Die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotenzials

Inwiefern hängt des Potenzial einer galvanischen Zelle von der Konzentration ab? Zur Klärung dieser Frage werden drei Versuche unternommen:

V1: In ein U-Rohr mit Fritte werden zwei gleich konzentrierte Zinksulfat-Lösungen mit c(ZnSO4) = 1 mol/L und zwei Zinkelektroden eingefüllt. Die Spannung zwischen den beiden Halbelementen wird gemessen. Danach wird die Lösung in einer Halbzelle schrittweise um eine Zehnerpotenz erniedrigt, also auf 0,1 mol/L, dann 0,01 mol/L usw.

V2: In der gleichen Anordnung wird die Spannung zwischen zwei Halbzellen mit der Kombination Ag/Ag+(aq) gemessen, ebenfalls angefangen mit der Konzentration c(AgNO3) = 1 mol/L, dann schrittweise um eine Zehner
potenz erniedrigt, also 0,1 mol/L, dann 0,01 mol/L usw.

V3: Der gleiche Versuch wird mit einer Kombination aus zwei Chlor-Halbzellen durchgeführt. Dabei wird zuerst in zwei getrennten galvanischen Elementen durch Elektrolyse von HCl(aq) mit der Konzentration c(HCl) = 1 mol/L in Wasser gelöstes Chlor Cl2(aq) hergestellt. Durch Verbindung der entsprechenden Halbzellen mit gelöstem Chlor über eine Salzbrücke und entsprechende Verdünnung einer Halbzelle wird die Abhängigkeit des Potenzials von der Konzentration festgestellt.

Messergebnisse: in mV

Konzentrationen der Halbzellen	0,1 mol/L-

1 mol/L	0,01 mol/L-

1 mol/L	0,001 mol/L - 1 mol/L	0,0001 mol/L

- 1 mol/L	0,00001 mol/L -

1 mol/L
Zn/ZnSO4(verd. Lsg)//

ZnSO4(konz. Lsg)/Zn	29,5	59	88,5	118	147,5
Ag/AgNO3(verd. Lsg)//

AgNO3(konz. Lsg)/Ag	59	118	177	236	295
Cl2/2 Cl-(verd. Lsg) //

2 Cl-(konz. Lsg) Cl2	-29,5	-59	-88,5	-118	-147,5

Arbeitsaufträge:

1.	Erläutere das Zustandekommen der gemessenen Spannungen: welche Einzelreaktionen laufen in den jeweiligen Halbzellen ab? Definiere dabei: welche Zelle ist Elektronen-Donator, Oxidationszelle, -Pol bzw. Elektronen-Akzeptor, Reduktionszelle, +Pol?

2.	Vergleiche die Messwerte aus den Versuchen 1-3: stelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede fest!

3.	Stelle die Versuchsergebnisse graphisch dar: x-Achse: Logarithmus des Konzentrationsverhältnis
ses Konz. Lsg : verd. Lsg, y-Achse: Spannungswert [mV]

4.	Wie verändert sich die Spannung bei einer Konzentrationsdifferenz von 1:10 bzw. bei einer Zehnerpotenz?

5.	Wie kann der Konzentrations-Spannungszusammenhang in einer mathematischen Formel ausgedrückt werden?