Elektrolyse
© stu 2004/05/07
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Elektrolyse:

Durch Elektrolyse können Stoffe gewonnen werden (Aluminium, Silber, Wasserstoff, NaOH, etc.) bzw. gereinigt werden (Rohkupfer wird elektrolytisch gereinigt).

siehe auch: "Metalle""Aluminium", "Wasserstoff", etc. 

Beim Galvanisieren werden durch Elektrolyse metallische Überzüge hergestellt.

siehe auch "Korrosion"

Auch die erste Schicht Autolack wird mittels Elektrolyse auf das Blech aufgebracht.


Die Elektrolyse ist eine erzwungene Redoxreaktion: Taucht man Elektroden in geschmolzenes Natriumchlorid und legt man eine Spannung an, so wandern die Ionen zur jeweils entgegengesetzt geladenen Elektrode und werden entladen. Die Spannungsquelle fungiert also als „Elektronenpumpe“. 
Natrium wird reduziert: 2 Na+ + 2 e- => 2 Na 
Chlor wird oxidiert: 2 Cl-   => Cl2  +  2 e-

Bei der Elektrolyse einer Lösung von NaCl in Wasser scheidet sich an der Anode auch Chlor ab, aber an der Kathode entsteht H2-Gas, da Wasserstoff edler ist als Natrium (siehe Spannungsreihe). 
2 H3O+ + 2 e- => H2 + 2 H2O  (Wasserstoff wird reduziert) 
2 Cl-   =>  Cl2 +  2 e-  (Chlor wird oxidiert)
Im Wasser bleiben schließlich Na+ und OH- (Herstellung von NaOH).

In wässriger Lösung lassen sich Stoffe, die unedler als Wasserstoff sind nicht abscheiden, da sich H2-Gas bildet. Unedle Metalle müssen aus Salzschmelzen gewonnen werden (z.B.: Natrium, Magnesium). 

Bei der Elektrolyse von Wasser bildet sich aus H3O+-Ionen Wasserstoff und aus OH--Ionen Sauerstoff: 4 H3O+ + 4 e- => 2 H2 + 4 H2
4 OH =>  O2 +  2 H2O + 4 e-

Elektrischer Strom und Stoffmenge:

Faraday entdeckte den Zusammenhang zwischen abgeschiedener Stoffmenge und der Elektrizitätsmenge. Bei einer Stromstärke von 1 Ampere (A) fließt in 1 Sekunde (s) die Elektrizitätsmenge 1 Coulomb (C):

1 mol Elektronen entspricht 96486 As bzw. C


Für ein mol eines einwertigen Elementes braucht man 1mol e- = 96486 As 
Für ein mol eines zweiwertigen Elementes braucht man 2mol e- = 2 x 96486 As 
Für ein mol eines dreiwertigen Elementes braucht man 3mol e- = 3 x 96486 As

Wieviel Ag wird abgeschieden, wenn man die Elektrolyse einer AgNO3-Lösung10 min lang mit 10 A durchführt? 
Ag+ + e- =>  Ag  Ag = einwertig => mit 96486 As lässt sich 1 mol Ag abscheiden
für 1 Ag+ ist 1 e-nötig 
für 1 mol Ag+ ist 1 mol  e-nötig
96500 As ... 1 mol e- ... 108 g Ag 
10  min = 600 s
10 A x 600 s = 6000 As
96500 As = 1 mol e-
6000 As  = ? mol e-
6000 As ... 6000As/96500 As ... 0,062 mol Elektronen 
=> 0,062 mol Ag = 6,7 g Ag
 

Wieviel Kupfer wird abgeschieden, wenn man 20 min lang die Elektrolyse einer CuSO4-Lösung mit 10 A durchführt? 
Cu2+ + 2 e- => Cu Cu = zweiwertig => mit 96486 As lässt sich 1/2 mol Cu abscheiden
für 1 Cu2+ sind 2 e-nötig 
für 1 mol Cu2+ sind 2 mol  e-nötig
2 x 96500 As ... 1 mol Cu ... 63,5 g Cu 
20 min = 1200 s
10 A x 1200 s = 12000 As
2 x 96500 As = 1 mol Cu
12000 As  = ? mol Cu 
12000 As ... 12000/(2 x 96500) As ... 0,062 mol Cu
=> 0,062 mol Cu ... 3,95 g Cu
 

1) Wie lange muss man die Elektrolyse einer Silbernitrat-Lösung mit 20 A durchführen, um 54 g Silber abzuscheiden? 



2) Mit welcher Stromstärke muss die Elektrolyse einer Silbernitrat-Lösung durchgeführt werden, um in 20 min  3,6 g Silber abzuscheiden. 


3) Wieviel g Cadmium scheiden sich aus einer CdCl2-Lösungin 30 min bei 20 A ab? 


4) Welche Stromstärke ist nötig, um bei 1-stündiger Elektrolyse aus einer AuCl3-Lösung 19,7 g Gold abzuscheiden?

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