Abitur Saarland Chemie 2026 · LK · Elektrolytische Herstellung von Reinstsilber

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.

1.

Nennen Sie das Prinzip einer Elektrolyse und geben Sie den allgemeinen Aufbau einer Elektrolysezelle an.

Beschreiben Sie die bei der Elektrolyse einer Silber(I)-nitrat-Lösung an den Elektroden stattfindenden Vorgänge auf Teilchenebene (M 1).

Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Elektrolyse (M 1).

Geben Sie die an der Anode zu erwartende Beobachtung an (M 1).

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.

2.1

Beschreiben Sie die beim Moebius-Verfahren zu beobachtenden Veränderungen an den Elektroden auf Stoffebene (M 2).

2.2

Erläutern Sie die Entstehung der Verunreinigung der Silber(I)-nitrat-Lösung (M 2).

2.3

Erläutern Sie die Bildung des Anodenschlamms (M 2).

Ihre Antworten wurden erfasst. Vergleichen Sie Ihre Erläuterungen mit der Musterlösung.

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.

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.

4

Berechnen Sie die Masse an Silber, die sich auf Grundlage der historischen Definition für ein Ampere bei der Elektrolyse von Silber(I)-nitrat-Lösung abscheidet (M 3).

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.

Vergleichen Sie die beiden betrachteten Elektrolysen nach folgenden Kriterien (M 1, M 2):

5.1

5.2

5.3

5.4

Erklären Sie einen bei diesen Elektrolysen auftretenden Unterschied (M 1, M 2).

Ihr Vergleich und Ihre Erklärung wurden erfasst. Vergleichen Sie mit den Kriterien der offiziellen Lösung.