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Brennstoffzelle mit Glucose

von Dennis Roggenkämper

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Ziel des Versuchs Dieser Versuch soll zeigen, dass chem. Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann

Materialien

U-Rohr mit Fritte, 2 Platinelektroden, 2 Bechergläser (250 mL), Spannungsquelle, Kabel, Voltmeter, Eisbad, Stativmaterial

Chemikalien

destilliertes Wasser, Glucose, Wasserstoffperoxid (w = 30 %), Kaliumhydroxid-Lösung (w = 25 %)

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Wasserstoffperoxid 30% H302, H318 P280, P305+P351+P338 GHS05 GHS07
Kaliumhydroxid H302, H314 – GHS05 GHS07

Durchführung

20 mL kalte Kaliumhydroxid-Lösung werden zu 80 mL Wasserstoffperoxid-Lösung im Eisbad gegeben (Lösung A). In 90 g Kaliumhydroxid-Lösung werden 10 g Glucose gelöst (Lösung B). Lösung A wird in den einen Schenkel des U-Rohrs gegeben, Lösung B wird in den anderen Schenkel des U-Rohrs gegeben. Dann werden die Platinelektroden in das U-Rohr geklemmt, die Spannung wird abgelesen und der Flügelmotor danach anstelle des Voltmeters geschaltet.

Beobachtung

Es kommt zu einer starken Gasentwicklung. Die Spannung steigt mit fortlaufender Zeit. Nach ca. 40 Min. beträgt die Spannung ca. 652 mV.

Abbildungen

  • Abb. 1: Glucose-Brennstoffzelle

Deutung

Es läuft eine Redoxreaktion ab, wobei Glucose oxidiert und Wasserstoffperoxid reduziert wird. Die Reduktion erfolgt in zwei Schritten.

Anode:          R-CHO(aq) + 3 OH-(aq) → R-COO-(aq) + 2 H2O(l) + 2 e-

Kathode:          H2O2 (aq) → 2 H2O(l) + O2 (g) (katalysiert durch Pt)

                  H2O(l) + O2 (g) + 4 e- → 4 OH-(aq)

Gesamtgleichung:   H2O2 (aq) + R-CHO(aq) + OH-(aq) → R-COO-(aq) + 2 H2O(l)

Entsorgung

Die Lösungen werden in den Säure-Base-Abfall gegeben.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Der Versuch sollte erst gezeigt werden, wenn die SuS mit Redoxreaktionen vertraut sind. Alternativ kann die Reaktionsgleichung didaktisch reduziert werden, indem nur die Gesamtreaktion betrachtet wird. Problematisch ist dann allerdings, dass die Gasentwicklung an der Kathode nicht erklärt werden kann.

Literatur

R. Blume http://www.chemieunterricht.de/dc2/tip/04_01.htm (Abgerufen am 07.08.2015)