Elektrolyse von Wasser?

Kann mir jemand bei diesen Aufgaben helfen?

Aufgaben:

1. Stellen Sie für die Elektrolyse des Wassers die Gesamtgleichung und die Teilgleichungen auf.
2. Erklären Sie den Farbumschlag des Indikators. Erklären Sie unter Angabe von Re- aktionsgleichungen, welche Änderungen im Kathoden- und Anodenraum bezüglich der Ammonium- und Acetat-Ionen auftreten.

Material:

Versuch: Elektrolyse von Wasser in einer Ammoniumacetat-Lösung unter Zugabe von

Bromthymolblau

Materialien:

U-Rohr, Stativmaterial (oder die aus dem Unterricht bekannten Gefäße für Elektrolysen), 2 Kohleelektroden, 2 Kabel, Gleichspannungsquelle

Chemikalien: wässrige Ammoniumacetat-Lösung (aq) mit Indikatorlösung (Bromthymolblau) versetzt

Durchführung: Bauen Sie die Materialien für den Versuch auf und elektrolysieren Sie die Lösung für 5 –10 Minuten mit einer Spannung von 5 –10 Volt.

Beobachtung: Nach kurzer Zeit ist an beiden Elektroden eine Gasentwicklung zu beobachten. An der mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle verbundenen Elektrode A (Kathode) ist eine stärkere Gasentwicklung zu beobachten als an der mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle verbundenen Elektrode B (Anode). An der Kathode ist nach einiger Zeit eine deutliche Blaufärbung der ursprünglich grünen Lösung zu beobachten.An der Anode dagegen ist nach einiger Zeit eine deutliche Gelbfärbung der vorher grünen Lösung zu verzeichnen.

Hinweis: Bromthymolblau besitzt einen pKS-Wert von 6,8.

Answer 1

[Hi123754]

Gesamtgleichung der Elektrolyse:

2 H₂O(l) → 2 H₂(g) + O₂(g)

Diese Gleichung zeigt die Gesamtreaktion, bei der Wassermoleküle durch den elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden.

Teilgleichungen:

• An der Kathode (negative Elektrode): Hier findet die Reduktion statt. Wassermoleküle nehmen Elektronen auf und werden zu Wasserstoffgas reduziert:
• 2 H₂O(l) + 2 e⁻ → H₂(g) + 2 OH⁻(aq)
• An der Anode (positive Elektrode): Hier findet die Oxidation statt. Wassermoleküle geben Elektronen ab und werden zu Sauerstoffgas oxidiert:
• 4 OH⁻(aq) → O₂(g) + 2 H₂O(l) + 4 e⁻

Farbumschlag des Indikators:

Der genaue Farbumschlag hängt von dem verwendeten Indikator ab. Allgemein lässt sich jedoch sagen, dass sich der pH-Wert im Kathodenraum erhöht, da dort Hydroxid-Ionen (OH⁻) gebildet werden. Ein pH-Indikator, der im basischen Bereich umschlägt (z.B. Phenolphthalein), würde hier eine Farbänderung zeigen. Im Anodenraum hingegen sinkt der pH-Wert, da dort Hydronium-Ionen (H₃O⁺) gebildet werden. Ein pH-Indikator, der im sauren Bereich umschlägt (z.B. Methylorange), würde hier eine Farbänderung zeigen.

Änderungen im Kathoden- und Anodenraum bezüglich der Ammonium- und Acetat-Ionen:

• Kathodenraum:
• Die Konzentration der Hydroxid-Ionen (OH⁻) nimmt zu, da sie bei der Reduktion von Wasser entstehen.
• Die Ammonium-Ionen (NH₄⁺) bleiben zunächst unverändert.
• Es kann jedoch eine Reaktion zwischen den entstandenen Hydroxid-Ionen und den Ammonium-Ionen stattfinden, wobei Ammoniak entsteht: NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq) → NH₃(g) + H₂O(l) Das gebildete Ammoniak kann als Gas entweichen oder in Wasser gelöst bleiben.
• Anodenraum:
• Die Konzentration der Acetat-Ionen (CH₃COO⁻) nimmt zunächst unverändert.
• Es kann jedoch eine Reaktion zwischen den entstandenen Hydronium-Ionen (H₃O⁺) und den Acetat-Ionen stattfinden, wobei Essigsäure entsteht: CH₃COO⁻(aq) + H₃O⁺(aq) → CH₃COOH(aq) + H₂O(l) Die gebildete Essigsäure bleibt in Lösung.

Zusammenfassung:

Bei der Elektrolyse von Wasser mit einem Ammonium-Acetat-Elektrolyten treten folgende Veränderungen auf:

• Kathode: Bildung von Wasserstoffgas und Hydroxid-Ionen, möglicher Anstieg des pH-Werts und Bildung von Ammoniak.
• Anode: Bildung von Sauerstoffgas, möglicher Abfall des pH-Werts und Bildung von Essigsäure.

Die Ki lässt grüßen aber sollte fein sein (;

Comments

[indiachinacook]

Typische AI-Antwort. Vieles stimmt, anderes ist subtil daneben bis inkohärent falsch. Wie kommt z.B. die Essigsäure ins Spiel?

[Hi123754]

@indiachinacook

besser als nichts habe mit meiner Zeit besseres vor als die Hausaufgaben von anderen zu machen, und habe deshalb KI lässt grüßen dazu gesagt

Answer 2

[indiachinacook]

Bromthymolblau ist ein Indikator, der im Sauren gelb und im Alkalischen blau gefärbt ist. In neutralem Wasser kann er sich nicht so recht entscheiden und ist daher grün (weil sein pKₐ knapp an 7 liegt).

An der Kathode wird reduziert:

2 H₂O + 2 e¯ ⟶ H₂ + 2 OH¯

es bildet sich Wasserstoff (ein Molekül pro zwei Elektronen Stromfluß) und es entstehen OH¯-Ionen als Nebenprodukt, also wird die Lösung alkalisch und der Indikator färbt sich blau.

An der Anode wird oxidiert

6 H₂O ⟶ O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e¯

es bildet sich Sauerstoff (nur ein Molekül pro vier Elektronen, also halb soviel Gas wie an der Kathode), und die nebenher gebildeten H₃O⁺ machen die Lösung sauer, daher färbt sich das Bromthymolblau gelb.

Beachte, daß sich pro verbrauchtem Elektron aus dem Stromkreis genau ein H₃O⁺ bzw. OH¯ bildet. Wenn Du während der Elektrolyse rührst, so daß die Ionen quer durch die Lösung flutschen können, dann neutralisieren sie sich genau weg; der pH der Gesamtlösung verändert sich also nicht durch die Elektrolyse.