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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 Fleisch im Dampfdrucktopf bei etwa 120 Grad Celsius statt offen gegart wird?
Schritt für Schritt
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Die höhere Temperatur macht mehr Stöße wirksam.
  3. Die Geschwindigkeit steigt.
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Die höhere Temperatur macht mehr Stöße wirksam.
  3. Die Geschwindigkeit steigt.
Ergebnis:
Sie nimmt deutlich 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
    Eine Säure wird auf die doppelte Konzentration gebracht, und die Reaktion mit einem Metall läuft schneller. Was geschieht auf der Teilchenebene?
    So fängst du an:
    Doppelte Konzentration bedeutet doppelt so viele Teilchen je Volumen.
    Lösung zeigen
    1. Doppelte Konzentration bedeutet doppelt so viele Teilchen je Volumen.
    2. Die Teilchen treffen sich häufiger.
    3. Mehr Zusammenstöße ergeben mehr wirksame Zusammenstöße.
    Ergebnis:
    Je Volumen gibt es mehr Teilchen, daher mehr Zusammenstöße
  2. ●2
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Eisenwolle statt eines Nagels verbrannt wird?
    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
  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 = 90 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 70 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 70 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 70 kJ/mol ist schneller.
  1. Vergleiche 70 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 70 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 = 120 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 60 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    So fängst du an:
    Vergleiche 60 kJ/mol mit 120 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 60 kJ/mol mit 120 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 60 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  2. ●5
    Bei 10 K mehr verdoppelt sich oft die Geschwindigkeit, die Stoßzahl steigt aber nur um wenige Prozent. Wie erklärt man das?
    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
  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

Bei konstanter Temperatur reagieren zwei Edukte. Wie ändert sich die Geschwindigkeit im Verlauf?
Schritt für Schritt
  1. Mit der Zeit werden die Edukte verbraucht.
  2. Ihre Konzentration sinkt.
  3. Es gibt weniger wirksame Zusammenstöße.
  1. Mit der Zeit werden die Edukte verbraucht.
  2. Ihre Konzentration sinkt.
  3. Es gibt weniger wirksame Zusammenstöße.
Ergebnis:
Sie nimmt ab, weil die Edukte verbraucht werden

AchtungVerlauf der Geschwindigkeit falsch gedeutet

So nicht
Bei konstanter Temperatur bleibt die Geschwindigkeit während der Reaktion gleich.
So richtig
Die Edukte werden verbraucht, ihre Konzentration sinkt, und die Geschwindigkeit nimmt ab. Die Kurve des Produkts flacht ab.

Zeichne die Konzentration eines Edukts gegen die Zeit und lege Tangenten an: Wie ändert sich die Steigung?

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Reaktion dauert bei 25 Grad Celsius 32 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 65 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    So fängst du an:
    ΔT = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 4 = 16.
    3. Dauer: 32 s : 16 = 2 s
    Ergebnis:
    2 s
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 35 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?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
    3. Dauer: 16 s : 4 = 4 s
    Ergebnis:
    4 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 90 kJ/mol auf 30 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
Schritt für Schritt
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 90 kJ/mol − 30 kJ/mol
  3. = 60 kJ/mol
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 90 kJ/mol − 30 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 100 kJ/mol auf 60 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. 100 kJ/mol − 60 kJ/mol
    3. = 40 kJ/mol
    Ergebnis:
    40 kJ/mol
  2. ●11
    Was bewirkt ein Katalysator bei der Reaktion A → B?
    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
  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

Ein rohes Kartoffelstück lässt Wasserstoffperoxid schäumen, ein gekochtes nicht. Warum?
Schritt für Schritt
  1. Enzyme sind Eiweißstoffe mit fester Raumstruktur.
  2. Hitze zerstört diese Struktur.
  3. Das aktive Zentrum passt dann nicht mehr zum Substrat.
  1. Enzyme sind Eiweißstoffe mit fester Raumstruktur.
  2. Hitze zerstört diese Struktur.
  3. Das aktive Zentrum passt dann nicht mehr zum Substrat.
Ergebnis:
Beim Kochen verliert das Enzym seine Raumstruktur

AchtungHitze lässt das Enzym verschwinden

So nicht
Beim Kochen verdampft das Enzym oder wird verbraucht.
So richtig
Beim Kochen wird die Raumstruktur des Eiweißes zerstört (Denaturierung). Das aktive Zentrum passt nicht mehr zum Substrat.

Beschreibe, welche Eigenschaft des Enzyms durch Hitze verloren geht: die Raumstruktur des aktiven Zentrums.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Amylase im Speichel spaltet Stärke in Zucker. 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: Biokatalyse.
    Ergebnis:
    Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  2. ●14
    Chloratome aus Radikalen zersetzen in der Atmosphäre Ozon, beide liegen als Gas vor. 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 im selben Aggregatzustand
  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

Bei Licht spaltet sich Cl₂ in zwei Chloratome. Wie heißt der Vorgang?
Schritt für Schritt
  1. Die Bindung zwischen zwei gleichen Atomen wird gespalten.
  2. Beide Atome erhalten je ein Elektron.
  3. Das heißt homolytische Spaltung.
  1. Die Bindung zwischen zwei gleichen Atomen wird gespalten.
  2. Beide Atome erhalten je ein Elektron.
  3. Das heißt homolytische Spaltung.
Ergebnis:
Homolytische Spaltung, jedes Atom erhält ein Elektron

AchtungHomolytische mit heterolytischer Spaltung verwechselt

So nicht
Bei Licht entstehen aus Cl₂ die Ionen Cl⁺ und Cl⁻.
So richtig
Homolytisch: Jedes Atom erhält ein Elektron des Paares, es entstehen zwei Radikale. Heterolytisch: ein Atom erhält beide Elektronen, es entstehen Ionen.

Zeichne das Elektronenpaar der Bindung und verteile es einmal gleich und einmal ungleich.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + CH₃· → C₂H₆?
    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)

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?
Schritt für Schritt
  1. v = k · c.
  2. v = 0,020 1/s · 2,00 mol/L
  3. v = 0,0400 mol/(L · s)
  1. v = k · c.
  2. v = 0,020 1/s · 2,00 mol/L
  3. v = 0,0400 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0400 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 10 s von 1,00 auf 0,60 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 1,00 mol/L − 0,60 mol/L = 0,40 mol/L.
    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)
  2. ●20
    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?
    Lösung zeigen
    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)
  3. ★21
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 20 s von 0,80 auf 0,50 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    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)

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)

Bei einer Autokatalyse beschleunigt ein Produkt die eigene Bildung. Wie verläuft die Geschwindigkeit?
Schritt für Schritt
  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.
  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

AchtungAutokatalyse beginnt am schnellsten

So nicht
Jede Reaktion ist zu Beginn am schnellsten, auch eine Autokatalyse.
So richtig
Bei der Autokatalyse fehlt zu Beginn der Katalysator. Sie startet langsam, wird schneller, solange Katalysator entsteht, und fällt später ab.

Zeichne c(Produkt) gegen die Zeit für eine normale Reaktion und für eine Autokatalyse. Vergleiche die Form.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Warum spalten sich H₂-Moleküle an einer Platinoberfläche leichter als in der Gasphase?
    So fängst du an:
    Die Wasserstoffmoleküle haften an der Platinoberfläche.
    Lösung zeigen
    1. Die Wasserstoffmoleküle haften an der Platinoberfläche.
    2. Dabei entstehen Bindungen zu Platinatomen.
    3. Die H–H-Bindung wird schwächer und bricht leichter.
    Ergebnis:
    Die Adsorption schwächt die H–H-Bindung des Moleküls
  2. ●23
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Kohlenstoffmonoxid strömt aus dem Abgas zur Platinoberfläche.
    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
  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 das Reaktionsgemisch von 20 auf 40 Grad Celsius erwärmt wird?
    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. ●26
    Reaktion A hat Ea = 100 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 120 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 A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  3. ●27
    Eine Reaktion dauert bei 35 Grad Celsius 64 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 75 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: 64 s : 16 = 4 s
    Ergebnis:
    4 s
  4. ●28
    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
  5. ●29
    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
  6. ●30
    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

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 = 70 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 10 Grad Celsius 64 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 50 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
    Was bewirkt ein Katalysator bei der Reaktion A → B?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Er senkt die Aktivierungsenergie über einen neuen Weg

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

    35
    Eine Säure in wässriger Lösung beschleunigt die Spaltung von Rohrzucker. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand

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

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

  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 = 0,100 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,80 mol/L?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,0800 mol/(L · s)

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

    38
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Kohlenstoffdioxidmolekül verlässt die Platinoberfläche.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Desorption, das Produkt löst sich von 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. Je Volumen gibt es mehr Teilchen, daher mehr Zusammenstöße
  2. Sie nimmt deutlich zu
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Mehr Teilchen haben genug Energie
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. 2 s
  8. 4 s
  9. Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden
  10. 40 kJ/mol
  11. Er senkt die Aktivierungsenergie über einen neuen Weg
  12. Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick
  13. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  14. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  17. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,0400 mol/(L · s)
  20. 0,0080 mol/(L · s)
  21. 0,0150 mol/(L · s)
  22. Die Adsorption schwächt die H–H-Bindung des Moleküls
  23. Diffusion, die Teilchen erreichen die Katalysatoroberfläche
  24. Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators
  25. Sie nimmt deutlich zu
  26. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 4 s
  28. 80 kJ/mol
  29. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  30. Kettenstart, aus einem Molekül entstehen Radikale
  31. Sie nimmt deutlich zu
  32. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 4 s
  34. Er senkt die Aktivierungsenergie über einen neuen Weg
  35. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  36. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  37. 0,0800 mol/(L · s)
  38. Desorption, das Produkt löst sich von der Oberfläche