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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 der Druck bei einer Gasreaktion verdoppelt wird?
    So fängst du an:
    Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Mehr Teilchen je Volumen stoßen häufiger zusammen.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt zu
  2. ●2
    Eine Reaktion verläuft bei höherer Temperatur schneller. Entsteht dadurch auch mehr Produkt?
    Lösung zeigen
    1. Die Stoffmenge der Edukte ist begrenzt.
    2. Höhere Temperatur macht nur die Zeit kürzer.
    3. Die Produktmenge am Ende ist gleich.
    Ergebnis:
    Nein, nur die Dauer sinkt, die Menge bleibt
  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 = 80 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 30 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 80 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 30 kJ/mol ist schneller.
  1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 80 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 30 kJ/mol ist schneller.
Ergebnis:
Reaktion 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 = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Alle anderen Bedingungen sind gleich. Welche läuft meist schneller?
    So fängst du an:
    Die Aktivierungsenergie ist die Hürde der Reaktion.
    Lösung zeigen
    1. Die Aktivierungsenergie ist die Hürde der Reaktion.
    2. Bei gleicher Temperatur überwinden mehr Teilchen die niedrigere Hürde.
    3. Reaktion A ist schneller.
    Ergebnis:
    A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  2. ●5
    Reaktion A hat Ea = 100 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 100 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
    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
    Bei konstanter Temperatur reagieren zwei Edukte. Wie ändert sich die Geschwindigkeit im Verlauf?
    So fängst du an:
    Mit der Zeit werden die Edukte verbraucht.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●8
    Eine Reaktion dauert bei 50 Grad Celsius 24 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 80 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 30 K, das sind 3 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 3 = 8.
    3. Dauer: 24 s : 8 = 3 s
    Ergebnis:
    3 s
  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 160 kJ/mol auf 110 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
Schritt für Schritt
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 160 kJ/mol − 110 kJ/mol
  3. = 50 kJ/mol
  1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
  2. 160 kJ/mol − 110 kJ/mol
  3. = 50 kJ/mol
Ergebnis:
50 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 = 130 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?
    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 120 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    120 kJ/mol
  2. ●11
    Ein Katalysator liegt nach der Reaktion wieder unverändert vor. Wie ist das möglich?
    Lösung zeigen
    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
  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

Platin und Rhodium im Autokatalysator beschleunigen die Umsetzung der Abgase. 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: Heterogene Katalyse.
  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

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
    Warum wirkt das Enzym Katalase auf Wasserstoffperoxid, aber nicht auf Traubenzucker?
    So fängst du an:
    Enzyme haben ein aktives Zentrum.
    Lösung zeigen
    1. Enzyme haben ein aktives Zentrum.
    2. Es passt nur zu einem bestimmten Substrat.
    3. Katalase passt zu Wasserstoffperoxid.
    Ergebnis:
    Sein aktives Zentrum passt nur zu Wasserstoffperoxid
  2. ●14
    Platin im Autokatalysator beschleunigt die Umsetzung der Abgase. Welche Katalyseart liegt vor?
    Lösung zeigen
    1. Platin liegt als Feststoff vor.
    2. Die Abgase sind gasförmig.
    3. Verschiedene Phasen bedeuten heterogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Heterogene Katalyse, weil Feststoff und Gase vorliegen
  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

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 Br₂ → 2 Br·?
    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 keines, rechts zwei.
    3. Ergebnis: Kettenstart.
    Ergebnis:
    Kettenstart, aus einem Molekül entstehen zwei Radikale
  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
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist C₂H₅· + C₂H₅· → C₄H₁₀?
    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

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 = 0,010 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,20 mol/L?
Schritt für Schritt
  1. v = k · c.
  2. v = 0,010 1/s · 0,20 mol/L
  3. v = 0,0020 mol/(L · s)
  1. v = k · c.
  2. v = 0,010 1/s · 0,20 mol/L
  3. v = 0,0020 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0020 mol/(L · s)

Achtungm = n · M als Teilen erinnert

So nicht
2 mol Wasser → 18 : 2 = 9 g
So richtig
2 mol Wasser → 2 · 18 g = 36 g

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

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,250 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,20 mol/L?
    So fängst du an:
    v = k · c.
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,250 1/s · 0,20 mol/L
    3. v = 0,0500 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0500 mol/(L · s)
  2. ●20
    Für eine Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c mit k = 0,050 1/s. Wie groß ist v bei c = 0,40 mol/L?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. v = 0,050 1/s · 0,40 mol/L
    3. v = 0,0200 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0200 mol/(L · s)
  3. ★21
    Die Konzentration eines Edukts sinkt in 25 s von 1,20 auf 0,90 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    Lösung zeigen
    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)

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? Ein Ammoniakmolekül löst sich von der Eisenoberfläche ab.
Schritt für Schritt
  1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
  2. Gemeint ist: Desorption.
  3. Desorption, das Produkt löst sich von der Oberfläche.
  1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
  2. Gemeint ist: Desorption.
  3. Desorption, das Produkt löst sich von der Oberfläche.
Ergebnis:
Desorption, das Produkt löst sich von der Katalysatoroberfläche

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? 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 Oberfläche gespalten
  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
    Welcher Teilschritt der Oberflächenkatalyse wird beschrieben? Ein Stickstoffmolekül wandert aus dem Gasstrom zur Eisenoberfläche.
    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

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 Kerze in reinem Sauerstoff statt in Luft brennt?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Die Konzentration von Sauerstoff ist höher.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt deutlich zu
  2. ●26
    Reaktion A hat Ea = 40 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 120 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 40 kJ/mol mit 120 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
  3. ●27
    Eine Reaktion dauert bei 25 Grad Celsius 32 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 45 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 = 8 s
    Ergebnis:
    8 s
  4. ●28
    Ohne Katalysator gilt Ea = 100 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
    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(III)-Ionen in der Lösung beschleunigen die Zersetzung von Wasserstoffperoxid. 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 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

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 Fleisch im Dampfdrucktopf bei etwa 120 Grad Celsius statt offen gegart wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt 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
    Bei konstanter Temperatur reagieren zwei Edukte. Wie ändert sich die Geschwindigkeit im Verlauf?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie nimmt ab, weil die Edukte verbraucht werden

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

    34
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 90 kJ/mol auf 50 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    40 kJ/mol

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

    35
    Eisen(III)-Ionen in der Lösung beschleunigen die Zersetzung von Wasserstoffperoxid. 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
    Was ist ein Radikal?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ein Teilchen mit ungepaartem Elektron

  7. Ich beschreibe die Reaktionsgeschwindigkeit quantitativ mit v = Δc : Δt und v = k · c (Leistungskurs).

    37
    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
    Ergebnis:
    0,0050 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 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. Nein, nur die Dauer sinkt, die Menge bleibt
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  5. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  6. Sie müssen auch zusammenstoßen und passend ausgerichtet sein
  7. Sie nimmt ab, weil die Edukte verbraucht werden
  8. 3 s
  9. Die Geschwindigkeit sinkt, weil die Edukte weniger werden
  10. 120 kJ/mol
  11. Er nimmt am Ablauf teil und wird am Ende zurückgebildet
  12. Er ist nicht isolierbar und besteht nur für einen Augenblick
  13. Sein aktives Zentrum passt nur zu Wasserstoffperoxid
  14. Heterogene Katalyse, weil Feststoff und Gase vorliegen
  15. Homogene Katalyse, weil nur eine Phase vorliegt
  16. Kettenstart, aus einem Molekül entstehen zwei Radikale
  17. Ein Teilchen mit ungepaartem Elektron
  18. Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül
  19. 0,0500 mol/(L · s)
  20. 0,0200 mol/(L · s)
  21. 0,0120 mol/(L · s)
  22. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten
  23. Sie ist anfangs klein, steigt und fällt dann
  24. Diffusion, die Teilchen erreichen die Katalysatoroberfläche
  25. Sie nimmt deutlich zu
  26. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 8 s
  28. 100 kJ/mol
  29. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  30. Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist
  31. Sie nimmt zu
  32. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. Sie nimmt ab, weil die Edukte verbraucht werden
  34. 40 kJ/mol
  35. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden im selben Aggregatzustand
  36. Ein Teilchen mit ungepaartem Elektron
  37. 0,0050 mol/(L · s)
  38. Desorption, das Produkt löst sich von der Katalysatoroberfläche