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Chemie · Klasse 12 · Kapitel

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Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich untersuche, wie Temperatur, Konzentration und Zerteilungsgrad die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen.

MerkenEinflussfaktoren

Mehr Wärme, Konzentration und Oberfläche beschleunigen die Reaktion.

Die Produktmenge ändert sich dadurch nicht.

BeispielEinflussfaktoren: Temperatur, Konzentration, Zerteilungsgrad

Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn das Reaktionsgemisch von 20 auf 40 Grad Celsius erwärmt wird?
Schritt für Schritt
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Mehr Teilchen erreichen die Aktivierungsenergie.
  3. Die Geschwindigkeit steigt.
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Mehr Teilchen erreichen die Aktivierungsenergie.
  3. Die Geschwindigkeit steigt.
Ergebnis:
Sie nimmt zu

AchtungKonzentration ändert die Teilchenenergie

So nicht
Bei höherer Konzentration bewegen sich die Teilchen schneller oder brauchen weniger Energie.
So richtig
Die Teilchen sind nicht schneller. Es gibt mehr Teilchen je Volumen und deshalb mehr Zusammenstöße.

Zeichne zwei Gefäße mit wenigen und vielen Teilchen und zähle die möglichen Zusammenstöße.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Eisenwolle statt eines Nagels verbrannt wird?
    So fängst du an:
    Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Die Oberfläche je Gramm Eisen ist viel größer.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu
  2. ●2
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Milch im Kühlschrank statt bei Raumtemperatur gelagert wird (Sauerwerden)?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Bei niedriger Temperatur reagieren weniger Teilchen wirksam.
    3. Die Geschwindigkeit sinkt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich ab
  3. ★3
    Mehlstaub in der Luft kann explodieren, ein Mehlhaufen brennt kaum. Wie lässt sich das erklären?
    Lösung zeigen
    1. Feiner Staub hat bei gleicher Masse eine sehr große Oberfläche.
    2. In der Luft ist jedes Staubkorn von Sauerstoff umgeben.
    3. Die Reaktion läuft dadurch extrem schnell ab.
    Ergebnis:
    Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff

2Ich erkläre die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Stoßtheorie und der Aktivierungsenergie.

MerkenStoßtheorie

Nur wirksame Stöße reagieren.

Die Teilchen brauchen Aktivierungsenergie und passende Orientierung.

BeispielStoßtheorie und Aktivierungsenergie

Reaktion A hat Ea = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 40 kJ/mol ist schneller.
  1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 40 kJ/mol ist schneller.
Ergebnis:
Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden

AchtungHöhere Aktivierungsenergie heißt mehr freigesetzte Energie

So nicht
Reaktion B hat die größere Aktivierungsenergie, also setzt sie mehr Energie frei und läuft schneller.
So richtig
Die Aktivierungsenergie ist eine Hürde. Eine höhere Hürde macht die Reaktion langsamer. Die frei werdende Energie ist die Reaktionsenthalpie.

Zeichne beide Reaktionen als Berge mit Start und Ziel und lies Hürde und Gewinn getrennt ab.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Bei 10 K mehr verdoppelt sich oft die Geschwindigkeit, die Stoßzahl steigt aber nur um wenige Prozent. Wie erklärt man das?
    So fängst du an:
    Die Stoßzahl steigt nur wenig.
    Lösung zeigen
    1. Die Stoßzahl steigt nur wenig.
    2. Die Energieverteilung der Teilchen verschiebt sich nach oben.
    3. Viel mehr Teilchen erreichen die Aktivierungsenergie.
    Ergebnis:
    Mehr Teilchen haben genug Energie
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 120 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 100 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 100 kJ/mol mit 120 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 100 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  3. ★6
    In einem Energieverteilungsdiagramm gibt die Fläche rechts von der Aktivierungsenergie an, welcher Anteil der Teilchen mindestens diese Energie hat. Warum reagieren trotzdem nicht alle diese Teilchen sofort?
    Lösung zeigen
    1. Energie allein reicht nicht.
    2. Ein Teilchen muss auf einen Partner treffen.
    3. Dabei müssen die Teilchen auch passend zueinander stehen.
    Ergebnis:
    Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein

3Ich wende die RGT-Regel an und beschreibe, wie sich die Geschwindigkeit während einer Reaktion ändert.

MerkenRGT-Regel

Je 10 K mehr wird die Reaktion etwa doppelt bis viermal so schnell.

Mit der Zeit nimmt die Geschwindigkeit ab.

BeispielRGT-Regel und zeitlicher Verlauf

Eine Reaktion dauert bei 35 Grad Celsius 80 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 65 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
Schritt für Schritt
  1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
  3. Dauer: 80 s : 8 = 10 s
  1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
  3. Dauer: 80 s : 8 = 10 s
Ergebnis:
10 s

AchtungRichtung der Temperaturwirkung vertauscht

So nicht
Bei höherer Temperatur dauert die Reaktion länger: 80 s werden 320 s.
So richtig
Höhere Temperatur macht schneller, die Dauer sinkt. Niedrigere Temperatur macht langsamer, die Dauer steigt.

Frag dich: Wird die Reaktion schneller oder langsamer? Schließe daraus, ob die Dauer wächst oder schrumpft.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Reaktion dauert bei 40 Grad Celsius 64 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 60 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    So fängst du an:
    ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
    3. Dauer: 64 s : 4 = 16 s
    Ergebnis:
    16 s
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 35 Grad Celsius 120 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 55 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
    3. Dauer: 120 s : 4 = 30 s
    Ergebnis:
    30 s
  3. ★9
    Eine Reaktion dauert bei 35 Grad Celsius 32 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 5 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
    3. Dauer: 32 s · 8 = 256 s
    Ergebnis:
    256 s

4Ich erkläre Eigenschaften und Wirkungsweise von Katalysatoren mit Reaktionsweg und Übergangszustand.

MerkenKatalysator

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie und bleibt unverändert.

Reaktionsenthalpie und Produktmenge bleiben gleich.

BeispielKatalysator: Reaktionsweg, Übergangszustand und Energiediagramm

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 90 kJ/mol auf 50 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
Schritt für Schritt
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 90 kJ/mol − 50 kJ/mol
  3. = 40 kJ/mol
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 90 kJ/mol − 50 kJ/mol
  3. = 40 kJ/mol
Ergebnis:
40 kJ/mol

AchtungKatalysator liefert Energie

So nicht
Der Katalysator gibt die Energie, die die Reaktion zum Start braucht.
So richtig
Der Katalysator liefert keine Energie. Er ermöglicht einen Reaktionsweg mit niedrigerer Aktivierungsenergie.

Zeichne das Energiediagramm mit und ohne Katalysator und markiere, was sich ändert.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ohne Katalysator gilt Ea = 150 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 130 kJ/mol. Die Reaktion gibt 80 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    So fängst du an:
    Der Katalysator ändert nur den Weg.
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
    2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
    3. ΔH bleibt 80 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    80 kJ/mol
  2. ●11
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 110 kJ/mol auf 70 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 110 kJ/mol − 70 kJ/mol
    3. = 40 kJ/mol
    Ergebnis:
    40 kJ/mol
  3. ★12
    Ohne Katalysator gilt Ea = 100 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 50 kJ/mol. Die Reaktion gibt 120 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
    2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
    3. ΔH bleibt 120 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    120 kJ/mol

5Ich unterscheide homogene und heterogene Katalyse und erkläre Biokatalysatoren.

MerkenKatalyseformen

Homogen: eine Phase. Heterogen: mehrere Phasen.

Enzyme sind spezifische Biokatalysatoren und empfindlich gegen Hitze.

BeispielHomogene und heterogene Katalyse, Biokatalysatoren

Amylase im Speichel spaltet Stärke in Zucker. Wie ordnet man das ein?
Schritt für Schritt
  1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
  2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
  3. Ergebnis: Biokatalyse.
  1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
  2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
  3. Ergebnis: Biokatalyse.
Ergebnis:
Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator

AchtungHomogene und heterogene Katalyse oder Biokatalyse verwechselt

So nicht
Heterogen heißt, dass mehrere Katalysatoren beteiligt sind. Biokatalyse ist alles mit Naturstoffen.
So richtig
Homogen: Katalysator und Reaktanden in einer Phase. Heterogen: in verschiedenen Phasen. Biokatalyse: ein Enzym ist der Katalysator.

Nenne den Aggregatzustand des Katalysators und der Reaktanden. Ordne dann ein.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Warum wirkt das Enzym Katalase auf Wasserstoffperoxid, aber nicht auf Traubenzucker?
    So fängst du an:
    Enzyme haben ein aktives Zentrum.
    Lösung zeigen
    1. Enzyme haben ein aktives Zentrum.
    2. Es passt nur zu einem bestimmten Substrat.
    3. Katalase passt zu Wasserstoffperoxid.
    Ergebnis:
    Sein aktives Zentrum passt nur zu Wasserstoffperoxid
  2. ●14
    Eisen beschleunigt im Haber-Bosch-Verfahren die Ammoniaksynthese aus Gasen. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
    2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
    3. Ergebnis: Heterogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  3. ★15
    Eine Säure beschleunigt in einer Lösung die Spaltung von Zucker, alle Stoffe sind gelöst. Welche Katalyse ist das?
    Lösung zeigen
    1. Die Säure ist gelöst.
    2. Auch Zucker und Wasser bilden eine Lösung.
    3. Eine Phase bedeutet homogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt

6Ich beschreibe die radikalische Substitution von Alkanen mit Halogenen als Kettenreaktion.

MerkenRadikalische Substitution

Radikale haben ein ungepaartes Elektron.

Die Kette läuft in Kettenstart, Kettenfortpflanzung und Kettenabbruch ab.

BeispielRadikalische Substitution von Alkanen mit Halogenen

Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + Cl· → CH₃Cl?
Schritt für Schritt
  1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
  2. Links zwei, rechts keines.
  3. Ergebnis: Kettenabbruch.
  1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
  2. Links zwei, rechts keines.
  3. Ergebnis: Kettenabbruch.
Ergebnis:
Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül

AchtungKettenstart, Fortpflanzung und Abbruch verwechselt

So nicht
Br· + Br· → Br₂ ist die Kettenfortpflanzung.
So richtig
Start: aus einem Molekül entstehen Radikale. Fortpflanzung: ein Radikal reagiert und erzeugt ein neues. Abbruch: Radikale verbinden sich zu einem Molekül.

Zähle die Radikale links und rechts der Gleichung und ordne danach zu.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Was ist ein Radikal?
    So fängst du an:
    Radikale entstehen durch homolytische Spaltung.
    Lösung zeigen
    1. Radikale entstehen durch homolytische Spaltung.
    2. Dabei bleibt je ein Bindungselektron übrig.
    3. Das ungepaarte Elektron macht das Teilchen reaktiv.
    Ergebnis:
    Ein Teilchen mit ungepaartem Elektron
  2. ●17
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Cl₂ → 2 Cl·?
    Lösung zeigen
    1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    2. Links keines, rechts zwei.
    3. Ergebnis: Kettenstart.
    Ergebnis:
    Kettenstart, aus einem Molekül entstehen Radikale
  3. ★18
    Warum reagiert Methan mit Chlor im Dunkeln nicht, im Licht aber heftig?
    Lösung zeigen
    1. Die Cl–Cl-Bindung muss gespalten werden.
    2. Das braucht Energie, zum Beispiel Licht.
    3. Danach läuft die Kette von selbst weiter.
    Ergebnis:
    Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung

7Ich beschreibe die Reaktionsgeschwindigkeit quantitativ mit v = Δc : Δt und v = k · c (Leistungskurs).

MerkenGeschwindigkeitsgesetze (Leistungskurs)

Mittlere Geschwindigkeit: v = Δc : Δt. Bei erster Ordnung gilt v = k · c.

BeispielReaktionsgeschwindigkeit quantitativ: v = Δc : Δt und v = k · c (Leistungskurs)

Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,020 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,40 mol/L?
Schritt für Schritt
  1. v = k · c.
  2. v = 0,020 1/s · 0,40 mol/L
  3. v = 0,0080 mol/(L · s)
  1. v = k · c.
  2. v = 0,020 1/s · 0,40 mol/L
  3. v = 0,0080 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0080 mol/(L · s)

AchtungGeschwindigkeitsgesetz falsch angewendet

So nicht
v = k + c oder v = k : c, oder die Konzentration geht quadratisch ein.
So richtig
Bei erster Ordnung gilt v = k · c: Verdoppeltes c verdoppelt v, bei gleichem k.

Schreib v = k · c auf und prüfe die Einheit: 1/s mal mol/L ergibt mol/(L · s).

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 20 s von 0,80 auf 0,50 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 0,80 mol/L − 0,50 mol/L = 0,30 mol/L.
    Lösung zeigen
    1. Δc = 0,80 mol/L − 0,50 mol/L = 0,30 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 20 s
    3. v = 0,0150 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0150 mol/(L · s)
  2. ●20
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,050 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,80 mol/L?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,050 1/s · 0,80 mol/L
    3. v = 0,0400 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0400 mol/(L · s)
  3. ★21
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,250 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,50 mol/L?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,250 1/s · 0,50 mol/L
    3. v = 0,1250 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,1250 mol/(L · s)

8Ich erkläre Autokatalyse und Oberflächenkatalyse mit Adsorption, Dissoziation und Desorption (Leistungskurs).

MerkenAutokatalyse und Oberfläche (Leistungskurs)

Bei der Autokatalyse beschleunigt ein Produkt die Reaktion.

An Oberflächen folgen Diffusion, Adsorption, Reaktion und Desorption.

BeispielAutokatalyse und Oberflächenkatalyse (Leistungskurs)

Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Wasserstoffmoleküle lagern sich an die Nickeloberfläche an.
Schritt für Schritt
  1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
  2. Gemeint ist: Adsorption.
  3. Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche.
  1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
  2. Gemeint ist: Adsorption.
  3. Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche.
Ergebnis:
Adsorption, die Teilchen haften an der Katalysatoroberfläche

AchtungTeilschritte der Oberflächenkatalyse durcheinander

So nicht
Die Reaktion an der Oberfläche läuft vor der Adsorption, die Desorption steht am Anfang.
So richtig
Die Reihenfolge: Diffusion zur Oberfläche, Adsorption, Reaktion an der Oberfläche (oft nach Dissoziation), Desorption des Produkts.

Schreib die fünf Teilschritte als Weg eines Teilchens auf und nummeriere sie.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein adsorbiertes Sauerstoffatom reagiert mit adsorbiertem Kohlenstoffmonoxid.
    So fängst du an:
    Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
    Lösung zeigen
    1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
    2. Gemeint ist: Oberflächenreaktion.
    3. Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander.
    Ergebnis:
    Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander
  2. ●23
    Bei einer Autokatalyse beschleunigt ein Produkt die eigene Bildung. Wie verläuft die Geschwindigkeit?
    Lösung zeigen
    1. Zu Beginn ist kaum Katalysator vorhanden.
    2. Je mehr Produkt entsteht, desto schneller wird die Reaktion.
    3. Später fehlen die Edukte, die Geschwindigkeit fällt.
    Ergebnis:
    Sie ist anfangs klein, steigt und fällt dann
  3. ★24
    Ein Katalysator wird durch Schwefelverbindungen im Abgas vergiftet. Was geschieht auf seiner Oberfläche?
    Lösung zeigen
    1. Reaktanden müssen an aktiven Zentren adsorbieren.
    2. Giftstoffe binden dort fest.
    3. Es bleiben weniger freie Plätze, die Wirkung sinkt.
    Ergebnis:
    Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●25
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Wasserstoffperoxid von 6 Prozent auf 3 Prozent verdünnt wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Es gibt weniger Teilchen je Volumen, also weniger Stöße.
    3. Die Geschwindigkeit sinkt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich ab
  2. ●26
    Reaktion A hat Ea = 30 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 50 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 50 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 30 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  3. ●27
    Nach der RGT-Regel (Faktor 2 je 10 K) braucht eine Reaktion bei 20 Grad Celsius 80 Sekunden. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 40 Grad Celsius?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, das sind zwei Schritte zu je 10 K.
    2. Geschwindigkeit mal 2 · 2 = 4.
    3. Dauer: 80 s : 4 = 20 s
    Ergebnis:
    20 s
  4. ●28
    Ohne Katalysator gilt Ea = 110 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 80 kJ/mol. Die Reaktion gibt 80 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
    2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
    3. ΔH bleibt 80 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    80 kJ/mol
  5. ●29
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + Br₂ → CH₃Br + Br·?
    Lösung zeigen
    1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    2. Links eines, rechts wieder eines.
    3. Ergebnis: Kettenfortpflanzung.
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  6. ●30
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 10 s von 1,20 auf 0,90 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,20 mol/L − 0,90 mol/L = 0,30 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 10 s
    3. v = 0,0300 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0300 mol/(L · s)

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Einflussfaktoren
Mehr Wärme, Konzentration und Oberfläche beschleunigen die Reaktion.
Stoßtheorie
Nur wirksame Stöße reagieren.
RGT-Regel
Je 10 K mehr wird die Reaktion etwa doppelt bis viermal so schnell.
Katalysator
Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie und bleibt unverändert.
Katalyseformen
Homogen: eine Phase. Heterogen: mehrere Phasen.
Radikalische Substitution
Radikale haben ein ungepaartes Elektron.
Geschwindigkeitsgesetze (Leistungskurs)
Mittlere Geschwindigkeit: v = Δc : Δt. Bei erster Ordnung gilt v = k · c.
Autokatalyse und Oberfläche (Leistungskurs)
Bei der Autokatalyse beschleunigt ein Produkt die Reaktion.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich untersuche, wie Temperatur, Konzentration und Zerteilungsgrad die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen.

    31
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Eisenwolle statt eines Nagels verbrannt wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu

  2. Ich erkläre die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Stoßtheorie und der Aktivierungsenergie.

    32
    Reaktion A hat Ea = 90 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 60 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden

  3. Ich wende die RGT-Regel an und beschreibe, wie sich die Geschwindigkeit während einer Reaktion ändert.

    33
    Eine Reaktion dauert bei 50 Grad Celsius 48 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 70 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    12 s

  4. Ich erkläre Eigenschaften und Wirkungsweise von Katalysatoren mit Reaktionsweg und Übergangszustand.

    34
    Ohne Katalysator gilt Ea = 150 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 110 kJ/mol. Die Reaktion gibt 100 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    100 kJ/mol

  5. Ich unterscheide homogene und heterogene Katalyse und erkläre Biokatalysatoren.

    35
    Amylase im Speichel spaltet Stärke in Zucker. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als Biokatalysator

  6. Ich beschreibe die radikalische Substitution von Alkanen mit Halogenen als Kettenreaktion.

    36
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Br· + C₂H₆ → HBr + C₂H₅·?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal

  7. Ich beschreibe die Reaktionsgeschwindigkeit quantitativ mit v = Δc : Δt und v = k · c (Leistungskurs).

    37
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 25 s von 0,80 auf 0,70 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,0040 mol/(L · s)

  8. Ich erkläre Autokatalyse und Oberflächenkatalyse mit Adsorption, Dissoziation und Desorption (Leistungskurs).

    38
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Kohlenstoffmonoxid strömt aus dem Abgas zur Platinoberfläche.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Gleichung
zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind
Oberfläche
alle Außenseiten zusammen
Produkt
was herauskommt, wenn man malnimmt

Lösungen

  1. Sie nimmt deutlich zu
  2. Sie nimmt deutlich ab
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Mehr Teilchen haben genug Energie
  5. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. 16 s
  8. 30 s
  9. 256 s
  10. 80 kJ/mol
  11. 40 kJ/mol
  12. 120 kJ/mol
  13. Sein aktives Zentrum passt nur zu Wasserstoffperoxid
  14. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Ein Teilchen mit ungepaartem Elektron
  17. Kettenstart, aus einem Molekül entstehen Radikale
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,0150 mol/(L · s)
  20. 0,0400 mol/(L · s)
  21. 0,1250 mol/(L · s)
  22. Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander
  23. Sie ist anfangs klein, steigt und fällt dann
  24. Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators
  25. Sie nimmt deutlich ab
  26. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 20 s
  28. 80 kJ/mol
  29. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  30. 0,0300 mol/(L · s)
  31. Sie nimmt deutlich zu
  32. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 12 s
  34. 100 kJ/mol
  35. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als Biokatalysator
  36. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  37. 0,0040 mol/(L · s)
  38. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche