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Titel:

Blei Akkumulator


  Note: 15 pkt   Klasse: 12









Arbeit: Durchführung:
a) Aufladen des Modell-Bleiakkus
Wir befüllen das U-Rohr über einen Trichter mit Schwefelsäure-Lösung und tauchen die beiden Bleielektroden ein. Danach legen wir eine Gleichspannung von ca. 4 bis 6 V an die Elektroden an.
b) Entladen des Bleiakkus
Nach Abschalten der Spannungsquelle messen wir die Spannung zwischen den beiden Elektroden.
Anschließend schließen wir zuerst ein Stromstärkemessgerät und danach einen Kleinmotor an.


Arbeitsaufträge
Notieren Sie Ihre Beobachtungen:
a) An der Anode bildet sich ein brauner Feststoff. Zudem können wir an beiden Elektronen eine Gasbildung erkennen (die Gase sind farblos).
b) Der braune Feststoff bildet sich zurück.

Beim Eintauchen von Blei in Schwefelsäure-Lösung entsteht auf der Oberfläche eine hauchdünne, nicht sichtbare Schicht von schwerlöslichem Bleisulfat PbSO4. Erklären Sie dies anhand des Elektrodenpotentials.
Das Redoxpaar Pb/SO42- hat ein Standartelektrodenpotential von -0,36 V und hat somit ein geringeres Oxidationspotential als das des Redoxpaares H2/H+.
Somit gibt Blei seine Elektronen an die Oxonium-Ionen der Schwefelsäure ab und bildet mit dessen Sulfat-Ionen Bleisulfat.

Erklären Sie die Beobachtungen beim Laden. Hinweis: Blei(IV)-oxid (Bleidioxid) ist braun. Welche Nebenreaktion läuft im Modellversuch ab?
Der an der Anode entstehende braune Feststoff ist Blei(IV)-oxid (PbO2), da folgende Reaktion abläuft:
PbSO4 + 6 H2O + SO42- -------> PbO2 + 4 H3O+ + 2e- + 2 SO42-

In einer Nebenreaktion beim Laden entstehen Wasser- und Sauerstoff:
2 H2O -------> 2H2 + O2 (Die Mindestspannung hierfür beträgt 1,23 V)

Im geladenen Zustand liegt auf der negativen Elektrode Blei, auf der positiven Elektrode eine Schicht aus Blei(IV)-oxid vor. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für das Entladen.
Kathode: Pb + SO42- -------> PbSO4 + 2e-
Anode: PbO2 + 4 H3O+ + 2e- + 2 SO42- -------> PbSO4 + 6 H2O + SO42-
Gesamt: PbO2 + 4 H3O+ + 2 SO42- + Pb -------> 2 PbSO4 + 6 H2O

Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für den Ladevorgang.
Kathode: PbSO4 + 2e- -------> Pb + SO42-
Anode: PbSO4 + 6 H2O + SO42- -------> PbO2 + 4 H3O+ + 2e- + 2 SO42-
Gesamt: 2 PbSO4 + 6 H2O -------> PbO2 + 4 H3O+ + 2 SO42- + Pb

Erläutern Sie, wie sich die Konzentration der Schwefelsäure beim Entladen des Bleiakkus ändert. Erklären Sie, warum man den Ladezustand eines Bleiakkus durch Dichtemessung der Schwefelsäure-Lösung kontrollieren kann.
Bei dem Entladen des Bleiakkumus, entsteht Wasser und Schwefelsäure wird verbraucht.
Somit sinkt die Konzentration der Schwefelsäure und die Dichte wird geringer.
Dies kann man bei der Dichtemessung erkennen, um so geringer also die Dichte, um so kleiner ist auch der Ladezustand.

Eine Starterbatterie liefert eine Spannung von U =12 V. Vergleichen Sie diesen Wert mit der im Modellversuch gemessenen Spannung.
Wir haben bei unseren Modellversuch eine Spannung von 1,9 V gemessen, die Spannung des Bleiakkumulators ist dem entsprechen ungefähr 6 mal so groß.
Dies hängt damit zusammen, dass der Bleiakku aus 6 Zellen besteht, die in Reihe geschaltet sind.

In der Praxis verwendet man gitterförmige Platten, die mit schwammartigem Blei bzw. Bleidioxid überzogen sind. Begründen Sie dies.
Man macht dies, da somit die Angriffsfläche größer ist und man eine höhere Stromstärke erzeugen kann.

Gegen Ende des Aufladens eines Bleiakkus kann es zur Gasbildung kommen, der Akku gast. Erklären Sie dies und begründen Sie, warum in Akkumulatorräumen keine Funkenbildung verursacht werden darf.
Ab einer Spannung von 1,23 V entstehen aus Wasser Sauerstoff, Elektronen und Oxoniumionen:
6 H2O -------> O2 + 4e- + 4 H3O+
Und aus den Oxonium-Ionen und Elektronen entsteht Wasserstoff:
4 H3O+ + 4e- -------> 2 H2 + 4 H2O
Gesamt (die Mindestspannung hierfür beträgt 1,23 V):
2 H2O -------> 2H2 + O2

Es darf zu keiner Funkenbildung kommen, da diese eine Knallgasexplosition zwischen Sauer- und Wasserstoff auslösen würden.








Quelle:




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