IQB 14 – Wasserstoff – ein Stoff mit Zukunftspotenzial – Zentrales Thema - Brennstoffzelle

IQB 14 – Wasserstoff – ein Stoff mit Zukunftspotenzial – Zentrales Thema - Brenstoffzelle

1. Inhaltsbereiche: ♦ Chemische Reaktionen ♦ Elektronenübergänge ♦ Lebenswelt und Gesellschaft Inhaltsbereiche ♦ Aktuelle Technologien und chemische Produkte ♦ Rohstoffgewinnung und -verarbeitung ♦ Ökonomische und Aspekte der Chemie ♦ alternative Energieträger

2. Download der Aufgabe im Januar 2025 unter:

https://www.iqb.hu-berlin.de/abitur/sammlung/naturwissenschaften/chemie/ bzw. unter:

https://www.iqb.hu-berlin.de/appsrc/taskpool/data/taskpools/getTaskFile?id=p11^WasserstoffGN^f21645

Hinweise zur Brennstoffzellenaufgabe

Zu Aufgabe 1: Das Aufstellen der Gleichungen sollte Ihnen gelingen! Achten Sie bitte auf den Hinweise „Dampfreforming“.

Zu Aufgabe 2: Auch diese Aufgabe ist nicht unlösbar!

Zu Aufgabe 3: Diese Aufgabe ist für Schülerinnen und Schüler nur schwer lösbar!

Die im Erwartungshorizont des IQB stehenden Hinweise sind irreführend.

(Oxidionen entstehen typischerweise in Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC), bei denen Sauerstoff-Ionen (O²⁻) durch einen festen Elektrolyt transportiert werden.

In einer klassischen Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) spielen Oxidionen keine Rolle!

In einer klassischen Wasserstoff-Brennstoffzelle entstehen keine Oxidionen (O²⁻) am Pluspol.

Stattdessen verlaufen die chemischen Reaktionen folgendermaßen:

Anode (Minuspol):
Wasserstoffgas (H₂) wird zu Protonen (H⁺) oxidiert und setzt Elektronen (e⁻) frei:

H₂→ 2 H⁺+2e^- bzw. H₂ + 2H₂O→ 2 H⁺+2e^-

Die freigesetzten Elektronen fließen über den äußeren Stromkreis, um Strom zu erzeugen.

Kathode (Pluspol):
Am Pluspol wird Sauerstoff (O₂) reduziert. Hier verbinden sich Sauerstoff, Protonen (H⁺) aus der Anodenseite und die Elektronen (e⁻) aus dem Stromkreis zu Wasser (H₂O):

O₂+4 H⁺+4e⁻→2 H₂O bzw.: O₂+4 H₃O⁺+4e⁻→6 H₂O (im sauren Milieu)

O₂+2 H₂O⁺+4e⁻→ 4 OH^-(im alkalischen Milieu)

Die Gleichungen sollten Sie herleiten können!

O₂ OZ(O)=0 => H₂O OZ(O)=-II

Im sauren Milieu: Ladungsausgleich mit H₃O⁺

 

Im alkalischen Milieu: Ladungsausgleich mit OH^-