Redoxaufgabe

[Harasser]

Ich habe bei folgender Aufgabe einige Probleme gehabt:

An der folgenden galvanischen Zelle wird eine Spannung von 0.06 V gemessen: Pb/Pb2+ (0.01 mol*L-1 ) // PbSO4 (gesättigt)/Pb.
Berechnen sie näherungsweise das Löslichkeitsprodukt.

Die Schreibweise der Zelle ist für mich schon nicht nachvollziehbar, denn die würde ja besagen dass die Halbzelle mit der Konzentration die Donatorhalbzelle ist, obwohl die Konzentration der Pb2+ - Ionen höher ist (das weiss ich natürlich nur weil ich das Löslichkeitsprodukt von PbSO4 nachgeschlagen habe).
Daher habe ich mal mit der gegenbenen Andordnung weitergerechnet, wobei dann ja PbSO4 - Ionen ausfallen müssen damit weiteres Pb2+ in Lösung gehen kann.

Potential der 0.01 mol Zelle: U = -0.189 V (habe ich mit der Nernstschen Gleichung 1000mal nachgerechnet, UH 0 (Pb) = -0.13 V

Damit die gestellten Bedingungen erfüllt sind, muss folgende Gleichung gelöst werden:
0.06 V = (-0.13V + (0.059/2)V * lg (c(Pb2+ )-(-0.189V)
Als Ergebnis erhalte ich c(Pb2+ )~1 mol
Das ist natürlich viel zu hoch, das das Löslichkeitsprodukt von PbSO4 viel kleiner ist.
Wenn ich dagegen Akzeptor und Donator vertausche komme ich auf ein realistischeres Ergebnis.

Meint ihr auch, dass die Zelle in der Aufgabe falsch herum beschrieben ist oder habe ich nen Fehler gemacht?

[Adam]

@Harasser

Es handelt sich doch hier um eine Konzentrationskette.

Hierfür gilt die Formel

U= RT/zF*ln(a1/a2)

die man sich leicht aus Arbeit = Kraft * Zeit
herleiten kann.

Gesucht ist nun die Aktivität der Bleiionen im Anodenraum (die Halbzelle mit der gesättigten Bleisulfat-Lösung)
Die Konz. bzw. die Aktivität der Sulfationen im Kathoderaum kann als konst angesehn werden.

Die obige Formel wird nach a2 umgestellt.

Für das Löslichkeitsprodukt gilt dann:

L=c[Pb+2]*c[Sulfatio.]
L= a2*0,01 mol/l

Ich erhalte 8,9*10-7 (mol/l)2

Der Literatwert liegt bei etwa 10-8(mol/l)2

Dafür, dass man hier mit Konz. und nicht mit Aktivitäten gerechnet hat passt der Wert doch ganz gut.


Gruß
Adam

[nobody]

Ihr Lieben,
das ist ja doch etwas vertrackt. Natürlich hat Adam recht mit der Konzentrationszelle. Aber ich hab teilweise Probleme dabei:
1. Wieso nennt er die gesättigte Zelle "Anode"? Als Anode ist doch die Elektrode definiert, an der die Oxidation stattfindet, also hier das In-Lösung-Gehen von Pb-Ionen, hier die negative, die der Donatorzelle, die der 100stel-molaren. das hat aber für die Rechnung keine Konsequenz.
2. Wieso aber setzt er in die L-Gleichung am Ende als Konzentration von Sulfat 0,01 mol/l? Die Sulfationenkonzentrationen der beiden Zellen sind doch nicht gleich?

Ich kriege als c(Pb 2+ )= 7.3 * 10-3 raus, und wenn ich annehme, dass in der gesättigten Zelle die Blei- und die Sulfationenkonzentration gleich sind, dann wäre mit L = c²(Pb 2+ ) = 5,3*10 -5
Das ist natürlich weiter vom Literaturwert entfernt.

Und wie isses nu?

[Harasser]

Klar ist das eine Konzentrationszelle, so hatte ich das ja auch gerechnet. Ich habe nur die Spezialform für Konzentrationszellen genommen (die allgemeine Form die du verwendest müsste mit ein paar Umformungen auf das gleiche herauskommen)
Wenn wir die gesättigte Halbzelle als Anode annehmen, komme ich auch auf ein akzeptables Ergebnis (Aktivitäten stehen in meinem Chemiebuch gar nicht drin). Das Problem ist doch, dass in der gesättigten Lösung das Löslichkeitsprodukt überschritten wird, wenn noch mehr Blei-Ionen in Lösung gehen.

[nobody]

Ich versteh nicht, wie die gesättigte Halbzelle als Anode fungieren soll: AAnode ist die Elektrode, an der ooxidiert wird (Vokal-Vokal), d. h. Blei in Lösung geht - und wie du richtig sagst, geht das nicht bei der gesättigten Zelle - im Gegenteil muss sich hier Blei niederschlagen, d. h. an der KKathode findet die RReduktion statt (Konsonanten). Und in der o,o1molaren geht weiteres Blei in Lösung - dann stimmt doch alles? Oder?

[Adam]

1. Wieso nennt er die gesättigte Zelle "Anode"? Als Anode ist doch die Elektrode definiert, an der die Oxidation stattfindet, also hier das In-Lösung-Gehen von Pb-Ionen, hier die negative, die der Donatorzelle, die der 100stel-molaren. das hat aber für die Rechnung keine Konsequenz.

Die Konz. der Bleiionen in der ges. Halbzelle beträgt 10-4 mol/l < 0,01 mol/l. Meine Schlußfolgerung daraus ist ja bekannt- Die Anode ist die wenigerkonzentrierte Halbzelle.

2. Wieso aber setzt er in die L-Gleichung am Ende als Konzentration von Sulfat 0,01 mol/l? Die Sulfationenkonzentrationen der beiden Zellen sind doch nicht gleich?

Punkt für Dich ;) war Blödsinn..

Meine Annahme war:

Was man normalerweise macht(!) was hier wohl nicht getan wurde:

Man setzt die Aktivität einer Komponente (im Überschuß) fest; hier wäre es zweckmässig die Aktiv. der Sulfationen vorzugeben. Die Akt. der Bleiionen des dissoziierten Bleisulafts kann man dann über die UMK einer Bleikonzentrationszelle bestimmt werden. Es handelt sich dann dabei um eine Elektrode 2. Art.

Ich dachte nun die Konz. der Sufationen sei auch im Anodenraum vorgegeben (0,01 mol/l)

Das die Durchführung auf diese Art und Weise erfolgt erscheint mir nicht sehr praktisch. Denn schon Spuren eines löslichen Salzes können die Aktivitäten der Ionen und damit ihre Messung unkontrollierbar beeinflussen. Deswegen die Vorgabe der Aktivität der Sulaftionen im Überschuß(!).


Gruß
Adam

[nobody]

@Harasser
Bin doch auf den Begriff "gesättigt" voll reingefallen, hab nicht dran gedacht, dass die gesättigte die weniger konzentrierte Halbzelle ist. Tschuldigung.
In der Aufgabe ist demnach rechts und links vertauscht, und wie du schreibst muss in der gesättigten Zelle (Anode, Donatorzelle) dauernd Bleisulfat ausfallen.
Ich hab noch mal gerechnet (vorhin hatte ich wohl einen Tippfehler) und bekomme für c(Pb2+)=9,25*10^-5 und für L=c²(Pb2+)=8,55*10^-9, und das ist ja gerundet der Literaturwert, den oben jemand schrieb.

[Adam]

Ich komme auf etwa den gleichen Wert.


Gruß
Adam

[Harasser]

Gut. Ich komme jetzt auch auf den Wert. Wieder mühsam einen Bug im Chemie-Buch korrigiert (die könnten das ruhig richtig herum aufschreiben). Vielen Dank für die Hilfe ihr Beiden.

[nobody]

schreib doch hin an den Verlag - sonst plagen sich noch viele damit rum!

[nobody]

In einer von mir für erledigt gehaltenen Anfrage von Harasser heißt es:

Originalnachricht erstellt von Harasser
Ich habe bei folgender Aufgabe einige Probleme gehabt:

An der folgenden galvanischen Zelle wird eine Spannung von 0.06 V gemessen: Pb/Pb2+ (0.01 mol*L-1 ) // PbSO4 (gesättigt)/Pb.
Berechnen sie näherungsweise das Löslichkeitsprodukt.

Die Schreibweise der Zelle ist für mich schon nicht nachvollziehbar, denn die würde ja besagen dass die Halbzelle mit der Konzentration die Donatorhalbzelle ist, obwohl die Konzentration der Pb2+ - Ionen höher ist (das weiss ich natürlich nur weil ich das Löslichkeitsprodukt von PbSO4 nachgeschlagen habe).
Daher habe ich mal mit der gegenbenen Andordnung weitergerechnet, wobei dann ja PbSO4 - Ionen ausfallen müssen damit weiteres Pb2+ in Lösung gehen kann.

Potential der 0.01 mol Zelle: U = -0.189 V (habe ich mit der Nernstschen Gleichung 1000mal nachgerechnet, UH 0 (Pb) = -0.13 V

Damit die gestellten Bedingungen erfüllt sind, muss folgende Gleichung gelöst werden:
0.06 V = (-0.13V + (0.059/2)V * lg (c(Pb2+ )-(-0.189V)
Als Ergebnis erhalte ich c(Pb2+ )~1 mol
Das ist natürlich viel zu hoch, das das Löslichkeitsprodukt von PbSO4 viel kleiner ist.
Wenn ich dagegen Akzeptor und Donator vertausche komme ich auf ein realistischeres Ergebnis.

Meint ihr auch, dass die Zelle in der Aufgabe falsch herum beschrieben ist oder habe ich nen Fehler gemacht?

So war die Aufgabe, und wir haben sie zu dritt dann auch gelöst. :)
Im Chemieunterricht, wo ich die Aufgabe heute lösen wollte, tat sich aber ein Problem auf. :mad: Es ist ja von vornherein nicht bekannt, welche Halbzelle Donator, welche Akzeptor ist. Man kann also mal beide Rechnungen durch führen: U = 0,059 / 2 * lg cAkzeptor /cDonator , und dann kommt man entweder auf c(Pb2+)= 9,25*10-5 mol/L, falls die gesättigte Bleisulfatzelle die Donatorhalbzelle wäre (die weniger konzentrierte), aber die Gleichung lässt sich genau so richtig lösen, wenn die Bleisulfatzelle die Akzeptorzelle ist. Dann hat sie die c(Pb2+)= 1,081 mol/L. Beides ist völlig richtig gerechnet und sachlogisch. Das bedeutet aber: Ich kann aus der Spannung nicht ermitteln, welche Konzentration die gesättigte Bleisulfatlösung hat, wenn ich nicht gleichzeitig gesagt kriege, in welche Richtung der Strom fließt (= wer die Donatorzelle ist).
Klar, man kann nachschlagen, wie das Löslichkeitsprodukt ist. Aber das ist nicht der Sinn der Übung. :confused: Das bedeutet, die ursprüngliche rage von Harasser ist eigentlich NICHT gelöst!
KANN JEMAND EINE HILFE GEBEN, OB/WIE MAN ALLEIN AUS DER OBEN GESTELLTEN AUFGABE DIE KONZENTRATION DES BLEISULFATS ERMITTELN KANN?

[Harasser]

Ich würde sagen das liegt wie wir schon diskutiert haben daran, dass die Zelle falsch herum aufgeschrieben ist. Ohne diesen Fehler wäre die Aufgabe eindeutig lösbar.
Ohne Nachschaune bekommt man sonst 2 Lösungen. Daher müsste man die Korrektur bei der Schreibweise vornehmen um die Aufgabe eindeutig lösbar zu machen.