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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

Marmorpulver reagiert mit Salzsäure schneller als Marmorstücke gleicher Masse. Wie lässt sich das erklären?
Schritt für Schritt
  1. Die Reaktion findet an der Oberfläche statt.
  2. Pulver hat bei gleicher Masse viel mehr Oberfläche.
  3. Daher kommen mehr Säureteilchen an Calciumcarbonat heran.
  1. Die Reaktion findet an der Oberfläche statt.
  2. Pulver hat bei gleicher Masse viel mehr Oberfläche.
  3. Daher kommen mehr Säureteilchen an Calciumcarbonat heran.
Ergebnis:
Das Pulver hat mehr Oberfläche, mehr Teilchen sind erreichbar

AchtungZerteilung verändert den Stoff oder die Aktivierungsenergie

So nicht
Pulver reagiert schneller, weil seine Aktivierungsenergie niedriger ist.
So richtig
Der Stoff bleibt derselbe, die Aktivierungsenergie auch. Pulver hat bei gleicher Masse mehr Oberfläche, es reagieren mehr Teilchen zugleich.

Vergleiche die Oberfläche eines Würfels mit der von acht kleinen Würfeln gleicher Gesamtmasse.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn das Reaktionsgemisch von 20 auf 40 Grad Celsius erwärmt 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. Mehr Teilchen erreichen die Aktivierungsenergie.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu
  2. ●2
    Eine Reaktion verläuft bei höherer Temperatur schneller. Entsteht dadurch auch mehr Produkt?
    Lösung zeigen
    1. Die Stoffmenge der Edukte ist begrenzt.
    2. Höhere Temperatur macht nur die Zeit kürzer.
    3. Die Produktmenge am Ende ist gleich.
    Ergebnis:
    Nein, nur die Dauer sinkt, die Menge bleibt
  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 = 60 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 30 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 60 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 30 kJ/mol ist schneller.
  1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 60 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 30 kJ/mol ist schneller.
Ergebnis:
Reaktion B, 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
    Reaktion A hat Ea = 50 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 120 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    So fängst du an:
    Vergleiche 50 kJ/mol mit 120 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 50 kJ/mol mit 120 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 50 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 90 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 80 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 80 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 80 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 64 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 15 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
Schritt für Schritt
  1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
  3. Dauer: 64 s · 4 = 256 s
  1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
  3. Dauer: 64 s · 4 = 256 s
Ergebnis:
256 s

AchtungRGT-Regel als einmalige Verdoppelung angewendet

So nicht
20 K mehr verdoppeln die Geschwindigkeit, die Dauer halbiert sich: 80 s werden 40 s.
So richtig
20 K sind zwei Zehnerschritte. Der Faktor 2 gilt jedes Mal: 2 · 2 = 4, die Dauer sinkt auf ein Viertel: 20 s.

Bestimme zuerst, wie viele Zehnerschritte in ΔT stecken. Rechne dann Faktor 2 hoch diese Zahl.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Reaktion dauert bei 30 Grad Celsius 48 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 50 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: 48 s : 4 = 12 s
    Ergebnis:
    12 s
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 25 Grad Celsius 64 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 = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
    3. Dauer: 64 s : 8 = 8 s
    Ergebnis:
    8 s
  3. ★9
    In einem Diagramm von c(Produkt) gegen die Zeit nimmt die Steigung der Kurve ab. Was bedeutet das?
    Lösung zeigen
    1. Die Steigung der Kurve ist die Geschwindigkeit.
    2. Sie nimmt ab.
    3. Die Edukte werden weniger, also gibt es weniger wirksame Zusammenstöße.
    Ergebnis:
    Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden

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 100 kJ/mol auf 40 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
Schritt für Schritt
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 100 kJ/mol − 40 kJ/mol
  3. = 60 kJ/mol
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 100 kJ/mol − 40 kJ/mol
  3. = 60 kJ/mol
Ergebnis:
60 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
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 110 kJ/mol auf 80 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    So fängst du an:
    Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 110 kJ/mol − 80 kJ/mol
    3. = 30 kJ/mol
    Ergebnis:
    30 kJ/mol
  2. ●11
    Ohne Katalysator gilt Ea = 120 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 70 kJ/mol. Die Reaktion gibt 80 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator verändert nur den Weg.
    2. Start- und Endniveau bleiben gleich.
    3. ΔH = 80 kJ/mol, Betrag unverändert.
    Ergebnis:
    80 kJ/mol
  3. ★12
    Warum nennt man den Zustand am Gipfel der Energiekurve Übergangszustand und nicht Zwischenprodukt?
    Lösung zeigen
    1. Am Gipfel liegt die Kurve am höchsten.
    2. Dort sind alte Bindungen gelockert und neue noch nicht gebildet.
    3. Dieser Zustand lässt sich nicht isolieren.
    Ergebnis:
    Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick

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

Platin im Autokatalysator beschleunigt die Umsetzung der Abgase. Welche Katalyseart liegt vor?
Schritt für Schritt
  1. Platin liegt als Feststoff vor.
  2. Die Abgase sind gasförmig.
  3. Verschiedene Phasen bedeuten heterogene Katalyse.
  1. Platin liegt als Feststoff vor.
  2. Die Abgase sind gasförmig.
  3. Verschiedene Phasen bedeuten heterogene Katalyse.
Ergebnis:
Heterogene Katalyse, weil Feststoff und Gase vorliegen

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
    Eisen beschleunigt im Haber-Bosch-Verfahren die Ammoniaksynthese aus Gasen. Wie ordnet man das ein?
    So fängst du an:
    Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
    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
  2. ●14
    Nickel beschleunigt bei der Fetthärtung die Addition von Wasserstoff an flüssige Öle. 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
    Eisen(III)-Ionen in der Lösung beschleunigen die Zersetzung von Wasserstoffperoxid. 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: Homogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase

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· + Cl₂ → CH₃Cl + Cl·?
Schritt für Schritt
  1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
  2. Links eines, rechts wieder eines.
  3. Ergebnis: Kettenfortpflanzung.
  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

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
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist C₂H₅· + C₂H₅· → C₄H₁₀?
    So fängst du an:
    Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    Lösung zeigen
    1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    2. Links zwei, rechts keines.
    3. Ergebnis: Kettenabbruch.
    Ergebnis:
    Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  2. ●17
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Cl· + C₂H₆ → HCl + C₂H₅·?
    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
  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)

Die Konzentration eines Edukts sinkt in 60 s von 0,80 auf 0,50 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
Schritt für Schritt
  1. Δc = 0,80 mol/L − 0,50 mol/L = 0,30 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 60 s.
  3. v = 0,0050 mol/(L · s)
  1. Δc = 0,80 mol/L − 0,50 mol/L = 0,30 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 60 s.
  3. v = 0,0050 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0050 mol/(L · s)

AchtungKonzentrationsänderung mit der Zeit multipliziert

So nicht
v = Δc · Δt = 0,30 mol/L · 60 s = 18.
So richtig
v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 60 s = 0,0050 mol/(L · s).

Vergleiche mit dem Tacho: Kilometer durch Stunden. Setze Δc in den Zähler und Δt in den Nenner.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 20 s von 1,00 auf 0,70 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 1,00 mol/L − 0,70 mol/L = 0,30 mol/L.
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,00 mol/L − 0,70 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
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 10 s von 1,00 auf 0,60 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,00 mol/L − 0,60 mol/L = 0,40 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,40 mol/L : 10 s
    3. v = 0,0400 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0400 mol/(L · s)
  3. ★21
    Warum ist die momentane Geschwindigkeit zu Beginn größer als die mittlere Geschwindigkeit über die ganze Reaktion?
    Lösung zeigen
    1. v hängt von den Konzentrationen ab.
    2. Zu Beginn sind sie am größten.
    3. Später sinken sie, die Geschwindigkeit fällt.
    Ergebnis:
    Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten

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? Ein Kohlenstoffmonoxidmolekül bleibt an der Platinoberfläche haften.
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 Oberfläche

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
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein adsorbiertes Stickstoffatom verbindet sich mit adsorbierten Wasserstoffatomen.
    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
  3. ★24
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Stickstoffmolekül wandert aus dem Gasstrom zur Eisenoberfläche.
    Lösung zeigen
    1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
    2. Gemeint ist: Diffusion.
    3. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche.
    Ergebnis:
    Diffusion, die Teilchen erreichen die Katalysatoroberfläche

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 eine Reaktion im Kühlschrank bei 5 statt bei 25 Grad Celsius abläuft?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Weniger Teilchen haben genug Energie für einen wirksamen Stoß.
    3. Die Geschwindigkeit sinkt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt ab
  2. ●26
    Eine Reaktion dauert bei 25 Grad Celsius 96 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 65 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 4 = 16.
    3. Dauer: 96 s : 16 = 6 s
    Ergebnis:
    6 s
  3. ●27
    Ein Katalysator liegt nach der Reaktion wieder unverändert vor. Wie ist das möglich?
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator bindet vorübergehend die Edukte.
    2. Es entsteht ein Zwischenprodukt.
    3. Beim Zerfall wird der Katalysator wieder frei.
    Ergebnis:
    Er nimmt am Ablauf teil und wird am Ende zurückgebildet
  4. ●28
    Schwefelsäure beschleunigt die Veresterung in einer flüssigen Mischung. 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: Homogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  5. ●29
    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 zwei Radikale
  6. ★30
    Reaktion A hat Ea = 70 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 100 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 70 kJ/mol mit 100 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 70 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden

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 das Reaktionsgemisch von 20 auf 40 Grad Celsius erwärmt wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu

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

    32
    Was muss ein Zusammenstoß erfüllen, damit er zu einer Reaktion führt?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Genug Energie und passende Orientierung

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

    33
    Eine Reaktion dauert bei 20 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?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 s

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

    34
    Ohne Katalysator gilt Ea = 120 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 70 kJ/mol. Die Reaktion gibt 60 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    60 kJ/mol

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

    35
    Platin und Rhodium im Autokatalysator beschleunigen die Umsetzung der Abgase. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen

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

    36
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + Cl₂ → CH₃Cl + Cl·?
    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
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,020 1/s. Wie groß ist v bei c = 2,00 mol/L?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,0400 mol/(L · s)

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

    38
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Wasserstoffmoleküle lagern sich an die Nickeloberfläche an.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Adsorption, die Teilchen haften an der 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. Nein, nur die Dauer sinkt, die Menge bleibt
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. 12 s
  8. 8 s
  9. Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden
  10. 30 kJ/mol
  11. 80 kJ/mol
  12. Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick
  13. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  14. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  15. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  16. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  17. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,0150 mol/(L · s)
  20. 0,0400 mol/(L · s)
  21. Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten
  22. Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander
  23. Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander
  24. Diffusion, die Teilchen erreichen die Katalysatoroberfläche
  25. Sie nimmt ab
  26. 6 s
  27. Er nimmt am Ablauf teil und wird am Ende zurückgebildet
  28. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  29. Kettenstart, aus einem Molekül entstehen zwei Radikale
  30. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  31. Sie nimmt deutlich zu
  32. Genug Energie und passende Orientierung
  33. 4 s
  34. 60 kJ/mol
  35. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  36. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  37. 0,0400 mol/(L · s)
  38. Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche