Die Schule für besonders begabte SchülerInnen in Mathematik/ Naturwissenschaften/ Informatik des Großraums Leipzig

Wasserzersetzung

„Ich bin der Geist, der stets verneint! Und das mit Recht; denn alles, was entsteht, ist wert, dass es zugrunde geht.“

Battery in water

Die chemische Reaktion zur Bildung von Wasser aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt unter Energieabgabe – sie ist also exotherm. Die Änderung der Enthalpie beträgt dabei für die Kardinalgleichung der Knallgasreaktion DH = -572 kJ. Um diesen Prozess umzukehren und das Wasser wieder in seine Bestandteile zu zerlegen, benötigen wir dieselbe Energiemenge – aber wie zuführen?

Eine elegante Lösung erfand Mitte des 19-ten Jahrhunderts der deutsche Chemiker August Wilhelm von Hofmann mit seinem gleichnamigen Wasserzersetzungsapparat.

  1. Erläutere dessen Aufbau anhand einer Skizze. Kennzeichne dabei auch, an welchem elektrischen Pol welches Gas entsteht.
  2. Warum wird dem Wasser eine leichte Säure zugesetzt?
  3. Gib die genauen Reaktionsgleichungen der Oxidation und Reduktion an den jeweiligen Elektroden an.
  4. Eine modernere Form des Wasserzersetzungsapparates ist der Elektrolyseur. Was ist der entscheidende Unterschied zwischen beiden Geräten?
  5. In welchem Volumen- und Druckverhältnis stehen die beiden Gase? Begründe.
  6. Ermittle das Massenverhältnis der beiden Elektrolyseprodukte.
  7. Berechne mit Hilfe der FARADAY-Gesetze die Mindestspannung, die erforderlich ist, um den Elektrolysevorgang zu starten. FARADAY-Konstante: F = 96.485 As/mol

Alle Einsendungen müssen eine vollständige Beschreibung des Lösungsweges enthalten und jeweils zum Ende des Monats beim Förderverein der Schule eingereicht werden: foerderverein-wog(at)web.de. Der Preis für die beste Lösung ist ein Truck mit Brennstoffzelle.