grundbegriffe
Redoxgleichungen
Galvanische Elemente
Elektrolyse
Korrosionsschutz
Oxidationszahl
Teilgleichungen
Oxidationszahlen
Aufbau und
Funktionsweise
Korrosionsarten
Redoxreaktion
Aufbau und
Funktionsweise
Standardpotential
Reaktionen
Oxidations-,
Reduktionsmittel
Nernst´sche Gleichung Reaktions-Beispiel
Beispiele
Berechnungen
Beispiele
Korrosionsschutz
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Faraday´sche Gesetze
Zusammengesetzt ergeben die beiden Faraday´schen Gesetze folgenden
Zusammenhang.
Q
=
I
x t =
n
x
z
x
F
Ladung = Stromstärke x Zeit = Stoffmenge x ausgetauschte x Faradayin
in
in
in
e--Zahl pro
Konstante
c
C = As
A
s
mol
Reaktion
96485 mol
Für die Stoffmenge n verwendet man je nach Aufgabe eine der folgenden
Beziehungen
n
V
m
 Gas
 c x VLösung
0
M
Vm
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Q
m
M
z
F
=
=
=
=
Vorgehen
Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
m
x z x F
M
Masse in g
g
molare Masse in mol
ausgetauschten eFarady–Konstante in
c
mol
= 1t = 1.000.000 g
g
= 27 mol
=3
= 96.485 molc
1000000
g
C
Q
x 3 x 96485
g
mol
27
mol
Q = 10.720.555.550 C
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Auszug aus einer Abituraufgabe zum Thema Elektrochemie
Punkte:
1
Gewinnung und Verwendung von Aluminium
Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Aluminium durch Reaktion von
Aluminiumchlorid mit Natrium hergestellt.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und begründen Sie, weshalb Natrium
als Reaktionspartner geeignet ist.
2
2
Heute wird Aluminium aus Aluminiumoxid durch Schmelzelektrolyse an
Graphitelektroden hergestellt.
2.1
Formulieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen und
begründen Sie, welche Elektrode in bestimmten Zeitabständen ersetzt
werden muss.
3
2.2
Bei einer Spannung von U = 5 V und einer Stromstärke von I = 100 000 A
soll m = 1 t Aluminium hergestellt werden.
Berechnen Sie:
a) die hierfür notwendige Ladung Q,
b) sowie die elektrische Arbeit W.
3
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Ziel
Vorgehen
Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Auszug aus einer Abituraufgabe zum Thema Elektrochemie
Punkte:
1
Gewinnung und Verwendung von Aluminium
Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Aluminium durch Reaktion von
Aluminiumchlorid mit Natrium hergestellt.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und begründen Sie, weshalb Natrium
als Reaktionspartner geeignet ist.
2
2
Heute wird Aluminium aus Aluminiumoxid durch Schmelzelektrolyse an
Graphitelektroden hergestellt.
2.1
Formulieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen und
begründen Sie, welche Elektrode in bestimmten Zeitabständen ersetzt
werden muss.
3
2.2
Bei einer Spannung von U = 5 V und einer Stromstärke von I = 100 000 A
soll m = 1 t Aluminium hergestellt werden.
Berechnen Sie:
a) die hierfür notwendige Ladung Q,
b) sowie die elektrische Arbeit W.
3
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Formel für elektrische Leistung aus Formelsammlung:
W = U
U
Ixt
W=
=
=
x
Spannung in V
Ladung (Q) in C = As
5,0 V x 10.720.555.550 As
3600 x 1000
I
x
t
= 5,00 V
= 10.720.555.550 As
= 14896,6 kWh ≈ 15000 kWh
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Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b
Auszug aus einer Abituraufgabe zum Thema Elektrochemie
Punkte:
1
Gewinnung und Verwendung von Aluminium
Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Aluminium durch Reaktion von
Aluminiumchlorid mit Natrium hergestellt.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und begründen Sie, weshalb Natrium
als Reaktionspartner geeignet ist.
2
2
Heute wird Aluminium aus Aluminiumoxid durch Schmelzelektrolyse an
Graphitelektroden hergestellt.
2.1
Formulieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen und
begründen Sie, welche Elektrode in bestimmten Zeitabständen ersetzt
werden muss.
3
2.2
Bei einer Spannung von U = 5 V und einer Stromstärke von I = 100 000 A
soll m = 1 t Aluminium hergestellt werden.
Berechnen Sie:
a) die hierfür notwendige Ladung Q,
b) sowie die elektrische Arbeit W.
3
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Ziel
Vorgehen
Musteraufgabe 2.1 2.2 a 2.2 b

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