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Elektrochemische Spannungsreihe

Erfahre, was edle und unedle Metalle sind und wie sich dies durch die elektrochemische Spannungsreihe zeigt. Finde heraus, wie du das Redoxverhalten eines Elements ablesen kannst und welche Bedeutung Standardpotenziale haben. Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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André Otto
Elektrochemische Spannungsreihe
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Elektrochemische Spannungsreihe Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Elektrochemische Spannungsreihe kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe, auf welche Weise ein Potential zustande kommt.

    Tipps

    Wann lässt sich ein Potential beobachten?

    Damit sich ein Potential bilden kann, wird die reduzierte und oxidierte Form des Metalls benötigt.

    Lösung

    Um das Potential eines Metalls zu messen, wird das elementare Metall in seiner Salzlösung betrachtet. Es wird also z.B. ein Kupferstab in eine Kupfersulfat-Lösung getaucht. Es bildet sich ein Potential zwischen dem elementarem Kupfer und den Kupferionen aus.

    Dieses Potential hängt von mehreren Faktoren ab. Beim Standardpotential wurde eine Konzentration von 1 mol/l, eine Temperatur von 298 K und ein Druck von 1013 mbar als Reaktionsbedingungen festgelegt.

  • Gib an, ob die Metalle edel oder unedel sind.

    Tipps

    Edle Metalle reagieren nicht mit nichtoxidierenden Säuren.

    Lösung

    Die Standardwasserstoffzelle ($E_0=0V$) teilt die Reihe der Metalle in edel und unedel.

    • Die edlen Metalle haben positive Standardpotentiale. Sie reagieren nicht mit nichtoxidierenden Säuren. Ihre Ionen nehmen leicht Elektronen auf und sind somit gute Oxidationsmittel.
    • Die unedlen Metalle haben negative Standardpotentiale. Sie geben leicht Elektronen ab und sind daher gute Reduktionsmittel.

  • Bestimme die Standardpotentiale folgender Metalle.

    Tipps

    Edle Metalle haben ein positives Potential, unedle haben ein negatives Potential.

    Lösung

    Die Elektrochemische Reihe listet die Standardpotentiale der Metalle im Vergleich zur Wasserstoffelektrode auf. Wasserstoff hat dabei das Potential 0. Die Metalle, die eine Spannung über 0 aufweisen, werden als edel bezeichnet. Je größer das Potential, desto edler sind die Metalle. Du kannst sie gut an ihren Eigenschaften erkennen. So reagieren die edlen Metalle nicht mit Säuren und lassen sich nur schwer oxidieren. Die Metalle, die ein kleineres Potential als 0 aufweisen, werden als unedel bezeichnet. Diese lassen sich leicht oxidieren und reagieren gut mit Säuren.

  • Erkläre die Reaktion zwischen Zink und Salzsäure.

    Tipps

    Das Standardpotential von Zink ist -0,76 V.

    Edle Metalle haben ein Standardpotential größer als Null, unedle Metalle haben ein Standardpotental kleiner als Null.

    Lösung

    Zink gehört zu den unedlen Metallen. Sein Standardpotential ist also kleiner als Null. Unedle Metalle lassen sich unter anderem daran erkennen, dass sie mit nichtoxidierenden Säuren, wie der Salzsäure, reagieren.

    Bei der Reaktion entstehen das entsprechende Metallsalzchlorid und Wasserstoff. Da die Chloride meist gut wasserlöslich sind, nimmt man nur das scheinbare Verschwinden des Zinks wahr. Gleichzeitig entsteht Wasserstoff, was sich gut an der Gasentwicklung erkennen lässt.

    Da die unedlen Metalle sehr reaktiv sind, findet man sie in der Natur nur in Form von Erzen vor. Hier liegen die Metalle in Salzen vor und nicht in Reinform. Nur Edelmetalle, wie Gold oder Silber, können in der Natur in Reinform (also als elementares Metall) gefunden werden.

  • Ermittle das Potential der folgenden Metalle.

    Tipps

    Edelmetalle werden auch zur Herstellung von Schmuck und Geld verwendet.

    Lösung

    Je höher das Potential eines Metalles, desto edler ist es auch. Die Alkali- und Erdalkalimetalle haben sehr niedrige Potentiale und sind damit also unedel.

    Die Münzmetalle Kupfer, Silber und Gold hingegen sind edel. Edle Metalle erkennst du auch daran, dass sie nicht mit Säuren reagieren.

  • Erkläre die Reaktion zwischen Zink und Kupfersulfat.

    Tipps

    Welches Metall steht in der Spannungsreihe weiter links?

    Lösung

    Wird ein Metallstab in eine Metallsalzlösung gehalten, dann findet nur dann eine Reaktion statt, wenn das edlere Metall reduziert und das unedlere Metall oxidiert wird. In diesem Fall wird also das unedlere Zink oxidiert und es gehen Zinkionen in Lösung. Gleichzeitig werden die Kupferionen des edleren Kupfers reduziert. Das elementare Kupfer kannst du dann als rot-orangen Überzug am Zinkstab erkennen.

    Wird der Versuch anders herum aufgebaut, wird also ein Kupferstab in eine Zinksalzlösung gestellt, lässt sich keine Reaktion beobachten. Man spricht dann auch davon, dass die Reaktion nicht freiwillig abläuft. Soll diese Reaktion stattfinden, muss man sie erzwingen, indem man Energie zuführt. Dies geschieht in Form von elektrischer Energie, indem man eine Spannung anlegt. Nun läuft der Umkehrprozess dieser Redoxreaktion ab – man nennt diese Form von erzwungener Redoxreaktion Elektrolyse.