Elektrolyse meistern mit passgenauen Quizfragen

Elektrolyse: Grundlagen, Anwendungen und typische Fehler

Bei der Elektrolyse erzwingt eine externe Spannungsquelle eine chemische Reaktion, die von selbst nicht ablaufen würde. In der Elektrolysezelle wandern Kationen zur Kathode, dem Minuspol, wo sie Elektronen aufnehmen und reduziert werden. Anionen wandern zur Anode, dem Pluspol, und werden oxidiert. Genau das unterscheidet die Elektrolyse von der galvanischen Zelle: Dort ist die Kathode der Pluspol, weil die Reaktion freiwillig abläuft und Elektronen liefert. Diese Polvertauschung ist der häufigste Denkfehler in Klausuren.

Welches Produkt an welcher Elektrode entsteht, hängt vom Elektrolyten ab. Bei der Schmelzflusselektrolyse von Natriumchlorid entsteht an der Kathode metallisches Natrium und an der Anode Chlorgas. In wässriger Lösung konkurriert Wasser um beide Elektrodenprozesse: An der Kathode kann statt eines unedlen Metalls Wasserstoff entstehen, an der Anode statt anderer Anionen kann Sauerstoff freigesetzt werden. Die Abscheidungsreihenfolge folgt der Spannungsreihe – ein weiterer Punkt, an dem viele Lernende scheitern, weil sie Edelkeit mit Abscheidungswahrscheinlichkeit verwechseln.

Quantitativ beschreiben die Faradayschen Gesetze den Zusammenhang: Die abgeschiedene Stoffmenge ist proportional zur Ladung Q = I · t. Für n Mol eines Stoffes mit der Wertigkeit z gilt n = Q / (z · F) mit der Faraday-Konstante F ≈ 96485 C/mol. Beispiel: Bei 2 A über 965 s fließen 1930 C, das entspricht 0,01 mol Elektronen – bei der Abscheidung von Kupfer aus Cu²⁺ also 0,005 mol, rund 3,2 g. Praktische Anwendungen reichen von der Aluminiumgewinnung über Galvanik und Chloralkalielektrolyse bis zum Korrosionsschutz.