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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 ein Zuckerwürfel durch Puderzucker ersetzt 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 zum Wasser wird größer.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt 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 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 = 70 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 40 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 70 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 70 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 40 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 = 60 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    So fängst du an:
    Vergleiche 60 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 60 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 60 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  2. ●5
    Was muss ein Zusammenstoß erfüllen, damit er zu einer Reaktion führt?
    Lösung zeigen
    1. Die Teilchen brauchen mindestens die Aktivierungsenergie.
    2. Sie müssen außerdem passend zueinander ausgerichtet sein.
    3. Nur dann ist der Zusammenstoß wirksam.
    Ergebnis:
    Genug Energie und passende Orientierung
  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

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?
Schritt für Schritt
  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
  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

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 50 Grad Celsius 32 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 30 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: 32 s · 4 = 128 s
    Ergebnis:
    128 s
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 40 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
    1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
    3. Dauer: 48 s : 8 = 6 s
    Ergebnis:
    6 s
  3. ★9
    Eine Reaktion dauert bei 20 Grad Celsius 48 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 = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 4 = 16.
    3. Dauer: 48 s : 16 = 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

Ohne Katalysator gilt Ea = 100 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 50 kJ/mol. Die Reaktion gibt 140 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
Schritt für Schritt
  1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
  2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
  3. ΔH bleibt 140 kJ/mol (Betrag).
  1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
  2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
  3. ΔH bleibt 140 kJ/mol (Betrag).
Ergebnis:
140 kJ/mol

AchtungKatalysator verändert die Reaktionsenthalpie

So nicht
Mit Katalysator gibt die Reaktion weniger oder mehr Wärme ab.
So richtig
Start und Ziel liegen gleich hoch. Die Reaktionsenthalpie ändert sich nicht, nur der Gipfel liegt tiefer.

Zeichne beide Diagramme untereinander. Vergleiche die Höhe von Start und Ziel.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ohne Katalysator gilt Ea = 100 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 50 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
    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

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 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
    Ein Platinnetz beschleunigt im Ostwald-Verfahren die Verbrennung von Ammoniak. 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
    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 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

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· + Br· → Br₂?
    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
    Was ist ein Radikal?
    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
  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 v = k · c gilt k = 0,020 1/s und c = 0,50 mol/L. Wie groß ist v?
Schritt für Schritt
  1. v = k · c.
  2. v = 0,020 1/s · 0,50 mol/L.
  3. v = 0,010 mol/(L · s)
  1. v = k · c.
  2. v = 0,020 1/s · 0,50 mol/L.
  3. v = 0,010 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,010 mol/(L · s)

Achtungm = n · M als Teilen erinnert

So nicht
Für v = k · c gilt k = 0,020 1/s und c = 0,50 mol/L. Wie groß ist v → 0,040 mol/(L · s)
So richtig
Für v = k · c gilt k = 0,020 1/s und c = 0,50 mol/L. Wie groß ist v → 0,010 mol/(L · s)

Überlege: Mehr mol wiegen mehr. Also m = n · M.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,100 1/s. Wie groß ist v bei c = 2,00 mol/L?
    So fängst du an:
    v = k · c.
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,100 1/s · 2,00 mol/L
    3. v = 0,2000 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,2000 mol/(L · s)
  2. ●20
    Bei einer Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c. Wie ändert sich v, wenn c verdoppelt wird?
    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
  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)

Warum spalten sich H₂-Moleküle an einer Platinoberfläche leichter als in der Gasphase?
Schritt für Schritt
  1. Die Wasserstoffmoleküle haften an der Platinoberfläche.
  2. Dabei entstehen Bindungen zu Platinatomen.
  3. Die H–H-Bindung wird schwächer und bricht leichter.
  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

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. ○22
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Kohlenstoffmonoxidmolekül bleibt an der Platinoberfläche haften.
    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: Adsorption.
    3. Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche.
    Ergebnis:
    Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche
  2. ●23
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein adsorbiertes Sauerstoffatom reagiert mit adsorbiertem Kohlenstoffmonoxid.
    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
    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 Magnesiumband durch Magnesiumpulver ersetzt wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Die Oberfläche wird größer, mehr Teilchen sind erreichbar.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu
  2. ●26
    Reaktion A hat Ea = 90 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 60 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 60 kJ/mol mit 90 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
  3. ●27
    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
  4. ●28
    Ohne Katalysator gilt Ea = 150 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 120 kJ/mol. Die Reaktion gibt 140 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 140 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    140 kJ/mol
  5. ●29
    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 in derselben Phase
  6. ●30
    Bei Licht spaltet sich Cl₂ in zwei Chloratome. Wie heißt der Vorgang?
    Lösung zeigen
    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

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 Milch im Kühlschrank statt bei Raumtemperatur gelagert wird (Sauerwerden)?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt ab

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

    32
    Reaktion A hat Ea = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Alle anderen Bedingungen sind gleich. Welche läuft meist schneller?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    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 25 Grad Celsius 64 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 65 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 100 kJ/mol auf 40 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
    Eisen beschleunigt im Haber-Bosch-Verfahren die Ammoniaksynthese aus Gasen. 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 C₂H₅· + Br· → C₂H₅Br?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül

  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 1,20 auf 1,10 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? Ein Stickstoffmolekül wandert aus dem Gasstrom zur Eisenoberfläche.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Diffusion, die Teilchen erreichen die Katalysatoroberfläche

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. Sie nimmt ab
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Genug Energie und passende Orientierung
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. 128 s
  8. 6 s
  9. 3 s
  10. 80 kJ/mol
  11. Er senkt die Aktivierungsenergie über einen neuen Weg
  12. Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick
  13. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  14. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als Biokatalysator
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  17. Ein Teilchen mit ungepaartem Elektron
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,2000 mol/(L · s)
  20. Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist
  21. Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten
  22. Adsorption, die Teilchen haften an der Oberfläche
  23. Oberflächenreaktion, gebundene Teilchen reagieren dort miteinander
  24. Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators
  25. Sie nimmt deutlich zu
  26. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 8 Tage
  28. 140 kJ/mol
  29. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  30. Homolytische Spaltung, jedes Atom erhält ein Elektron
  31. Sie nimmt ab
  32. A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 4 s
  34. 60 kJ/mol
  35. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  36. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  37. 0,0040 mol/(L · s)
  38. Diffusion, die Teilchen erreichen die Katalysatoroberfläche