Ziel des Versuchs: Anhand dieses Versuchs soll die Reaktion der Brennstoffzelle als die Umkehrreaktion der Elektrolyse erkannt werden.
| Thema: Brennstoffzelle | Tags: Elektrolyse, Brennstoffzelle, Speicherung von Gasen | Klassenstufen: 9-10 | Versuchsart: LV |
Materialien
Becherglas, zwei Kohleelektroden, Stromquelle (4,5 Volt-Batterie), Verbraucher (z.B. einen kleinen motorbetriebenen Rotor oder eine Glühbirne)
Chemikalien
3 M Kalilauge
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Kalilauge 1 M | H302-H314 | P280-P305+P351+P338-P310 |   |
Durchführung
Die beiden Kohleelektroden werden mit der Batterie verbunden und in Kalilauge gehalten. Nun wird einige Minuten lang elektrolysiert. Anschließend trennt man die Batterie vom Stromkreis und ersetzt sie durch einen Verbraucher. Alternativ kann auch ein Messgerät benutzt werden.
Beobachtung
An den beiden Elektroden bilden sich Gase. An der Kathode verläuft die Bläschenbildung heftiger als an der Anode. Beim Anschluss einer Glühbirne leuchtet diese kurzzeitig auf. Das Amperemeter zeigt anfangs eine Stromstärke von ungefähr 112 mA, die jedoch schnell fällt.
Deutung
Wenn eine Stromquelle angeschlossen ist, findet eine Elektrolyse statt. Dabei wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.
2 H2O(l) → 2 H2 (g) + O2 (g)
Wenn die Stromquelle durch einen Verbraucher ersetzt wird, findet keine Elektrolyse mehr statt. Allerdings können die porösen Graphitelektroden ein wenig von den zuvor produzierten Gasen speichern. Unter Energieabgabe findet deshalb eine Rückreaktion statt, bei der die gespeicherten Gase wieder zu Wasser reagieren. Diese Energie kann von einem Verbraucher genutzt werden, zum Beispiel leuchtet eine Glühbirne kurzzeitig auf, wenn sie mit der Zelle verbunden wird.
2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O(l)
Da nur eine geringe Menge an Gas gespeichert werden kann, lässt die Spannung schnell nach.
Entsorgung
Die Lösungen in den Abfluss geben und mit viel Wasser nachspülen.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Dieser Versuch würde sich gut dafür eignen, die Möglichkeit der Speicherung der Gase in porösem Material einzuführen und somit einen Anschluss an Versuche bieten, die das Lagerungsproblem von gasförmigem Wasserstoff deutlich machen. Im Anschluss könnte man alternative Speicherungsmöglichkeiten ansprechen, wie z.B. in Versuch 6 vorgeschlagen.
Literatur
H. Wambach, Materialien-Handbuch Kursunterricht Chemie: Chemisch-technische Synthesen und Umweltschutz, Aulis Verlaug Deubner, 2003, S. 305.
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