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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 Wasserstoffperoxid von 6 Prozent auf 3 Prozent verdünnt wird?
Schritt für Schritt
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Es gibt weniger Teilchen je Volumen, also weniger Stöße.
  3. Die Geschwindigkeit sinkt.
  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

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 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 zu
  2. ●2
    Marmorpulver reagiert mit Salzsäure schneller als Marmorstücke gleicher Masse. Wie lässt sich das erklären?
    Lösung zeigen
    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
  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 = 30 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 80 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 80 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 80 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

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 = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 50 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    So fängst du an:
    Vergleiche 40 kJ/mol mit 50 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 50 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
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 50 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 100 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 50 kJ/mol mit 100 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
  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 50 Grad Celsius 64 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 20 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: 64 s · 8 = 512 s
  1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
  3. Dauer: 64 s · 8 = 512 s
Ergebnis:
512 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 25 Grad Celsius 16 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 55 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    So fängst du an:
    ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
    3. Dauer: 16 s : 8 = 2 s
    Ergebnis:
    2 s
  2. ●8
    Milch wird bei 25 Grad Celsius nach 2 Tagen sauer. Bestimme: Wie lange hält sie bei 5 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit Faktor 2 gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, also zwei Schritte zu je 10 K.
    2. Die Geschwindigkeit sinkt auf ein Viertel.
    3. Die Haltbarkeit steigt auf das Vierfache: 2 · 4 = 8 Tage.
    Ergebnis:
    8 Tage
  3. ★9
    Eine Reaktion dauert bei 30 Grad Celsius 24 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 60 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: 24 s : 8 = 3 s
    Ergebnis:
    3 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 100 kJ/mol auf 60 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
Schritt für Schritt
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 100 kJ/mol − 60 kJ/mol
  3. = 40 kJ/mol
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 100 kJ/mol − 60 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
    Was bewirkt ein Katalysator bei der Reaktion A → B?
    So fängst du an:
    Der Katalysator ermöglicht einen neuen Reaktionsweg.
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator ermöglicht einen neuen Reaktionsweg.
    2. Auf diesem Weg ist der Energieberg niedriger.
    3. Die Aktivierungsenergie sinkt.
    Ergebnis:
    Er senkt die Aktivierungsenergie über einen neuen Weg
  2. ●11
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 110 kJ/mol auf 90 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 110 kJ/mol − 90 kJ/mol
    3. = 20 kJ/mol
    Ergebnis:
    20 kJ/mol
  3. ★12
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 160 kJ/mol auf 110 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 160 kJ/mol − 110 kJ/mol
    3. = 50 kJ/mol
    Ergebnis:
    50 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

Katalase in der Leber zerlegt Wasserstoffperoxid. 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
    Schwefelsäure beschleunigt die Veresterung in einer flüssigen Mischung. 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: Homogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  2. ●14
    Lactase im Dünndarm spaltet Milchzucker. 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: Biokatalyse.
    Ergebnis:
    Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  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· + Br₂ → CH₃Br + Br·?
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 Radikal

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 Br· + C₂H₆ → HBr + C₂H₅·?
    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 eines, rechts wieder eines.
    3. Ergebnis: Kettenfortpflanzung.
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  2. ●17
    Bei der Bromierung von Methan: Welche Gleichung beschreibt einen Kettenabbruch?
    Lösung zeigen
    1. Beim Abbruch verbinden sich zwei Radikale.
    2. Danach bleibt kein Radikal übrig.
    3. Das trifft auf CH₃· + CH₃· → C₂H₆ zu.
    Ergebnis:
    CH₃· + CH₃· → C₂H₆
  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 20 s von 0,80 auf 0,40 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
Schritt für Schritt
  1. Δc = 0,80 mol/L − 0,40 mol/L = 0,40 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,40 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0200 mol/(L · s)
  1. Δc = 0,80 mol/L − 0,40 mol/L = 0,40 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,40 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0200 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0200 mol/(L · s)

AchtungEndkonzentration statt Konzentrationsänderung verwendet

So nicht
v = 0,50 mol/L : 60 s = 0,0083 mol/(L · s).
So richtig
Gebraucht wird die Änderung: Δc = 0,80 mol/L − 0,50 mol/L = 0,30 mol/L, also v = 0,30 mol/L : 60 s = 0,0050 mol/(L · s).

Berechne zuerst Δc als Anfangswert minus Endwert und nimm dann den Betrag.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Bei einer Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c. Wie ändert sich v, wenn c verdoppelt wird?
    So fängst du an:
    v = k · c.
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. k bleibt gleich.
    3. Verdoppeltes c ergibt verdoppeltes v.
    Ergebnis:
    Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist
  2. ●20
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,050 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,50 mol/L?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,050 1/s · 0,50 mol/L
    3. v = 0,0250 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0250 mol/(L · s)
  3. ★21
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,020 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,80 mol/L?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,020 1/s · 0,80 mol/L
    3. v = 0,0160 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0160 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)

Welche Reihenfolge beschreibt die Katalyse an einer festen Oberfläche?
Schritt für Schritt
  1. Die Teilchen wandern zur Oberfläche (Diffusion).
  2. Sie haften an (Adsorption) und reagieren.
  3. Das Produkt löst sich ab (Desorption).
  1. Die Teilchen wandern zur Oberfläche (Diffusion).
  2. Sie haften an (Adsorption) und reagieren.
  3. Das Produkt löst sich ab (Desorption).
Ergebnis:
Diffusion, Adsorption, Reaktion an der Oberfläche, Desorption

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 Stickstoffatom verbindet sich mit adsorbierten Wasserstoffatomen.
    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? Auf der Eisenoberfläche wird ein N₂-Molekül in einzelne Stickstoffatome gespalten.
    Lösung zeigen
    1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
    2. Gemeint ist: Dissoziation.
    3. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten.
    Ergebnis:
    Dissoziation, ein Molekül wird auf der Katalysatoroberfläche gespalten
  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 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
    Reaktion A hat Ea = 50 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 70 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 50 kJ/mol mit 70 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
  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 = 90 kJ/mol. Die Reaktion gibt 100 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 100 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    100 kJ/mol
  5. ●29
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Cl· + CH₄ → HCl + CH₃·?
    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 0,70 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,20 mol/L − 0,70 mol/L = 0,50 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,50 mol/L : 10 s
    3. v = 0,0500 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0500 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
    Marmorpulver reagiert mit Salzsäure schneller als Marmorstücke gleicher Masse. Wie lässt sich das erklären?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Das Pulver hat mehr Oberfläche, mehr Teilchen sind erreichbar

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

    32
    Reaktion A hat Ea = 100 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 120 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Reaktion A, 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 40 Grad Celsius 32 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:
    4 s

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

    34
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 140 kJ/mol auf 80 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    60 kJ/mol

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

    35
    Ein rohes Kartoffelstück lässt Wasserstoffperoxid schäumen, ein gekochtes nicht. Warum?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Beim Kochen verliert das Enzym seine Raumstruktur

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

    36
    Bei Licht spaltet sich Cl₂ in zwei Chloratome. Wie heißt der Vorgang?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Homolytische Spaltung, jedes Atom erhält ein Elektron

  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 = 0,250 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,40 mol/L?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,1000 mol/(L · s)

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

    38
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Auf Platin zerfällt ein H₂-Molekül in zwei Wasserstoffatome.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten

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 zu
  2. Das Pulver hat mehr Oberfläche, mehr Teilchen sind erreichbar
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. 2 s
  8. 8 Tage
  9. 3 s
  10. Er senkt die Aktivierungsenergie über einen neuen Weg
  11. 20 kJ/mol
  12. 50 kJ/mol
  13. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  14. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  17. CH₃· + CH₃· → C₂H₆
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist
  20. 0,0250 mol/(L · s)
  21. 0,0160 mol/(L · s)
  22. Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander
  23. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Katalysatoroberfläche gespalten
  24. Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators
  25. Sie nimmt ab
  26. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 20 s
  28. 100 kJ/mol
  29. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  30. 0,0500 mol/(L · s)
  31. Das Pulver hat mehr Oberfläche, mehr Teilchen sind erreichbar
  32. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 4 s
  34. 60 kJ/mol
  35. Beim Kochen verliert das Enzym seine Raumstruktur
  36. Homolytische Spaltung, jedes Atom erhält ein Elektron
  37. 0,1000 mol/(L · s)
  38. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten