Aufgaben: Heterogene Katalyse in der Brennstoffzelle

Eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle enthält Platin-Elektroden.

1. a) Formulieren Sie die Elektrodenreaktionen in saurer Lösung.
2. b) Geben Sie die Gesamtgleichung an.

Platin dient als heterogener Katalysator.

1. a) Definieren Sie heterogene Katalyse.
2. b) Erklären Sie, warum der Katalysator nicht verbraucht wird.

Nennen Sie

1. a) eine Aufgabe des Elektrolyten in der Brennstoffzelle und
2. b) den Unterschied zwischen Brennstoffzelle und Batterie.

Die Oxidation von Wasserstoff an einer Platinoberfläche verläuft in mehreren Teilschritten.

1. a) Benennen und beschreiben Sie diese Teilschritte in der richtigen Reihenfolge.
2. b) Erklären Sie, wie der Katalysator die Aktivierungsenergie senkt.

Ein Wasserstoffauto verbraucht $1{,}0\,\text{kg}$ $\mathrm{H_2}$ pro $100\,\text{km}$ ($M = 2{,}02\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$).

1. a) Berechnen Sie die Stoffmenge und die Masse an Wasser, die pro $100\,\text{km}$ entsteht ($M(\mathrm{H_2O}) = 18{,}0\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$).
2. b) Berechnen Sie die Ladung, die dabei fließt ($F = 96.485\,\text{C}\cdot\text{mol}^{-1}$).

Verunreinigungen des Wasserstoffs durch $\mathrm{CO}$ vergiften den Platinkatalysator.

1. a) Erklären Sie die Katalysatorvergiftung.
2. b) Nennen Sie zwei Maßnahmen zur Vermeidung.

Beurteilen Sie den Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle (ca. 60 %) gegenüber einem Verbrennungsmotor (ca. 30 %).

1. a) Erklären Sie, warum die Brennstoffzelle nicht an den Carnot-Wirkungsgrad gebunden ist.
2. b) Berechnen Sie die elektrische Energie aus $1{,}0\,\text{kg}$ $\mathrm{H_2}$ bei $\Delta_R H = -286\,\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ und 60 % Wirkungsgrad.

Vergleichen Sie Platin mit billigeren Katalysatoren (z. B. Nickel).

1. a) Nennen Sie Kriterien (Aktivität, Stabilität, Kosten).
2. b) Bewerten Sie den Einsatz im Fahrzeug (z. B. in einer Brennstoffzelle oder im Abgaskatalysator).

Wasserstoff für Brennstoffzellen wird durch Dampfreformierung oder Elektrolyse hergestellt.

1. a) Formulieren Sie die Gleichungen beider Verfahren.
2. b) Bewerten Sie die ökologische Bilanz.
3. c) Beurteilen Sie die Rolle von Grünstrom.