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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 eine Brausetablette zerstoßen wird?
Schritt für Schritt
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Die Oberfläche wird größer, das Wasser erreicht mehr Stoff.
  3. Die Geschwindigkeit steigt.
  1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
  2. Die Oberfläche wird größer, das Wasser erreicht mehr Stoff.
  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
    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 deutlich zu
  2. ●2
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn die Salzsäure von 1 mol/L auf 0,5 mol/L verdünnt wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Je Volumen gibt es weniger Teilchen, also weniger Zusammenstöße.
    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 = 100 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 100 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 100 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 = 70 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    So fängst du an:
    Vergleiche 70 kJ/mol mit 90 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    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 A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 70 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 30 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 70 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
  3. ★6
    Reaktion A hat Ea = 90 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 90 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 50 Grad Celsius 32 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 90 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
Schritt für Schritt
  1. ΔT = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 4 = 16.
  3. Dauer: 32 s : 16 = 2 s
  1. ΔT = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 4 = 16.
  3. Dauer: 32 s : 16 = 2 s
Ergebnis:
2 s

AchtungRichtung der Temperaturwirkung vertauscht

So nicht
Bei höherer Temperatur dauert die Reaktion länger: 80 s werden 320 s.
So richtig
Höhere Temperatur macht schneller, die Dauer sinkt. Niedrigere Temperatur macht langsamer, die Dauer steigt.

Frag dich: Wird die Reaktion schneller oder langsamer? Schließe daraus, ob die Dauer wächst oder schrumpft.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Reaktion dauert bei 20 Grad Celsius 48 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 50 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    So fängst du an:
    ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    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
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 40 Grad Celsius 96 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 0 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 40 K, das sind 4 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 4 = 16.
    3. Dauer: 96 s · 16 = 1536 s
    Ergebnis:
    1536 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 liegt nach der Reaktion wieder unverändert vor. Wie ist das möglich?
Schritt für Schritt
  1. Der Katalysator bindet vorübergehend die Edukte.
  2. Es entsteht ein Zwischenprodukt.
  3. Beim Zerfall wird der Katalysator wieder frei.
  1. Der Katalysator bindet vorübergehend die Edukte.
  2. Es entsteht ein Zwischenprodukt.
  3. Beim Zerfall wird der Katalysator wieder frei.
Ergebnis:
Er nimmt am Ablauf teil und wird am Ende zurückgebildet

AchtungKatalysator bleibt unbeteiligt

So nicht
Der Katalysator nimmt an der Reaktion nicht teil, er ist nur anwesend.
So richtig
Der Katalysator bildet mit den Edukten Zwischenprodukte. Sie zerfallen wieder, und er liegt am Ende unverändert vor.

Beschreibe die Schritte des Katalysators: erst binden, dann umsetzen, dann ablösen.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 110 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. 110 kJ/mol − 60 kJ/mol
    3. = 50 kJ/mol
    Ergebnis:
    50 kJ/mol
  2. ●11
    Ohne Katalysator gilt Ea = 130 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 110 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
    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

Eine Säure in wässriger Lösung beschleunigt die Spaltung von Rohrzucker. 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
    Eisen(III)-Ionen in der Lösung beschleunigen die Zersetzung von Wasserstoffperoxid. 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
    Platin und Rhodium im Autokatalysator beschleunigen die Umsetzung der Abgase. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
    2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
    3. Ergebnis: Heterogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  3. ★15
    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 Br· + C₂H₆ → HBr + C₂H₅·?
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 C₂H₅· + Br· → C₂H₅Br?
    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
    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
  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 25 s von 1,20 auf 0,90 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
Schritt für Schritt
  1. Δc = 1,20 mol/L − 0,90 mol/L = 0,30 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 25 s
  3. v = 0,0120 mol/(L · s)
  1. Δc = 1,20 mol/L − 0,90 mol/L = 0,30 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 25 s
  3. v = 0,0120 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0120 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 10 s von 1,20 auf 0,80 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 1,20 mol/L − 0,80 mol/L = 0,40 mol/L.
    Lösung zeigen
    1. Δc = 1,20 mol/L − 0,80 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 = 0,100 1/s. Wie groß ist v bei c = 2,00 mol/L?
    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)
  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? Auf Platin zerfällt ein H₂-Molekül in zwei Wasserstoffatome.
    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: Dissoziation.
    3. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten.
    Ergebnis:
    Dissoziation, ein Molekül wird auf der Katalysatoroberfläche gespalten
  2. ●23
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Kohlenstoffmonoxidmolekül bleibt an der Platinoberfläche haften.
    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 Katalysatoroberfläche
  3. ★24
    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 Oberfläche

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 deutlich ab
  2. ●26
    Reaktion A hat Ea = 90 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 70 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    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
  3. ●27
    Eine Reaktion dauert bei 40 Grad Celsius 160 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 = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
    3. Dauer: 160 s : 4 = 40 s
    Ergebnis:
    40 s
  4. ●28
    Ohne Katalysator gilt Ea = 150 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 120 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
    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
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,010 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,50 mol/L?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,010 1/s · 0,50 mol/L
    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 Eisenwolle statt eines Nagels verbrannt wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt zu

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

    32
    Reaktion A hat Ea = 30 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 50 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 96 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 20 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    384 s

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

    34
    Ohne Katalysator gilt Ea = 110 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 90 kJ/mol. Die Reaktion gibt 120 kJ/mol ab. Bestimme: Wie groß ist der Betrag der Reaktionsenthalpie mit Katalysator?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    120 kJ/mol

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

    35
    Lactase im Dünndarm spaltet Milchzucker. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator

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

    36
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Br₂ → 2 Br·?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kettenstart, aus einem Molekül entstehen zwei Radikale

  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 = 0,50 mol/L?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,1250 mol/(L · s)

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

    38
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Ammoniakmolekül löst sich von der Eisenoberfläche ab.
    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. Sie nimmt deutlich zu
  2. Sie nimmt deutlich ab
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  7. 6 s
  8. 1536 s
  9. Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden
  10. 50 kJ/mol
  11. 120 kJ/mol
  12. Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick
  13. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  14. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  17. Homolytische Spaltung, jedes Atom erhält ein Elektron
  18. Nur Licht liefert die Energie für die Radikalbildung
  19. 0,0400 mol/(L · s)
  20. 0,2000 mol/(L · s)
  21. Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten
  22. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Katalysatoroberfläche gespalten
  23. Adsorption, die Teilchen haften an der Katalysatoroberfläche
  24. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  25. Sie nimmt deutlich ab
  26. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 40 s
  28. 100 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. 384 s
  34. 120 kJ/mol
  35. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  36. Kettenstart, aus einem Molekül entstehen zwei Radikale
  37. 0,1250 mol/(L · s)
  38. Desorption, das Produkt löst sich von der Oberfläche