Aufgabe Modul E - 3 · Abitur Hessen Chemietechnik LK 2021

Silicium ist von großem Interesse bei der Entwicklung von Akkumulatoren (Akku), da es in großen Mengen verfügbar ist und die Speicherkapazität der Akkus hoch ist. In Material 5 ist ein in der Entwicklung befindlicher Silicium-Luft-Akku schematisch dargestellt. Eine Elektrode besteht aus Silicium, die andere aus porösem, gasdurchlässigen Graphit, der zur Erhöhung der Leitfähigkeit ein Netz aus Nickeldrähten enthält. Den Elektrolyten bildet eine Kaliumhydroxid-Lösung mit einem pH-Wert von 14,60.

Material 6: Standardelektrodenpotenziale

Redoxpaar (Red / Ox)

Standardelektrodenpotenzial $E^0$ in V

$\text{Si (s)} \ / \ \text{SiO}_3^{2-}\text{ (aq) in alkalischer Lösung}$

$-1{,}69$

$\text{Si (s)} \ / \ \text{SiO}_2\text{ (aq) in saurer Lösung}$

$-0{,}91$

$\text{H}_2\text{ (g)} \ / \ 2\text{ H}^+\text{ (aq)}$

$0{,}00$

$4\text{ OH}^-\text{ (aq)} \ / \ \text{O}_2\text{ (g) in alkalischer Lösung}$

$+0{,}82$

$2\text{ H}_2\text{O (l)} \ / \ \text{O}_2\text{ (g) in saurer Lösung}$

$+1{,}23$

3.1

Formulieren Sie die beim Entladen des Akkus ablaufenden Reaktionen an Anode und Kathode mithilfe von Material 6. Geben Sie die Ladung von Anode und Kathode sowie die Elektronenflussrichtung an. [5 BE]

3.2

Berechnen Sie unter Berücksichtigung der Konzentrationen der beteiligten Stoffe die Spannung des Akkus. [6 BE]

Hinweis: Gehen Sie als Berechnungsgrundlage von $c(\text{SiO}_3^{2-}) = 0{,}500\,\text{mol/L}$ aus. Für die Berechnung sind die beiden Halbzellenreaktionsgleichungen notwendig.