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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
    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 Wasserstoffperoxid von 6 Prozent auf 3 Prozent verdünnt wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Es gibt weniger Teilchen je Volumen, also weniger Stöße.
    3. Die Geschwindigkeit sinkt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich ab
  3. ★3
    Mehlstaub in der Luft kann explodieren, ein Mehlhaufen brennt kaum. Wie lässt sich das erklären?
    Lösung zeigen
    1. Feiner Staub hat bei gleicher Masse eine sehr große Oberfläche.
    2. In der Luft ist jedes Staubkorn von Sauerstoff umgeben.
    3. Die Reaktion läuft dadurch extrem schnell ab.
    Ergebnis:
    Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff

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

MerkenStoßtheorie

Nur wirksame Stöße reagieren.

Die Teilchen brauchen Aktivierungsenergie und passende Orientierung.

BeispielStoßtheorie und Aktivierungsenergie

Reaktion A hat Ea = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 80 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 80 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 80 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 40 kJ/mol ist schneller.
Ergebnis:
Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden

AchtungHöhere Aktivierungsenergie heißt mehr freigesetzte Energie

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Reaktion A hat Ea = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 30 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    So fängst du an:
    Vergleiche 30 kJ/mol mit 40 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 40 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
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 50 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 50 kJ/mol mit 90 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
    Reaktion A hat Ea = 80 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 50 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 50 kJ/mol mit 80 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 50 kJ/mol ist schneller.
    Ergebnis:
    Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden

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 30 Grad Celsius 24 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 50 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: 24 s : 4 = 6 s
  1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
  3. Dauer: 24 s : 4 = 6 s
Ergebnis:
6 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 160 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 70 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: 160 s : 16 = 10 s
    Ergebnis:
    10 s
  2. ●8
    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?
    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
  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 140 kJ/mol auf 120 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
Schritt für Schritt
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 140 kJ/mol − 120 kJ/mol
  3. = 20 kJ/mol
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 140 kJ/mol − 120 kJ/mol
  3. = 20 kJ/mol
Ergebnis:
20 kJ/mol

AchtungAktivierungsenergie und Reaktionsenthalpie gleichgesetzt

So nicht
Die Aktivierungsenergie ist der Höhenunterschied zwischen Edukten und Produkten.
So richtig
Die Aktivierungsenergie reicht von den Edukten bis zum Gipfel. Der Höhenunterschied von Edukten zu Produkten ist die Reaktionsenthalpie.

Markiere im Diagramm in zwei Farben: den Anstieg bis zum Gipfel und den Höhenunterschied von Start zu Ziel.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ohne Katalysator gilt Ea = 110 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 80 kJ/mol. Die Reaktion gibt 100 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 100 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    100 kJ/mol
  2. ●11
    Ohne Katalysator gilt Ea = 150 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 120 kJ/mol. Die Reaktion gibt 120 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator ändert nur den Weg.
    2. Edukte und Produkte liegen gleich hoch.
    3. ΔH bleibt 120 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    120 kJ/mol
  3. ★12
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 100 kJ/mol auf 60 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    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

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

Chloratome aus Radikalen zersetzen in der Atmosphäre Ozon, beide liegen als Gas vor. 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: Homogene Katalyse.
  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

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
    Nickel beschleunigt bei der Fetthärtung die Addition von Wasserstoff an flüssige Öle. 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
    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
  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 der Bromierung von Methan: Welche Gleichung beschreibt einen Kettenabbruch?
Schritt für Schritt
  1. Beim Abbruch verbinden sich zwei Radikale.
  2. Danach bleibt kein Radikal übrig.
  3. Das trifft auf CH₃· + CH₃· → C₂H₆ zu.
  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

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 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 C₂H₅· + Br₂ → C₂H₅Br + Br·?
    Lösung zeigen
    1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    2. Links eines, rechts wieder eines.
    3. Ergebnis: Kettenfortpflanzung.
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  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 0,70 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
Schritt für Schritt
  1. Δc = 0,80 mol/L − 0,70 mol/L = 0,10 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,10 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0050 mol/(L · s)
  1. Δc = 0,80 mol/L − 0,70 mol/L = 0,10 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,10 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0050 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0050 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
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 25 s von 0,80 auf 0,40 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 0,80 mol/L − 0,40 mol/L = 0,40 mol/L.
    Lösung zeigen
    1. Δc = 0,80 mol/L − 0,40 mol/L = 0,40 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,40 mol/L : 25 s
    3. v = 0,0160 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0160 mol/(L · s)
  2. ●20
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 25 s von 1,20 auf 0,80 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,20 mol/L − 0,80 mol/L = 0,40 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,40 mol/L : 25 s
    3. v = 0,0160 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0160 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? Auf der Eisenoberfläche wird ein N₂-Molekül in einzelne Stickstoffatome gespalten.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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? Kohlenstoffmonoxid strömt aus dem Abgas zur Platinoberfläche.
    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: Diffusion.
    3. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche.
    Ergebnis:
    Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  2. ●23
    Bei einer Autokatalyse beschleunigt ein Produkt die eigene Bildung. Wie verläuft die Geschwindigkeit?
    Lösung zeigen
    1. Zu Beginn ist kaum Katalysator vorhanden.
    2. Je mehr Produkt entsteht, desto schneller wird die Reaktion.
    3. Später fehlen die Edukte, die Geschwindigkeit fällt.
    Ergebnis:
    Sie ist anfangs klein, steigt und fällt dann
  3. ★24
    Ein Katalysator wird durch Schwefelverbindungen im Abgas vergiftet. Was geschieht auf seiner Oberfläche?
    Lösung zeigen
    1. Reaktanden müssen an aktiven Zentren adsorbieren.
    2. Giftstoffe binden dort fest.
    3. Es bleiben weniger freie Plätze, die Wirkung sinkt.
    Ergebnis:
    Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn der Druck bei einer Gasreaktion verdoppelt wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Mehr Teilchen je Volumen stoßen häufiger zusammen.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu
  2. ●26
    Reaktion A hat Ea = 50 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 120 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    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
  3. ●27
    Eine Reaktion dauert bei 10 Grad Celsius 24 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 50 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: 24 s : 16 = 1,5 s
    Ergebnis:
    1,5 s
  4. ●28
    Ohne Katalysator gilt Ea = 130 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 110 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
    Ein Platinnetz beschleunigt im Ostwald-Verfahren die Verbrennung von Ammoniak. 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
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 60 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 : 60 s.
    3. v = 0,0050 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0050 mol/(L · s)

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

Kannst du das?

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

ÜbenSelbsttest

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

    31
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn eine Brausetablette zerstoßen wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt zu

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

    32
    Reaktion A hat Ea = 50 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 70 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 30 Grad Celsius 32 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:
    8 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 100 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    100 kJ/mol

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

    35
    Schwefelsäure beschleunigt die Veresterung in einer flüssigen Mischung. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase

  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

  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? Ein Kohlenstoffmonoxidmolekül bleibt an der Platinoberfläche haften.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Adsorption, die Teilchen haften an der 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. Je Volumen gibt es mehr Teilchen, daher mehr Zusammenstöße
  2. Sie nimmt deutlich ab
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  7. 10 s
  8. 128 s
  9. Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden
  10. 100 kJ/mol
  11. 120 kJ/mol
  12. 40 kJ/mol
  13. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  14. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  17. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,0160 mol/(L · s)
  20. 0,0160 mol/(L · s)
  21. Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten
  22. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  23. Sie ist anfangs klein, steigt und fällt dann
  24. Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators
  25. Sie nimmt deutlich zu
  26. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 1,5 s
  28. 140 kJ/mol
  29. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  30. 0,0050 mol/(L · s)
  31. Sie nimmt zu
  32. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 8 s
  34. 100 kJ/mol
  35. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  36. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  37. 0,1000 mol/(L · s)
  38. Adsorption, die Teilchen haften an der Katalysatoroberfläche