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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
    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
    Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn Eisenwolle statt eines Nagels verbrannt wird?
    Lösung zeigen
    1. Übersetze die Änderung in Teilchen: Zahl, Oberfläche oder Energie.
    2. Die Oberfläche je Gramm Eisen ist viel größer.
    3. Die Geschwindigkeit steigt.
    Ergebnis:
    Sie nimmt zu
  3. ★3
    Mehlstaub in der Luft kann explodieren, ein Mehlhaufen brennt kaum. Wie lässt sich das erklären?
    Lösung zeigen
    1. Feiner Staub hat bei gleicher Masse eine sehr große Oberfläche.
    2. In der Luft ist jedes Staubkorn von Sauerstoff umgeben.
    3. Die Reaktion läuft dadurch extrem schnell ab.
    Ergebnis:
    Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff

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

MerkenStoßtheorie

Nur wirksame Stöße reagieren.

Die Teilchen brauchen Aktivierungsenergie und passende Orientierung.

BeispielStoßtheorie und Aktivierungsenergie

Reaktion A hat Ea = 60 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 100 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche 60 kJ/mol mit 100 kJ/mol.
  2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
  3. Die Reaktion mit 60 kJ/mol ist schneller.
  1. Vergleiche 60 kJ/mol mit 100 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

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 = 50 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 50 kJ/mol.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 30 kJ/mol mit 50 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 = 120 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 90 kJ/mol. Konzentration und Temperatur sind gleich. Welche läuft schneller?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche 90 kJ/mol mit 120 kJ/mol.
    2. Die kleinere Aktivierungsenergie ist die niedrigere Hürde.
    3. Die Reaktion mit 90 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

Eine Reaktion dauert bei 20 Grad Celsius 96 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 40 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: 96 s : 4 = 24 s
  1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
  2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
  3. Dauer: 96 s : 4 = 24 s
Ergebnis:
24 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 35 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?
    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: 64 s : 8 = 8 s
    Ergebnis:
    8 s
  2. ●8
    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?
    Lösung zeigen
    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
  3. ★9
    Eine Reaktion dauert bei 10 Grad Celsius 48 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 40 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

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 = 60 kJ/mol. Die Reaktion gibt 100 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 100 kJ/mol (Betrag).
  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

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 = 110 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 70 kJ/mol. Die Reaktion gibt 60 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 60 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    60 kJ/mol
  2. ●11
    Ohne Katalysator gilt Ea = 120 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 80 kJ/mol. Die Reaktion gibt 80 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 80 kJ/mol (Betrag).
    Ergebnis:
    80 kJ/mol
  3. ★12
    Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion von 100 kJ/mol auf 50 kJ/mol. Bestimme: Um wie viel sinkt sie?
    Lösung zeigen
    1. Gefragt ist die Differenz der beiden Werte.
    2. 100 kJ/mol − 50 kJ/mol
    3. = 50 kJ/mol
    Ergebnis:
    50 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

Ein Platinnetz beschleunigt im Ostwald-Verfahren die Verbrennung von Ammoniak. 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
    Eine Säure in wässriger Lösung beschleunigt die Spaltung von Rohrzucker. 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 in derselben Phase
  2. ●14
    Katalase in der Leber zerlegt 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: Biokatalyse.
    Ergebnis:
    Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  3. ★15
    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

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· + Br· → Br₂?
Schritt für Schritt
  1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
  2. Links zwei, rechts keines.
  3. Ergebnis: Kettenabbruch.
  1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
  2. Links zwei, rechts keines.
  3. Ergebnis: Kettenabbruch.
Ergebnis:
Kettenabbruch, zwei Radikale bilden ein Molekül

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
    Bei der Bromierung von Methan: Welche Gleichung beschreibt einen Kettenabbruch?
    So fängst du an:
    Beim Abbruch verbinden sich zwei Radikale.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●17
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + Br₂ → CH₃Br + 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
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist Br· + C₂H₆ → HBr + C₂H₅·?
    Lösung zeigen
    1. Zu zählen sind die Radikale links und rechts.
    2. Links eines, rechts wieder eines.
    3. Ergebnis: Kettenfortpflanzung.
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues

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 1,00 auf 0,70 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
Schritt für Schritt
  1. Δc = 1,00 mol/L − 0,70 mol/L = 0,30 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0150 mol/(L · s)
  1. Δc = 1,00 mol/L − 0,70 mol/L = 0,30 mol/L.
  2. v = Δc : Δt = 0,30 mol/L : 20 s
  3. v = 0,0150 mol/(L · s)
Ergebnis:
0,0150 mol/(L · s)

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 20 s von 0,80 auf 0,30 mol/L. Wie groß ist die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit (Betrag)?
    So fängst du an:
    Δc = 0,80 mol/L − 0,30 mol/L = 0,50 mol/L.
    Lösung zeigen
    1. Δc = 0,80 mol/L − 0,30 mol/L = 0,50 mol/L.
    2. v = Δc : Δt = 0,50 mol/L : 20 s
    3. v = 0,0250 mol/(L · s)
    Ergebnis:
    0,0250 mol/(L · s)
  2. ●20
    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)
  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? Kohlenstoffmonoxid strömt aus dem Abgas zur Platinoberfläche.
Schritt für Schritt
  1. Zu ordnen ist der Satz der Reihenfolge: hinkommen, anhaften, spalten, reagieren, ablösen.
  2. Gemeint ist: Diffusion.
  3. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche.
  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

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
    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 Oberfläche
  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 eine Brausetablette zerstoßen wird?
    Lösung zeigen
    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 zu
  2. ●26
    Reaktion A hat Ea = 120 kJ/mol, Reaktion B hat Ea = 40 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 B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  3. ●27
    Eine Reaktion dauert bei 25 Grad Celsius 16 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 5 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = 20 K, das sind 2 Zehnerschritte.
    2. Geschwindigkeitsfaktor: 2 hoch 2 = 4.
    3. Dauer: 16 s · 4 = 64 s
    Ergebnis:
    64 s
  4. ●28
    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
  5. ●29
    Eisen beschleunigt im Haber-Bosch-Verfahren die Ammoniaksynthese aus Gasen. Wie ordnet man das ein?
    Lösung zeigen
    1. Frage: Ist der Katalysator ein Enzym?
    2. Wenn nicht, vergleiche die Phasen von Katalysator und Reaktanden.
    3. Ergebnis: Heterogene Katalyse.
    Ergebnis:
    Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  6. ●30
    Welcher Schritt der radikalischen Substitution ist CH₃· + Cl₂ → CH₃Cl + Cl·?
    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

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 = 80 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 20 Grad Celsius 24 s. Bestimme: Wie lange dauert sie bei 60 Grad Celsius, wenn die RGT-Regel mit dem Faktor 2 je 10 K gilt?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,5 s

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

    34
    Ohne Katalysator gilt Ea = 150 kJ/mol, mit Katalysator Ea = 100 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
    Platin und Rhodium im Autokatalysator beschleunigen die Umsetzung der Abgase. 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 CH₃· + Br₂ → CH₃Br + Br·?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal

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

    37
    Bei einer Reaktion erster Ordnung gilt v = k · c. Wie ändert sich v, wenn c verdoppelt wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist

  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 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 zu
  2. Sie nimmt zu
  3. Staub hat eine riesige Oberfläche, überall ist Sauerstoff
  4. Reaktion B, 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. 8 s
  8. 20 s
  9. 6 s
  10. 60 kJ/mol
  11. 80 kJ/mol
  12. 50 kJ/mol
  13. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  14. Biokatalyse, ein Enzym beschleunigt als natürlicher Biokatalysator
  15. Homogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in derselben Phase
  16. CH₃· + CH₃· → C₂H₆
  17. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  18. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  19. 0,0250 mol/(L · s)
  20. 0,0050 mol/(L · s)
  21. Anfangs sind die Konzentrationen am höchsten
  22. Dissoziation, ein Molekül wird auf der Oberfläche gespalten
  23. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche
  24. Giftstoffe besetzen aktive Zentren des Katalysators
  25. Sie nimmt zu
  26. Reaktion B, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  27. 64 s
  28. Er nimmt am Ablauf teil und wird am Ende zurückgebildet
  29. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  30. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues
  31. Sie nimmt zu
  32. Reaktion A, weil mehr Teilchen die niedrigere Barriere überwinden
  33. 1,5 s
  34. 100 kJ/mol
  35. Heterogene Katalyse, Katalysator und Reaktanden in verschiedenen Phasen
  36. Kettenfortpflanzung, ein Radikal erzeugt ein neues Radikal
  37. Sie verdoppelt sich, weil v proportional zu c ist
  38. Diffusion, die Teilchen erreichen die Oberfläche