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Elektrochemische Spannungsreihe

Geräte/Chemikalien:

Analogmultimeter, 4 Bechergläser, Krokodilklemmen, Becherglas mit Kaliumchloridlösung, Papierstreifen, Kabel, Kupferelektrode, Zinkelektrode, Eisenelektrode, Magnesiumelektrode, Kupfersulfatlösung (CuSO₄), Zinksulfatlösung (ZnSO₄ ), Eisensulfatlösung (FeSO₄), Magnesiumsulfatlösung (MgSO₄)

Versuchsaufbau:

Versuchsdurchführung:

Zu Beginn kommt in das erste Becherglas Kupfersulfat mit einer Kupferelektrode. In das zweite Becherglas kommt Zinksulfat und eine Zinkelektrode. Das gleiche wird beim dritten Becherglas mit Magnesiumsulfat und einer Magnesiumelektrode gemacht. Zum Schluss kommt in das vierte Becherglas Eisensulfat mit einer Eisenelektrode. Anschließend werden insgesamt sechs Messungen durchgeführt bei denen ein in Kaliumchlorid getränkter Papierstreifen als Strombrücke genutzt wird (siehe Bild).
Bei der ersten Messung wird die Kupferelektrode an den Pluspol des Analogmultimeters angeschlossen. Dann wird die Magnesiumelektrode mit dem Minuspol verbunden. Bei der zweiten Messung wird das Becherglas mit Magnesiumsulfat und der dazu gehörigen Elektrode gegen Zinksulfat und der dazu gehörigen Elektrode ausgetauscht. Danach wird das Becherglas mit dem Zinksulfat und der Zinkelektrode gegen das Becherglas mit dem Eisensulfat und der Eisenelektrode ausgetauscht. Jedes Mal wird die Spannung am Analogmultimeter gemessen.
Danach wird das Becherglas mit dem Sulfat und der Elektrode genommen welches die geringste Spannung mit Kupfer auf gewiesen hat, welches Eisen ist. Dann wird die Eisenelektrode an den Pluspol angeschlossen und die jeweilige Spannung gegen die Zink- und die Magnesiumelektrode gemessen. Dabei weist Zink die geringste Spannung gegenüber Eisen auf.
Bei der letzten Messung wir das Zinksulfat mit der dazu gehörigen Elektrode gegenüber mit Magnesiumsulfat und der Magnesiumelektrode gemessen.

Versuchsbeobachtung:

Gemessene Spannungen der Gruppen 1-5 in Volt. Links jeweils das Metall, dass an den Pluspol angeschlossen wurde.

Gruppe	Cu, Zn	Cu, Fe	Cu, Mg	Fe, Zn	Fe, Mg	Zn, Mg
1	1	0,58	2,52	0,5	1,1	0,51
2	1	0, 5	1,565	0,5	1,1	0,51
3	1	0, 55	2,53	0,52	1,1	0,53
4	1	0,5	2,5	0,51	1,1	0,52
5	1	0,59	2,2	0, 5	1,1	0,52
Richtiges Ergebnis	1,1	0,79	2,71	0,33	1,92	1,6

Versuchserklärung:

Die größte Spannung lässt sich zwischen Kupfer und Magnesium messen, weil diese beiden Metalle in der Spannungsreihe (Redoxreihe) am weitesten auseinander liegen. Also ihr Elektrodenpotenzial weißt die größte Differenz der gegebenen Metalle auf.
In diesem Fall ist die oxidierte Form von Kupfer der Akzeptor und die reduzierte Form von Magnesium der Donator, sie bilden ein Redox-Paar.
Setzt man das Standardpotenzial für Kupfer (U_H⁰= 0,34V)
und das für Magnesium (U_H⁰=-2,36V) in die Formel für die elektrische Spannung:

ein, erhält man eine Spannung von 2,7 V. Eine Gruppe hatte leider eine Abweichung von über einem Volt. Dies lässt sich nur so erklären, dass ev. verunreinigte Lösungen verwendet wurden.
Somit lässt sich aus der Redoxreihe entnehmen wie die Metalle abgestuft sind. Je höher bzw. positiver das Standardpotenzial ist desto edler ist das Metall.
Die Ionen der Edelmetalle nehmen eher Elektronen auf als die Ionen unedler Metalle, deshalb ist unter Standardbedingungen das Redoxpotential von Kupfer mit +0,35 V positiver als das von Zink mit -0,76 V oder Magnesium mit - 2,36 V. Und das heißt, dass Zink(Zn) und Magnesium(Mg) zu den unedleren Metallen gehören und stärkere Reduktionsmittel sind. Ihre Reaktionsteilnehmer werden reduziert (Elektronenaufnahme) und sie selbst oxidiert (Elektronenabgabe). Mit zunehmenden Standardpotenzial nimmt die oxidierende Wirkung zu und die reduzierende Wirkung hingegen ab.
Als Ergebnis lässt sich sagen das Kupfer von allen verwendeten Metallen das edelste ist, Eisen an zweiter Stelle kommt, Zink an dritter Stelle und Magnesium zum Schluss und damit das unedelste Metall von den vier ist.

Erstellt durch Michaela G. mit kleinen Ergänzungen durch Herrn Ecker. 17.12.17