Brennstoffzelle mit Schnaps

Mit Hilfe des Versuchs kann den SuS gezeigt werden, dass der für die Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff nicht unbedingt in gasförmiger Form vorliegen muss. Für diesen Versuch sollten die SuS bereits Kenntnisse über das galvanische Element besitzen. Es ist sollte davon abgesehen werden, dieses Experiment als Einstieg in das Thema der Brennstoffzellen zu wählen, da es sich hierbei um eine spezielle Abwandlung der normalen Wasserstoff-Sauerstoff Brennstoffzelle handelt. Die SuS sollten zudem den Aufbau des Ethanolmoleküls und dessen funktionelle Hydroxy-Gruppe kennen, um nachvollziehen zu können, warum Alkohol für diesen Versuch verwendet werden kann.

U-Rohr mit Membran, Stativmaterial, Tropfpipette, Multimeter, Kabel, zwei palladinierte Nickelnetzelektroden

Kalilauge (1M), Wasserstoffperoxid (w = 30%), Schnaps (z.B. Wodka)

Ein U-Rohr wird mit Hilfe des Stativmaterials fixiert und mit Kalilauge gefüllt. Mit einer Tropfpipette werden circa 2 mL Wasserstoffperoxid in einen Schenkel gegeben. In den anderen Schenkel werden etwa 5 mL Schnaps gegeben. Die palladinierten Nickelnetzelektroden werden an ein Multimeter angeschlossen und dann jeweils in einen Schenkel des U-Rohrs gestellt.

Es kommt zu einer Bläschenbildung an den Elektroden. Am Multimeter ist eine Spannung von 0,466 V abzulesen.

Der Schnaps und die Wasserstoffperoxidlösung bilden zusammen eine galvanische Zelle. Es kommt zu einem Elektronenfluss von der Anode zur Kathode, weswegen eine Spannung am Voltmeter abzulesen ist. Das Wasserstoffperoxid reagiert mit dem Wasser unter Freisetzung von Sauerstoff, welcher im nächsten Schritt durch die Reaktion mit Wasser reduziert wird. Es entstehen Hydroxid-Ionen, die an der Anode mit dem Ethanol im Schnaps reagieren. Ethanol wird dabei oxidiert. Bei diesem Schritt werden Elektronen freigesetzt, die durch den Elektronenmangel an der Kathode zu dieser wandern.

Kathode:  2 H₂O_{2 (aq)} → 2 H₂O_(l) + O_{2 (g)}

        O_{2 (g)} + 2 H₂O_(l) + 4 e^- → 4 OH^-_(aq)

Anode:   C₂H₅OH_(aq) + 16 OH^-_(aq) → 2 CO₃^2-_(aq) + 11 H₂O_(l) + 12 e^-

Die Entsorgung erfolgt über den Sammelbehälter für Säuren und Basen.

H. Wambach, Materialien-Handbuch Kursunterricht Chemie: Chemisch-technische Synthesen und Umweltschutz, Aulis Verlaug Deubner, 2003, S. 310.