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

1. Durch   _____________________   im   _____________________   lässt sich Wasser in seine Bestandteile   _____________________   und   _____________________   aufspalten.
2. Zur Erhöhung der   _____________________   muss ein Elektrolyt im Wasser gelöst werden, z. B.   _____________________  .
3. Nach dem Anlegen einer   _____________________   werden am   _____________________   zwei Volumenteile   _____________________   und am   _____________________   ein Volumenteil   _____________________   abgeschieden.
4. Das gebildete Volumenverhältnis steht im Einklang mit der   _____________________  (H₂O).
5. Beide Gase können durch entsprechende Reaktionen nachgewiesen werden:   _____________________   durch die   _____________________   und   _____________________   durch die   _____________________  .
6. Die Umkehrung der Elektrolyse von Wasser ist das Arbeitsprinzip der   _____________________  .
   Betrachtung auf Teilchenebene:
   
7. Unter der Annahme einer vollständigen Elektronenübertragung wäre folgende Ionenbildung aus Wasser denkbar: H₂OO  ^{_____________________}   +   _____________________  ⁺
8. Nach Anlegen der Spannung herrscht am Minus-Pol ein   _____________________  , dadurch wird das   _____________________  ⁺-Ion angezogen. Durch   _____________________   wird das Ion reduziert, es entsteht elementarer   _____________________  .
9. Am Plus-Pol herrscht   _____________________  , dadurch wird das   _____________________  ^2--Ion angezogen. Durch   _____________________   wird das Ion oxidiert, es entsteht elementarer   _____________________  .
10. Da Oxidation und   _____________________   zwar räumlich voneinander getrennt, jedoch   _____________________   stattfinden, spricht man auch von einer   _____________________  .

Zum Vergleich

• Versuchsprotokolle: [1], [2], [3]
• Faradaysche Gesetze, in: Chemie heute (Ausgabe 1998), Seite 190, Versuch 1