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Daniell-Element

von Annika Nüsse

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Ziel des Versuchs Der Versuch stellt eine Elektronenübertragungsreaktion dar, an welcher kein Sauerstoff beteiligt ist. Zur Erklärung des Experiments wird an Vorwissen der SuS der erweiterte Redoxbegriff benötigt.

Vorbemerkung

Das klassische Experiment nach Daniell beschreibt eine Elektronenübertragungsreaktion. Bei Einführung in die Elektrochemie in der Oberstufe kann somit ein Rückbezug genommen werden. An Vorwissen sollten die SuS bereits die Elemente Zink und Kupfer erarbeitet haben, wie z.B. deren Eigenschaften.

Materialien

2 Bechergläser (250 mL), Zinkelektrode, Kupferelektrode, Multimeter, Kabelverbindungen, Filterpapierstreifen

Chemikalien

Zinksulfat-Heptahydrat, Kupfersulfat-Pentahydrat, Kaliumnitrat, Wasser

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Zinksulfat-7-H2O H302, H318, H410 – GHS05 GHS07 GHS09
Kupfer(II)-sulfat-5-H2O H302, H319, H315, H410 P280, P273, P302+P352, P305+P351+P338, P309+P311 GHS07 GHS09
Kaliumnitrat H272 P220 GHS03
Kupfer – – –
Zink gekörnt H260, H250, H410 – GHS02 GHS09

Durchführung

Es werden 0,1 M Kupfersulfat- und Zinksulfat-Lösungen zu je 100 mL angesetzt. In einer 1 M Kaliumnitrat-Lösung wird ein Filterpapierstreifen getränkt, welcher im Folgenden als Salzbrücke dient. Der weitere Aufbau entspricht der untenstehenden

Beobachtung

Nach Einstellen des Gleichstroms wird am Multimeter eine Spannung von 1,097 V gemessen.

Abbildungen

  • Abb. 1: Schematischer Aufbau des Daniell-Elements.

Deutung

Die Salzbrücke generiert den Ionen- und Elektronenfluss zwischen den beiden Halbzellen. Ohne sie wäre der Stromkreis nicht geschlossen und es wäre keine Potentialdifferenz messbar.

Es verläuft eine Redoxreaktion, wobei die Zinkelektrode als Reduktionsmittel dient und folglich oxidiert wird. Als Oxidationsmittel fungiert in diesem Fall die Kupfersulfat-Lösung, wobei die Kupferionen reduziert werden.

Reduktion: Cu2+ + 2e− → Cu

Oxidation: Zn → Zn2+ + 2e−

Gesamtgleichung: Cu2+(aq) + Zn(s) → Zn2+(aq) + Cu(s)

Entsorgung

Die Lösungen werden im Schwermetallbehälter entsorgt.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Alternativ können andere Halbzellen verwendet werden, damit eine Verallgemeinerung vorgenommen werden kann.

Da der Themenblock Elektrochemie erst in der Oberstufe vorgesehen ist, sollten didaktische Reduktionen in Hinblick auf das Galvanische Element allgemein vorgenommen werden. Zum einen muss nicht tiefgehender thematisiert werden, dass der Versuch das Funktionsprinzip einer Batterie darstellt, zum anderen sollten Plus- und Minuspol in Form der Elektroden (also Beschreibung als Anode und Kathode) unberücksichtigt bleiben und vielmehr der Blick auf die redoxchemischen Vorgänge gelegt werden.

Literatur

[4] Uni Göttingen, Praktikumsskript zum Anorganisch-Chemischen Praktikum für Lehramtskandidaten, 2013, S. 72.