Direkt zum Inhalt

Versuche

Das Daniell-Element

Zielsetzung

Mit diesem Versuch lernst du ein Beispiel zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie kennen.

Hinweise zum Experiment

Damit in Chemie bzw. beim Experimentieren keine Unfälle passieren, musst du auf die Sicherheit achten. Die Sicherheit ist immer wichtig, wenn du in einem Fachraum oder Labor bist. Bitte beachte bei allen Experimenten die Hinweise zur Sicherheit im LaborDie Durchführung des Experiments erfordert eine Gefährdungsbeurteilung durch die Lehrkraft.

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Hanne Rautenstrauch
Abb. 1 Versuchsmaterial

Material

  • U-Rohr mit Diaphragma
  • 2 Kabel mit 2 Krokodilklemmen 
  • Spannungsmessgerät 
  • Stativmaterial

Chemikalien

  • Zinksulfat-Lösung \(\pu{(c= 1 \frac{mol}{l})}\)
  • Kupfersulfat-Lösung \(\pu{(c= 1 \frac{mol}{l})}\)
  • Kupferelektrode (oder Kupferblech)
  • Zinkelektrode (oder Zinkblech) (Abb. 1)
Direkt zur Versuchsbeschreibung

Edukte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Kupfer(II)-sulfat, Pentahydrat \( \ce {CuSO4 * 5H2O} \)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H318: Verursacht schwere Augenschäden. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Augenschutz tragen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P313: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Zinksulfat \(\ce{ZnSO4}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H318: Verursacht schwere Augenschäden. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Augenschutz tragen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P313: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Kupfer(II)-sulfat, Pentahydrat
\( \ce {CuSO4 * 5H2O} \)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H318: Verursacht schwere Augenschäden. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Augenschutz tragen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P313: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
Zinksulfat
\(\ce{ZnSO4}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H318: Verursacht schwere Augenschäden. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Augenschutz tragen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P313: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.

Produkte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Zinksulfat \(\ce{ZnSO4}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H318: Verursacht schwere Augenschäden. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Augenschutz tragen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P313: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Kupfer, Pulver bzw. als Reaktionsprodukt \(\ce{Cu}\)
GHS02 - Entzündlich GHS09 - Umweltgefährlich
H228: Entzündbarer Feststoff. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Zinksulfat
\(\ce{ZnSO4}\)
GHS05 - Ätzend etc. Kat. 1 GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung GHS09 - Umweltgefährlich
H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H318: Verursacht schwere Augenschäden. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280: Augenschutz tragen. P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P313: Ärztlichen Rat einholen / ärztliche Hilfe hinzuziehen.
Kupfer, Pulver bzw. als Reaktionsprodukt
\(\ce{Cu}\)
GHS02 - Entzündlich GHS09 - Umweltgefährlich
H228: Entzündbarer Feststoff. H410: Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.
P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden.

Versuchsaufbau / Durchführung

  • Das U-Rohr mit Diaphragma wird in ein Stativ geklemmt.
  • Das U-Rohr  wird zeitgleich (!) auf der einen Seite mit der Zinksulfat- und auf der anderen Seite mit der Kupfersulfat-Lösung befüllt. 
  • An den beiden Metall-Elektroden wird mit einer Krokodilklemme jeweils ein Kabel befestigt, das über das andere Ende mit dem Spannunsgmessgerät verbunden wird.
  • Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Minuspol mit der Zinkelektrode und der Pluspol mit der Kupferelektrode verbunden wird.
  • Die Zinkelektrode wird im U-Rohr auf der Seite mit der Zinksulfat-Lösung eingetaucht und die Kupferelektrode auf der Seite mit der Kupfersulfat-Lösung (Abb. 2). 

Hinweise zur Entsorgung

Die Elektrolytlösungen müssen im Schwermetallabfall entsorgt werden.

Aufgabe
Aufgabe

Führe den Versuch durch. Was kannst du beobachten?

Lösung

Beobachtung

An dem angeschlossenen Messgerät wird eine Spannung von \(\ce{1,1\,V}\) angezeigt 

Erklärung

  • Aufgrund der Potenzialdifferenz zwischen Kupfer und Zink läuft eine Redoxreaktion ab. 
  • An der Zinkelektrode (Anode) wird Zink oxidiert. 
  • An der Kupferelektrode (Kathode) wird Kupfer reduziert. 
  • Das Diaphragma dient als Ionenbrücke, um die elektrische Aufladung der Halbzellen zu verhindern. 
  • Die gemessene Spannung ergibt sich aus der Differenz der Standardpotenziale der Metalle: 

\(\rm{U}\)= (Kathodenpotenzial – Anodenpotenzial) 

\(\rm{U =  0,34\,V – (-0,76\,V) = 1,10\,V}\)

Reaktionsgleichungen

\(\ce{Zn_{(s)} -> Zn^2+_{(aq)} +2e-}\)

\(\ce{Cu^2+_{(aq)} +2e- -> Cu_{(s)}}\)

\(\ce{Zn_{(s)} + Cu^2+_{(aq)} -> Cu_{(s)} + Zn^2+_{(aq)}}\)