Elektrolyse --> Berechnungen < physikalische Chemie < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 12:11 Fr 19.10.2012 | | Autor: | Phil92 |
Hallo,
wir haben im Unterricht das Thema Elektrolyse von Wasser in O2 und H2 angefangen. Dafür haben wir einen Versuch aufgebaut und folgende Werte ermitteln können:
Nach 1 Minute und einer Spannung von 2V (I=1,07A) wurden 5cm³ H2 erzeugt. Insgesamt haben wir nach jeder Minute das Wasserstoffvolumen gemessen (insgesamt 9 Mal).
Nun stoße ich auf zwei Formeln, mit denen ich nichts anfangen kann. U.a. das Faradaysche Gesetz, mit dem man die Menge einer Substanz n berechnen kann, die an der Elektrode freigesetzt wird. Die Formel lautet ja:
n = (I*t)/(z*F)
I sind die 1,07 Ampere, t sind 60 Sekunden, z weiß ich nicht und F ist die Konstante (96,487 A*s/mol). Was ist z? Kann ich das noch anders ermitteln?
Dann gibts noch die Formel:
V = (n*R+t)/p
V ist das Volumen, also die 5cm³, oder nicht? n ist eigentlich aus der oberen Gleichung zu ermitteln, R ist wieder eine gegebene Konstante (8,31 J/mol*K), und p ist der Umgebungsdruck (98400Pa).
Stimmt meine Annahme, dass V = 5cm³ sind? Wenn ja, habe ich für das n inen Wert von 986,763 [Einheit weiß ich gar nicht] ermittelt. Was sagt mir dieser Wert nun?
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 12:53 Fr 19.10.2012 | | Autor: | hunadh |
> Hallo,
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> wir haben im Unterricht das Thema Elektrolyse von Wasser in
> O2 und H2 angefangen. Dafür haben wir einen Versuch
> aufgebaut und folgende Werte ermitteln können:
>
> Nach 1 Minute und einer Spannung von 2V (I=1,07A) wurden
> 5cm³ H2 erzeugt. Insgesamt haben wir nach jeder Minute das
> Wasserstoffvolumen gemessen (insgesamt 9 Mal).
>
> Nun stoße ich auf zwei Formeln, mit denen ich nichts
> anfangen kann. U.a. das Faradaysche Gesetz, mit dem man die
> Menge einer Substanz n berechnen kann, die an der Elektrode
> freigesetzt wird. Die Formel lautet ja:
>
> n = (I*t)/(z*F)
>
> I sind die 1,07 Ampere, t sind 60 Sekunden, z weiß ich
> nicht und F ist die Konstante (96,487 A*s/mol). Was ist z?
> Kann ich das noch anders ermitteln?
z ist die Anzahl der übertragenen Elektronen. Wieviele Elektronen braucht es, um molekularen Wasserstoff aus Wasser zu machen?
> Dann gibts noch die Formel:
>
> V = (n*R+t)/p
Ich habe jetzt nicht überprüft, ob diese Formel richtig ist,
> V ist das Volumen, also die 5cm³, oder nicht? n ist
> eigentlich aus der oberen Gleichung zu ermitteln, R ist
> wieder eine gegebene Konstante (8,31 J/mol*K), und p ist
> der Umgebungsdruck (98400Pa).
aber, wenn du sie nach n umstellst und alle Zahlen einsetzt muss
eine Stoffmenge herauskommen (Einheit mol). Immer die Einheiten mit einsetzen!
Die Einheit Pascal lässt sich auch anders ausdrücken:
![[]](/images/popup.gif) http://de.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28Einheit%29
Ebenso die Einheit Joule:
http://de.wikipedia.org/wiki/Joule
Damit solltest du eigentlich alles haben, um es umzustellen und auszurechnen...
> Stimmt meine Annahme, dass V = 5cm³ sind? Wenn ja, habe
> ich für das n inen Wert von 986,763 [Einheit weiß ich gar
> nicht] ermittelt. Was sagt mir dieser Wert nun?
siehe oben, ich würde ansonsten eher in Kubikmetern rechnen, da sonst nirgendwo ein "Centi" zum wegkürzen auftaucht.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 21:13 Fr 19.10.2012 | | Autor: | Phil92 |
Danke für deine Antwort.
Habe noch einen kleinen Fehler in der Volumenformel entdeckt. Richtig umgestellt heißt sie:
n = [mm] \bruch{V*P}{R*t}
[/mm]
Wenn ich nur die Einheiten einsetze, sprich:
V in [mm] [m^3]
[/mm]
P in [Pa] [mm] \Rightarrow [\bruch{kg}{m*s^2}]
[/mm]
R in [mm] [\bruch{J}{mol*K}] \Rightarrow [\bruch{kg*m^2} {s^2*mol*K}]
[/mm]
t in [s]
erhalte ich am Ende (durch Wegkürzen) folgende Einheit für n:
n = [mm] \bruch{mol*K}{s}
[/mm]
Stört also noch das K (wie kann ich Kelvin denn wegkürzen??) und das s...
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Hallo Phil92,
> Danke für deine Antwort.
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> Habe noch einen kleinen Fehler in der Volumenformel
> entdeckt. Richtig umgestellt heißt sie:
>
> n = [mm]\bruch{V*P}{R*t}[/mm]
>
> Wenn ich nur die Einheiten einsetze, sprich:
>
> V in [mm][m^3][/mm]
>
> P in [Pa] [mm]\Rightarrow [\bruch{kg}{m*s^2}][/mm]
>
> R in [mm][\bruch{J}{mol*K}] \Rightarrow [\bruch{kg*m^2} {s^2*mol*K}][/mm]
>
> t in
>
> erhalte ich am Ende (durch Wegkürzen) folgende Einheit
> für n:
>
> n = [mm]\bruch{mol*K}{s}[/mm]
>
> Stört also noch das K (wie kann ich Kelvin denn
> wegkürzen??) und das s...
Das "t" hat in dieser Formel die Einheit [K].
Gruss
MathePower
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 21:56 Fr 19.10.2012 | | Autor: | Phil92 |
Ist ja doch schon etwas verwirrend ... Wieso kann die Zeit die Einheit [K] haben? Würde dann jedenfalls passen, wenns so wäre, was ich dir Mal glaube ^^
Sind 60 Sekunden dann einfach 60 Kelvin?> Hallo Phil92,
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Hallo Phil92,
> Ist ja doch schon etwas verwirrend ... Wieso kann die Zeit
> die Einheit [K] haben? Würde dann jedenfalls passen, wenns
> so wäre, was ich dir Mal glaube ^^
>
> Sind 60 Sekunden dann einfach 60 Kelvin?> Hallo Phil92,
>
In den genannten Formeln haben die t's unterschiedliche Einheiten.
In den Faradayschen Gesetzen hat das t die Einheit [s].
In der Volumenformel, wie schon beschrieben, hat das t die Einheit [K].
Gruss
MathePower
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(Frage) überfällig  | | Datum: | 22:45 Fr 19.10.2012 | | Autor: | Phil92 |
Danke Danke Danke :)
Habe t (Zeit) mit T (Temperatur) verwechselt!
Habe nun am Ende, wenn ich meine ganzen Werte einsetze, folgendes Ergebnis:
n = 0,00032314 mol
Wenn ich jetzt die chemische Arbeit ermitteln möchte, setze ich dieses n in folgende Formel ein:
[mm] W_{ch} [/mm] = n * [mm] H_{0}
[/mm]
Wobei [mm] H_{0} [/mm] den oberen molaren kalorischen Gehalt darstellt.
[mm] H_{0} [/mm] = 266,1 [mm] \bruch{kJ}{mol} [/mm] oder analog 266100 [mm] \bruch{J}{mol}
[/mm]
Für [mm] W_{ch} [/mm] bekomme ich nun den Wert [mm] W_{ch} [/mm] = 85,988 J
Im Gegensatz zur elektrischen Arbeit [mm] W_{el} [/mm] = U * I * t, mit
U = 2 Volt
I = 1,07 Ampere
t = 60 Sekunden
[mm] W_{el} [/mm] = 128,4 J
Der Wirkungsgrad wäre nun laut Formel µ = [mm] \bruch{W_{ch}}{W_{el}} [/mm] = 0,66968847... oder analog [mm] \approx [/mm] 67 %
Wenn das jetzt alles plausibel klingt (und das tut es!), bin ich mega glücklich :)
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Hallo Phil92,
> Danke Danke Danke :)
>
> Habe t (Zeit) mit T (Temperatur) verwechselt!
>
> Habe nun am Ende, wenn ich meine ganzen Werte einsetze,
> folgendes Ergebnis:
>
> n = 0,00032314 mol
Du hast uns noch nicht die Temperatur T (in Kelvin) mitgeteilt, welche bei der Durchführung eurer Elektrolyse im Raum herrschte - resp. welche Temperatur die Apparatur hatte.
[mm] $n=\frac{p*V}{R*T}=\frac{98400\; \frac{N}{m^2}*5*10^{-6}\;m^3}{8,314\;\frac{N*m}{K*mol}*T}$
[/mm]
Aus den elektrischen Daten:
[mm] $n=\frac{I*t}{z*F} =\frac{1,07A*60s}{2*96485\;\frac{A*s}{mol}}\; \approx \; [/mm] 0,3327 [mm] \; [/mm] mmol$
> Wenn ich jetzt die chemische Arbeit ermitteln möchte,
> setze ich dieses n in folgende Formel ein:
>
> [mm]W_{ch}[/mm] = n * [mm]H_{0}[/mm]
>
> Wobei [mm]H_{0}[/mm] den oberen molaren kalorischen Gehalt
> darstellt.
Unter "oberem molaren kalorischen Gehalt" kann ich mir im Moment nichts sinnvolles vorstellen. Hast Du vielleicht einen link zur Hand?
> [mm]H_{0}[/mm] = 266,1 [mm]\bruch{kJ}{mol}[/mm] oder analog 266100
> [mm]\bruch{J}{mol}[/mm]
>
> Für [mm]W_{ch}[/mm] bekomme ich nun den Wert [mm]W_{ch}[/mm] = 85,988 J
>
> Im Gegensatz zur elektrischen Arbeit [mm]W_{el}[/mm] = U * I * t,
> mit
>
> U = 2 Volt
> I = 1,07 Ampere
> t = 60 Sekunden
>
> [mm]W_{el}[/mm] = 128,4 J
>
> Der Wirkungsgrad wäre nun laut Formel µ =
> [mm]\bruch{W_{ch}}{W_{el}}[/mm] = 0,66968847... oder analog [mm]\approx[/mm]
> 67 %
>
> Wenn das jetzt alles plausibel klingt (und das tut es!),
> bin ich mega glücklich :)
LG, Martinius
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 00:39 Sa 20.10.2012 | | Autor: | Phil92 |
Was gibt mit eigentlich der Wert z an? Du hast dort einfach die Zahl "2" für eingesetzt. Wieso, wenn ich fragen darf?
PS: Waren 20°C im Raum, also 293,15 K
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Hallo Phil92,
> Was gibt mit eigentlich der Wert z an? Du hast dort einfach
> die Zahl "2" für eingesetzt. Wieso, wenn ich fragen darf?
Nun ja, weil für ein Wasserstoffmolekül z = 2 Elektronen ausgetauscht werden müssen.
Das steht doch schon in einer der obeberen Antworten.
Gegenfrage: wie hast Du denn Dein: n = 0,00032314 mol
errechnet?
> PS: Waren 20°C im Raum, also 293,15 K
LG, Martinius
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 23:20 So 21.10.2012 | | Autor: | matux |
$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
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