Aufgabe 3 · Abitur NRW Chemie LK · Elektrolytische Herstellung von Rei 2026

2 Material

Material 1: Elektrolyse einer verdünnten Lösung von Silber(I)-nitrat [1]

Eine neutrale wässrige Lösung von Silber(I)-nitrat ($\text{AgNO}_3$) kann mithilfe von Inert-Elektroden, die nur als Leiter für den elektrischen Strom dienen und an den eigentlichen Reaktionen nicht beteiligt sind, elektrolysiert werden (Abb. 1). Die Nitrat-Ionen sind an den dargestellten Vorgängen ebenfalls nicht beteiligt.

Material 2: Elektrolytische Raffination von Silber nach dem Moebius-Verfahren [2], [3]

Anfang der 1880er Jahre entwickelte Bernhard Moebius ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silber (Reinstsilber, bis zu 99,99 % Silbergehalt). In Europa wird Reinstsilber noch heute vorwiegend nach diesem Verfahren hergestellt.

Ausgehend von in der Natur vorkommenden Silbererzen wird über verschiedene Prozesse metallisches Rohsilber hergestellt. Dieses Rohsilber ist aber noch durch geringe Anteile (bis zu 5 %) anderer Metalle, wie z. B. Kupfer, Palladium oder Gold, als Legierungsbestandteile verunreinigt.

Zur Herstellung von Reinstsilber wird das beschriebene Rohsilber mittels Elektrolyse gereinigt (in Abbildung 2 dargestellt). Im Verlauf dieser Elektrolyse wird die Silber(I)-nitrat-Lösung durch entstehende Metall-Ionen verunreinigt. Zusätzlich sind Ablagerungen von Feststoffen (Anodenschlamm) am Boden zu beobachten.

Bei den vorherrschenden Reaktionsbedingungen gilt für die elektrochemischen Potenziale der konjugierten Redoxpaare:

$$E(\text{Au}^{3+} \mid \text{Au}) > E(\text{Ag}^+ \mid \text{Ag}) \approx E(\text{Pd}^{2+} \mid \text{Pd}) > E(\text{Cu}^{2+} \mid \text{Cu})$$

Untersuchungen des so gewonnenen Reinstsilbers zeigen, dass es geringe Anteile an Palladium enthält. Eine mögliche Ursache dafür ist die Entstehung von Palladium an der Edelstahlelektrode.

In der Theorie werden zur Vermeidung dieser Verunreinigung u. a. folgende zwei Maßnahmen diskutiert:

Maßnahme 1:

Erhöhung der Silber(I)-Ionen-Konzentration in der Elektrolyt-Lösung

Maßnahme 2:

Zugabe eines Stoffes, damit ein Großteil der in der Elektrolyt-Lösung enthaltenen Palladium(II)-Ionen durch eine Fällungsreaktion der Elektrolyt-Lösung entzogen werden.

Material 3: Grundlage der historischen Definition der Einheit „Ampere“ [4]

Grundlage der historischen Definition der Einheit „ein Ampere“ war die Masse des aus einer wässrigen Silber(I)-nitrat-Lösung mittels Elektrolyse in einer Sekunde abgeschiedenen Silbers.

3.1

Erklären Sie mithilfe des Prinzips von Le Chatelier die Veränderung des elektrochemischen Potenzials $E(\mathrm{Ag}^+|\mathrm{Ag})$ durch die Maßnahme 1 (M 2).

3.2

Erklären Sie unter Einbeziehung der Nernst-Gleichung die Veränderung des elektrochemischen Potenzials $E(\mathrm{Pd}^{2+}|\mathrm{Pd})$ durch die Maßnahme 2 (M 2).

3.3

Beurteilen Sie beide theoretischen Maßnahmen unter dem Aspekt der Vermeidung der Palladium-Entstehung an der Kathode (M 2).

Hinweis: Betrachten Sie dabei ausschließlich die Vorgänge an der Kathode.

Ihre Argumentation wurde erfasst. Vergleichen Sie Ihre Antworten mit den offiziellen Lösungsschritten.