Elektrolyse von Wasser

Elektrolyse von Wasser
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Elektrolyse		Wasserzersetzungsapparat

Wasserzersetzungsapparat

Bei dieser Elektrolyse wird Wasser (H₂O) in die Elemente Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt, z. B. im Wasserzersetzungsapparat. Beide Gase können über charakteristische Reaktionen nachgewiesen werden.

Die Umkehrung der Elektrolyse von Wasser ist das Arbeitsprinzip der Brennstoffzelle.

Experiment

Wie funktioniert die Elektrolyse von Wasser?

Geräte

Wasserzersetzungsapparat mit Deckel, 2 Messzylinder (10 mL), Netzgerät, 2 Stromkabel, Pinzette, Schutzbrille, Stopp-Uhr

Chemikalien

Ca. 100 mL heißes Leitungswasser, ca. 0,2 g Natriumhydroxid (1 NaOH-Plätzchen) zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit

• UVV: Gefahr der Verätzung bei direktem Kontakt mit NaOH. Das NaOH-Plätzchen nur mit Pinzette anfassen und Schutzbrille aufsetzen.
• Entsorgung: Ausguss

Durchführung

Behälter im Wasserzersetzungsapparat ohne Messzylinder etwa halbvoll mit dem Wasser befüllen. Die Messzylinder werden ebenfalls mit Wasser gefüllt, mit einem Finger zugehalten, in den Behälter eingetaucht und senkrecht über die Platinelektroden gestellt. Bei richtiger Handhabung bleiben beide Zylinder voll befüllt! Das NaOH-Plätzchen ins Wasser geben und den Deckel aufsetzen.

Über die Anschlussbuchsen wird das Gerät an die Gleichstromquelle (25 V) angeschlossen und die Stopp-Uhr gestartet.

Beobachtungsauftrag

Protokolliere im Minutentakt das am Plus- und Minuspol gebildete Gasvolumen und stelle Deine Messwerte tabellarisch zusammen. Schalte den Strom aus, wenn in einem Messzylinder alles Wasser durch Gas verdrängt wurde.

Auswertung

Erkläre die Vorgänge an den Elektroden und die jeweils gebildeten Gasmengen.

Detailfragen:

• Wie ist die Ladungsverteilung im H₂O-Molekül?
• In welche Ionen könnte des H₂O-Molekül zerfallen, wenn die Elektronen vollständig auf das stärker Elektronen anziehende Element übertragen würden?
• Was geschieht mit den Ionen nach dem Anlegen der Gleichspannung?
• Beschreibe die Elektronenübertragungsvorgänge am jeweiligen Pol und fasse Deine Aussagen zu Reaktionsgleichungen zusammen.
• Welches Gas wird am Minuspol gebildet, welches am Pluspol?
• Wo findet eine Oxidation bzw. Reduktion statt?
• Wie lässt sich das Verhältnis der Gasmengen erklären?
• Wie lässt sich beweisen, welches Gas sich an welchem Pol gebildet hat?

Übung

Durch _ im _ lässt sich Wasser in seine Bestandteile _ und _ aufspalten. Zur Erhöhung der _ muss ein Elektrolyt im Wasser gelöst werden, z. B. _. Nach dem Anlegen einer _ werden am _ zwei Volumenteile _ und am _ ein Volumenteil _ abgeschieden. Das gebildete Volumenverhältnis steht im Einklang mit der _(H₂O). Beide Gase können durch entsprechende Reaktionen nachgewiesen werden: _ durch die _ und _ durch die _.

Die Umkehrung der Elektrolyse von Wasser ist das Arbeitsprinzip der _.

Betrachtung auf Teilchenebene:

• Unter der Annahme einer vollständigen Elektronenübertragung wäre folgende Ionenbildung aus Wasser denkbar: H₂OO^_ + _⁺
• Nach Anlegen der Spannung herrscht am Minus-Pol ein _, dadurch wird das _⁺-Ion angezogen. Durch Elektronenaufnahme wird das Ion reduziert, es entsteht elementarer Wasserstoff.
• Am Plus-Pol herrscht Elektronenmangel, Elektronensog, dadurch wird das _^2--Ion angezogen. Durch Elektronenabgabe wird das Ion oxidiert, es entsteht elementarer Sauerstoff.
• Da Oxidation und Reduktion zwar räumlich voneinander getrennt, jedoch zeitgleich stattfinden, spricht man auch von einer Redoxreaktion.

Zum Vergleich

• Versuchsprotokolle: [1], [2], [3]