Kupfer und Zink in NaCl Lösung und Luftsauerstoff

[ABCDEF]

Kupferstab und Zinkstab tauchen in Wasser mit etwas Kochsalz und sind leitend über ein Kabel verbunden, wobei das Behältnis nur zu 2/3 gefüllt ist, da auch Luftsauerstoff an der Reaktion beteiligt ist.
Beurteilen Sie diese Anordnung!


Ich bereite mich gerade auf die Externistenabiturprüfung vor und verzweifle langsam.
Ich weiß wie ein Daniell Element funktioniert, hab mir auch die Redoxgleichungen für diverse Akkus und Batterien ins Hirn genagelt,
aber wenn ich ein "unbekanntes" System sehe, merk ich erst, dass ich
offensichtlich so gut wie nix kapiert hab.

Mein Vorschlag:
Zink wird oxidiert, geht in Lösung, Cu geht auf Grund niedriger Lösungstension nicht in Lösung(schätze ich, da Kupfer in ZNCL Lösung auch nicht in Lösung geht) dadurch entsteht eine Potentialdifferenz und Elektronen gelangen über Kabel zu Kathode wo nun Luftsauerstoff reduziert wird und mit Wasser zu OH- reagiert, die wiederum durch die Lösung zur Anode wandern(Überschuss an positiven ZN2+, die in Doppelschicht "gefangen" sind) und sich dort zu ZN(OH)2 verbinden und ausfallen.

1)Wird an der Kupferelektrode die Reduktion von Luftsauerstoff(zu OH-) katalysiert?

2)Oder wird Kupferoxid(dass sich durch den anwesenden Luftsauerstoff gebildet hat) wird zu Kupfer reduziert.

3)Ich schätze die Reduktion von h3O+ zu H2 an der Kathode findet hier nicht statt, da wir eine neutrale Lösung haben, korrekt?


Und woher weiß ich ob 1) oder 2) oder 3) passiert.

4)Außerdem: Ensteht bei der Reaktion von Cu mit Luftsauerstoff CU2O oder CU(OH)2 und woher weiß ich das? Also habe ich es mit CU+ oder CU2+ Ionen zu tun?

5)Geht von der Kathode CU2+ in Lösung? Und wenn ja, warum? Wegen der CL-Ionen? Oder reicht die wässrige Lösung, damit sich CU-Ionen abscheiden? Oder geht kein Kupfer in Lösung weil Kupfer edler als Natrium ist? Auch hier verstehe ich nicht ganz warum?

6)Werden gar die Chloridionen reduziert? Warum? Warum nicht? Laut Spannugnsreihe ist das Chlor ja der edelste Stoff der hier mitmischt, müsste als doch normalerweise ganz gern Elektrone aufnehmen? Tut es aber nicht oder? Warum nicht?


7)Was passiert mit den NA+ und CL- Ionen. Ich schätze NA+ wird von einer Hydrathülle umgeben und reagiert erstmal nicht weiter, bzw sorgt nur passiv dafür, dass wie auch immer geartete negative Ionen den Weg von der Kathode zur Anodenseite finden? Aber falls das wirklich stimmen sollte, auch hier die Frage: warum?

8)Verbinden sich CL- und OH-(aus der Sauerstoffreaktion an der Kathode) und ZN2+ zu ZN(OH)2 oder zu einem Komplex [(ZN(OH)4]Cl2 oder gar zu ZnCl2?
und WARUM?

9)Kommt es durch den anwesenden Luftsauerstoff nicht auch zur Korrosion von ZINK? Also ZN+H2O+O2->ZN(OH)2
Falls ja inwiefern spielt das eine Rolle beim "beurteilen" der Zelle?


Edit:

Hab mich jetzt nochmal an die Aufgabe gesetzt:

Mein Vorschlag:
Zink wird oxidiert, geht in Lösung, Cu geht auf Grund niedriger Lösungstension nicht in Lösung(schätze ich, da Kupfer in ZNCL Lösung auch nicht in Lösung geht) dadurch entsteht eine Potentialdifferenz und Elektronen gelangen über Kabel zu Kathode wo nun Luftsauerstoff reduziert wird und mit Wasser zu OH- reagiert, die wiederum durch die Lösung zur Anode wandern(Überschuss an positiven ZN2+, die in Doppelschicht "gefangen" sind) und sich dort zu ZN(OH)2 verbinden und ausfallen.

Aufbauend auf dem zitierten Text:
Ist es vielleicht so, dass die OH Ionen, die an der Kathode gebildet werden, auch in der Nähe der Kathode bleiben, da ja schon Zn+ und Cl- Ionen an der Anode eine Doppelschicht ausbilden und die OH- Ionen somit von den CL- Ionen abgestoßen werden?

Dass sich also an der Anode ein Gleichgewicht zwischen Zinkionen in Lösung und ZN der Anode bildet und der Stromfluss somit relativ schnell zum Erliegen käme, wäre da nicht der Luftsauerstoff, der direkt an der Anode reduziert wird und sich zu ZN(OH)2 verbindet, bis die Zinkelektrode vollständig überzogen ist und der Stromfluss endet?

[ABCDEF]

Wäre auch schon sehr dankbar, wenn mir jemand den Ladungstransport in der Lösung erklären könnte.

Also was passiert mit den CL- und Na+ Ionen?

Oder gibt es überhaupt keinen Ladungstransport innerhalb des Elektrolyten?

[Andy]

Quasi wie ein normales Lokalelement (man könnte auch die Zinkplatte die Kupferplatte direkt berühren lassen - hier aber über das Kabel elektrisch leitend verbunden).

Zink wird oxidiert....Zn2+-Ionen gehen in Lösung. Elektronen wandern über das Kabel zur Kupferelektrode. Dort Reaktion mit O2 der Luft (und H2O) zu OH-Ionen. Soweit hattest Du es ja auch.
Zum Ladungstransport in der Lösung:
Die Umgebung der Zinkelektrode lädt sich wegen der in Lösung gegangenen Zn2+-Ionen positiv auf.
Die Umgebung der Kupferelektrode lädt sich wegen der entstehenden OH- -Ionen negativ auf.
D.h. die Elektronen müssten sich nun von der Zinkelektrode, deren Umgebung sich positiv auflädt, zu einer Elektrode, deren Umgebung sich negativ auflädt, wandern. Das würde den Prozess natürlich stoppen, weil die Elektronen wegen der elektrostatischen Anziehungskräfte eher im Zink bleiben würden.
Soll also Strom fließen, müssen die entstandenen Zn2+-Ionen in Richtung Kupferelektrode, die OH- -Ionen in Richtung Zinkelektrode wandern, um die überschüssigen Ladungen auszugleichen. Das machen sie auch....soll der Ladungsausgleich stattfinden, müssen die Ionen aber weite Strecken zurücklegen...sich zwischen den Wassermolekülen durchquetschen. (wenn man vom Grotthuß-Mechanismus für die OH- -Ionen absieht).
Nimmt man NaCl-Lösung, sind schon ganz viele Ionen in der Lösung. Ein Zn2+-Ion schubst dann quasi ein Na+-Ion in der Nähe weg, dieses schubst ein weiteres weg....in der Nähe der Kupferelektrode nähert sich durch die "Schubskette" ein Na+-Ion dem Bereich mit dem Überschuss von OH- -Ionen. Gilt für die OH- -Ione genauso (die schubsen dann Cl- -Ionen in Richtung Zn-Elektrode). Insgesamt muss sich jedes Ion nur ganz wenig bewegen, d.h. insgesamt ist der Elektrische Widerstand viel kleiner, so dass die Bremse durch den Ladungsstau in der Umgebung der Zink- und Kupferplatte nicht mehr so stark ausfällt und damit mehr Strom fließt.