4,aq//Pt-

Einstieg in die Untersuchung der stofflichen Veränderung bei Leitern 2. Art

hier: Nachweis von Kupfer

 HMTC GmbH

24.08.2008
 

Gliederung:

Ziel und Zweck

Vorwissen

Experiment

Skizze

Geräte

Sonstige Hilfsmittel

Chemikalien

Aufbau, Sicherheit und Entsorgung

Durchführung und Beobachtung

Auswertung

Ergebnis

Folgerung

Literatur

zu den didaktischen Anmerkungen zu den didaktischen Anmerkungen

zur Lernkartei zur Lernkartei

zum vorherigen Experiment

zum nächsten Experiment

  

 

   

Ziel und Zweck:

Bestätigung der Erwartung, dass bei der Elektrolyse von + Cu//CuSO4,aq//Cu - am Minus-Pol Kupfer abgescheiden wird. Dazu wird bei Elektrolyse die Kupfer-Katode wird durch Platin (silberig glänzendes Element) ersetzt: + Cu//CuSO4,aq//Pt -.

 

  

Vorwissen:

elektrischer Stromkreis

Leiterarten
 

Bild 1: Gleichstrom-Elektrolyse eine Kupfersulfat-Wasser-Lösung mit zwei Kupfer-Elektroden
+ Cu//CuSO4,aq//Cu -

Ergebnisse:

  • Plus-Pol - Anode Stromeingang,
  • Minus-Pol - Katode Stromausgang,
  • Ion - elektrisch geladenes Atom oder Atomgruppe
  • Kation - Positiv geladenes Ion, das zur Katde wandert.
  • Anode löst sich auf
  • An der Katode scheidet sich ein braunschwarzer Belag ab.

Vermutung:

  • Es geht genau soviel Kupfer an der Anode in die Lösung, wie sich ander Kathode abscheidet. Damit bliebe das Kupfer-Gleichgewicht in der Lösung konstant
  • Unklar bleibt, warum die Lösung nicht elektrisch aufgeladen ist oder sich bei der Elektrolyse auflädt.
 

Experiment:

  
 

 

Bild 2: Gleichstrom-Elektrolyse eine Kupfersulfat-Wasser-Lösung mit einer Kupfer-Anode und einer Platin-Katode

Geräte:

U-Rohr, 4 Schraubkappen mit Dichtung,
Regelbare Gleichspannungsquelle mit Ein/Ausschalter, Amperemeter, Voltmeter, Kabel; Halter für Elektroden (gegebenenfalls 2 Krokodilklemmen)

Sonstiges:

Stativ; Muffe; Klammer;

feines Schmirgelpapier

Chemikalien

gesättigte Kupfersulfat-Lösung in Wasser; w>25% gesundheitsschädlich (Xn) ; umweltgefährdend (N) ; WGK 2;Seit 2005 ersatzweise: MAK 0,1 ppm einatembar, Platin-Elektrode, Kupfer-Elektrode

 

  

Aufbau, Sicherheitsmaßnahmen und Entsorgung:

Persönliche Schutzmaßnahmen: Beim Umgang mit Gefahrstoffen ist immer eine Schutzbrille zu tragen. Es ist vorteilhaft, einen Schutzkittel zu tragen.
WäHrend des chemischen Experimentes läuft ein dünner Wasserstrahl, damit man sich nach einem versentlichen Kotakt mit Chemikalien sofort die Hände waschen kann.

Der Aufbau und die Schaltung geschieht nach Skizze. Anschließend gibt man eine kalt gesättigte Lösung von blauem Kupfersulfat (CuSO4*5 H2O) in Wasser dazu, bis die Elektroden bedeckt sind.

Entsorgung:

Die Kupfersulfatlösung wird in das Vorratsgefäß zurückgegeben. Die Kupfer-Elektrode und Platin-Elektrode werden abgespült, getrocknet und sind wieder zu verwenden.

 

 

  
Durchführung und Beobachtung:  

            

Bilder zur Bestätigung, dass an der Katode positiv geladene Kupfer-Ionen (Kupfer-Kationen) neutralisiert werden und Kupfer an der Anode abgeschieden wird.

  1. Sofort nach dem Einschalten der elektrischen Spannung fließt ein elektrischer Strom durch den Elektrolyten.
  2. Von der Anode sinken wieder (vorher. Exp.) dunkelblaue Konzentrationschlieren nach unten und von der Katode steigen hellblaue Schlieren auf .
  3. Die Anode löst sich langsam auf, aan der Platin-Katode scheidet sich ein rotes, glänzendes Metall ab.
  4. Die Lösung erwärmt sich.
  5. Sobald man die Spannung abschaltet, hört der Stromfluss und die Entwicklung der Schlieren auf.

 

  

Auswertung:

  1. Die Vorgänge an der Anode bleiben unverändert: DAs Kupfer-Anodenblech löst sich unter Bildung von blauen Kupfer-Kationen auf.
  2. Die Kupfer-Kationen werden an der Platin-Katode emtladen und bilden einen hellroten metallisch glänzenden Überzug aus Kupfer.

 

 

Ergebnis:

Bei der Elektrolyse von Kupfersulfat-Lösung geht an der Anode elementares Kupfer unter Bildung von Kupfer-Kationen (positiv geladenen Ionen) in Lösung. Die Ionen wandern zur Katode und werden dort wieder neutralisiert und als elementares Kupfer abgeschieden.

 

  
     

Folgerung:

Die wertvolle Platin-Elektrode muss wieder vom Kupfer befreit werden. Dazu kann man das gewonnenen Wissen anwenden.

Da sich Kupfer an der Anode auflöst und in Lösung geht, braucht man nur umzupolen, dann müsste das Kupfer wieder in Lösung gehen.

Vermutung: Man sollte nur solange Strom durch die Lösung schicken, bis alles Kupfer aufgelöst ist. Dann sollte man sofort abschalten, damit sich nicht anschließend auch das wertvolle Platin aufgelöst.

 

Ausblick:

nächster Versuch

 

Literatur:

Quellenangabe (bei Übernahme von Inhalten)

weiterführende Literatur

 

 
 

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 15.08.10