Bezugselektrode Messelektrode Glasmembran Diaphragma Elektrolyt-Lösung der Bezugselektrode (KCl-Lösung) Lösung mit konstantem pH (Pufferlösung) Nachfüllöffnung 93Redoxreaktionen – Elektrochemie Messung der Protonen-Konzentration mit der pH-Elektrode Die Versuchsanordnung in B1 zeigt das Prinzip, mit dem die Protonen-Konzentration einer unbekannten Säure-Konzentration gemessen werden kann. Hierzu wird eine Wasserstoff-Halbzelle mit der Säure unbekannter Konzentration mit einer StandardwasserstoffHalbzelle zu einem galvanischen Element verbunden. Im Labor wird die Protonen-Konzentration einfacher mit einer pH-Elektrode gemessen, die bereits eine interne Bezugselektrode enthält (INFO). Versuch V1 Füllen Sie zwei zweigeteilte Petrischalen mit unterschiedlich konzentrierten Salzsäure*-Lösungen (c1(HCl) = 1 mol/L, c2(HCl): unbekannte Konzentration < 1 mol/L). Tauchen Sie in jeweils eine Schalenhälfte eine Platinund in die andere eine Graphit-Elektrode ein (vgl. V3, S. 70). 1. Elektrolyse: Verbinden Sie jeweils die Platin-Elektrode mit dem Minuspol und die Graphit-Elektrode mit dem Pluspol einer Gleichspannungsquelle. Stecken Sie ein Bierfilz über den Steg in der Mitte der Petrischalen und elektrolysieren Sie. 2. Galvanische Messung: Legen Sie die beiden Petrischalen so nebeneinander, dass die Halbzellen mit den Platin-Elektroden aneinander liegen. Verbinden Sie nun die beiden Wasserstoff-Halbzellen mit einem Bierfilz und einem Voltmeter. Lesen Sie die Spannung ab. Auswertung a) Vergleichen Sie den Versuchsaufbau aus Teil 2 von V1 mit der Wasserstoff-Konzentrationszelle aus B1. b) Geben Sie an, welche Halbzelle die Donatorund welche die Akzeptor-Halbzelle ist. c) Erläutern Sie folgende Umformungen, die den Zusammenhang zwischen Spannung und pH-Wert darstellen. Analog zu S. 85 gilt für die Wasserstoff-Konzentrationszelle: U = 0,059 V · lg mit cA(H+) = 1 mol/L. Durch Einsetzen und Anwenden der Logarithmengesetze (vgl. S. 26, B2) erhält man: U = –0,059 V · lg cD(H+) bzw. = –lg cD(H+) = pH. ERW EITERUNG·VERTIEFUNG·ANW ENDUNG Wasserstoff c(H+) = x mol/L StandardWasserstoffHalbzelle, c(H+) = 1 mol/L Wasserstoff B1 Wasserstoff-Konzentrationszelle mit einer StandardwasserstoffElektrode INFO In der Praxis wird die Protonen-Konzentration bzw. der pH-Wert mit einer pH-Elektrode oder Einstabmesskette gemessen. Diese besteht aus zwei Halbzellen in einem Doppelglasrohr, in dem sich eine Bezugsund eine Messelektrode befinden. Die Messelektrode ist über eine Glasmembran mit der umgebenden Messlösung verbunden. An der Glasmembran bildet sich eine Potenzialdifferenz aus, die nur von der Protonen-Konzentration der Messlösung abhängt. Die Potenzialdifferenz zwischen den Halbzellen wird vom Messgerät zumeist direkt als pHWert angezeigt. Die Einstabmesskette wird in Kaliumchlorid-Lösung ge lagert, damit die Glasmembran nicht austrocknet. Die beiden Elektroden sind in der Regel mit Silberchlorid überzogene Silberbleche (Redoxpaar: Ag/ AgCl). cA(H+) cD(H+) U 0,059 V 3377_01_01_2012_Kap2_058_123 23.09.14 06:27 Seite 93 Nu r z u Pr üf zw ec ke Ei ge nt um d es C .C . B uc hn er V er la gs