Abitraining Chemie Klausur Leistungskurs 4
Thema: Anlaufen und Reinigen von Silber
Orientierungen zur Lösung
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Aufgabe 1: Erläutern Sie die im Experiment a) gemachten Beobachtungen ohne Anlegen einer Spannung mithilfe zugehöriger Reaktionsgleichungen. Berechnen Sie die Masse an Silber, die sich in Experiment b) abscheidet. Erläutern Sie den Vorteil der Verwendung von Silber (Experiment b)) als Anodenmaterial gegenüber Graphit (Experiment c)) unter Einbeziehung der Reaktionsgleichungen für beide Elektrodenvorgänge.
Teil 1) die im Experiment a) gemachten Beobachtungen ohne Anlegen einer Spannung
mithilfe zugehöriger Reaktionsgleichungen erläutern:
Silber liegt als einwertiges Ion beziehungsweise in seiner oxidierten Form vor.
Da Eisen unedler ist als Silber, findet eine Elektronenübertragung statt:
Fe + 2 Ag+→ Fe2+ + 2 Ag
Es bildet sich elementares Silber, welches man als Verästelungen sieht:
Ag+ + e– → Ag
Eisen geht in Lösung: Fe → Fe2+ + 2e–
Teil 2) die Masse an Silber berechnen, die sich im Experiment b) abscheidet:
I · t = n · z · F
5 A · 600 s = (Ag) · 1 · 96485 A · s · mol-1
n(Ag) = 0,031 mol,
m(Ag) = n(Ag) · M(Ag)= 3,35 g
Es werden 3,35 g Silber abgeschieden.
Teil 3) den Vorteil erläutern der Verwendung von Silber (Experiment a)) als Anodenmaterial an Stelle von Graphit (Experiment b)) unter Einbeziehung der Reaktionsgleichungen für beide Elektrodenvorgänge:
Silberanode:
Anode: Ag → Ag+ + e–
Kathode: Ag+ + e– → Ag
Graphitanode:
Anode: 4 OH–→ O2 + 4 e– + 2 H2O
Kathode: Ag+ + e– → Ag
Die Silber-Ionen-Konzentration bleibt in der Lösung konstant, während sie bei der Verwendung einer Graphitanode kontinuierlich abnehmen würde.
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Aufgabe 2: Berechnen Sie die Spannung, die mindestens aufgebracht werden muss, um einen Gegenstand nach Experiment c) zu versilbern. Erläutern Sie mithilfe der Nernst-Gleichung, welchen Einfluss die Hydroxid-Ionen-Konzentration auf die aufzubringende Spannung hat. Beurteilen Sie, ob es sinnvoller ist, Gegenstände galvanisch zu versilbern als sie lediglich in eine Silbersalz-Lösung zu legen.
Teil 1) die Spannung berechnen, die mindestens aufgebracht werden muss, um einen Gegenstand nach Experiment c) zu versilbern:
Die Silber-Ionen liegen mit einer Konzentration von 1 mol·L-1 vor. Ebenso liegen die Hydroxid-Ionen mit einer Konzentration von 1 mol·L-1 vor, da ein pH-Wert von 14 herrscht. Somit können die Standardpotentiale direkt verrechnet werden.
U = E(A) – E(D) = 0,8 V – 0,4 V = 0,4 V
Teil 2) mithilfe der Nernst-Gleichung erläutern, welchen Einfluss die Hydroxid-Ionen-Konzentration auf die aufzubringende Spannung hat:
• Bei Hydroxid-Ionen-Konzentrationen größer 1 wird der Logarithmus der Nernst-Gleichung negativ.
• Je höher die Konzentration der Hydroxid-Ionen, desto geringer das Halbzellenpotential.
• Hierdurch wird der Abstand des Potentials von dem der Silberhalbzelle größer, und die zur Elektrolyse notwendige Spannung erhöht sich.
Teil 3) beurteilen, ob es sinnvoller ist, Gegenstände galvanisch zu versilbern, als sie lediglich in eine Silbersalz-Lösung zu legen:
Silber scheidet sich beim Galvanisieren ab, ohne dass das darunterliegende unedlere Metall in Lösung geht. Die aufgebrachte Silberschicht hält besser, und es wird ein gleichmäßiges Abscheiden erreicht. Man kann die Menge an abgeschiedenem Metall berechnen und beeinflussen. Ein galvanisches Versilbern ist dem bloßen Einlegen in eine Silberlösung vorzuziehen.
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Aufgabe 3: Erklären Sie die Beobachtungen bei der Behandlung von angelaufenem Silber im Labor. Beurteilen Sie die Aussagen der Zitate zum Anlaufen von Silber unter der Annahme, dass die aufgelisteten Reaktionen für diesen Vorgang verantwortlich sind.
Teil 1) die Beobachtungen bei der Behandlung von angelaufenem Silber im Labor erklären:
Beim Erhitzen von Silbersulfid in der Brennerflamme entsteht wieder elementares
Silber.
Teil 2) die Aussagen der Zitate beurteilen zum Anlaufen von Silber unter der Annahme, dass die aufgelisteten Reaktionen für diesen Vorgang verantwortlich sind:
Silber wird nicht durch Sauerstoff oxidiert. Dies zeigen die entsprechenden Potentiale. Die Reaktion von Silber mit Sauerstoff dürfte nicht stattfinden, da das Potential von Silber zu hoch ist. Dass das Auftreten zur Bildung von Ag2O unter 180 °C nachweisbar ist, kann mithilfe der Potentiale nicht erklärt werden.
Die Teilgleichungen
2 Ag + H2S ⇄ Ag2S + 2 H+ + 2 e– und
4 OH– ⇄ O2 + 2 H2O + 4e–
können durch ihre Potentiale gleichzeitig ablaufen.
Silber kann hier zu Silber-Ionen oxidiert werden, da die Reaktion mit Schwefelwasserstoff ein verhältnismäßig niedrigeres Standardpotential besitzt. Sauerstoff dient hier als Elektronen-Akzeptor. Unter diesen Voraussetzungen müssten sowohl Schwefelwasserstoff als auch Sauerstoff vorhanden sein, damit das Silber anläuft.
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Aufgabe 4: Erläutern Sie auch unter Angabe von Reaktionsgleichungen die elektrochemischen Vorgänge beim Reinigen von Silber nach der Aluminium-Salz-Methode. Beurteilen Sie die beiden Verfahren zur Silberreinigung, indem Sie Vor- und Nachteile beider Verfahren gegenüberstellen.
Teil 1) die elektrochemischen Vorgänge beim Reinigen von Silber nach der Aluminium-Salz-Methode erläutern:
• Beim Kontakt zwischen der Alufolie und dem Besteck entsteht ein kurzgeschlossenes galvanisches Element, ein Lokalelement.
• Aluminium ist unedler als Silber und wird oxidiert. Die Silber-Ionen werden zu Silber-Atomen reduziert, die sich als elementares Silber abscheiden.
• Das Kochsalz dient als Elektrolyt, erhöht die Leitfähigkeit der Lösung und beschleunigt die Elektronenübergänge.
Reaktionsgleichungen:
Reduktion: Ag2S + 2 e–→ 2 Ag + S2-
Oxidation: Al → Al3+ + 3 e–
Gesamtreaktion: 3 Ag2S + 2 Al → 6 Ag + 2 Al3+ + 3 S2-
Teil 2) die beiden Verfahren zur Silberreinigung beurteilen, indem er Vor- und Nachteile beider Verfahren gegenübergestellt werden:
Vorteile der Aluminium-Salz-Methode:
– einfache Durchführung, preiswert verfügbare Materialien,
– Erhaltung des Silbers durch Reduktion der Silber-Ionen,
Nachteile der Aluminium-Salz-Methode:
– Geruchsbelästigung und mögliche Gefährdung durch Schwefelwasserstoff,
Vorteile der Zahnpasta-Methode:
– einfache Durchführung, preiswerte Materialien,
Nachteile Zahnpasta-Methode:
– Abtragung der Silber-Atome, bei häufiger Anwendung drohende Abtragung der Silberschicht,
– Kratzer am Silber auf Grund der mechanischen Belastung.
Unter Abwägung der Vor- und Nachteile ist die Aluminium-Salz-Methode überlegen, da bei dieser Methode die Silberschicht erhalten bleibt, keine Kratzer entstehen und gegen die Geruchsbelästigung gelüftet werden kann bzw. die Reinigung im Freien durchgeführt werden kann.