energetik_daniellelement

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:

Oxidation des Zinks	Reduktion der Cu²⁺-Ionen
1. Sublimation der Zn-Atome aus dem Metallgitterverband		4. Dehydratation der Cu²⁺-Ionen
2. Ionisation der Zn-Atome (Oxidation)		5. De-Ionisation der Cu²⁺-Ionen (Reduktion)
3. Hydratation der Zn²⁺-Ionen		6. Resublimation der Cu-Atome zu einem Metallgitterverband
Summe der Oxidation des Zn		Summe der Reduktion des Kupfers

Die beteiligten Energien der Elemente:

Energie	Zn/Zn²⁺	Cu/Cu²⁺
DH°_sub[kJ/mol]	+131	+340
DH°_ion[kJ/mol]	+2625	+2716
DH°_hyd[kJ/mol]	-2057	-2216

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:
DH° = _______________ kJ/mol

3. Berechne die Gesamtenergie für den Formelumsatz!

4. Berechne über die angegebenen Formelbeziehungen die Spannung zwischen den beiden Halbzellen.

Formelbeziehungen:

Die freie Standard-Enthalpie einer Redoxreaktion entspricht der elektrischen Arbeit einer galvanischen Zelle:

DG° = -W_el

Die elektrische Arbeit ist das Produkt aus Spannung U [V], Stromstärke I [A] und Zeit t [s]

W_el = U * I * t = U * Q [V*A*s]

Wird in einer galvanischen Zelle unter Standardbedingungen [25 °C = 298 K, 1013 hPa] die Ladung Q=z * F (bei einem Formelumsatz) transportiert, erhält man

DG° = - DE° = z * F
mit z=Anzahl der transportierten Elektronen und F=96487 C/mol ][Coulomb]

Die freie Enthalpie DG° einer Redoxreaktion kann also experimentell bestimmt werden, in dem man die Zellspannung der entsprechenden galvanischen Zelle unter Standardbedingungen misst.

Ergebnis der Berechnung: DE° = ____________________ [____________]

Beziehungen zwischen den Energiearten:

1 J = 1 W * s = 1 V * A * s

1 C = 1 A * s